TEKNIK REAKSI KIMIA 2 - MAKALAH TEKNIK REAKSI KIMIA 2 - REAKTOR

ANALISIS PERMODELAN REAKTOR TERHADAP SALAH

SATU FENOMENA ALAM

Anggota Kelompok:

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

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

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

……….

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

90o _{atau suatu lempeng orifis), gaya gesek antara pengaduk dan} zat/cairan yang akan diolah, beserta kejadian lainnya. Selain itu,

faktor keselamatan dan kesehatan kerja serta lindung lingkungan 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

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

Burners Waktu kontak yang singkat, suhu tinggi

C Pembakaran H2S menjadi SO2, produksi karbon hitam, 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. Terjadi  Sangat fleksibel  Produk samping dapat dihilangka n di antara reaksi  Secara ekonomi menguntu  Lebih rumit dan mahal dibanding kan unit tubular.  Semua kalkulasi pada CSTR menggun Industri kimia yang yang melibatkan raksi liquid/gas

peningkatan gradien konsentrasi. ngkan untuk mengoper asikan beberapa CSTR baik secara seri atau paralel  Reaksi dapat dilangsung kan baik pada reaktor vertical dan horizontal akan asusmi 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.

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.

Gambar 3. Diagram alir untuk aliran produk reaktor tunggal

dengan separasi

Pada kebanyakan proses kimia produk yang diinginkan harus dipisahkan dan dihilangkan dari campuran ketika menginggalkan reactor. Beberapa skema separasi yang umum digunakan adalah distilasi, kristalisasi, ekstraksi pelarut, absorpsi, adsorpsi, filtrasi, dan pertukaran ion. Pada diagram alir di atas, dilakukan pemulihan secara absorbsi dengan pelarut yang sesuai dilanjutkan dengan stripping pada kolom distilasi. Reaktan yang tidak terkonversi dapat keluar bersama tail gas, salah satu aliran produk atau kombinasi keduanya. 4. Separasi ganda yang Melibatkan aliran Feed dan Produk

Reaktor

Gambar 4. Diagram alir dengan separasi ganda pada aliran feed

dan produk

Diagram alir tipe ke empat identic dengan tipe ke tiga, namun dengan tambahan separasi juga dilakukan pada bahan dasar. Pada gambar yang ditunjukkan di ataas, purifikasi bahan dasar dilakukan secara adsorpsi dan purifikasi produk dilakukan secara absorpsi dan stripping. Cara separasi lainnya akan melibatkan tipe blok diagram yang sama.

Gambar 5. Diagram alir dengan recycle

Aliran yang digambarkan di atas sangatlah umum untuk proses kimia berjumlah besar yang memiliki beberapa bentuk aliran recycle. Recycle melibatkan pengembalian sebagian atau keseluruhan aliran proses dari tahap akhir menuju tahap awal proses. Tujuan umum dari recycle pada proses kimia adalah untuk meminimalisasi konsumsi material per satuan produk dihasilkan. Maka, ketika suatu reaksi belum tuntas karena kinetika atau kesetimbangan yang kurang baik, material yang tidak terkonsumsi dipisahkan dari aliran produk. Ketika material di recycle dengan cara ini, pembersihan harus disediakan untuk mencegah akumulasi pengotor.

BAB II

PERMODELAN REAKTOR TERHADAP SALAH SATU

FENOMENA ALAM

Pencernaan Koala (Phacolactos Cinereus)

Koala adalah hewan marsupial dari Australia yang berbentuk seperti beruang. Koala memiliki bulu keabuabuan yang tebal dan memakan daun

eucalyptus. Koala merupakan hewan yang unik karena koala merupakan

sedikit dari spesies mamalia yang dapat memakan daun eucalyptus. Daun

eucalyptus sangat tidak bernutrisi dan merupakan racun pada

kebanyakan hewan. Hewan marsupial ini memiliki sistem pencernaan yang spesial karena dapat mengekstrak nutrisi dari tumbuhan beracun yang dapat membuat hewan lain sakit. Koala mengunyah dengan sangat lambat memeakan satu demi satu daun dan mengunyahnya menjadi partikel yang lebih kecil sehingga dapat dicerna. Karena mereka mencerna air dari daun tersebut, mereka jarang minum.

