Pap Reaktor Kel 5

download Pap Reaktor Kel 5

of 28

  • date post

    18-Dec-2014
  • Category

    Documents

  • view

    310
  • download

    5

Embed Size (px)

Transcript of Pap Reaktor Kel 5

Slide 1

PERANCANGAN ALAT PROSESREAKTORJURUSAN TEKNI KIMIA S1UNIVERSITAS RIAUKELAS: BKELOMPOK : 5FERI WIBOWOFITRI AFRIANIINGET YESTER YUNANDANIRMALA SARIYULIATI EKA PUTRIReaktor adalah suatu alat proses tempat di mana terjadinya suatu reaksi berlangsung, baik itu reaksi kimia atau nuklir dan bukan secara fisika.

Perancangan suatu reaktor kimia harus mengutamakan efisiensi kinerja reaktor, sehingga didapatkan hasil produk dibandingkan masukan (input) yang besar dengan biaya yang minimum, baik itu biaya modal maupun operasi. Tentu saja faktor keselamatan pun tidak boleh dikesampingkan. Biaya operasi biasanya termasuk besarnya energi yang akan diberikan atau diambil, harga bahan baku, upah operator, dll.

ReaktorReaktor2 Pertanyaan penting yang harus dijawab dalam design reaktor :Tipe reaktor apa yang akan kita gunakan dan bagaimana metode operasinya.Kondisi fisik dari reaktan yang masuk ke dalam reaktor.Prinsip design reaktor:The overall size of the reactorThe ecxact composition and physical condition of the product emerging from the reactorThe temperatureThe operating pressure and pressure drop associated with the flow of the reaction mixture.

ReaktorReaksi kimiaReaksi kimia adalah interaksi antara suatu molekul sejenis atau tidak sejenis yang membentuk satu atau lebih melekul yang berbeda sifat fisis dan kimianya.Misalnya :A B2A B+ C, dst.2. KonversiKonversi adalah sebuah istilah yang digunakan untuk menunjuk atau mengukur sejumlah massa yang bereaksi. Jadi Konversi dapat didifinisikan : Sejumlah massa yang bereaksi terhadap massa mula-mula.

Reaktor

REAKTOR BATCH :

REAKTOR CSTR :REAKTOR PLUG FLOW :

ReaktorReaktorMengumpulkan data sifat fisis dan bahan kimia Memprediksi data perancangan yang tak tersedia Menyusun persamaan matematis untuk perhitungan dimensi Merancang mechanical design .Adapun metoda merancang reaktor memiliki tahap-tahap sebagai berikut:

ReaktorDalam perancangan reaktor ini, ada beberapa jenis bentuk teknis peralatan yang dapat digunakan, yaitu: Dapat berupa satu pipaDapat berupa banyak pipa dalam shell (shell & tube)Dengan pendinginan atau pemanasan secara external terhadap pipaPada pemanasan suhu tinggi maka pipa dimasukkan dalam furnace

Batch ReaktorBatch Reactor adalah tempat terjadinya suatu reaksi kimia tunggal, yaitu reaksi yang berlangsung dengan hanya satu persamaan laju reaksi yang berpasangan dengan persamaan kesetimbangan dan stoikiometri.

Reaktor jenis ini biasanya sangat cocok digunakan untuk produksi berkapasitas kecil misalnya dalam proses pelarutan padatan, pencampuran produk, reaksi kimia, Batch distillation, kristalisasi, ekstraksi caircair, polimerisasi, farmasi dan fermentasi.

Misalkan : A + B PNeraca massa untuk komponen A adalah : A masuk = A keluar + A terakumulasi + A yang bereaksi FAi = FAC + (dNA/dt) + (-rA)(V) FAi = FAo = 0, karena tidak ada reaktan yang masuk atau keluar

Batch ReaktorKelebihan :Ongkos atau harga instrumentasi rendah.Penggunaannya fleksibel, artinya dapat dihentikan secara mudah dan cepat kapan saja diinginkan.Penggunaan yang multifungsi.Reaktor ini dapat digunakan untuk reaksi yang menggunakan campuran kuat dan beracun.Mudah dibersihkan.Dapat menangani reaksi dalam fase gas, cair dan cair-padat.KelemahanBiaya buruh dan handling tinggi.Kadang-kadang waktu shut downnya besar, yaitu waktu untuk mengosongkan, membersihkan dan mengisi kembali.Pengendalian kualitas dari produk jelek atau susah.Skala produksi yang kecil.Continuous Stirred-Tank ReactorCSTR adalah reaktor model berupa tangki berpengaduk dan diasumsikan pengaduk yang bekerja dalam tanki sangat sempurna sehingga konsentrasi tiap komponen dalam reaktor seragam sebesar konsentrasi aliran yang keluar dari reaktor

Prinsip Kerjasatu atau lebih reagen fluida dimasukkan pada tangki sebuah reaktor yang dilengkapi dengan kipas atau impellerimpeller mengaduk cairan untuk memastikan cairan tersebut tercampur rataada waktu suatu cairan berada di dalam tabung tersebut sebelum keluarContinuous Stirred-Tank ReactorBeberapa aspek penting dalam CSTR :Dalam keadaan tetap, fluida yang masuk harus sama dengan fluida yang keluarSemua kalkulasi yang dilakukan CSTR diasumsikan sebagai pencampuran sempurnaUntuk mendapatkan hasil yang lebih banyak dalam waktu yang sama, dapat dilakukan dengan memparalelkan CSTR ini

Contoh Reaktor CSTR :

SPM-2100 Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR) dapat digunakan untuk mereaksikan 2 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).

