DIFUSIVITAS
BAB I
I.1 Latar Belakang
Difusi
adalah peristiwa mengalirnya atau berpindahnya suatu zat dalam pelarut dari bagian
berkonsentrasi tinggi ke bagian yang berkonsentrasi rendah. Perbedaan
konsentrasi yang ada pada dua larutan disebut gradien konsentrasi.
Difusi merupakan salah satu peristiwa perpindahan
massa yang prosesnya sering juga dilakukan dalam industri-industri. Proses difusi
minimal melibatkan dua zat, salah satu zat berkonsentrasi lebih tinggi daripada
zat lainnya atau dapat dikatakan dalam kondisi belum setimbang, Keadaan ini dapat menjadi driving
force dari proses difusi. Difusi akan terus terjadi hingga seluruh partikel
tersebar luas secara merata atau mencapai keadaan kesetimbangan dimana
perpindahan molekul tetap terjadi walaupun tidak ada perbedaan konsentrasi,
Contoh yang sederhana adalah uap air dari
cerek yang berdifusi dalam udara . Contoh lain adalah pemberian gula pada
cairan teh tawar, Lambat laun cairan akan menjadi manis .
Operasi
pemisahan komponen dari suatu campuran ialah operasi yang didasarkan atas
perpindahan massa dan perpindahan panas dari suatu fase ke fase yanglain.
Gaya dorong untuk perpindahan massa dan panas berdasarkan perbedaan konsentrasi atau gradient konsentrasi dan perbedaan suhu atau gradient suhu.
Gaya dorong untuk perpindahan massa dan panas berdasarkan perbedaan konsentrasi atau gradient konsentrasi dan perbedaan suhu atau gradient suhu.
Metode-metode yang tercakup
dalam istilah operasi perpindahan massa meliputi:
• Distilasi
• Absorbsi
• Humidifikasi
• Ekstraksi
• Leaching
• Kristalisasi
• Absorbsi
• Humidifikasi
• Ekstraksi
• Leaching
• Kristalisasi
Pengolahan kuantitatif
mengenai perpindahan massa didasarkan atas neraca bahan dan neraca
enargi,kesetimbangan fase, laju perpindahan massa dan laju perpindahan panas.
I.2
Tujuan Penulisan
Agar
supaya mahasiswa dapat mengetahui apa yang di maksud dengan difusi dan
kaitannya dalam perpindahan massa antara 2 fase.
I.3 Alasan mengapa difusi perlu
dipelajari
Peristiwa
difusi banyak dijumpai di dalam kehidupan sehari- hari, didalam ilmu
pengetahuan dan industri.
Contoh
peristiwa difusi adalah:
Ø Larutnya
kristal gula dalam air, artinya komponen gula berdifusi ke fase air
Ø Larutnya
kopi ke dalam air
Ø Terperangkapnya
racun dalam arang
Ø Larutnya
oksigen kedlam darah
Ø Pada
proses fermentasi , nutrisi dan oksigen yang terlarut dalam larutan mendifusi
ke mikroorganisme
Ø PengambilanUranium
dari batuan, dengan cara ekstraksi menggunakan pelarut organik, misalnya heksan
Ø Menghilangkan
logam berbahaya dari limbah cair menggunakan adsorben, dll.
BAB
II
PEMBAHASAN
II.1
. Difusi
Proses
difusi terjadi karena adanya perpindahan massa suatu zat dimana massa dapat berpindah
dari kondisi dengan konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Perpindahan massa
dapat terjadi dalam fasa gas maupun cair. Peristiwa difusi berakhir jika telah
mencapai keadaan setimbang antara dua keadaan (pada keadaan sebelumnya terdapat
perbedaan konsentrasi sehingga keadaan belum setimbang). Proses difusi dapat
terus-menerus berlangsung jika perbedaan konsentrasi antara dua kondisi
dipertahankan. Hal ini dapat dilakukan dengan mengalirkan fluida yang merupakan
tempat akan berdifusinya suatu molekul secara terus menerus. Proses difusi akan
berhenti jika kondisi dari dua fluida sudah sama atau setimbang.
