Multitubular Fixed Bed Reactor

Reaktor tipe ini termasuk jenis reaktor kimia khusus, yaitu fixed bed

reaktor, yang mana terdiri dari lebih 1 pipa yang berisi tumpukan katalis stasioner

dan dioperasikan vertikal. Biasanya dioperasikan secara adiabatis. Biasanya

digunakan untuk reaktan berfase gas, dan perlu di ketahui, reaksi kimia tersebut

terjadi sepanjang pipa, jadi semakin panjang pipa maka konversinya juga semakin

tinggi.

Fixed Bed Reactor katalitik dapat didefinisikan sebagai suatu tube

silindrikal yang dapat diisi dengan partikel-partikel katalis. Selama operasi, gas

atau liquid atau keduanya akan melewati tube dan partikel-partikel katalis,

sehingga akan terjadi reaksi.

Teori Reaksi Katalitik Gas-Liquid :

A(g) + B(l) → C............................(Persamaan 1.1)

Reaktan A (gas) bereaksi dengan reaktan B yang merupakan liquid non-volatil

dengan katalis padat.

Mekanisme Reaksi Tiga-Fase :

a. transfer massa komponen A dari bulk gas ke antarmuka gas-liquid,

b. transfer massa komponen A dari antarmuka gas-liquid ke bulk liquid ,

c. transfer massa A dan B dari bulk liquid ke permukaan katalis,

d. difusi intra partikel spesies A dan B melalui pori-pori katalis ke sisi aktif,

e. adsorpsi kedua atau salah satu reaktan pada sisi aktif katalis,

f. reaksi permukaan yang meliputi salah satu atau kedua spesies adsorbat,

g. desorpsi produk berlawanan arah .

1. Model Desain Reaktor Fixed Bed Katalitik

a. Persamaan Neraca Massa (steady-state)

......(Persamaan 1.2)

Di mana :

Dr, DL = Difusi efektif, m2/s

CA = Konsentrasi komponen, A mol/ m3

Tugas Umum

Us = Kecepatan superficial, m/s

RA = Laju reaksi global, mol/ kg s

B = Densitas pellet katalis, kg/ m3

b. Persamaan Neraca Energi (steady state)

..........(Persamaan 1.3)

Di mana :

Kr, KL = Difusi efektif termal, J/s m K

g = Densitas fluida, Kg/m3

Cp = Kapasitas panas, J/kg K

Gambar 1.1. Fixed Bed Reactor tipe SPM-2300

a. Proses simulasi SPM-2300 Fixed Bed Reactor dapat digunakan untuk

mereaksikan 2 macam gas serta dapat berlangsung secara eksotermik ataupun

endotermik.

b. Reaktan A dan B diumpankan kepada masing-masing dari keempat inlet fixed

bed melalui suatu heater dimana suhu mereka dinaikkan hingga mencapai suhu

optimum reaksi. Suhu reaktan A dipertahankan agar lebih rendah dari suhu

reaktan B, sehingga memungkinkan untuk inter-bed quenching, suatu teknik

yang digunakan untuk mengontrol temperatur dalam reaktor.

c. Bed reactor dirancang untuk mengubah (mengkonversi) seluruh reaktan A

menjadi produk. Rasio molar inlet dari reaktan B terhadap reaktan A

Tugas Umum

dipertahankan pada 10 banding 1, sejumlah besar reaktan B harus diumpankan

ke bed pertama dengan hanya sedikit reaktan B yang diumpankan ke bed-bed

berikutnya.

Bentuk Fixed-Bed Reactor dapat dibagi menjadi dua yaitu sebagai berikut.

1. Single Bed

Sebagai penyangga katalisator dipakai butir-butir alumunia (bersifat inert

terhadap zat pereaksi) dan pada dasar reaktor disususn dari butir yang besar,

semakin ke atas semakin kecil. Tetapi pada bagian atas katalisator disusun dari

butir keil makin ke atas makin besar.

