DASAR DASAR PEMILIHAN REAKTOR

TUGAS TEKNIK REAKSI KIMIA 2 RIZKI AULIADEA YUSUF YUDANTODASAR DASAR PEMILIHAN REAKTORFase zat pereaksi dan hasil reaksiTipe reaksi dan persamaan kecepatan reaksi, serta ada tidaknya reaksi sampingKapasitas produksiHarga alat (reactor) dan biaya instalasinyaKemampuan reactor untuk menyediakan luas permukaan yang cukup untuk perpindahan panas

JENIS JENIS REAKTOR1. Berdasarkan bentuknyaa. Reaktor tangkib. Reaktor pipa2. Berdasarkan prosesnyaa. Reaktor Batchb. Reaktor Alir (Continous Flow)c. Reaktor semi batch3. Jenis reaktor berdasarkan keadaan operasinya Reaktor isotermal. Reaktor adiabatis. Reaktor Non-Adiabatis4.Reaktor Gas Cair dengan Katalis Padat

Berdasarkan bentuknyaReaktor tangkiDikatakan reaktor tangki ideal bila pengadukannya sempurna, sehingga komposisi dan suhu didalam reaktor setiap saat selalu uniform. Reaktor pipaBiasanya digunakan tanpa pengaduk sehingga disebut Reaktor Alir Pipa. Berdasarkan prosesnyaReaktor BatchUmumnya digunakanFase cairSkala proses yang kecilMencoba proses baru yang belum sepenuhnya dikembangkanMemproduksi produk yang mahalProses-proses yang sulit diubah menjadi proses kontinyuJika bahan atau hasilnya perlu pembersihanProses memerlukan waktu lamaContoh : fermentasi pembuatan alkohol.

Keuntungan reactor batch: Lebih murah dibanding reactor alir Lebih mudah pengoperasiannya Lebih mudah dikontrolKerugian reactor batch: 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)Reaktor Alir (Continous Flow)1.RATB (Reaktor Alir Tangki Berpengaduk)Contohnya: 1. cair-cair 2. gas-gas Sehingga untuk reaksi fase gas (non katalitik) reaksinya berlangsung cepat, contohnya pada reaksi pembakaranKeuntungan: Suhu dan komposisi campuran dalam rerraktor sama Volume reactor besar, maka waktu tinggal juga besar, berarti zat pereaksi lebih lama bereaksi di reactor.Kerugian: Tidak effisien untuk reaksi fase gas dan reaksi yang bertekanan tinggi. Kecepatan perpindahan panas lebih rendah dibanding RAP Untuk menghasilkan konversi yang sama, volume yang dibutuhkan RATB lebih besar dari RAP.

2.RAP (Reaktor Alir Pipa)Umumnya digunakan: Fase gas dengan tekanan dan suhu tinggiContoh petrokimia,pertaminaKeuntungan : Memberikan volume yang lebih kecil daripada RATB, untuk konversi yang samaKerugian:1. Harga alat dan biaya instalasi tinggi.2. Memerlukan waktu untuk mencapai kondisi steady state.3. Untuk reaksi eksotermis kadang-kadang terjadi Hot Spot (bagian yang suhunya sangat tinggi) pada tempat pemasukan . Dapat menyebabkan kerusakan pada dinding reaktor.

Reaktor semi batchBiasanya berbentuk tangki berpengaduk

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.3. Reaktor Non-Adiabatis

Reaktor Gas Cair dengan Katalis PadatPacked/Fixed bed reaktor (PBR)

Biasanya digunakan pada unit pengolahan minyak bumiKelebihan Fixed Bed Reactor Dapat digunakan untuk mereaksikan dua macam gas sekaligus Kapasitas produksi cukup tinggi Pressure drop rendah Pemasokan katalis per unit volum reaktor besar Kontrol temperature lebih baik Kekurangan Fixed Bed Reactor rate transfer massa dan transfer panas rendah pemindahan katalis sangat sulit dan memerlukan shut down alat konversi lebih rendah ada kemungkinan terjadi reaksi samping homogen pada liquid pressure drop tinggi

Fluidized bed reaktor (FBR)Biasanya digunakan pada : Partikel fluidized sangat kecil Reaktor dimana katalisnya terangkat oleh aliran gas reaktan. Operasinya: isotermal.Kelebihan: Terjadinya regenerasi secara kontinyu. Reaksinya memiliki efek panas yang tinggi. Suhunya konstan sehingga mudah dikontrolKekurangan: Partikel mengalami keausan yang dapat menyebabkan mengecilnya ukuran partikel yang berada di dalam reaktor dan ikut mengalir bersama aliran gas sehingga perlu digunakan alat cyclone separators dan aliran listrik yang disambungkan pada garis antara reaktor dan generator.

REAKTOR BATCHKeuntungan reactor batch: Lebih murah dibanding reactor alir Lebih mudah pengoperasiannya Lebih mudah dikontrol Terjadi pengadukan sempurna sehingga konsentrasi disetiap titik dalam reaktor sama pada waktu yang sama Pada reaktor batch dengan volume berubah, maka perubahan volume dapat dianggap linier terhadap konversi

Kerugian reactor batch: 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) Tidak dapat dijalankan pada proses-proses yang sulit,karena harus diubah menjadi proses kontinue. Saat terjadi reaksi tidak ada reaktan yang masuk dan produk yang keluar

Reaksi isotermalDikatakan isotermal jika umpan yang masuk, campuran dalam reaktor, aliran yang keluar dari reaktor selalu seragam dan bersuhu sama.Reaksi Isotermal tidak ada perubahan suhu masuk, di dalam, dan keluar reaktor.Reaksi Non Isotermalada perubahan suhu masuk, di dalam, dan keluar reaktor.

Reaksi IsotermalReaksi Non Isoermal(massa masuk) = (massa keluar) + (massa yang hilang karena reaksi) + (massa terakumulasi) = 0 + dNA/dt + (- rA) V(5.1)(- rA) V = - dNA/dt

Untuk volume campuran di dalam reactor tetap selama reaksi, maka : (5.2)Integrasi persamaan (5.2), menyatakan hubungan antara waktu reaksi dengan konsentrasi :

atau :

Persamaan diatas adalah persamaan karakteristik untuk reactor batch untuk sistim isothermal dan volume konstan..

Reaktor Batch dengan Volume Campuran BerubahDefinisi kecepatan reaksi untuk reactor batch, telah diketahui adalah :Banyaknya mol A pada setiap saat di dalam reactor adalah :NA = NAo (1 xA)..(5.3)Sehingga persaman kecepatan reaksinya menjadi :..(5.4)Untuk sistim reaktor dengan volume berubah berlaku hubungan :V = Vo (1 + AxA)d mana :Vo = volume awal campuran reaksi dalam reactorV = volume campuran reaksi pada akhir reaksi, waktu t.

atau :

atau :.(5.5)

di mana A adalah fraksi perubahan volume dari sistim antara sebelum berekasi (tanpa konversi,xA = 0 dan konversi total, xA = 1 dari reaktan A), jadi :

.(5.6)

raca massa dalam term fA