Reaktor Kimia

Reaktor kimia adalah sebuah alat industri kimia , dimana terjadi reaksi bahan mentah menjadi

hasil jadi yang lebih berharga.

Tujuan pemilihan reaktor adalah :

1. Mendapat keuntungan yang besar

2. Biaya produksi rendah

3. Modal kecil/volume reaktor minimum

4. Operasinya sederhana dan murah

5. Keselamatan kerja terjamin

6. Polusi terhadap sekelilingnya (lingkungan) dijaga sekecil-kecilnya

Pemilihan jenis reaktor dipengaruhi oleh :

1. Fase zat pereaksi dan hasil reaksi

2. Tipe reaksi dan persamaan kecepatan reaksi, serta ada tidaknya reaksi samping

3. Kapasitas produksi

4. Harga alat (reactor) dan biaya instalasinya

5. Kemampuan reactor untuk menyediakan luas permukaan yang cukup untuk perpindahan

panas

Jenis-jenis reactor

A. Berdasarkan bentuknya

1. Reaktor tangki

Dikatakan reaktor tangki ideal bila pengadukannya sempurna, sehingga komposisi dan suhu

didalam reaktor setiap saat selalu uniform. Dapat dipakai untuk proses batch, semi batch, dan

proses alir.

2. Reaktor pipa

Biasanya digunakan tanpa pengaduk sehingga disebut Reaktor Alir Pipa. Dikatakan ideal bila zat

pereaksi yang berupa gas atau cairan, mengalir didalam pipa dengan arah sejajar sumbu pipa.

B. Berdasarkan prosesnya

1. Reaktor Batch

Yaitu reactor yang tidak ada massa masuk dan keluar selama reaksi. Jadi bahan dimasukkan,

direaksikan beberapa waktu / hari (residence time) dan dikeluarkan sebagai produk dan selama

proses tidak ada umpan-produk mengalir. Contoh : fermentasi pembuatan alkohol.

Batch Reactor

Umumnya digunakan : 

- Fase cair

- Skala proses yang kecil

- Mencoba proses baru yang belum sepenuhnya dikembangkan

- Memproduksi produk yang mahal

- Proses-proses yang sulit diubah menjadi proses kontinyu

- Jika bahan atau hasilnya perlu pembersihan

- Proses memerlukan waktu lama

Keuntungan reactor batch:

- Lebih murah dibanding reactor alir

- Lebih mudah pengoperasiannya

- Lebih mudah dikontrol

Kerugian reactor batch:

- Pengendalian suhu bermasalah

- Lebih banyak pekerja, karena diperlukan utk pengawasan kondisi & prosedur yg berubah

terus dari awal sampai akhir

- Tidak begitu baik untuk reaksi fase gas (mudah terjadi kebocoran pada lubang pengaduk)

- Waktu yang dibutuhkan lama, tidak produktif (untuk pengisian, pemanasan zat pereaksi,

pendinginan zat hasil, pembersihan reactor, waktu reaksi)

2. Reaktor Alir (Continous Flow)

Yaitu reactor dimana proses umpan dan produk mengalir secara terus-menerus.

Keuntungannya :

- Alat lebih kecil dan murah

- Bahan yg diolah lebih sedikit shg resiko kerusakan bahan lebih kecil

- Kondisi operasi lebih seragam

- Produk seragam

- Pengurangan biaya per satuan produksi, karena proses dalam kapasitas kecil2

- Biaya operasi & investasi rendah

- Pengendalian kondisi operasi yang mudah

Ada 2 reaktor kontinyu :

1. Mixed Flow Reactor (MFR), reaktor tangki berpengaduk dimana umpan masuk, diproses

beberapa waktu (residence time) lalu produk keluar. Biasanya reaktor jenis ini disusun paralel

sehingga mempunyai kapasitas yang besar dan efisien waktu.

MFR

Keuntungan:

- Volume reactor besar, maka waktu tinggal juga besar, berarti zat pereaksi lebih lama

bereaksi di reactor.

- Suhu dan komposisi campuran dalam reaktor sama (homogen) karena pengadukan.

- Pengontrolan suhu mudah sehingga kondisi operasi yang isotermal bisa terpenuhi

Kerugian:

- Tidak effisien untuk reaksi fase gas dan reaksi yang bertekanan tinggi karena rentan

bocor.

