BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Pengertian Reaktor
2.1.1 Definisi Reaktor
Reaktor adalah satu alat proses tempat terjadinya suatu reaksi berlangsung,
baik itu reaksi kimia maupun nuklir. Dengan terjadinya reaksi inilah suatu bahan
berubah ke bentuk bahan lainnya, perubahannya ada yang terjadi secara spontan
(dengan sendirinya) atau bisa juga dengan bantuan energi seperti energi panas.
Perubahan yang terjadi adalah perubahan kimia sehingga yang terjadi adalah
bukan perubahan fase melainkan perubahan bahan, misalnya dari air menjadi uap.
2.1.2 Tujuan Pemilihan Reaktor
Dalam pemilihan reaktor, terdapat tujuan-tujuan sebagai berikut:
1. Mendapat keuntungan besar.
2. Biaya produksi yang rendah.
3. Modal kecil atau volume reaktor minimum.
4. Operasinya sederhana dan murah.
5. Keselamatan kerja terjamin.
6. Polusi terhadap sekelilingnya (lingkungan) dijaga sekecil-kecilnya.
2.1.3 Faktor yang Mempengaruhi Pemilihan Jenis Reaktor
1. Fase zat pereaksi dan hasil reaksi.
2. Tipe reaksi dan persamaan kecepatan reaksi, serta ada tidaknya reaksi
samping.
3. Kapasitas produksi.
4. Harga reaktor dan biaya instalasinya.
5. Kemampuan reaktor untuk menyediakan luas permukaan yang cukup untuk
perpindahan panas.
2
2.2 Jenis-jenis Reaktor
Reaktor secara garis besar terbagi menjadi 2 jenis, yaitu:
1. Reaktor kimia
Reaktor kimia adalah jenis reaktor yang umum sekali digunakan dalam
industri. Hal ini dikarenakan, dalam sintesis bahan kita selalu memerlukan jenis
reaktor ini.
2. Reaktor nuklir
Penggunaan reaktor nuklir umumnya sangat dibatasi penggunaannya,
mengingat standar keselamatannya yang sangat tinggi. Reaktor nuklir umumnya
digunakan untuk pembangkit listrik, namun sekarang penggunaannya sedah mulai
luas, misalnya untuk merekayasa genetic suatu bibit agar menjadi bibit unggul.
2.3 Reaktor Kimia
Dalam teknik kimia, reaktor kimia adalah suatu bejana tempat
berlangsungnya reaksi kimia. Rancangan dari reaktor ini tergantung dari banyak
variabel yang dapat dipelajari di teknik kimia. 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 dan lain-lain. Perubahan
energi dalam suatu reaktor kimia bisa karena adanya suatu pemanasan atau
pendinginan, penambahan atau pengurangan tekanan, gaya gesekan (pengaduk
dan cairan), dan lain-lain.
2.3.1 Jenis-jenis reaktor kimia dapat diklasifikasikan berdasarkan beberapa faktor
berikut:
a. Pembagian reaktor kimia berdasarkan bentuknya
Berdasarkan bentuknya, reaktor kimia diklasifikasikan menjadi:
3
1. Reaktor tangki
Gambar 2.1 Reaktor Tangki
Reaktor tangki banyak dikenal dalam bidang kimia, dimana pada bidang
yang banyak bersinggungan dengan unsur dan kontaminan-kontaminan berbahaya
tersebut. Reaktor tangki digunakan untuk proses penambahan dan pencampuran
bahan-bahan kimia.
Reaktor tangki yang berkualitas akan memungkinkan kegiatan-kegiatan
seperti oksidasi, reduksi, oil cracking, pH adjustment, metals precipitation, dan
proses-proses kimia lainnya dilakukan secara aman dan maksimal.
Beratnya tugas yang akan diemban oleh reaktor tangki tersebut membuat
proses perancangan dan pembuatannya pun harus dilakukan secara sempurna dan
se-efisien mungkin. Ada banyak variabel yang harus diperhitungkan sebelum
membuat sebuah reaktor tangki. Tetapi, secara umum perancangan suatu reaktor
tangki harus benar-benar memperhatikan efisiensi kinerjanya, sehingga akan
didapatkan rasio output (produk) banding input yang besar dengan biaya yang
seminimal mungkin. Selain itu, faktor keselamatan juga harus benar-benar
diperhitungkan, mengingat dalam satu kali proses kimia akan ada banyak
perubahan energi dalam reaktor tangki tersebut seperti penambahan atau
pengurangan tekanan, pemanasan, pendinginan, gesekan, dan lain-lain. Oleh
karena itu, pengurangan biaya operasional dengan cara memangkas biaya
keselamatan justru akan menyebabkan membengkaknya pengeluaran karena
kejadian-kejadian yang tidak diinginkan.
4
Sebuah reaktor tangki yang baik dan berkualitas harus bisa dioperasikan
secara kontinyu maupun pertain (batch). Pada umumnya, reaktor tangki akan
beroperasi dalam keadaan diam (steady state) walaupun tidak menutup
kemungkinan untuk dioperasikan dalam keadaan transient. Saat pertama kali
beroperasi, reaktor tangki biasanya akan beroperasi secara transien karena
komponen produk masih berubah terhadap waktu. Seiring dengan berjalannya
waktu, reaktor akan beroperasi secara steady dimana semua komponen produk
dalam tangki telah berada dalam kondisi yang cukup stabil.
