BAB IIIREAKTOR UNTUK REAKSI HOMOGEN

Berdasarkan PROSESNYAa. Batchb. Alir (Continuous flow)c. Semi-Batch / semi-flow

Berdasarkan BENTUKNYAa. Reaktor Tangkib. Reaktor Pipa

Berdasarkan KEADAAN OPERASINYAa. Reaktor Isothermalb. Reaktor Adiabatisc. Reaktor non isothermal – non adiabatis

Berdasarkan SUSUNAN REAKTORNYAa. Reaktor Tunggalb. Beberapa Reaktor sejenis yang dipasang seri / paralelc. Beberapa Reaktor yang tidak sejenis dipasang seri

Berdasarkan CARA PEMASUKAN UMPANa. Umpan dimasukkan sekaligusb. Umpan dimasukkan secara kontinyu dengan kecepatan konstanc. sebagian hasil reaktor diumpankan kembalid. Sebagian umpan dimasukkan sekaligus dan yang lainnya secara kontinyu

REAKTOR BATCHReaktor Berdasarkan PROSESNYA

- Reaktan dimasukkan ke dalam reaktor sampai tercapai kapasitas (volume) tertentu- Digunakan untuk reaktan dan produk fase gas (atau diperlukan konstruksi khusus)- Reaksi dijalankan sesuai dengan kondisi operasi optimalnya- Reaksi akan berlangsung baik jika komposisi didalam reaktor seragam pengaduk- Setelah tercapai konversi tertentu, reaksi dihentikan dan produk dikeluarkan dari reaktor

- Ukuran reaktor akan dipengaruhi oleh kapasitas produksi, ukuran yang terlalu besar tdk efisien:- Pencampuran tidak seragam- Penganganan reaktan, kondisi operasi dan produk lebih sulit

Kelebihan operasi BATCH- Untuk produk dalam jumlah kecil- Untuk pembuatan produk yang berbeda-beda- Resiko penyumbatan pipa penyalur dapat dihindari- Lebih Ekonomis untuk reaksi yang lambat- Pemasangan dan pembuatan reaktor lebih murah- Pengendalian proses lebih mudah- Lebih mudah untuk memulai dan mengendalikan reaksi

Waktu reaksi yang diperlukan oleh reaktor batch untuk satu kali proses operasi- Waktu pengisian- Waktu pengesetan dan penyesuaian kondisi operasi- Waktu reaksi- Waktu pengeluaran- Waktu pembersihan tangki (reaktor)

Kekurangan operasi BATCH- Kurang efisien untuk fase gas- Memakan banyak waktu untuk persiapan dan penyesuaian operasi- Biaya energi lebih tinggi- Pemakaian Operator lebih banyak

Sistem pendinginan/pemanasan1. Jaket2. Internal coil3. Exsternal Heat Exchanger

Kecepatan aliran

reaktan masuk

=

Kecepatan reaktan

keluar reaktor

+

Kecepatan berkurangnya

reaktan+

Kecepatan akumulasi zat

pereaksi dalam reaktor

0 = 0 + -( rA V) +

dNA

dt

dNA

dt(-rA)V = -

(-rA)V = - d(NAo-NAoXA)

dt

-rA V = NAodXA

dt

A

A

x

x A

AA r

dxCt

0)(

0Dengan t = waktu reaksi yang diperlukan

xA = derajat konversi reaktan AnA0 = jumlah reaktan A sebelum bereaksi,

gmolCA0 = konsentrasi reaktan A mula-mula,

(gmol/L)CA0 = NAo/V

REAKTOR SEMI-KONTINYU / SEMI-BATCH

Reaktor semi batch merupakan reaktor tangki berpengaduk dan baik dipakai pada :Reaksi yang sangat exothermis, misalnya reaksi antara formaldehid dan

larutan ammonia. Dimana formaldehid dimasukkan ke dalam reactor, sedangkan larutan amonia ditambahkan secara kontinyu. Dengan penambahan ammonia secara kontinyu, maka panas reaksi yang terjadi dapat dikendalikan.

Untuk menghindari terjadinya reaksi samping yang tidak diinginkan, jika salah satu pereaksi berlebih, misalnya pada khlorinasi benzene.

Untuk reaksi bolak-balik, misalnya pada reaksi esterifikasi.

REAKTOR SEMI-KONTINYU / SEMI-BATCH

Keterangan :1. Pipa umpan etanol2. Pipa umpan asam akrilat3. Pipa umpan asam sulfat4. Pipa recycle5. Manhole6. Motor pengaduk7. Batang pengaduk8. Koil pendingin9. Baffle10. Blade pengaduk11. Pipa hasil12. Pipa air pendingin

12

6

1 4

78

10

32

Reaktor Esterifikasi

REAKTOR ALIR / CONTINUOUS FLOW

- Reaktan dialirkan secara kontinyu kedalam reaktor- Produk yang terbentuk dan reaktan yang tersisa dikeluarkan

secara kontinyu dari reaktor- Dilangsungkan dalam Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) / Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR) ataupun pada Reaktor Alir Pipa (RAP) / Plug Flow Reactor (PFR)

Berdasarkan jenis alirannya, reaktor digolongkan menjadi :

- Mixed Flow Reactor Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) / CSTR

Komposisi, suhu dan tekanan sama diseluruh reaktor (well mixed flow) Umpan langsung tercampur dengan larutan dalam reaktor