Sistem pencernaan koala terdiri dari perut, usus kecil, caecum,

proximal colon, distal colon, dan rectum. Daun yang dimakan oleh koala

akan dicerna oleh lambung dengan katalis enzim dan gerakan peristaltik. Lalu makanan yang telah dicerna dalam perut akan melewati usus kecil dan melewati caecum. Koala memiliki caecum yang yang sangat panjang (200 cm) karena sebagian pencernaannya berlangsung pada bagian ini dan usus besanya. Partikel kasar akan langsung menuju ke usus besar tanpa difermentasi di caecum sementara partikel yang lebih halus akan diproses di caecum. Pada caecum terdapat jutaan bakteri yang dapat memecah serat menjadi zat yang lebih mudah untuk diserap (fermentasi). Setelah melewati caecum makan akan melewati usus besar (proximal dan

distal) untuk mengurangi kandungan airnya. Pada akhirnya makanan akan

menjadi feses.

Kami dapat memodelkan sistem pencernaan koala sebagai suatu proses kimia dimana unit-unit pencernaan tadi dianalogikan sebagai reaktor yang disusun secara seri. Pemodelan yang kami gunakan untuk pencernaan koala dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Pemodelan Sistem Pencernaan Koala

Untuk bagian perut koala, kami analogikan sebagai CSTR karena pada perut dimasukkan umpan berupa makanan yang kemudian akan direaksikan dengan enzim. Pencernaan pada perut juga dibantu dengan gerakan peristaltik sehingga umpan dan enzim dapat bereaksi dengan

lebih cepat. Gerakan peristaltik tersebut dapat dianalogikan seperti sebuah stirrer pada CSTR. Reaksi yang terjadi pada perut adalah :

Dimana A merupakan makanan yang masuk dari mulut, E merupakan enzim pencernaan pada perut, dan P merupakan produk hasil reaksi.

Pada usus halus, tidak ada gerakan serupa strirrer pada CSTR sehingga kami analogikan usus halus sebagai PFR karena bentuknya yang silindris dan panjang. Proses pencernaan di usus halus juga berlangsung secara kontinu. Skema permodelan usus halus koala sebagai PFR dapat dilihat pada Gambar 2.

Gambar 2. Permodelan usus halus sebagai PFR

Setelah melewati usus halus, maka makanan akan dipisahkan berdasakan tingkat kekasaran dan ukurannya dimana partikel yang lebih halus akan diproses di caecum sementara yang lebih kasar dan besar akan langsung menuju usus besar. Hal ini kami modelkan sebagai separator. Partikel yang halus akan memasuki caecum dan mengalami proses autocatalytic microbial fermentation dimana bakteri T-PCDE akan mengurai Tannin dari daun eukaliptus sehingga dapat dicerna. Pada caecum dan proximal colon terdapat proses mixing yang berlangung cepat namun tidak instan. Serupa dengan reaktor CSTR ideal. Oleh

karena itu bagian caecum dan proximal colon(hindgut) dapat kami modelkan sebagai CSTR seperti pada Gambar 3.

Gambar 3. Permodelan hindgut sebagai CSTR

Setetal melewati hindgut, makanan akan melalui proses rearbsorpsi pada usus besar dan rectum yang kita analogikan sebagai PFR karena tidak ada proses mixing yang terjadi selama makanan melewati usus besar dan rectum. Setelah itu makanan akan keluar menjadi feses.

DAFTAR PUSTAKA

Foggler, Scott. 2006. Elements of Chemical Reaction Engineering, 4th

edition. New York: Pearson Education, Inc.

Levenspiel, Octave. 1999. Chemical Reaction Engineering, 3rd _{edition. New} York: John Wiley & Sons, Inc.

Davis, Rovert E. and Davis, Robert J. 2003. Fundamental of Chemical

Reaction Engineering. New York: The McGraw-Hill Companies, Inc.

Beccari, Mario and Romano, Ugo. 2007. Encyclopedia of Hydrocarbons. Roma: Instituto Della Enciclopedia Italiana, Fondata Da Giovanni Treccani S.p.A.