Reaktor tangki dikatakan ideal apabila pengadukannya sempurna, sehingga
komposisi dan suhu didalam reaktor setiap saat selalu seragam. Reaktor tangki
dapat dipakai untuk proses batch, semi batch, dan proses alir.
2. Reaktor pipa
Gambar 2.2 Reaktor Pipa
Reaktor jenis ini biasanya digunakan tanpa pengaduk, sehingga disebut
reaktor alir pipa. Dikatakan ideal apabila zat pereaksi yang berupa gas atau cairan,
mengalir di dalam pipa dengan arah sejajar dengan sumbu pipa.
b. Pembagian reaktor berdasarkan proses
Berdasarkan prosesnya, reaktor dapat diklasifikasikan menjadi:
1. Reaktor batch
Reaktor batch merupakan reaktor dimana saat terjadinya reaksi tidak ada
reaktan yang masuk dan produk yang keluar. Dalam reaktor batch, reaksinya
5
terjadi dalam sekali proses. Reaktor jenis ini biasanya sangat cocok digunakan
untuk produksi berkapasitas kecil, seperti dalam proses pelarutan padatan,
pencampuran produk, reaksi kimia, batch distillation, kristalisasi, ekstraksi cair-
cair, polimerisasi, farmasi, dan fermentasi.
Gambar 2.3 Reaktor Batch
Berikut ini beberapa ketetapan dalam penggunaan reaktor tipe batch.
Selama reaksi berlangsung tidak terjadi perubahan temperatur.
Pengadukan dilakukan dengan sempurna, konsentrasi di semua titik dalam
reaktor adalah sama atau homogen pada waktu yang sama.
Reaktor batch bisa tersusun oleh sebuah tangki dengan pengaduk serta
sistem pendingin atau pemanas yang menyatu dengan reaktor. Tangki ini
memiliki ukuran yang bervariasi mulai dari kurang dari 1 L sampai lebih dari
15.000 L tergantung kebutuhan. Batch reaktor biasanya terbuat dari baja, stainless
steel atau baja berlapis kaca. Padatan dan cairan yang akan masuk reaktor
biasanya melalui sambungan yang terdapat pada tutup atas reaktor. Untuk uap dan
gas yang keluar reaktor biasanya juga melalui bagian atas, sedangkan untuk cairan
keluar melalui bagian bawah.
Kelebihan dari reaktor tipe batch
1. Harga instrumentasi rendah
2. Penggunaannya fleksibel, dimana dapat dihentikan secara mudah dan cepat,
kapan saja diinginkan.
6
3. Penggunaan yang multifungsi
4. Dapat digunakan untuk reaksi yang menggunakan campuran kuat dan beracun
5. Mudah dibersihkan
6. Dapat menangani reaksi dalam fase gas, cair, dan cair-padat.
7. Pada reaktor batch dengan volume yang berubah, maka perubahan volume
dapat dianggap linier terhadap konversi.
Kelemahan reaktor tipe batch
1. Biaya buruh dan handling yang tinggi
2. Terkadang waktu untuk mengosongkan, membersihkan, dan mengisi kembali
reaktor besar.
3. Pengendalian kualitas dari produk jelek atau susah
4. Skala produksi yang kecil
5. Tidak begitu baik untuk reaksi fase gas karena mudah terjadi kebocoran pada
lubang pengaduk
6. Tidak dapat dijalankan pada proses-proses yang sulit, karena harus diubah
menjadi proses kontinyu.
Mekanisme kerja reaktor batch
Reaktan dimasukkan ke dalam reaktor, sehingga terjadi reaksi dalam waktu
tertentu. Setelah itu, produk (hasil) akan dikeluarkan dari reaktor. Pada saat reaksi
berlangsung, tidak ada reaktan yang masuk dan produk yang keluar. Didalam
reaktor terjadi pengadukan yang sempurna, sehingga konsentrasi disetiap titik
dalam reaktor sama pada waktu yang sama.
Dalam industri kimia, reaktor batch digunakan untuk keperluan antara lain
pada industri dengan skala kecil, yaitu:
1. Mencoba proses baru yang belum sepenuhnya dikembangkan
2. Memproduksi produk yang mahal
3. Proses-proses yang sulit diubah menjadi proses kontinyu.
7
Alasan dipilihnya reaktor batch
1. Proses yang terjadi membutuh proses yang lama
2. Jika bahan atau hasilnya perlu pembersihan
3. Untuk reaksi dengan fase cair
4. Jika prosesnya dalam kapasitas yang kecil
2. Reaktor alir
Reaktor alir disebut reaktor ideal jika zat-zat pereaksi dan hasil reaksi
mengalir dengan kecepatan yang sama diseluruh penampang pipa. Pada reaktor,
komposisi suhu dan tekanan diseluruh penampang reaktor selalu sama. Perbedaan
komposisi suhu dan tekanan hanya terjadi di sepanjang dinding reaktor. Reaktor
jenis ini banyak digunakan dalam industri dengan zat pereaksi atau reaktan berupa
fase gas atau cair dengan kapasitas produksi yang cukup besar.