- Kecepatan perpindahan panas lebih rendah dibanding RAP

- Untuk menghasilkan konversi yang sama, volume yang dibutuhkan MFR lebih besar dari

PFR.

2. Plug Flow Reactor (PFR), umumnya digunakan pada Fase gas dengan tekanan dan suhu tinggi

reaktor alir pipa, dimana umpan masuk pada masukan pipa, terjadi reaksi sepanjang pipa lalu

keluar. Dikatakan ideal jika zat pereaksi dan hasil reaksi mengalir dengan kecepatan yang sama

diseluruh penampang pipa. Konversi semakin lama semakin tinggi di sepanjang pipa. Contoh

petrokimia, pertamina

PFR

Keuntungan :

- Memberikan volume yang lebih kecil daripada RATB, untuk konversi yang sama

- Konversi yang cukup tinggi dibanding MFR

- Waktu yang relatif lebih singkat

Kerugian:

- Harga alat dan biaya instalasi tinggi.

- Memerlukan waktu untuk mencapai kondisi steady state.

- Untuk reaksi eksotermis kadang-kadang terjadi "Hot Spot" (bagian yang suhunya sangat

tinggi) pada tempat pemasukan . Dapat menyebabkan kerusakan pada dinding reactor

- Perawatan yang mahal

- Memerlukan waktu untuk kondisi steady state

3. Reaktor semi batch

Biasanya berbentuk tangki berpengaduk

C. Jenis reaktor berdasarkan keadaan operasinya

1. Reaktor isotermal.

Dikatakan isotermal jika umpan yang masuk, campuran dalam reaktor, aliran yang keluar dari

reaktor selalu seragam dan bersuhu sama.

2. Reaktor adiabatis.

Dikatakan adiabatis jika tidak ada perpindahan panas antara reaktor dan sekelilingnya. Jika

reaksinya eksotermis, maka panas yang terjadi karena reaksi dapat dipakai untuk menaikkan

suhu campuran di reaktor. ( K naik dan -rA besar sehingga waktu reaksi menjadi lebih pendek).

3. Reaktor Non-Adiabatis

D. Reaktor Gas Cair dengan Katalis Padat

1. Packed/Fixed bed reaktor (PBR).

Terdiri dari satu pipa/lebih berisi tumpukan katalis stasioner dan dioperasikan vertikal. Biasanya

dioperasikan secara adiabatis. 

Keuntungan:

- Biaya operasi dan perawatan murah dibanding FBR

- Bisa digunakan di suhu dan tekanan tinggi

- Bisa dioperasikan dengan waktu tinggal yang bervariasi

Kerugian:

- Sulit dalam penjagaan distribusi aliran yg seragam

- Bed yg kecil lebih efektif karena internal area yang besar tapi pressure drop tinggi

- Regenerasi bed sulit dilakukan karena cenderung permanen

2. Fluidized bed reaktor (FBR)

Reaktor dimana katalisnya terangkat oleh aliran gas reaktan. Operasinya secara isotermal.

Perbedaan dengan Fixed bed: pada Fluidized bed jumlah katalis lebih sedikit dan katalis

bergerak sesuai kecepatan aliran gas yang masuk serta FBR memberikan luas permukaan yang

lebih besar dari PBR.

Keuntungan:

- Suhu konstan sehingga mudah dikontrol

- Regenerasi bed yang mudah

- Reaksinya memiliki efek panas yang tinggi

Kekurangan:

- Bisa menyebabkan keausan dinding reaktor karena gerakan bed yang terus-menerus

bergesekan dengan dinding

- Karena bergerak terus-menerus dan antar bed bergesekan, bisa menyebabkan partikel bed

mengecil dan terikut keluar sebagai produk. Sehingga perlu ditambahkan cyclone

separator.

E. Fluid-fluid reactor

Biasa digunakan untuk reaksi gas-cair dan cair-cair.

1. Bubble Tank.

2. Agitate Tank

3. Spray Tower

Alat yang digunakan utk absorbsi gas, terdiri dari tower kosong dan satu set nozzle utk

menyemprotkan cairan.

Pertimbangan dalam pemilihan fluid-fluid reaktor.

1. Untuk gas yang sukar larut (Kl <) sehingga transfer massa kecil maka Kl harus diperbesar

.Jenis spray tower tidak sesuai karena kg besar pada Spray Tower

2. Jika lapisan cairan yang dominan, berarti tahanan dilapisan cairan kecil maka Kl harus

diperbesar » jenis spray tower tidak sesuai.

