BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Reaktor sebagai tempat berlangsungnya suatu reaksi kimia, sering dinyatakan

sebagai pusat suatu proses kimia. Berbagai jenis reaktor dapat dibedakan atas dasar

bentuk reaktor yang digunakan, proses yang berlangsung, atau kondisi operasinya.

Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) atau dikenal sebagai Continuous Stirred

Tank Reactor (CSTR) merupakan salah satu jenis reaktor, umumnya berbentuk bejana

dan bekerja secara kontinu (alir), dan banyak digunakan untuk reaksi-reaksi homogen

fase cair tanpa katalis maupun dengan katalis, serta reaksi yang terjadi di dalamnya

berlangsung secara isotermal.

Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR) adalah salah satu alat penting dalam

suatu industri kimia. CSTR ini selain merupakan tempat berlangsungnya reaksi, juga

dapat digunakan untuk menentukan besarnya konversi reaksi yang terjadi. Banyak

industri kimia yang menggunakan CSTR ini, selain mudah digunakan dan biaya

operasinya murah, kualitas produk yang bagus, kontrol yang otomatis dan tidak

membutuhkan banyak tenaga operator. Karakteristik dari reaktor ini adalah

beroperasi pada kondisi steady state dengan aliran reaktan dan produk secara kontinu.

Dalam industri, CSTR digunakan karena beroperasi dalam skala yang besar. Reaktor

ini digunakan untuk reaksi fasa cair dan biasanya digunakan dalam industri kimia

organik seperti pabrik pembuatan etil asetat, industri farmasi dan industri makanan

dan minuman.

Dengan dilakukannya percobaan ini diharapkan praktikan dapat lebih

mengenal prinsip kerja dari reaktor tangki alir berpengaduk secara langsung serta

mengetahui proses-proses kimia yang terjadi dalam suatu reaksi kimia.

1.2 Tujuan Percobaan

Untuk menentukan konstanta kecepatan reaksi pada reaktor CSTR.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Reaktor

Reaktor adalah suatu alat proses tempat dimana terjadinya suatu reaksi

berlangsung, baik itu reaksi kimia atau reaksi nuklir dan bukan secara fisika. Reaktor

kimia adalah segala tempat terjadinya reaksi kimia, baik dalam ukuran kecil seperti

tabung reaksi sampai ukuran yang besar seperti reaktor skala industri. Reaktor CSTR

beroperasi pada kondisi steady state (tidak terjadi perubahan volume maupun

komposisi terhadap waktu) dan mudah dalam control  temperatur, tetapi waktu

tinggal reaktan dalam reaktor ditentukan oleh laju alir dari umpan yang masuk (feed)

dan keluar, maka waktu tinggal sangat terbatas sehingga sulit mencapai konversi

reaktan per volume reaktor yang tinggi karena dibutuhkan reaktor dengan volume

yang sangat besar (sumarni, 2009).

Continuous Stirred Tank Reactor adalah reaktor yang dirancang untuk

mempelajari proses-proses penting dalam ilmu kimia. Reaktor jenis ini merupakan

salah satu dari tiga tipe reaktor yang bisa bersifat interchangeable pada

unit service reaktor. Reaksi dimonitor oleh probe konduktivitas dari larutan yang

berubah dengan konversi dari reaktan menjadi produk. Artinya ini merupakan proses

titrasi yang tidak akurat dan tidak efisien dimana ini digunakan untuk memonitor

perkembangan reaksi yang tidak begitu penting. Reaksi yang terjadi adalah

reaksi safonifikasi etil asetat dengan menggunakan NaOH yang dilakukan pada

kondisi tekanan dan temperatur yang aman.

 Keberhasilan operasi suatu proses pengolahan sering kali bergantung pada

efektifnya pengadukan dan pencampuran zat cair dalam proses itu. Istilah

pengadukan dan pencampuran sebenarnya tidak sinonim satu sama lain. Pengadukan

(agitation) menunjukkan gerakan yang tereduksi menurut cara tertentu pada suatu

bahan di dalam bejana, dimana gerakan itu biasanya mempunyai semacam pola

sirkulasi. Pencampuran (mixing) ialah peristiwa menyebarnya bahan-bahan secara

acak, dimana bahan yang satu menyebar ke dalam bahan yang lain dan sebaliknya,

sedang bahan-bahan itu sebelumnya terpisah dalam dua fase atau lebih. Istilah

pencampuran digunakan untuk berbagai ragam operasi, dimana derajat homogenitas

bahan yang bercampur itu sangat berbedas-beda. Tujuan dari pengadukan antara lain

