PENDAHULUAN
Reaktor adalah sebuah bejana tempat terjadinya reaksi, baik itu reaksi kimia, nuklir, maupun biologis yang bukan terjadi secara fisika. Dalam reaktor nuklir terjadi perubahan massa yang menjadi energy yang besar. Reaktor biologis dapat mengubah zat biologis menjadi energi. Dan reaktor kimia tidak terjadi perubahan massa hanya berubah dari satu bahan ke bahan lain. Dengan terjadinya reaksi inilah suatu bahan berubah ke bentuk bahan lainnya, perubahannya ada yang terjadi secara spontan alias terjadi dengan sendirinya atau bisa juga butuh bantuan energi seperti panas (contoh energi yang paling umum).
Perubahan yang dimaksud adalah perubahan kimia, jadi terjadi perubahan bahan bukan fasa misalnya dari air menjadi uap yang merupakan reaksi fisika Dan di makalah ini hanya akan membahas 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.
ISI 1. Faktor Untuk Memilih Jenis Reaktor
Terdapat beberapa factor untuk dapat memilih jenis reaktor yang dibutuhkan, yaitu
a) Fase zat pereaksi dan hasil reaksi
b) Tipe reaksi dan persamaan kecepatan reaksi serta reaksi samping
c) Kapasitas produksi
d) Harga reaktor dan biaya perawatan
e) Kemampuan reaktor untuk menyediakan luas permukaan untuk perpindahan panas
2. Parameter Yang Mempengaruhi Rancangan Reaktor
Rancangan dari reaktor tergantung dari beberapa parameter. Parameter ini digunakan agar reaktor dapat memenuhi kerja yang dibutuhkan. Parameter-parameter tersebut ialah:
d) Konsentrasi
e) Koefisien Perpindahan Panas (h,U) f) Tekanan (P)
Dalam merancang sebuah reaktor perlu diperhatikan neraca massa dan neraca energinya. Reaktor dianggap ideal jika dalam keadaan steady-state. Yaitu besarnya massa yang masuk sama dengan massa yang keluar ditambah akumulasi. Untuk menunjang energy yang diperlukan dalam reaktor , dapat dilakukan penambahan atau pengambilan panas dari reaktor dengan menggunakan Heat Exchanger tipe tertentu.
Reaktor Semi-Batch
Didalam reaktor semi-batch memiliki tangki berpengaduk yang cara pengoperasiannya dengan memasukkan sebagian zat pereaksi ke dalam reaktor, sedangkan sebagian zat pereaksi lainnya dimasukkan secara kontinyu kedalam reaktor. Contoh reaksi yang bisa terjadi dalam reaktor ini adalah klorinasi, suatu reaksi cair-gas digelembungkan secara kontinyu dari dasar tangki agar bereaksi dengan cairan di tangki yang diam.
Didalam reaktor semi-batch memiliki satu atau lebih tube packed yang diposisikan secara vertical yang terdapat partikel katalisnya, dan beroperasi secara adiabatis.
Gambar 1. Skema semi-batch reactor Semi-batch reaktor dibutuhkan ketika
Mengontrol reaksi eksotermis
Meningkatkan yield produk dikondisi yang memungkinkan
Reaktor Batch
Reaktor Batch tidak ada massa yang masuk dan keluar selama reaksi. Jadi bahan dimasukkan, direaksikan selama waktu tertentu dan keluar sebagai produk yang selama reaksi tidak ada umpan-produk mengalir. Contoh dari penggunaannya dalam batch distillation, crystallization, liquid-liquid extraction, pharmacy, dan fermentasi. Reaktor jenis ini memiliki ciri tidak terdapat aliran inlet-outlet selama operasi, memiliki pengaduk bercampur reaktan, dan dalam proses berurutan mulai dari mengisi bahan baku, operasi, pengeluaran produk, pembersihan, dan pengkondisian untuk mengolah bahan selanjutnya
Gambar 4. Batch Reactor Gambar 5. Skema Batch Reactor
Reaktor batch di desain untuk beroperasi dalam proses unsteady – state, banyak reaktor batch menunjukkan perilaku nonlinier yang dimiliki oleh pasangan reaksi kinetika dan temperatur reaktor, dimana lebar jarak temperatur berlebih, dengan kata lain reaksi berjalan eksotermis memproduksi panas berlebih sehingga harus dihilangkan dengan sistem pendinginan. Sirkulasi pompa untuk pendingan bertujuan meminimalkan waktu tinggal agar tetap konstan.