Reaktor alir terbagi menjadi 2 jenis, yaitu:
1. Reaktor alir tangki berpengaduk (RATB)
Gambar 2.4 Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB)
Reaktor alir tangki berpengaduk (RATB) merupakan reaktor yang paling
sering dijumpai dalam industri kimia. Reaktor ini termasuk sistem reaktor
kontinyu untuk reaksi-reaksi sederhana. Berbeda dengan sistem operasi batch
dimana selama reaksi berlangsung tidak ada aliran yang masuk atau meninggalkan
sistem secara berkesinambungan, maka di dalam reaktor alir (kontinyu) baik
umpan maupun produk akan mengalir secara terus-menerus. Sistem seperti ini
8
memungkinkan kita untuk bekerja pada suatu keadaan dimana operasi berjalan
secara keseluruhan daripada sistem berada dalam kondisi stasioner. Ini berarti
bahwa baik aliran yang masuk, aliran keluar, maupun kondisi operasi reaksi di
dalam reaktor tidak lagi berubah oleh waktu. Pengertian waktu reaksi tidak lagi
sama dengan lamanya operasi berlangsung, tetapi ekivalen dengan lamanya
reaktan berada dalam reaktor. Pernyataan ini biasa disebut waktu tinggal
campuran di dalam reaktor, yang besarnya ditentukan oleh laju alir campuran
yang lewat serta volume reaktor dimana reaksi berlangsung.
Reaktor tipe ini bisa terdiri dari satu tangki atau lebih. Biasanya tangki-
tangki ini dipasang vertical dengan pengadukan sempurna. Pengadukan pada
masing-masing tangki dilakukan secara kontinyu sehingga diperoleh suatu
keadaan dimana komposisi campuran di dalam reaktor benar-benar seragam.
RATB sering atau biasa digunakan untuk reaksi homogen (reaksi yang
berlangsung dalam satu fase saja), misalnya fase cair-cair atau gas-gas Untuk
reaksi fase gas (non katalitik), reaksinya berlangsung cepat tetapi akan mudah
terjadi kebocoran sehingga dinding reaktor harus dibuat tebal, misalnya pada
reaksi pembakaran.
Untuk reaksi fase cair (katalitik), reaksinya berlangsung dalam sistem
koloid. Pada RATB, kecepatan volumetrik umpan yang masuk sama dengan
kecepatan volumetrik hasil (produk) yang keluar sehingga kecepatan
akumulasinya sama dengan nol. 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.
Mekanisme kerja RATB
Pada RATB prosesnya berlangsung secra kontinyu, pengadukan adalah
yang terpenting dalam reaktor ini karena dengan adanya pengadukan akan
menjadikan reaksinya menjadi homogen.
9
Keuntungan penggunaan RATB:
1. Suhu dan komposisi campuran dalam reaktor sama
2. Pengontrolan suhu mudah sehingga kondisi operasi yang isotermal bisa
terpenuhi.
3. Mudah dalam melakukan pengontrolan secara otomatis sehingga produk lebih
konsisten dan biaya operasi lebih rendah.
Kerugian penggunaan RATB:
1. Tidak efisien untuk reaksi fase gas dan reaksi yang bertekanan tinggi.
2. Kecepatan perpindahan panas lebih rendah dibanding RAP.
3. Untuk menghasilkan konversi yang sama, volume yang dibutuhkan RATB
lebih besar dari RAP.
4. Volume reaktor besar, maka waktu tinggal juga besar, berarti zat pereaksi
lebih lama bereaksi di reaktor.
5. Reaksinya berlangsung isotermal sehingga dipakai katalisator yang
aktifitasnya rendah dan butir katalisator kecil sehingga tidak ada tahanan
perpindahan panas.
2. Reaktor alir pipa (RAP)
Gambar 2.5 Reaktor Alir Pipa
Reaktor alir pipa adalah reaktor dimana cairan bereaksi dan mengalir
dengan cara melewati tube (tabung) dengan kecepatan tinggi, tanpa terjadi
10
pembentukan arus putar pada aliran cepat. Reaktor alir pipa sering disebut juga
sebagai reaktor alir sumbat atau continuous tubular reactors (CTRs). Reaktor ini
biasanya dilengkapi dengan selaput membrane untuk menambah yield produk
pada reaktor. Produk secara selektif ditarik dari reaktor sehingga keseimbangan
dalam reaktor secara kontinyu bergeser membentuk lebih banyak produk. Pada
umumnya, reaktor alir pipa dilengkapi dengan katalisator. Dalam RAP, satu atau
lebih reaktan dipompakan ke dalam suatu pipa. Biasanya reaksi yang digunakan
pada reaktor ini adalah reaksi fase gas. Reaksi kimia berlangsung sepanjang pipa
sehingga semakin panjang pipa maka konversi yield akan semakin tinggi. Namun,
tidak mudah untuk menaikkan konversi karena di dalam RAP konversi terjadi
secara gradient. Pada awalnya, kecepatan reaksi berlangsung secara cepat namun
setelah panjang pipa tertentu atau pipa bertambah panjang maka jumlah reaktan
akan berkurang dan kecepatan reaksi berlangsung lebih lambat seiring panjangnya
pipa.