adalah untuk membuat suspense partikel zat padat, untuk meramu zat cair yang

mampu cair (miscible), untuk menyebar (dispersi) gas di dalam zat cair dalam bentuk

gelembung-gelembung kecil. Untuk menyebarkan zat cair yang tidak dapat

bercampur dengan zat cair yang lain, sehingga membentuk emulsi atau suspense

butiran-butiran halus, dan untuk mempercepat perpindahan kalor antara zat cair

dengan kumparan atau mantel kalor. Kadang-kadang pengaduk (agitator) digunakan

untuk beberapa tujuan sekaligus, misalnya dalam hidrogenasi, gas hidrogen

didispersikan melalui zat cair dimana terdapat partikel-partikel katalis padat dalam

keadaan suspense, sementara kalor reaksi diangkat keluar melalui kumparan atau

mantel.

 Agitator (pengaduk) biasanya juga digunakan untuk beberapa tujuan sekaligus,

misalnya dalam hidrogenasi katalitik pada zat cair. Dalam bejana hidrogenasi, gas

hidrogen didispersikan melalui zat cair dimana terdapat pertikel-partikel katalis padat

dalam keadaan suspensi, sementara kalor reaksi diangkut keluar melalui kumparan

atau mantel. Adanya pengadukan yang sempurna menyebabkan komposisi di dalam

reaktor sama dengan komposisi yang keluar dari reaktor, begitu pula dengan

parameter lain, seperti: kosentrasi, konversi reaksi, dan kecepatan reaksi. (McCabe

dkk, 2003).

Ada dua model teoritis paling populer yang digunakan dalam pereaksian kimia

yang beroperasi dalam keadaan tunak (steady-state), yaitu CSTR (Continuos Stirred

Tank Reactor) dan Plug Flow Reaktor (PFR). Perbedaannya adalah pada dasar

asumsi konsentrasi komponen-komponen yang terlibat dalam reaksi. CSTR

merupakan reaktor model berupa tangki berpengaduk dan diasumsikan pengaduk

yang bekerja dalam tangki sangat sempurna sehingga konsentrasi tiap komponen

dalam reaktor seragam sebesar konsentrasi aliran konsentrasi tiap komponen dalam

reaktor seragam sebesar konsentrasi aliran yang keluar dari reaktor. Model ini

biasanya digunakan pada reaksi homogen di mana semua bahan baku dan katalis cair

(Hill, 1977).

Reaktor industri kimia merupakan peralatan yang komplek dalam transfer

panas, transfer massa, difusi dan friksi yang mungkin ditemui selama reaksi kimia, ini

harus dijaga dan terkontrol. Continous stirred tank reactor sering digunakan secara

multiply dan secara seri. Reaktan secara terus-menerus dimasukkan ke dalam vessel

pertama dan overflow diantara masing-masing saat terjadi pencampuran dalam

masing-masing vessel. Biasanya komposisi uniform dalam individual vessel, tapi ada

gradient konsentrasi dalam sistem secara keseluruhan (Charles, 1987).

Gambar 2.1. Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR)

Keberhasilan operasi suatu proses pengolahan sangat bergantung  pada aktifnya

pengadukan dan pencampuran zat cair dalam proses itu. Istilah pengadukan dan

pencampuran sebetulnya tidak sama satu sama lain. Pengadukan (agitator)

menunjukkan gerakan yang tereduksi menurut cara tertentu. Pada suatu bahan

didalam bejana, dimana gerakan ini biasanya mempunyai semacam pola sirkulasi.

Pencampuran (mixing) ialah peristiwa menyebarnya bahan secara acak, dimana bahan

yang satu menyebar kedalam bahan yang lain dan sebaliknya, sedang bahan-bahan itu

terpisah dalam dua fase atau lebih. Istilah pencampuran digunakan untuk berbagai

ragam operasi, dimana derajat homogenitas bahan yang ”bercampur” tersebut sangat

berbeda-beda. Tujuan dari pengadukan antara lain adalah untuk membuat suspensi

partikel zat padat, untuk meramu zat cair yang mampu bercampur (miscible), untuk

menyebar (dispersi) gas di dalam zat cair yang lain, sehingga membentuk emulsi atau

suspensi butiran-butiran halus, dan untuk mempercepat perpindahan kalor antara zat

cair dengan kumparan atau material kalor. Kadang-kadang pengaduk digunakan

untuk beberapa tujuan sekaligus, misal dalam hidrogenasi katalitik pada zat cair.

Dalam bejana hidrogenasi gas hidrogen didispersikan melalui zat cair dimana

terdapat partikel-partikel katalis padat dalam keadaan suspensi, sementara kalor

dikeluarkan melalui kumparan atau mantel (McCabe dkk , 2003).

