TEKNIK REAKSI KIMIA 2 REVIEW JENIS-JENIS REAKTOR DALAM INDUSTRI DAN ANALISIS PERMODELAN REAKTOR TERHADAP SALAH SATU FENOMENA ALAM

SATU FENOMENA ALAM

Anggota Kelompok:

Ervandy Haryoprawironoto(1306370461) Muhamad Madani (1306405755) Rayhan Hafidz Ibrahim (1306409362) Rioneli Ghaudenson (1306413712)

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS INDONESIA

DEPOK, FEBRUARI 2016

DAFTAR ISI

………

……….

2

BAB I: REVIEW JENIS-JENIS REAKTOR DALAM INDUSTRI DAN ANALISISNYA ….….

3

BAB II: PERMODELAN REAKTOR TERHADAP SALAH SATU FENOMENA ALAM ……..

12

DAFTAR PUSTAKA

……….

15

BAB I

REVIEW JENIS-JENIS REAKTOR DALAM INDUSTRI DAN ANALISISNYA

1.1. Definisi Reaktor Kimia

Reaktor kimia merupakan salah satu alat yang mempunyai peranan penting dalam industri kimia industri kimia, petrokimia serta minyak dan gas. Pada alat ini, terjadi reaksi dimana bahan mentah akan menjadi hasil jadi berupa produk yang lebih berharga untuk dijual ke pasaran. Oleh karena itu reaktor kimia sering disebut sebagai suatu bejana tempat berlangsungnya reaksi kimia.

Rancangan dari reaktor kimia tergantung dari banyak variabel, dimana hal-hal tersebut dipelajari di dalam ilmu teknik kimia.

Secara umum, reaktor kimia harus dapat melaksanakan setidaknya tiga fungsi, yaitu memberikan waktu tinggal yang diperlukan reaktan untuk menyelesaikan reaksi, memungkinkan terjadinya pertukaran panas yang diperlukan, serta mengontakkan antar fasa zat yang bereaksi untuk mempercepat reaksi.

Gambar 1. Contoh reaktor kimia

1.2. Perancangan Reaktor Kimia

Perancangan suatu reaktor kimia yang baik harus mengutamakan efisiensi kinerja reaktor, sehingga didapatkan produk hasil dibandingkan input yang besar, berharga, dapat menghasilkan pendapatan yang besar dan menguntungkan, dengan pengeluaran biaya yang diusahakan seminimal mungkin, seperti biaya modal, biaya operasi, dan lain sebagainya. Biaya operasi biasanya merupakan besarnya energi yang akan diberikan atau diambil, harga bahan baku pembuatan suatu produk, gaji operator, teknisi, dan banyak lagi. Perubahan energi dalam suatu reaktor kimia bisa terjadi karena adanya pemanasan atau pendinginan (terkait dengan perubahan suhu), perubahan tekanan karena pemompaan, frictional pressure loss (seperti pressure drop pada suatu pipa siku 90^o atau suatu lempeng orifis), gaya gesek antara pengaduk dan zat/cairan yang akan diolah, beserta kejadian lainnya. Selain itu,

juga harus diperhatikan dalam pengoperasian reaktor kimia.

Dalam memilih reaktor yang tepat, terdapat beberapa pertimbangan yang dapat mempengaruhi reaktor seperti apa yang akan digunakan. Biasanya, pemilihan jenis reaktor dipengaruhi oleh beberapa hal, yaitu sebagai berikut :

1 Fase zat pereaksi dan hasil reaksi

2 Tipe reaksi dan persamaan kecepatan reaksi, serta ada tidaknya reaksi samping

3 Kapasitas produksi

4 Harga alat (reaktor) dan biaya instalasinya

5 Kemampuan reaktor untuk menyediakan luas permukaan yang cukup untuk perpindahan panas

Sebelum melakukan operasi, perlu dilakukan pemilihan reaktor yang akan digunakan secara tepat, dengan melihat pertimbangan- pertimbangan yang telah dibahas diatas tadi. Tujuan untuk pemilihan reaktor yang tepat adalah sebagai berikut :

