OPERASI ADIABATIK

Operasi ini biasanya dilakukan di beberapa jenis packed tower, sering dengan aliran

berlawanan arah dari gas dan liquid. Persamaan umum akan dikembakan dahulu, untuk

meneliti operasi yang spesifik.

Hubungan Dasar

Mengacu pada Gambar 7.9, yang menampilkan sebuah menara dari unit luas penampang.

Sebuah neracca massa untuk komponen A diatas bagian paling bawah dari tower

(envelope I) adalah

Demikian pula, sebuah neraca entalpi adalah

Persamaan ini dapat dipalikasikan untuk seluruh tower dengan menempatkan subskrip 2

di istilah yang tidak bernomor.

Persamaan laju cukup kompleks dan akan dikembangkan dengan cara Olander.

Mengacu pada gambar 7.10, dimana merupakan bagian dari tower tinggi diferensial dZ

dan menunjukan liquid dan gas mengalir berdampingan, dipisahkan oleh gas-liquid

antarmuka (interface). Perubahan temperatur, kelembaban, dll, adalahh diferensila diatas

bagian ini.

Permukaan antarmuka dari bagian ini adalah dS. Jika permukaan antarmuka spesidik

per packed volume adalah α (tidak sama dengan packing surface αp). sejak volume

packing per unit luas penampang adalah dZ, maka dS = a dZ. Jika packing yang tidak

lengkap dibasahi dengan liquid, permukaan dari perpindahan massa αM, dimana antarmuka

liquid –gas akan lebih kecil daripada itu untuk perpindahan panas αH, karena perpindahan

panas juga dapat terjadi diantara packing dan fluida. Catat bahwa αM berhubungan dengan

αV di Chapter 6. Laju perpindahan kemudian adalah;

Massa, sebagai laju masa per luas penampang area tower :

Panas sensible, sebagai laju energi per luas permukaan area tower:

Gas:

Liquid:

adalah tekanan uap dari A di temperatur antarmuka , dan adalah tekanan

parsial di sejumlah gas (bulk). Di persamaan (7.33), radiasi diabaikan dan koefisien ,

diamna menyumbangkan efek perpindahan massa di perpindahan panas, diganti koefisien

konveksi biasa (lihat chapter 3). Persamaan laju ditulis seolah-olah perpindahan di arah

gas ke interface ke liquid, tetapi mereka dapat diterapkan langsung untuk semua situasi,

tanda yang benar untuk fluks akan dikembangkan secara otomatis

Sekaran kita membutuhkan rangkaian neraca entalpi berdasarkan sketsa envelopes di

gambar 7.10.

Envelope I:

Laju entalpi masuk =

Laju entalpi keluar =

[ ]

Istilah kedua adalah entalpu untuk uap yang dipindahkan [ingat bahwa dan

mempunyai tanda berlawanan di Persamaan (7.32)

Laju masuk – laju keluar = laju perpindahan panas

[ ]

Jika diperoleh dari diferensial dari persamaan (7.13) disubtitusi, maka diringkas

menjadi

Envelope II:

Laju entalpi mauk =

Disini istilah kedua adalah entalpi dari perpindahan material, sekarang liquid.

Laju entalpi keluar =

Laju keluar = laju masuk + laju perpindahan panas

Jika persamaan (7.30) di subtitusikan dan orde kedua diferensial diabaikan, ini

akan menjadi

Envvelope III:

Laju entalpi masuk =

Laju entail keluar =

Laju entalpi masuk = laju entalpi keluar (operasi adiabatic)

Subtitusi persamaan (7.30) dan persamaan diferensial (7.13) untuk dilakukan, dan

istilah diabaikan, menjadi

[ ]

Sekarang ini akan diaplikasikan di operasi adiabatic.

Pendingin Air dengan Udara

Air dihangatkan dengan melewati penukar panas, kondesnser, dan sejenisnya, didinginkan

dengan mengkontakkan dengan udara atmosfer untuk digunakan kembali. Kalor laten

water sangat besar sehingga hanya sejumlah kecil evaporasi memporduksi efek

pendinginan yang besar. Karena laju perpindahan massa biasanya kecil, tingkat suhu secara

umum cukup rendah, dan hubungan Lewis berlaku cukup baik untuk sistem udara-air.

Hubungan dari bagian sebelumnya dapat diringkas dengan baik dengan membuat

pendekatan yang masuk akal

Demikian, jika istilah panas sensible di persamaan (7.41) diabaikan dibandingkan

dengan panas laten, kita memiliki

Disini istilah terakhir di kanan mengabaikan Y’ dimana muncul di definisi CS. Integrasi,

pada asumsi selanjutnya bahwa L’ pada dasarnya konstat (sedikit evaporasi), memberikan

Neraca entalpi ini dapat ditampilkan secara grafik dengan memplot entalpi gas H’ terhadap

seperti pada gambar 7.11. Garis ON pada grafik menunjukan persamaan (7.43) dan

melewati titik yang menunjukan kondisi terminal dari kedua fluida. Sejauh

lebih

kecil dibandingingkan L’, bentuk garis lurus dan kemiringan . Kurva

kesetimbangan di gambar diplot untuk kondisi gas di antarmuka gas-liquid, yaitu entalpi

dari saturated gas di setiap temperatur.

JIka laju pperpindahan massa kevil, seperti biasanya, persamaan (7.32) dapat dituis

dan persamaan (7.37) menjadi

Ketika panas sensible dari perpindahan uap diabaikan, persamaan (7.39) menjadi

Subtitusi persamaan (7.33) dan 7.45) ke persamaan (7.42) memberikan

Jika

, maka ini menjadi

Untuk kasus special dimana r = 1, istilah dalam kurung adalah entalpi gas. Pembatasan

bahwa r=1 membutuhkan Le = 1 (udara-air), dan (huruf ini akan benar

hanya pengisian menyeluruh irigasi tower, meskipun untuk kontak udara-air, nilai r

setinggi 2, telah diamati dengan laju liquid rendah. Dengan pemahaman ini, persamaan

(7,48) adalah

dimana ditandai disana bawha koefisien transfer massa digunakan dengan gaya dorong

entalpi. Menggabungkan persamaan (7.42),(7.46),(7.49) kemudian memberikan

Pada posisi di alat yang sesuai untuk titik U di garis operasi (gambar 7.11), titik T

menunjukan kondisi antarmuka dan jarak TR gaya dorong entalpi di dalam fasa

gas. Dengan membuat konstuksi seperti segitiga RTU di beberapa tempat sepanjang garis

operasi, sesuai dengan nilai dan dapat diperoleh. Persamaan (7.50) kemudian

memberikan asumsi adalah konstan.

Intergral tersebut dapat dievaluasi secara grafik dan tinggi packed Z terhitung. Integral

entalpi dari persaman (7.51) terkadang memberikan penafsiran lain, maka

Dimana bagian tengah dari persamaan ini adalah jumlah rata-rata gaya dorong dibagai ke

perubahan entalpi. Ini adlah ukuran kesulitan dari perpindahan entalpi, disebut, nomor

unit perpindahan entalpi gas . Akibatnya

dimana tinggi dari unit perpindahan entalpi gas . lebih sering disukai

daripada sebagai ukuran dari kinerja packing sejak ini kurang bergantung terhadap laju

alir dan mempunyai dimensi panjang yang simple.