Reaktor tangki berpengaduk yang ideal beroperasi secara isotermal pada

kecepatan alir yang konstan. Bagaimanapun kesetimbangan energi diperlukan untuk

memprediksi temperatur agar konstan pada saat panas dari reaksi cukup (atau

pertukaran panas antara lingkungan dengan reaktor tidak mencukupi) untuk membuat

perbedaan antara suhu umpan dengan reaktor. Tangki berpengaduk dapat

memberikan pilihan yang lebih baik atau bahkan lebih buruk daripada tubular flow

unit pada sistem reaksi ganda. Biasanya hal terpenting adalah nilai relatif atau energi

aktivasi (Smith,1981).

Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR) bisa berbentuk dalam tangki satu atau

lebih dari satu dalam bentuk seri. Reaktor ini digunakan untuk reaksi fase cair dan

biasanya digunakan dalam industri kimia organik. Keuntungan dari reaktor ini adalah

kualitas produk yang bagus, kontrol yang otomatis dan tidak banyak membutuhkan

banyak tenaga operator. Karakteristik dari reaktor jenis ini adalah beroperasi pada

kondisi steady state dengan aliran reaktan dan produk secara kontinu. Continuous

Stirred Tank Reactor (CSTR) adalah reaktor yang dirancang untuk mempelajari

proses-proses pening dalam ilmu kimia.  Reaktor jenis ini merupakan salah satu dari

3 tipe reaktor yang bisa bersifat interchangble pada unit service reaktor (CEX Mk

II).  Reaksi dimonitor oleh probe konduktivitas sebagai konduktivitas dari larutan

yang berubah dengan konversi dari reaktan menjadi produk. Artinya, ini merupakan

proses titrasi yang tidak akurat dan tidak efisien di mana ini digunakan untuk

memonitor perkembangan reaksi yang tidak begitu penting (Alex, 2013).

Gambar 2.2 Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR) dalam susunan seri

Coil stainless didalam reaktor CSTR berguna sebagai pemindah panas

permukaan untuk memanaskan atau mendinginkan reaktan kimia. Coil itu

dihubungkan untuk memanaskan sirkulator air atau disebut juga CW-16 chiller. Coil

inlet ini berada pada posisi didepan reaktor dan return reaktor itu berada pada bagian

belakang dari reaktor. Agitator (pengaduk) turbin bekerja pada sambungan dengan

mengatur baffle (suatu alat untuk mencegah aliran) untuk menghasilkan pengadukan

dan perpindahan panas yang sempurna. Agitator ini bekerja dengan menggunakan

motor listrik yang ditaruh pada penutup reaktor. Motor ini dijalankan dengan variable

speed unit yang ditaruh didepan sevice unit. Tombol untuk plug motor listrik ini

diletakkan pada bagian belakang service unit.

Agitator (pengaduk) biasanya juga digunakan untuk beberapa tujuan sekaligus,

misalnya dalam hidrogenasi katalitik pada zat cair. Dalam bejana hidrogenasi, gas

hidrogen didispersikan melalui zat cair dimana terdapat pertikel-partikel katalis padat

dalam keadaan suspensi, sementara kalor reaksi diangkut keluar melalui kumparan

atau mantel Dengan reaksi sebagai berikut (McCabe dkk, 2003).

NaOH    +     CH3COOC2H5             CH3COONa    +    C2H5OH  

Reaksi ini terjadi berasarkan persamaan molar dan reaksi orde pertama yang

bergantung kepada larutan Natrium hidroksida dan etil asetat. Konsentrasi yang

digunakan berkisar antara 0 sampai 0.1 M dengan temperature berkisar 20-40 oC.

Reaksi ini berlangsung dalam reaktor CSTR atau reaktor tubular yang bisa mencapai

keadaan steady state ketika konversi dan konsentrasi reagen telah tercapai. Keadaan

steady state akan bervariasi berdasarkan konsentrasi reagen, flowrate, dan volume

reaktor secara temperature reaksi. Kecepatan reaksi dihitung dengan mengonversikan

reaktan menjadi produk dalam waktu tertentu. Agar reaksi bisa terjadi, partikel dari

reaktan-reaktan tersebut harus berkontak agar menghasilkan suatu interaksi.

Kecepatan reaksi bergantung pada frekuensi tumbukan dan efffisiensi tumbukan

partikel dari larutan yang bereaksi. Faktor-faktor ini didukung dengan pengadukan

reaktan dengan menggunakan stirred (pengaduk) dan baffle di dalam reaktor.