Di dalam RAP, fluida mengalir dengan perlakuan yang sama sehingga
waktu tinggal sama untuk semua elemen fluida. Fluida sejenis yang mengalir
melalui reaktor ideal ini disebut dengan plug. Saat plug mengalir sepanjang RAP,
fluida bercampur sempurna dalam arah radial bukan dalam arah axial (dari arah
depan atau belakang). Setiap plug dengan volume berbeda dinyatakan sebagai
kesatuan yang terpisah-pisah ( hampir seperti reaktor batch) dimana plug mengalir
turun melalui pipa reaktor ini.
Umpan dalam reaktor alir pipa biasanya umpan dalam skala besar. Oleh
karena itu, reaktor ini banyak digunakan dalam industri – industri besar seperti :
petrokimia gresik, pertamina dan lain-lain. Reaktor ini biasanya digunakan dalam
fase gas pada tekanan tinggi dan dalam suhu tinggi.
Beberapa hal penting mengenai RAP:
1. Perhitungan dalam model RAP mengasumsikan tidak terjadi pencampuran,
dan reaktan bergerak secara aksial bukan radial.
2. Katalisator dapat dimasukkan melalui titik yang berbeda dari titik masukan,
diharapkan reaksi lebih optimal dan terjadi penghematan.
11
3. Biasanya, RAP memiliki konversi yang lebih besar dibanding RATB dalam
volume yang sama. Artinya, dengan waktu tinggal yang sama RAP
memberikan hasil yang lebih besar dibanding RATB.
Keuntungan penggunaan RAP:
1. Memberikan volume yang lebih kecil daripada RATB, untuk konversi yang
sama
2. Hasil konversi yang cukup tinggi
3. Waktu yang relatif lebih singkat dibandingkan dengan reaktor lain seperti
RATB.
Kerugian penggunaan RAP:
1. Harga alat, biaya instalasi, dan perawatannya 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 sehingga dapat menyebabkan
kerusakan pada dinding reaktor.
3. Reaktor semi batch
Gambar 2.6 Reaktor Semi Batch
12
Reaktor semi batch mungkin adalah jenis yang paling sering ada dalam
industri kimia, terutama di cabang biokimia, di laboratorium kimia organik dan
dalam proses bioteknologi. Reaktor ini biasanya berbentuk tangki berpengaduk.
Reaktor semi batch berlangsung secara batch dan kontinyu secara bersamaan.
Contoh paling sederhana misalnya pada tangki fermentor, ragi dimasukkan sekali
ke dalam tangki (secara batch) namun CO2 yang dihasilkannya dikeluarkan secara
kontinyu. Contoh lainnya adalah pada proses klorinasi, pada suatu reaksi cair-gas,
gas digelembungkan secara kontinyu dari dasar tangki agar bereaksi dengan
cairan di tangki yang diam (batch).
Reaktor semi batch beroperasi seperti reaktor batch namun, reaktor ini
dimodifikasi sehingga dapat memperkenankan adanya penambahan pereaksi dan
atau penghapusan produk dalam suatu waktu.
Kelebihan reaktor semi batch:
1. Peningkatan selektivitas reaksi.
Sering kali reaktan tertentu bisa melalui jalur paralel yang menghasilkan dua
produk yang berbeda namun hanya satu yang diinginkan.
2. Kontrol yang lebih baik dari reaksi eksotermis.
Reaksi eksotermis adalah reaksi yang melepaskan panas. Reaksi yang sangat
eksotermis dapat menyebabkan masalah dalam hal keamanan. Reaktor semi
batch memungkinkan untuk penambahan reaktan secara lambat untuk
mengontrol panas yang dilepaskan dan juga temperatur yang ada di dalam
reaktor.
3. Penghapusan produk melalui aliran pembersihan.
Dalam rangka meminimalkan reversibilitas reaksi, maka konsentrasi produk
harus diminimalkan. Hal ini dapat dilakukan dalam reaktor semi batch dengan
menggunakan aliran pembersihan untuk menghilangkan produk dan
meningkatkan laju reaksi.
13
Pemilihan reaktor
Baik reaktor batch maupun reaktor semi batch lebih cocok untuk reaksi fase
cair dan produksi skala kecil, karena mereka biasanya membutuhkan biaya modal
yang lebih rendah daripada operasi reaktor alir pipa, tetapi akan dikenakan biaya
yang lebih besar per unit jika produksi ingin ditingkatkan.
c. Pembagian reaktor berdasarkan keadaan operasinya
Berdasarkan keadaan operasinya, reaktor terbagi menjadi:
1. Reaktor isotermal
Gambar 2.7 Reaktor Isotermal
Reaktor isotermal adalah reaktor yang beroperasi secara isotermal, jika
umpan yang masuk ke reaktor, campuran dalam reaktor dan cairan yang keluar
dari reaktor selalu seragam dan suhunya sama dan keadaan awal secara
operasional sulit dilaksanakan sebab perpindahan panas yang terjadi harus selalu
dapat mengimbangi panas reaksi yang terjadi (untuk reaksi eksoterm) atau panas
diperlukan untuk reaksi endoterm.