Pada
absorbsi gas, zat- terlarut terdifusi melalui fase gas ke antarmuka antara
kedua fase dan melalui zat cair dari antarmuka itu. Pada proses destilasi,
komponen yang bertitik didih rendah terdifusi melalui fase zat cair ke
antarmuka dan dari antarmuka ke fase uap. Komponen yang bertitik didih tinggi
terdifusi pada arah yang berlawanan dan berpindah melalui uap ke zat cair. Pada
proses ekstraksi zat cair , zat terlarut terdifusi melalui fase rafinat ke
antarmuka ,lalu ke fase ekstrak. Pada proses kristalisasi, zat- terlarut
terdifusi melalui cairan induk ke kristal dan mengendap pada permukaan zat
padat. Pada proses humidifikasi ( kelembaban ) tidak ada difusi fase zat cair
karena zat cairnya murni dan tidak mungkin ada gradien konsentrasi di dalam zat
cair itu, tetapi uapnya terdifusi ke antarmuka
zat cair- gas.
Ada
beberapa macam kecepatan ( velocity )yang diperlukan untuk memberikan gerakan
masing- masing bahan dan fase kesluruhan . Oleh karena gerakan absolut tidak
mempunyai makna , setiap kecepatan itu harus didasarkan pada suatu keadaan diam
sembarang . Molekul- molekul setiap komponen dalam suatu campuran berada dalam
keadaan rambang, jika seluruh kecepatan sesaat komponen itu di jumlahkan dan diuraikan menjadi
kecepatan yang tegak lurus terhadap antarmuka , dan dibagi dengan banyaknya
molekul zat itu , maka akan di dapat kecepatan makroskopik komponen itu.
Masalah
perpindahan massa dapat diselesaikan dengan dua cara yang berbeda, pertama
dengan menggunakan konsep tahap kesetimbangan(equilibrium stage) atau kedua
atas dasar proses laju diffusi (diffusional rate process)
Cara mana yang dipilih, bergantung pada jenis peralatan yang digunakan untuk melaksanakan operasi tersebut.
Semua perhitungan perpindahan massa akan memerlukan pengetahuan tentang hubungan kesetimbangan fase.
Cara mana yang dipilih, bergantung pada jenis peralatan yang digunakan untuk melaksanakan operasi tersebut.
Semua perhitungan perpindahan massa akan memerlukan pengetahuan tentang hubungan kesetimbangan fase.
Batas
perpindahan fase tercapai apabila kedua fase itu mencapai kesetimbangan dan
perpindahan netto berhenti. Untuk proses praktis, yang harus mempunyai laju
produksi, maka proses kesetimbangan harus dihindari, karena laju perpindahan
massa pada setiap keseimbangan.
Ada beberapa macam kesetimbangan yang penting dalam perpindahan massa. Dalam fase lindak (bulk), pengaruh luas permukaaan dapat diabaikan dan variabel yang menentukan adalah sifat-sifat intensif seperti suhu, tekanan dan konsentrasi.
Ada beberapa macam kesetimbangan yang penting dalam perpindahan massa. Dalam fase lindak (bulk), pengaruh luas permukaaan dapat diabaikan dan variabel yang menentukan adalah sifat-sifat intensif seperti suhu, tekanan dan konsentrasi.
Walaupun
penyebab difusi umumnya karena gradien konsentrasi,tetapi difusi dapat
juga terjadi karena gradien tekanan, karena gradien suhu, atau karena medan gaya yang
diterapkan dari luar seperti pada pemisah sentrifugal. Difusi molekuler yang
terjadi karena gradien tekanan (bukan tekanan parsial) disebut difusi
tekanan ( pressure diffusion), yangdisebabkan karena
gradien suhu disebut difusi termal (thermal diffusion), sedangkan yang
disebabkan oleh medan gaya dari luar disebut difusi paksa ( forced
diffusion).