2. Multi Tube

Katalisator diisi lebih dari satu tumpuk katalisator, fixed bed dengan

katalisator lebih dari satu tumpuk banyak dipakai dalam proses adiabatik. Jika

reaksi yang terjadi sangat ekonomis pada konverrsi yang masih kecil, suhu gas

sudah naik sampai lebih dari suhu maksimum yang diperbolehkan untuk

katalisator, maka gas harus didinginkan terlebih dahulu ke dalam alat penukar

panas di luar reaktor melalui tumpukan katalisator kedua. Jika konversi gas

yang keluar dari tumpukan kedua belum mencapai dari yang direncanakan,

tetapi suhu gas sudah lebih tinggi dari yang diperbolehkan maka dilakukan

pendinginan legi dengan mengalirkan gas ke alat penukar panas kedua diduga

kemungkinan dikembalikan ke reaktor yang masuk melalui tumpukan

katalisator ketiga dan seterusnya sampai diperoleh konversi yang diinginkan.

Jika reaksi bersifat endotermis, maka penukar panas di luar reaktor dapat

digunakan untuk pemanas gas reaksi.

2. Contoh Lain Fixed Bed Reactor

a. Air Sparged Fixed-Bed Reactor

Tugas Umum

Gambar 2.1. Air Sparged Fixed-Bed Reactor

b. Fixed-bed circulation reactor

Gambar 2.2. Fixed-bed circulation reactor

c. Schematic depiction of the fixed-bed circulation reactor

Gambar 2.3. Schematic depiction of the fixed-bed circulation reactor

3. Kelebihan Fixed Bed Reactor

a. Dapat digunakan untuk mereaksikan dua macam gas sekaligus

b. Kapasitas produksi cukup tinggi

c. Pemakaian tidak terbatas pada kondisi reaksi tertentu (eksoterm atau endoterm)

sehingga pemakaian lebih fleksibel

d. Aliran fluida mendekati plug flow, sehingga dapat diperoleh hasil konversi

yang tinggi

e. Pressure drop rendah

Tugas Umum

f. Oleh karena adanya hold-up yang tinggi, maka menghasilkan pencampuran

radial yang lebih baik dan tidak ditemukan pembentukan saluran (channeling)

g. Pemasokan katalis per unit volum reaktor besar

h. Hold up liquid tinggi

i. Katalis benar-benar dibasahi

j. Kontrol temperature lebih baik

k. Transfer massa gas-liquid lebih tinggi daripada reaktor trickle bed karena

interaksi gas-liquid lebih besar .

4. Kekurangan Fixed Bed Reactor

a. Resistansi difusi intra partikel sangat besar.

b. Rate transfer massa dan transfer panas rendah.

c. Pemindahan katalis sangat sulit dan memerlukan shut down alat.

d. Konversi lebih rendah.

e. Ada kemungkinan terjadi reaksi samping homogen pada cairan.

f. Pressure drop tinggi .

5. Contoh-Contoh Industri Dengan Reaktor Katalitik dan Multi-Fase

a. Untuk Reaktor Fixed Bed Katalitik :

1. Oksidasi parsial dari O-xylene menjadi Ptalic Anhidrid.

2. Hidrogenasi aromatik dan olefin.

3. Dehidrogenasi etilbenzene menjadi stirene.

b. Untuk Reaktor Fixed-bed upward bubble-flow (multi fase):

3. Proses Fischer-Tropsch

4. Pencairan batu bara

Tugas Umum

DAFTAR

Anonim.2009.Fixed-Bed Reactor. http://elib.uni-stuttgart.de/opus/volltexte/2009/

4798/pdf/eig16.pdf (Diakses pada 15 Maret 2014 pukul 19.56 WIB)

Anonim.2009.Tips Pemilihan Reaktor. http://prarancanganpabrikkimia.

blogspot.com/2009/01/tips-pemilihan-reaktor.html (Diakses pada 15 Maret

2014 pukul 20.23 WIB)

Anonim.2011.Reaktor Fixed Bed. http://nunulasa.wordpress.com/2011/03/10/

reaktor-fixed-bed/ (Diakses pada tanggal 11 Maret 2014 Pukul 14.07

WIB)

Anonim.2014.Process Description Reactor. http://www.simtronics.com/site/spm-

2300.htm#.UyTYHPl_uSE (Diakses 15 Maret 2014 pukul 20.09 WIB)

Maranatha, Shella.2014.Macam-Macam Reaktor Kimia. http://www.academia.

edu/4862399/Macam_macam_Reaktor_kimia_Macam_-Macam_Reaktor

(Diakses pada 13 Maret 2014 oukul 08.09 WIB)

Tugas Umum