1 Menghasilkan pendapatan dengan keuntungan yang besar 2 Menekan biaya produksi

3 Modal yang kecil, atau volume reaktor yang minimum

4 Pengoperasian reaktor yang sederhana, tidak rumit dan murah 5 Terjaminnya keselamatan dan kesehatan kerja

6 Meminimalisir polusi terhadap lingkungan sekitar

1.3. Klasifikasi Jenis Reaktor

Untuk mengklasifikasikan jenis-jenis reaktor, perlu diketahui jumlah fasa yang berada di dalam reaktor, apakah ada sistem agitasi dan modus operasi, apakah termasuk reaktor continuous, semi-continuous ataupun discontinuous. Hal yang juga patut dicatat adalah sebagian besar reaktor kimia dilengkapi dengan alat penukar panas (heat exchanger) dalam bentuk external jackets atau internal coils dengan cairan yang mengalir melalui heat exchanger tersebut yang mempengaruhi perubahan suhu pada reaktor, atau dengan kata lain bertindak sebagai pengatur suhu pada reaktor.

Tipe-tipe reaktor dalam industri berdasarkan fitur, operasi aliran, dan contoh reaksi di dalamnya dapat dirangkum dalam bentuk tabel sebagai berikut:

Table 1. Tinjauan Fitur, operasi aliran, dan contoh reaksi pada masing-masing tipe reaktor

Tipe Reaktor Fitur Operasi Contoh Reaksi di Reaktor Stirred tank Pengoperasian

yang fleksibel, mencampur reaktan dengan baik

D, S, C Reaksi organik obat-obatan, produksi melamin, produksi senyawa organik nitro, sulfonasi benzena, reaksi esterifikasi, reaksi

saponifikasi, dll Stirred

multiphase

Bagus dalam mencampur antar fasa dan mengatur suhu

C, S Polimerisasi suspensi/emulsi, klorinasi senyawa aromatik, oksidasi senyawa organik (seperti p-xilena menjadi asam tereftalat, asetilena menjadi asetaldehid, sikloheksana menjadi sikloheksanon dan asam adipat)

Multiphase bubble column

Memungkinkan untuk bekerja dalam tahap pemisahan, dan beroperasi dalam mode co-current dan contra- current

C, S Oksidasi etil benzena, kumena dan isobutana menjadi hidro-peroksida, oksi-klorinasi propena menjadi chloropropane, absorpsi oksida nitrat atau anhydride sulfat menjadi nitrat dan produksi asam sulfat, serta ftalimida

suhu tinggi asetilena, gasifikasi tekanan tinggi untuk produksi syngas Homogeneous

tubular

Bagus dalam mengatur waktu tinggal dan mengatur suhu

C Thermal cracking

hidrokarbon, visbreaking (reaksi endoterm), dan reaksi klorinasi metana, propena dan butadiena, polimerisasi etilena menjadi LLDPE (reaksi eksotermis) Heterogeneous

tubular

Bagus dalam mengatur waktu tinggal dan mengatur suhu, terdapat fluida katalis di

permukaan antar surface

C Reaksi katalitik heterogen (sintesis NH3, CH3OH, styrene, dll), reaksi reforming hidrokarbon (Platforming, hydrocracking, dll), dehidrogenasi

etilbenzena menjadi styrene

Tubular multiphase

Luas antarmuka yang tinggi, Bagus dalam mengatur waktu tinggal

C Klorinasi dan oksidasi senyawa organik, produksi adiponitril dari asam adipat dan amonia, produksi nitro aniline, oksidasi etilen menjadi asetaldehida Three phases

(trickle-bed)

Luas antarmuka yang tinggi, beroperasi dalam mode co-current dan contra- current

C, S Oksidasi katalitik senyawa organik liquid

Fluidized bed reactor

Pencampuran reaktan dan kontrol suhu tinggi

C Reaksi pembakaran bijih, reaksi klorosis hidrokarbon terklorinasi, klorinasi metana, catalytic cracking hidrokarbon, pembakaran heavy-oil, produksi melamin dari urea meleleh

Keterangan: C, continuous operation; D, discontinuous operation; S, semi-continuous operation

Table 2. Perbandingan Reaktor Kimia N

o.