Pengadukan yang tidak sempurna akan menghasilkan kecepatan reaksi yang kurang

pula. Berdasarkan reaksi antara NaOH dan etil asetat, jika konsentrasi awal dari

kedua larutan tersebut sama (ao) dan konversi (xa) maka konsentrasi dari masing-

masing larutan adalah:

            NaOH    +    CH3COOC2H5       C2H5OH    +    CH3COONa 

            (ao - xa)               (ao - xa)                  (xa)                   (xa)

Dengan neraca massa pada kondisi steady state yaitu:

               Input  –  output  ±  accumulation  =  0 …………...  (1)

Etil asetat adalah senyawa organik dengan rumus molekul CH3COOC2H5.

senyawa ini merupakan ester dari etanol dan asam asetat. Senyawa ini berwujud

cairan tak berwarna dan memiliki bau yang khas. Etil asetat adalah pelarut polar

menengah yang volatile (mudah menguap), tidak beracun dan tidak higroskopik. Etil

asetat dapat melarutkan air hingga 3% dan larut dalam air hingga kelarutan 8% pada

suhu kamar. Untuk memperoleh rasio hasil yang tinggi, biasanya digunakan asam

kuat dengan proporsi stoikiometri, misalnya natrium hidroksida (Tim Penyusun,

2015).

2.2 Kecepatan Reaksi

Menurut hukum kegiatan massa, kecepatan reaksi pada suhu tetap berbanding

lurus dengan konsentrasi pengikut-pengikutnya dan masing-masing berpangkat

sebanyak molekul dalam persamaan reaksi. Kecepatan reaksi dapat dinyatakan

dengan persamaan :

r = k.a.b....................................................(2)

Jika konsentrasi awal A (a0) sama dengan konsentrasi awal B (b0), maka persamaan

(2) Dapat disederhanakan menjadi :

r = k.a2......................................................(3)

Secara umum untuk reaksi orde n dapat dituliskan sebagai berikut :

r = k.an......................................................(4)

Reaksi orde dua arah pada persamaan (2) dapat dinyatakan dengan hubungan

konversi A(Xa) dengan waktu reaksi (t) sebagai berikut :

.........................................(5)

Pada persamaan (4) dapat diplotkan pada grafik versus t, sehingga diperoleh

slope k.a0. Dengan diketahui awal A (a0) maka nilai konstanta kecepatan (k) dapat

dihitung.

Reaksi saponifikasi Ethyl Acetate dengan sodium hydroxide merupakan

contoh reaksi order dua dengan batasan konsentrasi 0 – 0,1 M dan temperatur 20 –

40oC. adapun reaksinya sebagai berikut:

NaOH + CH3COOC2H5 CH3COONa + C2H5OH

sodium hydroxide Ethyl Acetate sodium acetate ethyl alcohol

Reaksi ini dapat dilakukan pada CSTR ataupun Tubular sampai kondisi steady

state. Kondisi steady state ini akan bervariasi tergantung pada kondisi reagen,

flowrate, volume reaktor dan temperatur reaksi (Tim Penyusun, 2015).

2.3 Mekanisme Kerja

Pada RATB prosesnya berlangsung secara kontinu, pengadukan adalah yang

terpenting dalam reaktor ini karena dengan pengadukan menjadikan reaksinya

menjadi homogen. Di RATB, satu atau lebih reaktan masuk ke dalam suatu bejana

berpengaduk dan bersamaan dengan itu sejumlah yang sama (produk) dikeluarkan

dari reaktor. Pengaduk dirancang sehingga campuran teraduk dengan sempurna dan

diharapkan reaksi berlangsung secara optimal. Waktu tinggal dapat diketahui dengan

membagi volum reaktor dengan kecepatan volumetrik cairan yang masuk reaktor.

Dengan perhitungan kinetika reaksi, konversi suatu reaktor dapat diketahui. Beberapa

hal penting mengenai RATB yaitu:

Reaktor berlangsung secara ajeg, sehingga jumlah yang masuk setara dengan

jumlah yang ke luar reaktor, jika tidak tentu reaktor akan berkurang atau

bertambah isinya.

Perhitungan RATB mengasumsikan pengadukan terjadi secara sempurna

sehingga semua titik dalam reaktor memiliki komposisi yang sama. Dengan

asumsi ini, komposisi keluar reaktor selalu sama dengan bahan di dalam

reaktor.

Seringkali, untuk menghemat digunakan banyak reaktor yang disusun secara

seri daripada menggunakan reaktor tunggal yang besar. Sehingga reaktor yang

di belakang akan memiliki komposisi produk yang lebih besar dibanding di

depannya.