3. Jika lapisan gas yang mengendalikan (maka Kg <) » jenis bubble tank dihindari.

4. Untuk gas yang mudah larut dalam air » jenis bubble tank dihindari.

Untuk pendekatan perhitungan reaktor pada umumnya ada 2 (didapat dari situsnya

wikipedia), yaitu :

1. Reaktor alir tangki berpengaduk (RATB) atau continous stired tank reactor (CSTR)

2. Reaktor alir pipa (RAP) atau plug flow reaktor (PFR)

3. Reaktor alir tangki berpengaduk (RATB) atau continous stired tank reactor (CSTR)

4.

Jenis – Jenis Reaktor

Berdasarkan Bentuknya

Reaktor Alir Pipa

Reaktor alir pipa desebut ideal jika zat-zat pereaksi dan hasil reaksi mengalir dengan

kecepatan yang sama diseluruh pemampang pipa. Di reaktor komposisi , suhu dan tekanan

diseluruh penampang reaktor selalu sama. Perbedaan komposisi, suhu dan tekanan hanya terjadi

di sepanjang dinding reaktor. Reaktor jenis ini banyak digunakan dalam industri dengan zat

pereaksi atau reaktan berupa fase gas atau cair dengan kapasitas produksi yang cukup besar.

             Reaktor tangki ideal adalah bila pengadukan sempurna, sehingga komposisi dan suhu di

dalam reaktor setiap saat selalu uniform. Dapat di pakai untuk proses batch, semi baatch dan

proses alir

  Reaktor Batch

Reaktor batch adalah tempat terjadinya suatu reaksi kimia tunggal, yaitu reaksi

berlangsung dengan hanya satu persamaan laju reaksi yang berpasangan dengan persamaan

kesetimbangan dan stoikiometri.Reaktor ini biasanya sangat cocok untuk pokduksi berkapasitas

kecil.

Reaktor alir ada dua jenis yaitu:

 Reaktor Alir Tangki Berpengaduk

   Reaktor Alir Tangki Berpengaduk ( RATB ) merupakan reaktor yang paling sering dijumpai

dalam industri kimia. Pada industri berskala besar pengoperasian reaktor alir tangki berpengaduk

meliputi tiga tahap yaitu pengisian reaktor tinggi overflow, kondisi kontinyu dan kontinyu steady

state. Evaluasi variabel-variabel operasi sangat mudah dilakukan pada kondisi steady state.

     Reaktor Alir Tangki Berpengaduk ( RATB ) ini dipanaskan baik menggunakan sistim

tertutup di dalam tangki atau  jaket yang mengelilingi tangki. Pada tangki pencampur yang

digunakan pada reaktor kimia, dua fluida atau lebih direaksikan bersama untuk menghasilkan

suatu fluida yang berbeda dari fluida sebelumnya. Reaksi ini terjadi pada temperatur tertentu

yang harus dipertahankan tetap besarnya atau konstans agar dapat dihasilkan temperatur dan

jenis fluida keluaran yang diinginkan.

      Reaktor Alir Pipa

    Reaktor alir pipa desebut ideal jika zat-zat pereaksi dan hasil reaksi mengalir dengan

kecepatan yang sama diseluruh pemampang pipa. Di reaktor komposisi , suhu dan tekanan

diseluruh penampang reaktor selalu sama. Perbedaan komposisi, suhu dan tekanan hanya terjadi

di sepanjang dinding reaktor. Reaktor jenis ini banyak digunakan dalam industri dengan zat

pereaksi atau reaktan berupa fase gas atau cair dengan kapasitas produksi yang cukup besar.

  Reaktor Semi Batch

                         Para reaktor batch semi mungkin adalah jenis yang palingsering reaktor dalam

industri kimia,terutama di cabang kimia halus, di laboratorium kimia organik dan dalam proses

bioteknologi.

Motivasi untuk Menggunakan Semi-Batch Reaktor

       1. Kontrol konsentrasi reaktan untuk meningkatkan selektivitas

           reaksi.

       2. Penambahan reaksi sedikit demi sedikit untuk mengontrol

           istribusi komposisi produk (e.g polimerisasi).