REAKTOR ALIR / CONTINUOUS FLOW

• Plug Flow Reactor Reaktor Alir Pipa (RAP) / PFR• Kecepatan fluida sama diseluruh penampang pipa (aliran plug flow) • Komposisi, suhu dan tekanan diseluruh penampang reaktor sama

( radial mixing) Perbedaan hanya terjadi sepanjang reaktor ( longitudinal)

FA0 = FA + (-rA).V + 0

FA0 - FA = (-rA).V FA0 - (FA0 - FA0.XA) = (-rA).V FA0.XA = (-rA).V

A

A

0A.V r

x

C.F

V

dengan :V = volume reaktor yang ditempati oleh zat alirFA0 = laju alir molar A pada saat masuk reaktorFV = kecepatan pemasukan dalam volume per satuan waktu

Kecepatan aliran

reaktan masuk

=

Kecepatan reaktan

keluar reaktor

+

Kecepatan berkurang

nya

reaktan

+

Kecepatan akumulasi zat

pereaksi dalam reaktor

Input = output + zat pereaksi yang hilang karena reaksi + akumulasi FA = (FA + dFA) + (-rA).dV + 0 FA - FA = dFA + (-rA).dV 0 = dFA + (-rA).dV -dFA = (-rA).dV

Jika : FA = FA0.(1-XA) dFA = -FA0.dxA

FA0.dXA = (-rA).dV

Ax

A

A

Aordx

FV

0 )(Jika, FA0 = CA0.Fv

Ax

0 A

A

0AV )r(

dx

C.F

V

dengan : V = volume reaktor yang ditempati oleh zat alirFA = laju alir molar A pada saat masuk reaktorFV = kecepatan pemasukan dalam volume per satuan waktu

Pada Reaktor Alir Pipa kita mengenal :

a. Space Time () : Waktu yang dibutuhkan oleh proses untuk mereaksikan satu volume reaktor, dengan umpan tertentu, pada kondisi tertentu.

Ratio volume reaktor terhadap kecepatan aliran yang dinyatakan dalam volume per satuan waktu.

VFV

b. Space Velocity ( s ) = 1/

Reaktor Alir Tangki Berpengaduk

a b c d

a. Aksial / radial impellerb. Offcenter locationc. Axial impeller with Baffled. Radial Impeller with Baffle

Pola Aliran Pengadukan

Jenis impeller

a. The three-bladed mixing propeller , selected for maximum turbulence. Relatively high speeds (up to 1800rpm) with low viscosity fluids, up to about 4000cP.

b. The turbine with flat vertical blades extending to the shaft is suited to the vast

majority of mixing duties up to 100,000 CPc. The horizontal plate to which the impeller blades of this turbine are attached has a stabilizing effect

d. Turbine with blades are inclined 45” (usually). Combined axial and radial flow are achieved. Especially effective for heat exchange with vessel walls or internal coils.e. Curved blade turbines effectively disperse fibrous materials without fouling. f. Shrouded turbines consisting of a rotor and a stator ensure a high degree of radial flow, and are well adapted to emulsification and dispersion.

g. Flat plate impellers with sawtooth edges are suited to emulsification and dispersion. Since the shearing action is localized, baffles are not required. h. Cage beaters impart a cutting and beating action. Usually they are mounted on the same shaft with a standard propeller.i. Anchor paddles fit the contour of the container, prevent sticking of pasty materials, and promote good heat transfer with the wall

j. Gate paddles are used in wide, for material so high viscosity. Shaft speeds are low. Some designs include hinged scrapers to clean the sides and bottom of the tank.k. Hollow shaft and hollow impeller assemblies are operated at high tip speeds for recirculating gases. The gas enters the shaft above the liquid level and is expelled centrifugally at the impeller. Circulation rates are relatively lowl. This arrangement of a shrouded screw impeller and heat exchange coil for viscous liquids.

Stirred tank reactors continuous.

(a)Dengan agitator dan internal heat transfer, batch atau kontinyu.

(b)Dengan pump around mixing dan external heat transfer, batch atau kontinyu.

(c) Three-stage continuous stirred tank reactor.

(d)Three-stage continuous stired tank in a single shell.

Reaktor Alir PipaDigunakan dalam industri untuk zat pereaksi fase gas/cair dengan kapasitas

besar.Reaktor Pipa dikatakan ideal jika: Zat pereaksi mengalir dalam pipa dengan pola aliran plug flow Kecepatan pengadukan arah radial berlangsung sangat cepat, sehingga

perbedaan hanya terjadi di sepanjang reaktor Setiap partikel yang mengalir mempunyai waktu tinggal yang sama

Polimerisasi ethylene pada tekanan tinggi

Fired tubular cracking furnace untuk menghasilkan ethylene dari naphtha

Untuk kombinasi reaktor baik yang sejenis maupun tidak sejenis yang disusun secara seri disebut sistem KASKADE

Sistem Kaskade ini digunakan jika;1. Bila waktu tinggal dari komponen reaksi harus sama, tetapi reaksi tidak dapat

dilakukan dalam reaktor2. Agar pada reaksi-reaksi yang sangat eksotermis, dengan temperatur reaksi yang

berbeda dalam masing-masing ketel, kecepatan reaksi dapat diatur secara terarah3. Agar produk samping yang merugikan pada proses selanjutnya dapat dikeluarkan

pada setiap akhir tahapan