14
2. Reaktor adiabatis
Gambar 2.8 Reaktor Adiabatis
Reaktor adiabatis adalah reaktor yang beroperasi secara adiabatis dimana
tidak ada perpindahan panas antara reaktor dengan sekelilingnya. Ditinjau dari
segi operasionalnya, reaktor adiabatis yang paling sederhana, cukup dengan
menyekat reaktor, sehingga tidak ada panas yang hilang ke sekelilingnya. Jika
reaksi yang terjadi adalah reaksi eksotermis, maka panas yang terjadi karena
reaksi dapat dipakai untuk menaikkan suhu campuran di reaktor.
3. Reaktor Non-Adiabatis
Reaktor non adiabatis adalah reaktor yang beroperasi secara non adiabatis
dimana terdapat perpindahan panas antara reaktor dengan sekelilingnya.
d. Pembagian reaktor khusus (Reaktor dengan katalis padat)
1. Packed/Fixed bed reaktor (PBR)
15
Gambar 2.8 Reaktor Fixed Bed
Reaktor fixed bed adalah reaktor dengan menggunakan katalis padat yang
diam dan zat pereaksi berfase gas. Butiran-butiran katalisator yang biasa dipakai
dalam reaktor fixed bed adalah katalisator yang berlubang di bagian tengah,
karena luas permukaan persatuan berat lebih besar jika dibandingkan dengan
butiran katalisator berbentuk silinder, dan aliran gas lebih lancar. Reaktor jenis ini
terdiri dari satu pipa atau lebih yang berisi tumpukan katalis stasioner dan
dioperasikan vertikal. Reaktor fixed bed biasanya dioperasikan secara adiabatis.
Bentuk reaktor fixed bed
Bentuk reaktor fixed bed dapat dibagi menjadi :
1. Reaktor dengan satu lapis tumpukan katalisator (Single Bed)
Sebagai penyangga katalisator dipakai butir-butir alumunia (bersifat inert
terhadap zat pereaksi) dan pada dasar reaktor disusun dari butir yang besar makin
keatas makin kecil, tetapi pada bagian atas katalisator disusun dari butir kecil
makin keatas makin besar.
2. Multi bed
Katalisator diisi lebih dari satu tumpuk katalisator, fixed bed dengan katalisator
lebih dari satu tumpuk banyak dipakai dalam proses adiabatis. Jika reaksi yang
terjadi sangat eksotermis pada konversi yang masih kecil suhu gas sudah naik
16
sampai lebih tinggi dari suhu maksimum yang diperbolehkan untuk katalisator,
maka gas harus di dinginkan terlebih dahulu kedalam alat penukar panas diluar
reaktor untuk di dinginkan dan selanjutnya dialirkan kembali ke reaktor melalui
tumpukan katalisator kedua, jika konversi gas yang keluar dari tumpukan kedua
belum mencapai yang direncanakan, tetapi suhu gas sudah lebih tinggi dari yang
diperbolehkan maka dilakukan pendinginan lagi dengan mengalirkan gas kea lat
penukar panas kedua kemudian di kembalikan ke reaktor yang masuk melalui
tumpukan katalisator ketiga dan seterusnya sampai diperoleh konversi yang
diinginkan. Jika reaksi bersifat endotermis maka penukar panas diluar reaktor
dapat digunakan untuk pemanas gas reaksi.
Pemilihan katalisator
Untuk menentukan katalisaor mana yang sebaiknya digunakan dapat dipakai
pertimbangan sebagai berikut :
Harga katalisator.
Dipilih harga katalisator yang murah, untuk menghemat investasi dan biaya
operasi
Mudah atau tidaknya diregenerasi.
Jika katalisator dapat diregenerasi tanpa harus merusak aktivitasnya dapat
mengurangi biaya pembelian katalisator baru
Dapat diproduksi dalam jumlah yang besar
Tahan terhadap racun.
Jika katalisator tahan terhadap racun akan berumur panjang dan tidak mudah
kehilangan aktivitasnya.
Sebaiknya dipakai katalisator yang berumur panjang dengan maksud untuk
menghemat dana untuk membeli katalisator baru, untuk mengurangi waktu
produksi yang hilang guna penggantian katalisator.
Kelebihan fixed bed reaktor
Dapat digunakan untuk mereaksikan dua macam gas sekaligus
Kapasitas produksi cukup tinggi
17
Pemakaian tidak terbatas pada kondisi reaksi tertentu (eksoterm atau
endoterm) sehingga pemakaian lebih fleksibel
Aliran fluida mendekati plug flow, sehingga dapat diperoleh hasil konversi
yang tinggi
Pressure drop rendah
Oleh karena adanya hold-up yang tinggi, maka menghasilkan pencampuran
radial yang lebih baik dan tidak ditemukan pembentukan saluran (channeling)
Pemasokan katalis per unit volum reaktor besar
Hold up liquid tinggi
Katalis benar-benar dibasahi
Kontrol temperatur lebih baik
Transfer massa gas-liquid lebih tinggi daripada reaktor trickle bed karena
interaksi gas-liquid lebih besar
Kekurangan fixed bed reaktor
Resistansi difusi intra partikel sangat besar
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
2. Fluidized bed reaktor (FBR)
18
Gambar 2.10 Reaktor
Fluidized Bed
Fluidized Bed Reaktor adalah adalah jenis reaktor kimia yang dapat
digunakan untuk mereaksikan bahan dalam keadaan banyak fasa. Reaktor jenis ini
menggunakan fluida (cairan atau gas) yang dialirkan melalui katalis padatan
(biasanya berbentuk butiran-butiran kecil) dengan kecepatan yang cukup sehingga
katalis akan terolak sedemikian rupa dan akhirnya katalis tersebut dapat
dianalogikan sebagai fluida juga. Proses ini, dinamakan fluidasi. Fluidized Bed
Reaktor dapat digunakan untuk pencampuran dan pemisahan antar fasa.