Difusi melalui membran dapat berlangsung
melalui tiga mekanisme, yaitu:
1 .Difusi sederhana (simple
difusion),
2 . Difusi melalui saluran yang terbentuk oleh protein trans membran
3. Difusi difasilitasi ( fasiliated difusion).
Difusi melalui membran berlangsung karena molekul-molekul
yang berpindah atau bergerak melalui membran bersifat larut dalam lemak (lipid )
sehingga dapat menembus lipid bilayer pada membran secara langsung. Membran sel
permeabel terhadap molekul larut lemak seperti hormon steroid, vitamin A,
D, E, dan K serta bahan-bahan organik yang larut dalam lemak, Selain itu,
membran sel juga sangat permeabel terhadap molekul anorganik seperti O, CO₂,
OH, dan H₂O.
Beberapa molekul kecil khusus yang terlarut serta ion-ion tertentu, dapat
menembus membran melalui Saluran ini terbentuk dari protein transmembran, semacam
pori dengan diameter tertentu yang memungkinkan molekul dengan diameter lebih
kecil dari diameter pori tersebut dapat melaluinya. Sementara itu,
molekul – molekul berukuran besar seperti asam amino, glukosa,dan
beberapa garam – garam mineral, tidak dapat menembus membrane secara
langsung, tetapi memerlukan protein pembawa atau transporter untuk dapat
menembus membran. Proses masuknya molekul besar yang melibatkan
transporter dinamakan difusi difasilitasi, yaitu pelaluan zat melalui rnembran
plasma yang melibatkan protein pembawa atau protein transporter. Protein
transporter tergolong protein transmembran yang memiliki tempat perlekatan
terhadap ion atau molekul yang akan ditransfer ke dalam sel. Setiap molekul
atau ion memiliki protein transporter yang khusus, misalnya untuk pelaluan
suatu molekul glukosa diperlukan protein transporter yang khusus untuk
mentransfer glukosa kedalam sel. Protein transporter untuk glukosa banyak
ditemukan pada sel-sel rangka, otot jantung, sel-sel lemak
dan sel-sel hati, karena sel – sel tersebut selalu
membutuhkan glukosa untuk diubah menjadi energi.
Terdapat
beberapa faktor yang memengaruhi kecepatan difusi, yaitu :
Ukuran partikel , Semakin kecil ukuran partikel,
semakin cepat partikel itu akan bergerak, sehinggak kecepatan difusi
semakin tinggi.
Ketebalan membran, Semakin tebal membran, semakin lambat
kecepatan difusi.
Luas suatu area, Semakin besar luas area, semakin
cepat kecepatan difusinya.
Jarak , Semakin besar jarak antara
dua konsentrasi, semakin lambat kecepatan difusinya.
Suhu,
Semakin tinggi suhu, partikel mendapatkan energi untuk bergerak dengan
lebih cepat.
Difusi adalah perpindahan molekul dari konsentrasi
tinggi ke rendah. Ini berarti perpindahan komponen/molekulnya terjadi karena
adanya perbedaan konsentrasi (Singh and Heldman, 2001).
Proses difusi itu terbagi ke dalam 3 jenis yaitu :
1. Difusicair
Dikatakan difusi cair jika terjadi perpindahan molekul cairan dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Contohnya yaitu ketika kita merendam kedelai dalam air saat pembuatan tempe. Selama perendaman akan terjadi difusi air dari lingkungan luar (yang kadar airnya tinggi) ke dalam kedelai (yang kadar airnya rendah).
Dikatakan difusi cair jika terjadi perpindahan molekul cairan dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Contohnya yaitu ketika kita merendam kedelai dalam air saat pembuatan tempe. Selama perendaman akan terjadi difusi air dari lingkungan luar (yang kadar airnya tinggi) ke dalam kedelai (yang kadar airnya rendah).
2. Difusipadat
Dikatakan difusi padat jika terjadi perpindahan molekul padatan dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Contohnya yaitu ketika kita melakukan perendaman buah dengan larutan gula dalam pembuatan manisan buah. Selama perendaman selain terjadi difusi air dari lingkungan luar ke dalam buah juga terjadi difusi molekul gula (molekul padatan) ke dalam buah dan ini berarti difusi padatan juga terjadi dalam pembuatan manisan buah ini. Selama ini batasan antara kapan terjadinya difusi air dengan difusi padatan masih belum jelas karena prosesnya sering terjadi bersamaan dan susah untuk dibedakan.