Dapat dilihat, bahwa dengan jumlah RATB kecil yang tak terbatas model perhitungan

akan menyerupai perhitungan untuk RAP (Nirmala, 2013).

2.4 Pengukuran Konduktivitas

Konduktivitas larutan yang bereaksi dalam reaktor tergantung pada tingkat

konversi dan hal ini memberikan suatu metode yang cocok untuk memonitor

perkembangan reaksi. Konsentrasi umpan dapat dihitung sebagai berikut:

Konsentrasi Sodium Hydroxide dalam umpan campuran:

……………….(6)

Konsentrasi Ethyl Acetate dalam umpan campuran:

………………..(7)

Jika diberikan waktu tak hingga, reaksi akan berlangsung kontinyu sehingga salah

satu atau kedua reagen tersebut terkonversi sempurna. Sehingga, konsentrasi Sodium

Acetate dalam reaktor pada waktu tak hingga menjadi:

jika ……..(8)

atau

jika ……..(9)

dan konsentrasi sodium hydroxide dalam reaktor setelah waktu tak hingga:

jika …….(10)

atau

jika …(11)

Hubungan konduktivitas Sodium Acetate pada waktu tak hingga dengan

konsentrasinya dapat dinyatakan melalui persamaan berikut:

untuk T 294 …………….(12)

dengan cara yang sama, hubungan konduktivitas Sodium Hydroxide pada waktu tak

hingga dengan konsentrasinya dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:

untuk T 294………….(13)

Konduktivitas larutan setelah waktu tak hingga:

………...............……...(14)

dan konduktivitas Sodium Hydroxide dalam umpan campuran:

…………………………(15)

konduktivitas awal larutan dapat juga dihitung dengan asumsi bahwa Sodium Acetate

sama dengan nol:

asumsi c0 = 0 …………………………………….(16)

(Tim Penyusun, 2015)

2.5 Perhitungan Faktor Konversi

Dengan perhitungan dari persamaan-persamaan di atas maka harga

konsentrasi Sodium Hydroxide dalam reaktor pada waktu t (a1) dan konsentrasi

Sodium Acetate pada waktu t (c1) serta tingkat konversi (Xa dan Xc) untuk masing-

masing sampel konduktivitas yang dilakukan tiap periode waktu selama percobaan

dapat dihitung dengan persamaan-persamaan berikut:

Konsentrasi Sodium Hydroxide dalam reaktor pada waktu t:

………………………………..(17)

Dengan cara yang sama, konsentrasi Sodium Acetate pada waktu t adalah:

untuk c0 = 0 ……………………………(18)

dimana 1 merupakan konduktivitas pada waktu t. Konversi Sodium Hydroxide dapat

didefinisikan sebagai jumlah yang bereaksi, yang dinyatakan sebagai persentase

jumlah awal. Jumlah yang sama dapat didefinisikan untuk produksi Sodium Acetate,

sebagai jumlah yang dihasilkan yang dinyatakan sebagai persentase jumlah total yang

diharapkan setelah waktu tak hingga:

………………………………………………….(19)

untuk c0 = 0…………………………………………(20)

(Tim Penyusun, 2015)

2.6 Konstanta Laju Reaksi

Konstanta laju spesifik (k), dapat dihitung dari konsentrasi Sodium Hydroxide

pada kondisi steady state dalam reaktor (a1). Neraca massa keseluruhan untuk reaktor

dapat ditulis sebagai:

Laju perubahan dalam reaktor = Input – Output + Akumulasi .....(21)

Untuk reaktan a dalam reaktor dengan volume V, dapat ditulis:

……………………………….(22)

Untuk reaktor kontinyu yang beroperasi pada keadaan steady state, laju perubahan

dalam reaktor adalah nol dan volume dapat diasumsikan konstan, sehingga:

……………………………………………….(23)

………………………………………..(24)

2.7 Perhitungan Waktu Tinggal

Pengaruh tahap perubahan input membuat kita dapat melakukan perhitungan

waktu tinggal rata-rata jika A merupakan konsentrasi dalam tangki pada waktu t

setelah tahap perubahan dan E adalah konsentrasi input, kemudian :

……………………………………………….(25)

Maka,

…………………………………………........(26)

Sehingga dapat diplot :

……………………………………………..............(27)

Terhadap waktu untuk tiap periode waktu selama percobaan, dimana merupakan

konsentrasi Sodium Hydroxide pada waktu t1 dan adalah konsentrasi awal. Slope

merupakan rata-rata waktu tinggal yang sama dengan dimana V merupakan

volume reaktor dan F adalah laju aliran total masuk reaktor (Tim Penyusun, 2015).