Kelebihan penggunaan FBR:
Terjadinya regenerasi secara kontinyu.
Reaksinya memiliki efek panas yang tinggi.
Suhunya konstan sehingga mudah dikontrol.
Kekurangan penggunaan FBR:
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.
19
Adanya peningkatan keabrasivan dimana penyebabnya adalah partikel padat
di dalam proses cracking pada fluidized bed.
Tidak mempunyai fleksibilitas terhadap perubahan panas.
Rancang-Bangun kompleks sehingga biaya mahal
Jarang digunakan di (dalam) laboratorium
Alasan pemilihan reaktor fluidized bed:
Partikel fluidized sangat kecil
Konsentrasi intra partikel dan gradien temperaturnya diabaikan
Ketika terjadi regenerasi katalis dan reaksinya memiliki efek panas yang
tinggi. Biasanya diameter reaktor 10-30 ft.
Reaktor dimana katalisnya terangkat oleh aliran gas reaktan.
Operasinya isotermal.
Perbedaan fluidized bed dengan Fixed bed:
Pada fluidized bed jumlah katalis lebih sedikit dan katalis bergerak sesuai
kecepatan aliran gas yang masuk serta memberikan luas permukaan yang lebih
besar.
2.4 Reaktor Nuklir
Reaktor atom atau biasa disebut reaktor nuklir adalah tempat terjadinya reaksi
berantai yang menyangkut reaksi fisi yang terkendali. Sebuah reaktor merupakan
sumber energi yang efisien. Reaksi fisi 1 gram nuklida per hari akan
menimbulkan energi sebesar 1 MW (106 W), ini sebanding dengan pembakaran
batu bara sebanyak 2,6 ton perhari agar menghasilkan energi sebesar itu. Energi
yang dilepaskan dalam suatu reaktor nuklir timbul sebagai energi kalor dan dapat
diambil dengan mengalirkan zat cair atau gas untuk pendingin, melalui bagian
dalam reaktor.
20
Selanjutnya energi tersebut
ditransfer keluar reaktor
dengan
pendingin sekunder yang akan
mengubah energi kalor
menjadi energi uap yang dapat
digunakan untuk Gambar 2.11 Reaktor Nuklir
menggerakkan turbin yang akan
menggerakkan dinamo/generator, sehingga akan diperoleh energi listrik. Enrico
Fermi adalah orang pertama yang berhasil mendirikan reaktor nuklir di universitas
Chicago yang berhasil dijalankan dalam bulan Desember 1942. Sebagai bahan
bakar reaktor tersebut adalah uranium-235.
2.4.1 Desain Reaktor
Usaha mendisain reaktor nuklir adalah untuk membuat suatu instalasi sesuai
dengan tujuannya dengan pembiayaan serta hasil yang seoptimal mungkin. Pada
umumnya dikehendaki agar reaktor daya mencapai efisiensi teknik yang sebesar-
besarnya. Akan tetapi perlu diinsafi pula bahwa dalam reaktor terdapat bahan dan
material yang relatif sangat mahal, misalnya bahan bakar, moderator, dan berbagai
sistem keamanan, sehingga yang diusahakan oleh pendisain adalah untuk
mencapai efisiensi material yang sebesarnya, yang berarti bahwa yang diinginkan
adalah memperoleh energi listrik yang sebesarnya dari tiap unit sistem/material
yang mahal itu. Lain dari pada itu diinginkan pula agar sistem reaktor mencapai
ekonomi neutron yang sebaik-baiknya, yang berarti bahwa neutron yang
dibangkitkan dalam teras reaktor sebanyak-banyaknya menghasilkan pembelahan
atom uranium dan kalor (dalam keadaan terkendali) dengan mengurangi
penyerapan neutron oleh bahan dan material lainnya dalam bejana reaktor.
21
2.4.2 Komponen Dasar Reaktor Nuklir
Gambar 2.12 Komponen Dasar Reaktor Nuklir
Keterangan gambar:
1. Bahan bakar
2. Teras reaktor
3. Moderator
4. Batang kendali
5. Pompa pemindah
6. Generator uap
7. Shielding (perisai)
Berikut ini beberapa komponen dasar reaktor nuklir.
1. Bahan bakar reaktor nuklir merupakan bahan yang akan menyebabkan suatu
reaksi fisi berantai berlangsung sendiri, sebagai sumber energi nuklir. Isotop
fisi adalah uranium-235, uranium-233, plutonium-239. Uranium-235 terdapat
di alam (dengan perbandingan 1 : 40 pada uranium alam), dan yang lainnya
harus dihasilkan secara buatan.