Dikatakan difusi padat jika terjadi perpindahan molekul padatan dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Contohnya yaitu ketika kita melakukan perendaman buah dengan larutan gula dalam pembuatan manisan buah. Selama perendaman selain terjadi difusi air dari lingkungan luar ke dalam buah juga terjadi difusi molekul gula (molekul padatan) ke dalam buah dan ini berarti difusi padatan juga terjadi dalam pembuatan manisan buah ini. Selama ini batasan antara kapan terjadinya difusi air dengan difusi padatan masih belum jelas karena prosesnya sering terjadi bersamaan dan susah untuk dibedakan.
3. Difusigas
Dikatakan difusi gas jika terjadi perpindahan molekul gas dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Contohnya yaitu difusi O₂ pada pengemas plastik. Ketika kita menggunakan pengemas plastik untuk membungkus suatu bahan, maka selama penyimpanan akan terjadi difusi oksigen dan uap air dari lingkungan luar ke dalam plastik pengemas. Jumlah oksigen dan uap air yang dapat masuk ke dalam plastik pengemas bervariasi tergantung permeabilitas dari plastik pengemas tersebut. Semakin banyak jumlah oksigen dan uap air yang dapat masuk ke dalam plastik pengemas berarti kualitas plastik pengemasnya semakin buruk. Disini, difusi oksigen merupakan difusi gas dan difusi uap air merupakan difusi cair.
Dikatakan difusi gas jika terjadi perpindahan molekul gas dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Contohnya yaitu difusi O₂ pada pengemas plastik. Ketika kita menggunakan pengemas plastik untuk membungkus suatu bahan, maka selama penyimpanan akan terjadi difusi oksigen dan uap air dari lingkungan luar ke dalam plastik pengemas. Jumlah oksigen dan uap air yang dapat masuk ke dalam plastik pengemas bervariasi tergantung permeabilitas dari plastik pengemas tersebut. Semakin banyak jumlah oksigen dan uap air yang dapat masuk ke dalam plastik pengemas berarti kualitas plastik pengemasnya semakin buruk. Disini, difusi oksigen merupakan difusi gas dan difusi uap air merupakan difusi cair.
Macam-
macam jenis transfer massa ( difusi ) pada campuran biner :
- Difusi
Molekuler
- Difusi
antar 2 fase satu film ( difusi dalam aliran turbulen)
- Difusi
antar fase dua film
Difusi Molekuler :
Merupakan
transfer massa yang disebabkan gerakan molekuler secara acak dalam fluida diam
atau dalam fluida yang mengalir secara laminer. Transfer molekuler juga disebut
transfer molekul dalam satu fase. Gerakan molekul ini disebabkan karena adanya
gradien atau perbedaan konsentrasi. Difusi molekuler dapat terjadi di fluida (
gas atau cairan ) dan di dalam padatan. Difusi molekuler dalam padatan lebih
lambat daripada di dalam fluida , hal ini di karnakan tidak adanya gerak
padatan dalam padatan.
Difusi
molekular merupakan perpindahan suatu molekul melalui suatu fluida dengan
pergerakan yang acak dalam fluida diam atau dalam fluida yang mengalir
secara laminer. Suatu molekul yang bergerak lurus kemudian akan bergerak secara
acak karena bertabrakan dengan molekul yang lain, pergerakan molekul
seperti ini disebut Random-Walk Process
Laju difusi dapat dinaikkan dengan cara
pengadukan sehingga kondisi kesetimbangan dapat lebih cepat tercapai.
