PERPINDAHAN MASSA DAN REAKSI KIMIA
MASS TRANSFER AND CHEMICAL REACTIONS
Banyak operasi perpindahan massa disertai dengan reaksi kimia, dan kinetika reaksi dapat memiliki dampak yang mendalam pada laju transportasi. Contoh penting termasuk penyerapan gas reaktif dan distilasi reaktif. Ada dua situasi yang sangat menarik:
(i) Penyerapan zat A yang sedikit larut ke dalam fase yang mengandung reaktan kedua B dalam konsentrasi besar. Penyerapan karbon dioksida ke dalam larutan NaOH atau amina adalah contoh penting secara industri, dan di sini reaksi dapat dianggap sebagai orde pseudo-pertama karena reaktan B hadir dalam jumlah berlebih:
Contoh jenis masalah ini diberikan dalam 18.4.
(ii) Penyerapan zat terlarut A yang bereaksi cepat ke dalam larutan B. Di sini, untuk pendekatan pertama, dapat diasumsikan bahwa kedua spesies bereaksi dengan sangat cepat sehingga mereka tidak dapat ada bersamaan. Ilustrasi tentang hal ini diberikan dalam Contoh 20.1-2.
Kami akan tertarik khususnya pada lapisan batas cair, dan efek panas reaksi cenderung moderat karena rasio Sc terhadap Pr biasanya sangat besar. Efek pemanasan makroskopis memang terjadi, dan ini dibahas dalam Bab 23. Di sini, kami membatasi diri pada beberapa contoh ilustratif yang menunjukkan bagaimana model penyerapan dengan reaksi kimia dapat digunakan untuk memprediksi kinerja peralatan yang beroperasi.
Example 22.5-1: Estimasi Luas Antarmuka dalam Kolom Berpengisi
Pengukuran perpindahan massa dengan reaksi orde pertama yang tidak terbalik sering digunakan untuk memperkirakan luas antarmuka dalam peralatan perpindahan massa yang kompleks. Tunjukkan di sini bagaimana metode ini dapat dibenarkan.
SOLUTION
Sistem yang kami pertimbangkan di sini adalah penyerapan karbon dioksida ke dalam larutan kaustik, yang dibatasi oleh hidrasi CO₂ terlarut sesuai dengan reaksi:
Asam karbonat kemudian bereaksi dengan NaOH pada laju yang sebanding dengan konsentrasi karbon dioksida. Kinetika reaksi ini telah terkarakterisasi dengan baik.
Penyelesaian masalah difusi ini telah diberikan dalam Masalah 20C.3. Dari Persamaan 20.3-3, kita menemukan bahwa untuk waktu yang lama:
yang dapat diselesaikan untuk luas permukaan total. Maka, luas permukaan total A yang sedang dipertimbangkan diberikan oleh:
di mana M_A,tot adalah jumlah mol karbon dioksida yang diserap pada waktu t.
Pengembangan ini dengan mudah diperluas ke film yang jatuh dengan panjang L dan kecepatan permukaan v, dengan syarat bahwa k_L L / v >> 1. Reaksi orde pertama dalam lapisan batas perpindahan massa dibahas dalam Contoh 18.4-1 untuk model film sederhana dan dalam Contoh 20.1-3. Pengembangan ini dapat diperluas lebih lanjut untuk memperkirakan luas antarmuka dalam kolom berpengisi, di mana fase cair disokong sebagai film jatuh di atas permukaan padat, sebuah desain yang umum.