2. Teras reaktor, di dalamnya terdapat elemen bahan bakar yang membungkus
bahan bakar.
3. Moderator adalah komponen reaktor yang berfungsi untuk menurunkan
energi neutron cepat (+ 2 MeV) menjadi komponen reaktor normal (+ 0,02 –
0,04 eV) agar dapat bereaksi dengan bahan bakar nuklir. Selain itu, moderator
juga berfungsi sebagai pendingin primer. Persyaratan yang diperlukan untuk
22
bahan moderator yang baik adalah dapat menghilangkan sebagian besar
energi neutron cepat tersebut dalam setiap tumbukan dan memiliki
kemampuan yang kecil untuk menyerap neutron, serta memiliki kemampuan
yang besar untuk menghamburkan neutron. Bahan-bahan yang digunakan
sebagai moderator, antara lain air ringan (H2O), air berat (D2O), grafit.
4. Setiap reaksi fisi menghasilkan neutron baru yang lebih banyak (2 – 3 neutron
baru), maka perlu diatur jumlah neutron yang bereaksi dengan bahan bakar.
Komponen reaktor yang berfungsi sebagai pengatur jumlah neutron yang
bereaksi dengan bahan bakar adalah batang kendali. Dalam reaktor dikenal
faktor pengali (k), yaitu perbandingan jumlah neutron yang dihasilkan setiap
siklus dengan jumlah neutron pada awal siklus untuk :
k = 1, operasi reaktor dalam keadaan kritis,
k > 1, operasi reaktor dalam keadaan super kritis,
k < 1, operasi reaktor dalam keadaan subkritis.
Bahan yang dipergunakan untuk batang kendali reaktor haruslah memiliki
kemampuan tinggi menyerap neutron. Bahan-bahan tersebut antara lain
kadmium (Cd), boron (B), atau haefnium (Hf ).
5. Perisai (shielding), berfungsi sebagai penahan radiasi hasil fisi bahan agar
tidak menyebar pada lingkungan.
6. Pemindah panas, berfungsi untuk memindahkan panas dari pendingin
primer ke pendingin sekunder dengan pompa pemindah panas. Pendingin
sekunder, dapat juga berfungsi sebagai generator uap (pembangkit uap)
yang selanjutnya dapat digunakan untuk menggerakkan generator listrik.
Reaksi inti atom dapat berlangsung sangat cepat dan dihasilkan energi yang
sangat besar. Dari energi reaksi inti atom ini manusia dapat memanfaatkan untuk
kesejahteraan manusia tetapi sebagian juga memanfaatkan sebagai alat pembunuh
massal, misalnya dibuatnya bom atom dan bom hidrogen sebagai senjata perang
pada abad modern ini. Dalam hal kesejahteraan manusia memanfaatkan reasi inti
menggunakan reaktor atom/nuklir untuk pembangkit listrik dan lainya.
23
2.4.3 Prinsip Kerja Reaktor Nuklir
Energi yang dihasilkan dalam reaksi fisi nuklir dapat dimanfaatkan untuk
keperluan yang berguna. Untuk itu, reaksi fisi harus berlangsung secara terkendali
di dalam sebuah reaktor nuklir. Sebuah reaktor nuklir paling tidak memiliki empat
komponen dasar, yaitu elemen bahan bakar, moderator neutron, batang kendali,
dan perisai beton.
Elemen bahan bakar menyediakan sumber inti atom yang akan mengalami
fusi nuklir. Bahan yang biasa digunakan sebagai bahan bakar adalah uranium U.
Elemen bahan bakar dapat berbentuk batang yang ditempatkan di dalam teras
reaktor.
Neutron-neutron yang dihasilkan dalam fisi uranium berada dalam kelajuan
yang cukup tinggi. Adapun, neutron yang memungkinkan terjadinya fisi nuklir
adalah neutron lambat sehingga diperlukan material yang dapat memperlambat
kelajuan neutron ini. Fungsi ini dijalankan oleh moderator neutron yang umumnya
berupa air. Jadi, di dalam teras reaktor terdapat air sebagai moderator yang
berfungsi memperlambat kelajuan neutron karena neutron akan kehilangan
sebagian energinya saat bertumbukan dengan molekul-molekul air.
Fungsi pengendalian jumlah neutron yang dapat menghasilkan fisi nuklir
dalam reaksi berantai dilakukan oleh batang-batang kendali. Agar reaksi berantai
yang terjadi terkendali dimana hanya satu neutron saja yang diserap untuk
memicu fisi nuklir berikutnya, digunakan bahan yang dapat menyerap neutron-
neutron di dalam teras reaktor. Bahan seperti boron atau kadmium sering
digunakan sebagai batang kendali karena efektif dalam menyerap neutron.
2.4.4 Jenis-jenis Reaktor Nuklir
a. Menurut kegunaannya, reaktor nuklir dapat dibedakan menjadi tiga, yaitu:
1. Reaktor produksi isotop
Reaktor produksi isotop yaitu reaktor yang menghasilkan radioisotop yang
banyak dipakai dalam bidang nuklir, kedokteran, biologi, industri, dan farmasi.