Gambar 1. Gerakan acak pada proses difusi
Peristiwa
lain yang juga termasuk sebagai peristiwa difusi adalah tinta biru yang diteteskan
dalam air bening. Tinta akan berdifusi perlahan-lahan ke seluruh bagian
air hingga diperoleh kondisi kesetimbangan (tidak adanya gradien
konsentrasi). Untuk menaikkan laju difusi dapat dilakukan pengadukan, sehingga
kondisi kesetimbanga dapat lebih cepat dicapai.Difusi tidak terbatas hanya pada
perpindahan lapisan stagnant (diam) zat padat atau zat cair saja. Difusi juga
terjadi dalam fase fluida pencampuran fisika dan pusaran aliran turbulen, sama
seperti aliran kalor dalam fluida dapat terjadi karena konveksi. Peristiwa ini disebut
difusi pusaran ( Eddy diffusion)
Pada
fluida yang mengandung banyak komponen yang akan berdifusi dalam keadaan diam
berlaku hukum Frick untuk campuran antara hukum A dan B,yaitu:
J az =
-c D AB
dXA / dz
Dengan :
J*AZ = flux molar komponen A pada arah
sumbu z untuk arah molekular (kgmolA/s.m2)
DAB= difusi
molekular molekul A melalui B (m2 /s)
Z = jarak difusi (m
C = konsentrasi A dan B (kgmol/m3)
XA= fraksi
mol dari A dari campuran A dan B
II.2 Difusi Molekular pada Cairan
Laju
difusi molekular untuk cairan lebih kecil apabila dibandingkan terhadap laju difusi molekul gas. Hal ini disebabkan jarak
antara molekul dalam fasa cair lebih rapat apabila dibandingkan dalam
fasa gas. Umumnya koefisien difusi untuk gas lebih besar hingga105 kali
koefisien difusi cairan. Namun fluks pada gas tidak berbeda jauh dari fluks
dalam cair yaitu 100 kali lebih cepat, hal itu disebabkan karena konsentrasi
cair lebih besar daripada konsentrasi dalam fasa gas
Persamaan
difusi untuk cairan Jarak molekul dalam cairan lebih rapat daripada dalam fasa
gas, maka densitas danhambatan difusi pada cairan akan lebih besar. Hal ini
juga menyebabkan gaya interaksi antarmolekul sangat penting dalam difusi
cairan. Perbedaan antara difusi cairan dan difusi gasadalah bahwa pada difusi
cairan difusifitas sering bergantung pada konsentrasi daripadakomponen yang
berdifusi.Equimolar counterdiffusion, dimulai dengan persamaan umum fick kita
dapat mensubstitusiuntuk NA = NB pada keadaan steady state.
II.3 Koefisien Difusi Cairan
Pada
penentuan koefisien difusi cairan digunakan sel difusi. Sel difusi tersebut
terdiri atas N pipa kapiler yang panjangnya 5 mm dan diameternya 1 mm.
CM= perubahan konduktifitas per mol
K = konduktifitas dan tangki
II.4 Difusi Molekular Gas
Beberapa
jenis proses difusi molekular pada gas, yaitu :
Equimolar
Counter diffusion Bila dua gas A dan B pada tekanan total konstan P dalam dua
ruang yang terhubung oleh pipa dimana terjadi difusi molekular pada kondisi
steady seperti yang ditunjukkan pada gambar 3
Pengaduk
pada tiap ruang berfungsi untuk menjaga agar konsentrasi pada tiap ruang
tetapseragam. Tekanan parsial pA1> pA2dan pB2> pB1. Molekul A
berdifusi ke kanan danmolekul B ke kiri. Karena tekanan total P konstan, maka
jumlah mol A yang berdifusi kekanan harus sama dengan jumlah mol B yang ke
kiri. Jika tidak, berarti tekanan total tidak konstan.
Difusi
Gas A dan Gas B dengan Konveksi Terjadi jika seluruh fluida berpindah dalam
aliran konveksi ke arah kanan. Kecepatan molar rata-rata seluruh fluida relatif
terhadap titik diam adalah vM m/s. Komponen A tetap berdifusi ke kanan, namun
sekarang kecepatan difusi vAd diukur relatif terhadap fluida yang bergerak.
Kecepatan A relatif terhadap titik diam adalah jumlah dari kecepatan difusi dan
kecepatan konveksi.
II.5 Koefisien Difusi Gas
Salah
satu metode penentuan koefisien difusi gas adalah dengan menguapkan cairan murni
dalam tabung kapiler yang diisi dengan cairan A murni. Di atas bibir tabung
dialirkan gas B secara horizontal. (gambar 4).