2.8 Konfigurasi Reaktor Alir Tangki Berpengaduk

Reaktor Tangki Alir Berpengaduk atau yang biasa dikenal sebagai Continuous

Stirred Tank Reactor (CSTR) merupakan jenis reaktor dengan model berupa tangki

berpengaduk dan diasumsikan pengaduk yang bekerja dalam tangki sangat sempurna

sehingga konsentrasi tiap komponen dalam reaktor seragam sebesar konsentrasi aliran

yang keluar dari reaktor. Reaktor jenis ini merupakan reaktor yang umum digunakan

dalam suatu industri. Dalam operasinya, reaktor ini sering digunakan dalam jumlah

lebih dari satu dengan rangkaian reaktor disusun secara seri maupun paralel (Nirmala,

2013).        

Pemilihan susunan rangkaian reaktor dipengaruhi oleh berbagai

pertimbangan, tergantung keperluan dan maksud dari operasinya. Masing-masing

rangkaian memiliki kelebihan dan kekurangan, karena di dunia ini tidak ada yang

sempurna. Semua yang ada didunia ini saling melengkapi satu sama lainnya. Secara

umum, rangkaian reaktor yang disusun secara seri itu lebih baik dibanding secara

paralel. Setidaknya ada dua sisi yang dapat menjelaskan kenapa rangkaian reaktor

secara seri itu lebih baik. Pertama, ditinjau dari konversi reaksi yang dihasilkan dan

yang kedua ditinjau dari sisi ekonomisnya (Nirmala, 2013).

Pertama, ditinjau dari konversi reaksinya. Feed yang masuk ke reaktor

pertama dalam suatu rangkaian reaktor susunan seri akan bereaksi membentuk

produk yang mana pada saat pertama ini masih banyak reaktan yang belum bereaksi

membentuk produk di reaktor pertama, sehingga reaktor selanjutnya berfungsi untuk

mereaksikan kembali reaktan yang belum bereaksi dan seterusnya sampai

mendapatkan konversi yang optimum. Secara sederhana, reaksi yang berlangsung itu

dapat dikatakan berkali-kali sampai konversinya optimum. Konversi yang optimum

merupakan maksud dari suatu proses produksi. Sementara itu jika dengan reaktor

susunan paralel, dengan jumlah feed yang sama, maka reaksi yang terjadi itu hanya

sekali sehingga dimungkinkan masih banyak reaktan yang belum bereaksi. Walaupun

pada outletnya nanti akan dijumlahkan dari masing-masing reaktor, namun tetap saja

konversinya lebih kecil, sebagai akibat dari reaksi yang hanya terjadi satu kali

(Nirmala, 2013).

Kedua, tinjauan ekonomisnya. Dalam pengadaan alat yang lain, misal jika seri

hanya memerlukan satu wadah untuk bahan baku (baik dari beton ataupun stainless

steel), dan konveyor yang digunakan juga cukup satu. Namun jika paralel mungkin

memerlukan wadah lebih dari satu ataupun konveyor yang lebih dari satu untuk

memasukkan feed ke masing-masing reaktor. Konsekuensi yang lain dari suatu

reaktor rangkain paralel adalah karena masih ada reaktan yang banyak belum bereaksi

maka dibutuhkanlah suatu recycle yang berakibat pada bertambahnya alat untuk

menampungnya, sehingga lebih mahal untuk mendapatkan konversi yang lebih besar.

Salah satu kerugian dari penggunaan reaktor tangki (CSTR) adalah bahwa reaksi

berlangsung pada konsentrasi yang realtif rendah, yaitu sama dengan konsentrasi di

dalam campuran yang meninggalkan reaktor. Akibatnya untuk reaksi-reaksi berorde

positif volume reaktor yang diperlukan menjadi besar. Salah satu cara untuk

menghindari kerugian ini adalah dengan mempergunakan beberapa reaktor tangki

yang dipasang seri, sehingga konsentrasi reaktan tidak turun secara drastis tetapi

bertahap dari satu tangki ke tangki yang berikutnya (Nirmala, 2013).

2.9     Faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan reaksi

1. Konsentrasi

Reaksi kimia akan berlangsung lebih cepat jika konsentrasi yang bereaksi

lebih besar.  Makin konsentrasi, makin banyak partikel zat sehingga makin

banyak terjadi tumbukan.

2. Luas Permukaan

Makin luas permukaan sentuhan zat bereaksi, makin besar frekuensi

tumbukan yang terjadi sehingga reaksi makin cepat.

