4 Reaktor tangki Isotermal (batch dan kontinyu) 1

(1)

PERTEMUAN IV:

Reaktor

Tangki Isotermal (batch

dan kontinyu)

MATAKULIAH REAKTOR

OLEH DR. FIRDAUS, MT.

DOSEN JURUSAN TEKNIK KIMIA

UNIVERSITAS BUNG HATTA

(2)

(3)

REAKTOR ISOTHERMAL DENSITAS

TETAP/VOLUME TETAP

– Tidak terjadi perubahan volume/densitas selama

reaksi berlangsung. Untuk sistem batch fasa gas:



_{vessel tertutup dan dipasang alat pengukur}

tekanan dan temperatur, volume dalam reaktor

tidak berubah.

(4)

• Untuk reaksi fasa cair, reaksi berlangsung

dalam larutan dan pearut (solvent) biasanya

mendominasi situasi, sehingga perubahan

densitas solute (akibat pembentukan produk

dari reaktan) tidak berpengaruh secara

significant.

(5)

(6)

REAKTOR TANGKI

unit volume for one pass

2. Flexibility of operation-same

3. Easy to clean

(7)

REA

K

TOR

BATCH

DIGUNAKAN

UNTUK:



_{Operasi skala kecil}



_{Pengujian proses baru yang belum}

dikembangkan



_{Untuk proses yang sukar dilakukan}

secara kontinyu



_{Digunakan untuk fase cair}



_{Memproduksi beberapa jenis produk}

di satu alat



_{Untuk kapasitas rendah proses}

berdasarkan reaktor batch

biasanya membutuhkan capital

instrument yang rendah.



_{Untuk kapasitas rendah, biaya}

peralatan juga lebih murah dari

kontinyu



_{Mudah untuk start up, shut down dn}

(8)

KERUGIAN:



_{Biaya buruh per batch tinggi}



_{Kualitas produk dapat berubah-ubah dari}

batch ke batch



_{Biaya buruh dan material handling tinggi,}

meliputi:



_Pengisian



_{Pemanasan isi reaktor sampai ke}

temperatur reaksi



_{Mendinginkan sampai ke kondisi yang}

sesuai untuk pengeluaran



_Pengosongan

(9)

Pada reaktor batch t

idak ada aliran

reaktan masuk atau produk keluar selama

reaksi berlangsung

Input = output + reaktan yang

bereaksi + akumulasi

General Mole Balance Equation

input = 0; output = 0; reaktan

yang bereaksi = (-r

_A

)

(10)

General Mole Balance Equation

N

A

= N

A

o (1 - X

A

)

dN

A

= d(N

A

o (1 - X

A

))

= - N

A

o dX

A

(11)

General Mole Balance Equation

input = 0; output = 0; reaktan yang bereaksi = (-r

_A

)

0 = 0 + v (-r

_A

) +

0 = Vi (-r

_A

) +

N

A

= N

A

o (1 - X

A

)

t = N

A

o

dN

A

= d(NAo (1 - XA))

(12)

UNTUK REAKTOR BATCH

VOLUME KONSTAN

C

A

= C

Ao

(1-X

A

)

dC

_A

= -C

_Ao.

dX

_A

Untuk gas ideal:

(13)

(14)

Contoh 2

Produksi etil asetat dalam reactor batch. Etil asetat dibuat dengan

esterifikasi asam asetat dengan etanol dalam sebuah reactor batch isothermal. Laju produksi etil asetat yang dibutuhkan 10 ton per hari CH3COOH + C2H5OH CH3COOC2H5 + H2O

A B M N

Reactor akan dimuat/diisi dengan campuran 500 kg/m3 etanol dan 250 kg/m3 asam asetat, menyisakan air dan sejumlah kecil asam

hydrochloric yang bekerja sebagai katalis. Densitas campuran 1045 kg/m3 yang diasumsi konstan terhadap reaksi. Reaksi reversible dengan laju reaksi :

Ra = kf CaCb – kr Cm Cn

Pada temperature operasi 100 C, nilai konstanta laju : Kf = 8 x 10-6 m3/kmol.s

Kr = 2.7 x 10-6 m3/kmol.s

Campuran reaksi akan dikeluarkan jika konversi asam asetat 30%. Waktu yang dibutuhkan diantara batch untuk pengeluaran,

(15)

Solusi :

• Setelah waktu t, x kmol/m3 asam asetat telah

bereaksi, konsentrasinya akan menjadi (C

ao

–

x). C

ao

= konsentrasi awal. Dari stoikiometri

reaksi, jika x kmol/m3 asam asetat telah

bereaksi, x kmol/m3 etanol juga akan bereaksi

dan jumlah mol yang sama ester dan air akan

terbentuk. Persamaan laju ditulis

• Ra = k

f

(C

ao

– x)(C

bo

– x) – k

r

x(C

no

+ x)

• _{Dari komposisi awal campuran, densitasnya,}

(16)

• C

ao

= 4.2 kmol/m3

• _C

_bo

_{= 10.9 kmol/m3}

• C

no

= 16.4 kmol/m3

• _{Dengan metode fraksi parsial diperoleh}

• _{Karena konversi asam asetat 30%,}

• C

ao

= 1,26 kmol/m3

(17)

• _{1 m3 dari volume reactor}

menghasilkan 1,26 kmol etil asetat

(BM 88) waktu total 6720 s yaitu

waktu reaksi dan 1800 s waktu shut

down. Maka laju produksi rata – rata

• _{Karena laju produksi yang dibutuhkan}

(18)

REAKTOR TANGKI

KONTINYU

• Tipe reaktor yang digunakan dalam industri proses adalah

tangki berpengaduk yang dioperasikan secara kontinyu;

disebut (CSTR) atau reaktor vat atau backmix dan terutama

digunakan untuk reaksi fasa cair.

• Reaktor ini secara normal dioperasikan “steady state” dan

diasumsi diaduk sempurna. Konsekuensinya, tidak ada

ketergantungan temperatur, konsentrasi, atau laju reaksi di

dalam CSTR terhadap waktu atau posisi.

• _{Karena temperatur dan konsentrasi identik di semua tempat}

di dalam vessel reaksi, maka sama juga pada titik keluaran.

• _{Jadi, temperatur dan konsentrasi di aliran keluar dimodelkan}

(19)

REAKTOR TANGKI KONTINYU

(lanjutan)

• Untuk sistem aliran kontinyu, waktu selalu meningkat

terhadap meningkatnya volume reaktor. Makin besar

reaktor, makin lama waktu reaktan mengalir di dalam

reaktor dan maka makin lama waktu

untuk

bereaksi.

(20)

• _{Laju umpan molar A ke sistem minus laju}

reaksi A dalam sistem sama dengan laju

alir molar A meninggalkan sistem F

A

.

• _{Laju alir molar speci A, F}

A

o (mol/detik),

adalah hasil kali konsentrasi, C

A

o

(21)

(22)

(23)

(24)

(25)

(26)

TUGAS

1. Reaktor bacth direncanakan beroperasi untuk mengkonversi

A menjadi R. Ini adalah reaksi fasa cair, dengan stoikiometri

A



R, dan laju reaksi diberi di Tabel. Berapa lama reaksi tiap

batch untuk konsentrasi turun dari C

A

o = 1,3 mol/liter

menjadi C

Af