Gambar 4. Difusi gas dengan menguapkan cairan
ke udara
Proses
– proses yang terjadi dalam proses difusi:
·
Dialisis : Suatu proses pemisahan berdasarkan
lewatnya zat terlarut ( molekul lebih besar ) dan pelarut yang tidak sama
melalui membran yang berpori- pori sangat kecil.
·
Osmosis : Suatu proses dimana hanya pelarut
yang berpindah melalui membran semi perrmeabel
·
Ultrafiltrasi : Digunakan untuk memisahkan
partikerl koloid dan molekul dengan menggunakan suatu membran.
Macam- macam difusi.
1. Difusi Volume :
Difusi volume adalah
transfer materi menembus volume materi lain . Pada umumnya atom yang bermigrasi dalam difusi volume pada
padatan mengahadapi halangan yang lebih besar dibandingkan dengan halangan yang
dihadapi pada difusi volume dalam cairan atau gas. Hal ini terlihat dari
entalpi aktifitas atau energi aktivasi yang diperlukan untuk terjadinya difusi
menembus volume- padatan dibandingkan dengan entalpi aktivasi yang di perlukan
untuk terjadinya difusi menembus volume- cairan atau volume – gas
2. Difusi bidang batas :
Apabila didalam padatan
hadir butiran- butiran yang berlainan fasa dengan mateeri induk, terbentuknya
bidang batas antara butiran dengan materi induk dan terjadilah gejala permukaan
.Dibidang batas ini terdapat energi ekstra yang akan menyebabkan materi yang
berdifus icenderung menyusur permukaan. Perisiwa ini di kenal dengan difusi
bidang batas . Energi aktivasi yang diperlukan pada difusi bidang batas ini
lebih rendah dari energi aktivasi pada difusi volume.
3. Difusi permukaan :
Macam difusi yang ketiga terjadi manakala ada
retakan. Materi yang berdifusi cenderung menyusur permukaan retakan. Difusi
macam ini dikenal dengan difusi permukaan. Konsentrasi dipermukaan retakan
lebih tinggi dari konsentrasi di volume. Energi aktivasi yang diperlukan lebih
rendah dibanding dengan energi aktivasi yang diperlukan untuk terjadinya difusi
bidang batas.
Difusi
antar 2 fase satu film ( difusi dalam aliran turbulen ) :
Pada operasi alat transfer massa, banyak
melibatkan transfer massa antara 2 fase atau lebih yang di kontakkan. Ada beberapa
konsentrasi di masing-masing fase.
Contoh
fase-fase :
1. Sistem gas- cair
2. Sistem cair- cair ( kedua cairan tidak
saling larut )
3. Sistem fuida- padatan
Dalam arus turbulen ,
zat yang dibawa dari satu lokasi ke lokasi lain oleh pusaran- pusaranyang
bergerak, sebagaiana pusaran itu membawa momentum dan energi kalor.
Persamaan untuk perpindahan massa ialah:
JA,t = -
ԐN dc / db
Dimana :
J A, t = Fluks molal A , relatif terhadap fase itu
secara keseluruhan yang disebabkan oleh aksi turbulen
Ԑ
N
= Difusivitas pusaran
Fluks molal total, relatif terhadap
keseluruhan fase , menjadi
JA = - (Dv+ Ԑ N) ρM dc/ db
Difusi pusaran itu bergantung pada
sifat-sifat fluida, serta juga pada kecepatan dan posisi didalam arus aliran .
Pada kebanyakan
operasi perpindahan massa, aliran turbulen diperlukan untuk meningkatkan laju
perpindahan massa per satuan luas atau untuk membantu mendispersikan fluida
yang satu ke fluida yang lain , sehingga memberikan lebih banyak lagi
antarmuka. Selain dari itu, perpindahan massa ke antarmuka fluida sering
bersifat tak- stedy dengan gradien konsentrasi yang selalu berubah dan demikian
pula laju perpindahan massanya.