3.    Suhu

Dengan kenaikan suhu, energi kinetik molekul zat yang bereaksi bertambah

sehingga reaksi akan semakin cepat.

4.    Katalis

Katalis memungkinkan terjadinya penurunan energi aktivasi dan

memperbanyak tahap reaksi.

Reaktor CSTR dapat digunakan jika reaksi memelurkan pengadukan dan

konfigurasi seri untuk aliran konsentrasi yang berbeda. Fase zat yang dapat

digunakan adalah liquid, gas-liquid, maupun solid-liquid.

Kelebihan dari reaktor CSTR adalah sebagai berikut :

Operasi kontinu, sehingga memungkinkan produksi dalam jumlah besar

Pengontrolan temperatur mudah dilakukan

Mudah untuk menjalankan dua fase

Biaya operasi murah

Mudah dibersihkan

Sedangkan kelemahan reaktor CSTR, yaitu :

Konversi per unit volume rendah

Agitasi yang kecil dapat menyebabkan by-passing dan channeling

Waktu tinggal dalam reaktor sangat terbatas karena ditentukan oleh laju alir

feed yang masuk dan keluar

Dapat timbul endapan didasar akibat gaya sentrifugal

Tidak efisien untuk reaksi bertekanan tinggi

Beberapa hal penting pada CSTR adalah :

Temperatur dan komposisi diasumsikan seragam selama dalam reaktor.

Reaksi berlangsung steady-state, dengan aliran kontinu pada reaktan dan

produk sehingga jumlah yang masuk setara dengan jumlah yang keluar

reaktor.

Perhitungan mengasumsikan bahwa pengadukan terjadi secara sempurna

sehingga semua titik dalam reaktor memiliki komposisi yang sama (Fogler,

1997)

2.10 Kalibrasi

Kalibrasi merupakan perbandingan kinerja instrumen dengan suatu standar

akurat telah spakati. Kalibrasi menjamin bahwa pengukuran yang akurat dan dalam

batas spesifikasi yang disyaratkan dari instrumen proses. Kalibrasi secara singkat

dapat digambarkan sebagai suatu aktivitas pengujian instrumen dengan cara

membandingkan hasil penunjukkan instrument tersebut dengan nilai/referensi yang

telah diketahui. Referensi merupakan nilai acuan /nilai pembanding yang standarnya

sudah ditetapkan. Alasan utama untuk kalibrasi adalah bahwa instrumen yang paling

baik pun juga mengalami drift serta akan kehilangan kemampuan untuk memberikan

pengukuran yang akurat. Sumber-sumber yang mempengaruhi hasil kalibrasi:

Prosedur

Kalibrasi harus dilakukan sesuai dengan prosedur standar yang telah diakui.

Kesalahan pemahaman prosedur akan membuahkan hasil yang kurang benar dan

tidak dapat dipercaya. Pengesetan sistem harus teliti sesuai dengan aturan pemakaian

alat, agar kesalahan dapat dihindari.

Kalibrator

Kalibrator harus memenuhi standar Nasional dan atau Internasional. Jika tidak

memenuhi standar tersebut, hasil kalibrasi tidak akan diakui oleh pihak lain.

Demikian pula ketelitian, kecermatan dan kestabilan kalibrator harus setingkat lebih

baik dari pada alat yang dikalibrasi.

Tenaga pengkalibrasi

Tenaga pengkalibrasi harus memiliki keahlian dan keterampilan yang

memadai, karena hasil kalibrasi sangat tergantung kepadanya. Kemampuan

mengoperasikan alat dan kemampuan visualnya, umumnya sangat diperlukan,

terutama untuk menghindari kesalahan yang disebabkan oleh penalaran posisi skala.

Periode kalibrasi

Periode kalibrasi adalah selang waktu antara satu kalibrasi suatu alat ukur

dengan kalibrasi berikutnya. Periode kalibrasi tergantung pada beberapa faktor antara

lain pada kualitas metrologis alat ukur tersebut, frekuensi  pemakaian, pemeliharaan

atau penyimpanan dan tiingkat ketelitiannya. Periode kalibrasi dapat ditetapkan

berdasarkan lamanya pemakaian alat, waktu kalender atau gabungan dari keduanya.

Alat yang dikalibrasi

Alat yang dikalibrasi harus dalam keadaan maksimal, artinya dalam kondisi

jalan dengan baik, stabil dan tidak terdapat kerusakan yang mengganggu (Hill, 1977).