       3. Kontrol produksi panas reaksi (reaksi eksoterm).

       4. Hindari toksisitas substrat untuk memproduksi organisme atau  

           enzim yang terisolasi.

       5. Penghapusan produk untuk meningkatkan konversi dan

           selektivitas.

       6. Hindari akumulasi memberi reaksi terhadap dekomposisi

          termal.

       7. Simulasikan produksi berkelanjutan terutama untuk skala kecil.

            Dalam kontras yang mengejutkan, reaktor batch semi adalah yang paling dibahas

dalam kimia dan biokimia industri. Alasan utama bagiperbedaan ini adalah kesulitan dalam

mendapatkan solusi analitis dari persamaan diferensial yang

menggambarkan suatu jenis reaktor. Selain itu, di reaktor semi-batch segalanya

biasanya bervariasi, konsentrasi, suhu dan volume. Metodologi yang kami gunakan dalam

Tentu saja, bagaimanapun, memberikan pendekatan yang lurus ke depan untuk solusi

dari masalah ini. mulai dari bahan dasar dan menyeimbangkan energi,solusi dari persamaan

diferensial yang mengatur mudah diperoleh

denganintegrasi numerik, misalnya menggunakan BerkeleyMadonna. Alat tersebutjuga

memungkinkan lurus ke depan optimasi profil makan.

  Berdasarkan Keadan Operasinya

  Reaktor Isotermal

Reaktor Isotermal adalah jika umpan atau fluida yang masuk dan tercampur dalam reaktor  maka

aliran fluida yang keluar dari reaktor selalu seragam dan bersuhu sama

 Reaktor Adiabatis

    Reaktor Adiabatis adalah tidak ada perpindahan panas antara reactor dengan sekelilingnya.

Ditinjau dari segi operasionalnya, reactor adiabatic yang paling sederhana, cukup dengan

menyekat reactor, sehingga tidak ada panas yang hilang ke sekelilingnya.

 Reaktor Fixed Bed

    Reaktor Fixed Bed adalah reaktor dengan menggunakan katalis padat yang diam dan zat

pereaksi berfase gas. Butiran-butiran katalisator yang biasa dipakai dalam reaktor fixed bed

adalah katalisator yang berlubang di bagian tengah, karena luas permukaan persatuan berat lebih

besar jika dibandingkan dengan butiran katalisator berbentuk silinder, dan aliran gas lebih lancar.

 Reaktor Fluidized Bed

     Reaktor Fluidzed Bed adalah jenis reaktor kimia yang dapat digunakan untuk mereaksikan

bahan dalam keadaan banyak fasa. Reaktor jenis ini menggunakan fluida (cairan atau gas) yang

dialirkan melalui katalis padatan (biasanya berbentuk butiran-butiran kecil) dengan kecepatan

yang cukup sehingga katalis akan terolak sedemikian rupa dan akhirnya katalis tersebut dapat

dianalogikan sebagai fluida juga

 Bubble Tank

      Bubble Tank adalah jenis reaktor kimia yang dapat digunakan untuk mereaksikan bahan

dalam keadaan banyak fasa. Reaktor jenis ini menggunakan fluida (cairan atau gas) yang

dialirkan melalui katalis padatan (biasanya berbentuk butiran-butiran kecil) dengan kecepatan

yang cukup sehingga katalis akan terolak sedemikian rupa dan akhirnya katalis tersebut dapat

dianalogikan sebagai fluida juga.

  Agitate Tank

     Agitate Tank adalah digunakan untuk menyediakan reservoir penyimpanan untuk batch

campuran dari mixer kecepatan geser tinggi.

Tiiga fungsi utama dari Agitate Tank :

1.      Persamaan gelembung udara terjebak selama proses pencampuran.

2.      Agitate bertindk sebagai reservoir penyimpanan untuk batch campuran yang memungkinkan

kelangsungan penyediaan dipertahankan untuk pompa.

3.      Agitate dari dayung khusus bebentuk menjaga campuran dalam suspensi sebelum pemompaan.

  

  Spray Tower

      Spray Tower adalah perangkat kontrol terutama digunakan untuk pengkondisian gas

( pendingin dan pelembab ) atau untuk tahap pertama atau penghapus partikel gas. Mereka juga

digunakan di banyak gas cerombnong desulfurisasi sistem untuk mngurangi penumpukan

plugging dan skala oleh polutan.