Perpindahan massa
dalam kebanyakan hal dikerjakan dengan menggunakan persamaan yang sejenis juga
, yang menggunakan koefisien perpindahan massa. Koefisien ini di defenisikan sebagai laju perpindahan massa
per satuan luas beda- konsentrasi dan biasanya didasarkan atas aliran dalam
mol.
Konsep dasar teori
film ialah bahwa tahanan terhadap difusi dapat dianggap ekivalen dengan tahanan
di dalam film yang tebalnya tertentu. Teori film sering dipakai sebagai dasar
untuk soal-soal rumit tentang difusi multikomponen atau difusi yang disertai
reaksi kimia.
Sebagai contoh,
misalkan perpindahan massa dari suatu arus gas turbulen kedinding suatu pipa,
disini terdapat lapisan laminer didekat dinding, dimana perpindahan massa
kebanyakan oleh difusi molekular, dan gradien konsentrasi pun mendekati linier.
Makin jauh jaraknya dari dinding, turbulennya menjadi lebih kuat dan
difusivitas pusaran pun meningkat, yang berarti di perlukan gradien yang lebih
kecil untuk menghasilkan fluks yang sama.
Walaupun ada beberapa
contoh tentang difusi melalui film- fliuda stagnan, perpindahan massa biasanya
terjadi didalam suatu lapisan batas yang tipis dekat permukaan dimana aliran
fluida itu laminer.
Difusi
antar fase dua film
Dalam berbagai proses
pemisahan, bahan- bahan harus mengalami difusi dari satu fase ke fase yang lain
dan laju difusi didalam kedua fase itu mempengaruhi laju perpindahan-massa menyeluruh.
Dalam teori yang diusulkan oleh Whitman pada tahun 1923, diandaikan terdapat
kesetimbangan pada antarmuka, dan tahanan terhadap perpindahan massa pada kedua
fase itu dijumlahkan untuk mendapatkan tahanan menyeluruh , sebagaimana
dilakukan pada perpindahan kalor. Kebalikan dari tahanan menyeluruh itu adalah
koefisien menyeluruh, yang lebih mudah digunakan untuk perhitungan rancang
daripada koefisien – koefisien individual.
Hal yang membuat
perpindahan massa antar fase menjadi lebih rumit ialah karena adanya
perpindaham kalor dan ketidaksinambungan yang terdapat pada antarmuka, yang
terjadi karena konsentrasi atau fraksi mol zat- terlarutyang terdifusi hampir
tidak pernah sama pada kedua sisi antarmuka itu.
Efisiensi tahap atau
piring pada operasi destilasi, absorbsi atau ekstraksi merupakan fungsi dari
laju perpindahan massa dan koefisien perpindahan. Dalam operasi dimana bahan
dikeluarkandari zat padat permeabel, seperti pada operasi pengurasan ( leaching
) atau pengeringan.
Teori dua film dapat
diterapkan pada perpindahan massa pasa piring tapis
(
sieve tray ), untuk membantu mengkorelasikan dan memperluas data efisiensi
piring. Gelembung- gelembug yang terbentuk pada lubang- lubang piring
diandaikan naik melalui kolam zat cair , dimana zat cair itu bercampur secara
vertikal sehingga mempunyai komposisi lokal. Gelembung- gelembung itu mengalami
perubahan komposisi pada waktu naik, tetapi dalam fase gas ini kita andaikan
bahwa tidak terdapat pencampuran pada arah vertikal.
Efisiensi tahap dalam
proses pengurasan bergantung pada waktu kontak antara zat padat dan larutan dan
laju difusi pelarut dari zat padat ke zat cair. Jika partikel zat padat itu
tidak berongga- rongga dan zat-terlarut itu hanya terdapat pada film tipis zat
cair yang berada diseputar partikel itu, perpindahan massa akan berlangsung
dengan cepat dan kesetimbangan akan dapat dicapai dalam sembarang waktu kontak
yang wajar. Proses demikian lebih mendekati proses pencucian daripada proses
pengurasan, dan jika dilaksanakan didalam sederetan tangki maka efisiensi
tahapnya dapat dianggap satu. Waktu-menetap didalam setiap tahap terutama
bergantung pada waktu mengendap suspensi
itu dan partikel yang halus akan memerlukan waktu yang lebih panjang walaupun
perpindahan massanya lebih cepat.