Continuous Stirred-Tank ReactorContinuous Stirred-Tank Reactor

Pada CSTR di samping yang terjadi adalah reaksi tunggal dalam keadaan eksoterm yang tidak dapat balik (irreversible). dapat dilihat bahwa aliran fluida dimasukkan secara terus-menerus ke dalam reactor dan aliran fluida lainnya dikeluarkan terus-menerus dari reactor. Sejak reactor 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-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.Contoh Reaktor CSTR dengan cooling jacket :Keuntungan :Operasi dalam keadaan tetap menyebabkan peralatan produk lebih stabilPenggunaan energi yang kualitasnya meningkatProduktivitas yang lebih tinggi dalam reduksi pada periode tidak aktif(pengisian, pemanasan, pendinginan, dan pengosongan).Campuran lebih rata karena penggunaan teknik pengadukan (stiring)Kerugian :Rata-rata reaksi volumetrik yang lebih rendah akan menghasilkan produktivitas rendah.Tidak sesuai untuk keseluruhan emulsi proses polimerisasi pada tahap pertama penggunaan CSTRTimbul endapan di dasar akibat gaya sentrifugal CSTRTidak dapat merubah grade dari RTD profile sesering mungkin karena dapat mengurangi fleksibilitas reaktorBiaya tinggi, semakin besar CSTR yang digunakan atau semakin banyak CSTR kecil yang digunakan semakin besar biaya yang dikeluarkanWaktu menunggu (proses) yang lebih lama

Continuous Stirred-Tank Reactorreactor plug flow Adalah suatu alat yang digunakan untuk mereaksikan suatu reaktan dalam hal ini fluida dan mengubahnya menjadi produk dengan cara mengalirkan fluida tersebut dalam pipa secara berkelanjutan (continuous). Biasanya reaktor ini dipakai untuk mempelajari berbagai proses kimia yang penting seperti perubahan kimia senyawa, reaksi termal, dan lain-lain.

PFR biasa digunakan untuk mempelajari beberapa proses penting seperti reaksi termal dan reaksi kimia plasma dalam aliran gas yang cepat serta daerah katalisis. Dalam beberapa kasus, hasil yang didapat tidak hanya membantu kita dalam memahami karakteristik proses-proses kimia, tetapi juga dapat memberikan kita pengertian praktis dari proses-proses kimia yang penting

PLUG FLOW REACTOR

Keuntungan :Tingkat perubahannnya besar dalam setiap volumenyaBekerja dalam periode waktu yang cukup lama tanpa tenaga kerja sehingga upah produksi rendahPerpindahan kalornya baik sekaliOperasinya terus-menerusKerugian :Sulit mengontrol temperaturnyaTingginya temperature yang tidak diinginkan dapat terjadi Proses pemberhentian dan pembersihannya mahalPLUG FLOW REACTORReaktor Plug Flow biasanya Untuk reaksi heterogen, misalnya antara bahan baku gas dengan katalis padat menggunakan model PFR. PFR mirip saringan air dari pasir. Katalis diletakkan pada suatu pipa lalu dari sela-sela katalis dilewatkan bahan baku seperti air melewati sela-sela pasir pada saringan. Asumsi yang digunakan adalah tidak ada perbedaan konsentrasi tiap komponen yang terlibat di sepanjang arah jari-jari pipa.

REAKTOR HETEROGEN

Fluidize Bed Reactor :Fixed Bed Reactor :

Trickle Bed Reactor :

Slurry Reactor :STUDI KASUS DESIGN REAKTORDiinginkan untuk menghasilkan 200 juta pon per tahun etilen glikol. Reaktor itu dioperasikan pada kondisi isotermal. Konsentrasi etilen oksida yang diumpankan adalah 1 mol/ft3 , dan juga air diumpankan ke reaktor bersama dengan 0,9% berat katalis H2SO4. Jika konversi 80% akan dicapai, maka design lah reaktor tersebut. Diketahui persamaan reaksi sebagai berikut dengan k=0,311min-1.Rancangan CSTR untuk memproduksi 200 juta pon per tahun etilen glikol

Maka volum reaktor :STUDI KASUS DESIGN REAKTORSTUDI KASUS DESIGN REAKTORuntuk kapasitas tangki >500 galon, maka safety factor yang digunakan adalah 10% [Bassel,1990].

maka volume reaktor, V = 1,1 x 5,6 m3 = 6,16 m3

Volum reaktor= volum silinder + (2 x volum tutup)Diasumsikan perbandingan Hs/Dt = 1,5Volum silinder= /4 x Dt x HsVolum silinder= /4 x Dt x 1,5 Dt

Volum tutup toripherical = 0,0847 Dt3....(Brownell dan Young, 1959)

Volum reaktor= (/4 x Dt x 1,5Dt) + (2 x 0,0847 Dt3)6,16 m3= 1,3469 D3Diperoleh :Dt= 1,104 m = 43,478 inHs= 1,656 m = 65,2 inSTUDI KASUS DESIGN REAKTORTebal dinding silinder (shell, ts) dan tutup reaktor (head, th)Bahan konstruksi reaktor: Loy Alloy SA-204 Grade CTegangan yang diizinkan: 18750 psiEfisiensi sambungan: 0,8 (double welded butt-joint)=

OD= ID + (2 x ts)= 43,478 in + (2 x 0,1875 in)= 43,853 in (digunakan ukuran OD standar 48 in)

STUDI KASUS DESIGN REAKTOR

Tinggi tutup, OATinggi tutup reaktor dihitung dengan menggunakan rumus dari Brownell dan Young (1959). a = ID/2 = 47,625/2 = 23,8 in AB= a icr = (23,8 3) in = 20,8125 in BC= r icr = (48 3)in =