24
2. Reaktor daya
Reaktor daya yaitu reaktor yang dapat menghasilkan energi listrik. Reaktor
daya merupakan reaktor komersial yang menghasilkan energi listrik untuk dijual
misalnya PLTN (Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir)
3. Reaktor penelitian
Reaktor penelitian yaitu reaktor yang dipergunakan untuk penelitian di bidang
pertanian, peternakan, industri, kedokteran, sains, dan sebagainya.
b. Berdasarkan jenis pendinginnya, terdapat empat jenis reaktor, yaitu
1. Reaktor dengan pendingin gas, menggunakan grafit sebagai moderator,
2. Reaktor dengan pendingin air ringan, yang terdiri dari reaktor air bertekanan
atau pressurized water reaktor (PWR) dan reaktor air didih atau boiling water
reaktor (BWR),
3. Reaktor dengan pendingin air berat,
4. Reaktor dengan pendingin logam cair (Na).
2.4 Fluid-fluid Reaktor
Biasa digunakan untuk reaksi gas-cair dan cair-cair.
1. Bubble tank.
Bubble tank adalah jenis reaktor kimia yang dapat digunakan untuk
mereaksikan bahan dalam keadaan banyak fasa. Reaktor jenis ini
menggunakan fluida (cairan atau gas) yang dialirkan melalui katalis padatan
(biasanya berbentuk butiran-butiran kecil) dengan kecepatan yang cukup
sehingga katalis akan terolak sedemikian rupa dan akhirnya katalis tersebut
dapat dianalogikan sebagai fluida juga.
2. Agitate tank
Agitate tank adalah digunakan untuk menyediakan reservoir penyimpanan
untuk batch campuran dari mixer kecepatan geser tinggi.
Tiga fungsi utama dari agitate tank :
Persamaan gelembung udara terjebak selama proses pencampuran.
25
Agitate bertindk sebagai reservoir penyimpanan untuk batch campuran
yang memungkinkan kelangsungan penyediaan dipertahankan untuk
pompa.
Agitate dari dayung khusus bebentuk menjaga campuran dalam
suspensi sebelum pemompaan.
3. Spray Tower
Spray tower adalah perangkat kontrol terutama digunakan untuk
pengkondisian gas (pendingin dan pelembab) atau untuk tahap pertama atau
penghapus partikel gas. Mereka juga digunakan di banyak gas cerombnong
desulfurisasi sistem untuk mngurangi penumpukan plugging dan skala oleh
polutan.
Spray tower terdiri dari chamber-chamber besar di mana phase gas mengalir
dan masuk serta kontak dengan likuid di dalam spray nozzles. Berikut ini
menunjukan aliran phase di dalam spray tower, likuid masuk dalam spray
dan jatuh karena gaya gravitasi, serta kontak secara counter curent dengan
aliran gas yang masuk. Untuk ketinggian yang rendah, efisiensi ruang spray
kira-kira mendekati packed powder, tetapi untuk ketinggian yang melebihi 4
ft efisiensi spray turun dengan cepat. Sedangkan kemungkinan berlakunya
interfase aktif yang sangat besar dengan terjadinya sedikit penurunan, panda
prakteknya ditemukan ketidakmungkinan untuk mencegah hubungan ini,
dan selama permukaan interfase efektif berkurang dengan ketinggian, dan
spray tower tidak digunakan secara luas.
Spray nozzles didesain untuk aliran likuid yang mempunyai bilangan
presure drop besar maupun kecil, untuk aliran likuid yang mempunyai flow
rate yang kecil, maka cross area kontaknya harus besar. Laju aliran yang
mempunyai drop fals menentukan waktu kontak dan sirkulasinya. Disertai
dengan influensasi mass transfer antara dua phase dan harus kontak terus-
menerus. Hambatan pada transfer yaitu pada phase gas dikurangi dengan
gerakan swirling dari falling likuid droplets. Spray tower digunakan untuk
26
transfer massa larutan gas yang tinggi dimana dikontrol laju perpindahan
masa secara normal pada phase gas.
Tipe dari kolom absorber memiliki klasifikasi dan pemakaian yang
berbeda-beda pada operasinya. Hal ini harus dipahami secara seksama agar
kita dapat lebih memahami lagi sistem absober jenis ini
Persyaratan pokok yang diperlukan untuk isian menara ialah:
1. Harus tidak bereaksi kimia dengan fluida di dalam menara
2. Harus kuat, tetapi tidak terlalu berat.
3. Harus mengandung cukup banyak laluan untuk kedua arus tanpa terlalu
banyak zat cair yang terperangkap atau menyebabkan penurunan tekanan
terlalu tinggi.
4. Harus memungkinkan terjadinya kontak yang memuaskan antara zat cair
dengan gas.
5. Harus tidak terlalu mahal.
27
BAB III
KESIMPULAN
1. Reaktor adalah satu alat proses tempat terjadinya suatu reaksi
berlangsung, baik itu reaksi kimia maupun nuklir.
2. Reaktor terbagi menjadi 2 jenis, yaitu reaktor kimia dan reaktor nuklir
yang terbagi kembali berdasarkan beberapa faktor seperti bentuknya,
prosesnya, reaksi yang terjadi, dan lain-lain.
3. Fluid-fluid reaktor terbagi menjadi 3, yaitu bubble tank, agitated tank,
dan spray tower.
28
Top Related