Bila kebanyakan
zat-terlarut itu terlebih dahulu dilarutkan didalam pori-pori zat padat
berpori, atau terdapat sebagai fase terpisah didalam partikel zat padat, laju
difusi dari bagian dalam kepermukaan zat padat pada umumnya merupakan langkah
yang menentukan dalam laju pengurasan menyeluruh.
Jika
partikel itu sudah melayang menjadi suspensi didalam zat cair, pengadukan yang
lebih kuat tidak banyak pengaruhnya terhadap laju perpindahan massa, tetapi
laju itu akan meningkat banyak apabila zat padat itu digiling halus. Bila
tahanan-dalam terhadap difusi merupakan satu-satunya faktor pembatas, waktu
untuk mencapai suatu tingkat pendekatan terhadap kesetimbangan berubah menurut pangkat dua dari dimensi
partikel yang terkecil, baik partikel itu berupa bola, silinder ataupun sayatan
tipis.
Pengurasan
bahan-bahan alam seperti umbi gula atau kacang kedelai adalah rumit, karena zat
terlarutnya terkandung didalam sel-sel tumbuhan dan harus terlebih dahulu
berpindah kedinding sel. Jika langkah tahanan ini relatif besar, usaha
memperkecil partikel dengan pencincangan tidaklah banyak pengaruhnya, artinya tidak
sebanyak dalam hal difusi didalam zat padat seragam.
Untuk
ekstrasi minyak dari kacang kedelai, biji kacang itu dihancurkan untuk
memecahkan dinding sel dan dengan demikian membebaskan minyak, tetapi umbi gula
harus disayat-sayat sedemikian rupa sehingga kebanyakan sel masih
sebagaiman sedia kala. Dengan demikian,
ketidakmurnian yang berbobot molekul tinggi akan lebih terhambat difusinya
dibandingkan dengan sukrosa.
Pada
kondisi ideal tertentu, efisiensi tahap dalam ekstraksi beberapa bahan- bahan
berbentuk sel dapat diramalkan dari data eksperimen yang didapatkan dari difusi
pada kondisi suhu dan pengadukan yang sama dengan yang akan dilakukan didalam
instalasi pabrik.
BAB
III
KESIMPULAN
Dari
hasil pembahasan dapat disimpulkan bahwa proses difusi adalah peristiwa
mengalirnya suatu zat dalam pelarut dari bagian yang berkonsentrasi tinggi ke
bagian yang berkonsentrasi rendah.
Proses
difusi merupakan salah satu peristiwa perpindahan massa yang prosesnya sering
dilakukan dalam industri- industri.
Ada
beberapa faktor yang mempengaruhi kecepatan difusi antara lain:
·
Ukuran partikel
·
Ketebalan membran
·
Luas suatu area
·
Jarak
·
Suhu.
Proses
difusi terbagi dala 3 jenis yaitu :
1. Difusi
Cair
2. Difusi
padat
3. Difusi
gas
Proses
– proses yang terjadi dalam proses difusi adalah:
a. Proses
Dialisis
b. Proses
Osmosis
c. Proses
Ultrafiltrasi
DAFTAR PUSTAKA:
1. Singh,
R. Paul., and Heldman ,D.R . 2001 . Introduction to food engineering 3 rd
edition. Academi press. California. USA
2. Jurnal
Sudaryatno Sudirham dan Ning Utari, Mengenal sifat- sifat material
3. Sherwood,
T.k., R.L. Pigrof dan C.R Wilke, “mass Transfer,” McGrow-hill, New York, 1975
4. Whitman,
W.G.: Chem and Met Eng. 1923
5. Wilke
,C.R., dan P. Chang; AIChe J., 1955
Demikianlah
penulisan makalah ini saya buat, sekiranya dapat bermanfaat untuk rekan- rekan
yang membacanya.
Penulis
No comments:
Post a Comment