2.11 Aplikasi Reaktor Alir Tangki Berpengaduk

A. SPM-2100

SPM-2100 Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR) dapat digunakan untuk

mereaksikan dua macam gas. Reaksinya dapat terjadi dalam keadaan endoterm

maupun eksoterm. Contohnya: reaksi antara etilen (reaktan A) dengan benzena

(reaktan B) yang terjadi dalam keadaan eksoterm, untuk memproduksi etilbenzena

(produk C), bahan kimia yang digunakana dalam pembuatan monomer stirena.

Reaktan A dan B dimasukkan ke dalam CSTR agar kedua reaktan tersebut tercampur

dengan sempurna menggunakan pemutar bermotor (motorized agitator) (Nirmala,

2013).

B.  CSTR dengan cooling jacket

Pada CSTR disamping yang terjadi adalah reaksi tunggal dalam keadaan

eksoterm yang tidak dapat balik (irreversible), dapat dilihat bahwa aliran fluida

dimasukkan secara terus-menerus ke dalam reaktor dan aliran fluida lainnya

dikeluarkan terus-menerus dari reaktor. Sejak reaktor tersebut menggabungkan

dengan sempurna, aliran keluar memiliki konsentrasi dan temperatur yang sama

dengan fluida dalam reaktor. Menyadari bahwa lapisan disekitar reaktor juga masuk

dan keluar aliran, pelapis diasumsikan bergabung dengan sempurna dan pada

temperatur yang lebih rendah dari reaktor. Energi lalu melewati dinding reaktor

menuju pelapis, memindahkan panas yang dihasilkan oleh reaksi. Banyak contoh

reaktor yang digunakan dalam industri yang serupa dengan reaktor di atas. Contohnya

adalah tipe-tipe dari reaktor polmerisasi yang memproduksi polimer yang digunakan

dalam produk plastik seperti pendingin polistirena atau botol plastik (Nirmala, 2013).

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Bahan

1. NaOH 1 N

2. Ethyl Acetate 10 N

3. HCl 1 N

4. Phenoftalein

5. Aquades

3.2 Alat

1. Seperangkat alat reaktor CSTR

2. Gelas ukur

3. Conductivity

4. Stopwatch

5. Buret

3.3 Prosedur Percobaan

1. Kalibrasi Pompa Feed

a. Masing-masing tangki diisi dengan air

b. Pompa nomor 1 dihidupkan dan set kontrol kecepatannya dengan skala 10

c. Air yang terpompa tersebut ditampung pada dengan volume tertentu dan

dihitung waktu air tersebut ditampung

d. Volume air tersebut diukur dengan gelas ukur

e. Percobaan diatas dilakukan juga untuk setting 11 dan 12

f. Dibuat grafik hubungan flowrate vs speed setting

g. Diulangi langkah di atas untuk pompa feed no. 2.

2. Pembuatan Larutan Umpan

a. Dibuat larutan NaOH dan ethyl acetate masing-masing 0,05 M sebanyak

2 liter.

b. Dimasukkan reaktan yang telah dibuat masing-masing ke dalam tangki

reaktan sampai dengan kira-kira 5 cm dari batas atas tutup tangki reaktan.

c. Pengatur kecepatan pompa diset pada kecepatan yang menghasilkan

aliran masing-masing 40 ml/menit, 60 ml/menit dan 80 ml/menit.

d. Pengadukan diset pada setting K7.

e. Dicatat konduktivitas hasil reaksi pada konduktivitimeter setiap 3 menit

sampai tercapai keadaan steady, kemudian untuk masing-masing setting

pengadukan dilakukan dititrasi HCl 0.1 M dengan indikator phenoftalein

sampai larutan tidak berwarna .

f. Percobaan diatas dilakukan juga untuk pengadukan K8 dan K9.

DAFTAR PUSTAKA

Alex, 2013. Continous stirred tank reactor. http://alexs chemistry. blogspot.

com/2013/12/cstr.html

Fogler, H. S. 1997. Elements of Chemical Reaction Engineering, 3rd edition. New

Delhi : Prentice-Hall International, Inc.

Hill, 1977. An Introduction to Chemical Engineering Kinetika and Reactor Design.

New York.

McCabe, dkk. 2003. Unit Operations of Chemical Engineering Fourth Edition.

Nirmala, 2013. Rancangan Reaktor CSTR. http://nirmala yahdi. blogspot. com/

2013/05/ rancangan-reaktor-cstr.html

Sumarni, 2009. Pemanfaatan Metoda Newton-Raphson dalam Perancangan Reaktor

Alir Tangki Berpengaduk. Jurnal Teknologi, Volume 2 Nomor 2. Yogyakarta.

Tim Penyusun, 2015. Penuntun Praktikum Laboratorium Teknik Kimia II. Pekanbaru