Type Reaktor

Prinsip Kerja Kelebihan Keterbata san

Aplikasi

1. Batch Reactor

Semua reaktan ditambahkan pada permulaan

dan produk berada dalam

tangki pada penyelesaian

reaksi

 Cocok untuk produksi skala kecil

 Cocok untuk proses di mana beberapa produk berbeda dihasilkan dalam peralatan yang sama.

 Cocok untuk reaksi yang butuh waktu reaksi lama.

 Cocok untuk reaksi dengan selektivita s tinggi

 Tidak cocok untuk produksi skala besar.

 Produk akhir hanya dihasilkan ketika reaksi telah selesai

Digunakan dalam industri kimia

seperti tinta, pewarna, polimer dan

industri makanan

2. Continous Stirred

Tank Reactor

(CSTR)

Satu atau lebih fluida regen di

masukkan ke dalam tangki reaktor yang dilengkapi dengan baling-

baling di saat efluen reaktor dipulihkan.

 Sangat fleksibel

 Produk samping dapat dihilangka n di antara reaksi

 Secara ekonomi

 Lebih rumit dan mahal dibanding kan unit tubular.

 Semua kalkulasi pada CSTR

Industri kimia yang yang melibatkan

raksi liquid/gas

konsentrasi. mengoper asikan beberapa CSTR baik secara seri atau paralel

 Reaksi dapat dilangsung kan baik pada reaktor vertical dan horizontal

pencamp uran sempurna .

 Pada keadaan tunak, laju alir masuk harus sama dengan laju alir keluar.

3. Plug Flow Reactor

(PFR)

Satu atau lebih fluida regen dipompa melalui

pipa atau tabung. Hal ini dicirikan dengan

gradien konsentrasi berkelanjutan

pada arah aliran.

 Efisiensi yang lebih tinggi dibandingk an CSTR pada volume yang sama.

 PFR dapat memililki beberapa pipa dan tabung paralel

 Dapat dijaketkan.

 Dapat dilakukan operasi secara vertikal maupun horizontal.

 Tidak ekonomis untuk jumlah kecil

Reaktor tubular

secara khusus sesuai

untuk kasus yang mempertimba

ng kan perpindahan

kalor, di mana tekanan tinggi dan suhu sangat

tinggi atau rendah terjadi.

1.4. Jenis-Jenis Reaktor Industri

Desain reaktor yang digunakan pada manufaktur produk di industri kimia bergantung pada material yang dihasilkan, dan dapat diklasifikasikan menjadi lima tipe umum.

1. Reaktor Aliran Produk Tunggal tanpa Separasi

Gambar 2. Diagram alir untuk reaktor tunggal yang memproduksi satu aliran produk

Beberapa proses manufaktur kimia seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas tidak melibatkan perlatan lain selain sebuah reaktor yang mana reaktan diumpankan ke dalamnya tanpa purifikasi, dan darinya didapatkan aliran produk keluar sebagai fasa tunggal yang siap digunakan.

2. Reaktor Aliran Produk Ganda tanpa Separasi

Gambar 3. Diagram alir untuk reaktor tunggal yang menghasilkan dua aliran produk

Proses ini didapatkan ketika reaktan dan produk berada dalam fase yang berbeda seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas. Umpan yang tidak bereaksi dapat keluar baik dalam satu atau kedua fase.

3. Reaktor Aliran Produk Tunggal dengan Separasi