Dalam reaktor batch, umumnya menggunakan Fasa cair
Skala proses kecil
Prosesnya sulit diubah menjadi kontiny Perlu dilakukan pembersihan berkala Proses memerlukan waktu lama
Keuntungan dalam penggunaan reaktor batch adalah harganya yang lebih murah dan mudah dioperasikan karena penambahan bahan per volume. Sedangkan kerugiannya seperti sulitnya mengendalikan suhu, lebih banyak pekerja untuk pengawasan proses, rentan bocor jika di isi fase gas, dan tidak efektif untuk skala produksi besar karena waktu yang dibutuhkan lebih lama.
Suatu reaksi:
Neraca Panas pada Reaktor Batch
Panas reaksi (Notasi ∆H) merupakan ukuran tentang banyaknya panas yang diserap atau dikeluarkan pada saat suatu reaksi berlangsung. Misalnya untuk reaksi berikut ini :
a A + b B r R + s S ∆Hr kkal/mol
Panas reaksi (∆Hr) didefinisikan sebagai panas yang dibutuhkan/dihasilkan bil a mol zat A bereaksi dengan b mol zat B membentuk r mol zat R dan s mol zat S. Besarnya panas reaksi ini selain, selain tergantung pada temperatur dan tekanan operasinya, juga tergantung pada keadaan sistim itu sendiri, yaitu apakah sistim tempat reaksi berlangsung merupakan sistim terbuka atau tertutup.
Pada reaktor batch yang memiliki sistem tertutup, terdapat dua kategori; Sistim tertutup dapat dibagi dalam 2 (dua) katagori, yaitu :
- Sistim tertutup pada tekanan konstan
Untuk sistim seperti ini, panas reaksi dihitung tepat sama dengan apa yang telah diturunkan untuk sistim terbuka, yaitu panas reaksi adalah sama dengan perbedaan entalpi produk dan reaktan.
- Sisitim tertutup pada volume konstan
Menurut hukum termodinamika panas reaksi untuk sistim tertutup pada volume konstan, adalah sama dengan perbedaan energi dalam
(internal energi)antara produk dan reaktan, atau dituliskan :
di mana :
Ui adalah energi dalam molar senyawa i
Neraca Massa pada Reaktor Batch
A + B P Neraca massa untuk komponen A adalah : FAi = FAC + (dNA/dt) + (-rA)(V)
FAi = FAo = 0, karena tidak ada reaktan yang masuk atau keluar
Pada reaktor batch, tidak ada fluida yang masuk ke ataupun yang keluar dari reaktor, Berkurangnya zat A sesuai dengan reaksi yang terjadi dirumuskan:
(-rA)V
Yaitu mol A yang bereaksi per satuan waktu per satuan volume fluida dikali volume fluida. Dalam hal ini, satuannya menjadi mol/s. Maka neraca massa untuk komponen A dapat dituliskan :
Input = output + disappearance +accumulation
FAi = FAC + (dNA/dt) + (-rA)(V)
FAi = FAo = 0, karena tidak ada reaktan yang masuk atau keluar
−rA=−1
V dNA
dt
………...…(1)
Untuk menghitung jumlah A dalam reaktor, digunakan
dt Jika pers 3) diintegralkan, t (waktu reaksi) dapat dinyatakan sebagai
Pers 3) dan pers 4) berlaku untuk sistem dengan densitas konstan dan V tidak konstan, maka persamaan menjadi
t=NA
0
∫
0 XA
dXA
(−rA)V0(1+εXA)=CA0
∫
0 XA
dXA
(−rA)(1+εXA) ...………..(5)
Persamaan-persamaan di atas berlaku untuk proses isotermal ataupun nonisotermal dan bila digambarkan kurvanya adalah sebagai berikut
Gambar 6. Kurva kinerja reaktor batch
Waktu tinggal pada Reaktor Batch
Jika waktu reaksi digunakan untuk mengukur kinerja sebuah reaktor batch, maka untuk reaktor-reaktor alir performance diukur dengan space time atau
spacevelocity.
Pada reaksi orde satu
A P
Dimana
−rA=k1. CA
Maka watu operasi dapat ditentuan sebagai berikut
t =CA 0
∫
0
XA
dXA
(−rA)
t =CA 0
∫
0
XA
dXA
t =CA 0
∫
0
XA
dXA
k1.CAo(1−XA)
t = 1/k1
Space time : waktu yang diperlukan untuk mengumpankan sejumlah tertentu zat/pereaksi pada suatu kondisi tertentu ke dalam reaktor sehingga proses reaksi dapat berjalan ,
Satuannya adalah waktu (s) t = 1/s
Space velocity : jumlah reaktor dengan volume tertentu per satuan waktu yang dapat menerima umpan pada kondisi tertentu sehingga reaksi dapat berlangsung, satuannya waktu -1 (s-1)
s = 1/ t
Hubungan s, dengan variable lainnya :Ʈ
=
Ʈ
= 1 s=
CA
0
V
FA
0 =
mole A yang masuk volume umpan
mole A masuk waktu
[Volume reaktor]
V v0=
