Macam Macam Reaktor Natural Gas Reformin

MACAM-MACAM REKTOR, NATURAL GAS

REFORMING, DOWNSTREAM PROCESS

DISUSUN OLEH :

NAMA : RIZKA RACHMANIAR

NIM : I8313055

PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

Reaktor untuk Reaksi Homogen

A. Reaktor Batch

 Mekanisme Kerja

Umpan yang dimasukkan ke dalam reaktor diproses selama

beberapa waktu atau hari lalu dikeluarkan sebagai produk

dengan catatan ketika proses terjadi tidak ada umpan atau

produk yang mengalir.

 Keuntungan

 Lebih murah dibanding reactor alir

 Lebih mudah pengoperasiannya

 Lebih mudah dikontrol

 Kerugian

 Tidak begitu baik untuk reaksi fase gas (mudah terjadi kebocoran pada lubang pengaduk)

 Waktu yang dibutuhkan lama, tidak produktif (untuk

pengisian, pemanasan zat pereaksi, pendinginan zat hasil,

pembersihan reactor, waktu reaksi)

 Aplikasi

Fermentasi pembuatan alkohol

B. Reaktor Kontinyu

RATB

 Mekanisme Kerja

Reaktan yang diumpankan ke dalam suatu tangki berpengaduk

lalu akan dilakukan pengadukan dengan perangkat pengaduk dan

menghasilkan produk secara kontinyu. Pada reaktor ini pengaduk

dirancang sehingga campuran teraduk dengan sempurna dan

diharapkan reaksi berlangsung secara optimal. Biasanya untuk

mendapatkan konversi yang besar maka rekator disusun secara

seri. Reaktor Alir Tangki Berpengaduk sebenarnya sama dengan

rekator batch namun yang membedakan adalah pada reaktor ini

terjadi masukan reaktan dan keluaran produk secara kontinyu.

 Keuntungan

 Suhu dan komposisi campuran dalam reaktor sama

 Volume reactor besar, maka waktu tinggal juga besar, berarti zat pereaksi lebih lama bereaksi di reaktor.

 Kerugian

 Tidak effisien untuk reaksi fase gas dan reaksi yang bertekanan tinggi.

 Kecepatan perpindahan panas lebih rendah dibanding RAP

 Untuk menghasilkan konversi yang sama, volume yang

dibutuhkan RATB lebih besar dari RAP

 Aplikasi

 Industri farmasi

 Pengolahan air limbah yang mengadung banyak

Gambar: RATB pada Aplikasi Fermentor

Gambar: Contoh Pengaduk pada RATB

RAP

RAP (Reaktor Alir Pipa) adalah reaktor yang cocok untuk reaksi fasa

gas. Reaksi ini berlangsung di sepanjang pipa. Oleh karena itu

semakin panjang pipa, maka konversi yang dihasilkan semakin besar.

 Mekanisme Kerja

Umpan dimasukkan ke dalam reaktor alir pipa. Reaksi akan

di sepanjang dinding pipa. Produk dan reaktan yang tidak

bereaksi mengalir keluar reaktor.

 Keuntungan

 Memberikan volume yang lebih kecil daripada RATB, untuk perolehan konversi yang sama

 Kerugian:

 Harga alat dan biaya instalasi tinggi.

 Memerlukan waktu untuk mencapai kondisi steady state.  Untuk reaksi eksotermis kadang-kadang terjadi “Hot Spot” (bagian yang suhunya sangat tinggi) pada tempat pemasukan .

 Dapat menyebabkan kerusakan pada dinding reaktor.

 Aplikasi

 Produksi gasoline  Oil Cracking

 Oksidasi sulfur dioksida menjadi sulfur trioksida

 Oksidasi komponen nitrogen

 Bioreaktor untuk skala kecil (Produksi Algae)

Gambar : Varian Diameter Pipa (Pemilihan diameter pipa

tergantung pada kecepatan alir yang diinginkan, bila diinginkan

kecepatan alir yang tinggi maka dipilih diamter pipa yang kecil

begitu sebaliknya)

C. Reaktor Semi-Batch

 Mekanisme Kerja

Reaktor jenis ini bekerja secara batch dan kontinyu secara

bersamaan. Pada reaktor ini, dapat terjadi penambahan reaktan

ataupun pengeluaran produk dalam waktu tertentu.

 Keuntungan

 Tepat untuk digunakan pada reaksi eksotermis

 Meminimalisir reaksi samping

 Kerugian

 Biaya mahal untuk menghasilkan satu unit produk

 Sulit untuk menghasilkan produk dalam skala yang besar

 Aplikasi

 Tangki fermentor, ragi dimasukkan sekali ke dalam tangki (secara batch) namun CO2 yang dihasilkannya dikeluarkan

secara kontinyu.

 Klorinasi, suatu reaksi cair-gas, gas digelembungkan secara kontinyu dari dasar tangki agar bereaksi dengan cairan di

Gambar: Reaktor Slurry Semi-Batch pada Proses

Metalosena-katalis Polimerisasi Alkena

Reaktor untuk Reaksi Heterogen

A. Fixed Bed Reactor

 Mekanisme Kerja

Reaktor yang telah dilengkapi katalis heterogen yang telah

dipadatkan sehingga katalis tidak akan terpengaruh oleh arus

dari umpan. Fixed Bed Reactor terdiri dari beberapa jenis:

Single Bed Reactor

 Konsep:

Katalis ditempatkan pada vessel sebanyak satu tumpukan

 Keuntungan

Konstruksinya sangat mudah

Sangat tepat untuk penggunaan pada kondisi yang tidak terlalu

eksotermik maupun endotermik

Gambar: Single-Bed Reactor

Multiple Bed Reactor

 Konsep:

Katalisator diisi lebih dari satu tumpuk katalisator.

 Mekanisme Kerja

Jika reaksi yang terjadi sangat eksotermis pada konversi yang

masih kecil sedangkan suhu gas sudah naik sampai lebih tinggi

dari suhu maksimum yang diperbolehkan untuk katalisator,

maka gas harus di dinginkan terlebih dahulu kedalam heat

exchanger diluar reactor untuk di dinginkan dan selanjutnya

dialirkan kembali ke reaktor melalui tumpukan katalisator

kedua, bila keadaan yang sama terjadi maka dilakukan hal yang

sama yangitu pendinginan dengan heat exchanger.

 Keuntungan

Sangat tepat untuk penggunaan pada kondisi yang tidak terlalu

eksotermik maupun endotermik

 Aplikasi

 Reaksi amonia

Gambar: Multiple-Bed Reactor

Multiple Tube Reactor

 Konsep

Pipa-pipa(tubes) diisi oleh partikel kecil yang berperan sebagai

katalis. Pemilihan rekator ini digunakan di mana reaktor

membutuhkan transfer panas.

 Mekanisme Kerja

Reaksi berjalan di dalam tube-tube yang berisi katalis

sedangkan pemanas maupun pendingin berada di luar tube di

dalam shell.

 Keuntungan

 Luas area permukaan tempat terjadi pertukaran panas sangat baik

 Tepat untuk penggunaan pada keadaan reaksi yang sangat eksotermik maupun endotermik

 Kerugian

Harganya mahal

 Aplikasi

 Preparation of phthalic anhydride (PA)  Acrylic acid

 Acrolein

 Maleic anhydride (MA)

Gambar: Multi Tube Reactor Gambar: Fixed-Bed (umum)

Secara general Fixed Bed Reactor memiliki batasan-batasan atau

hambatan, yakni:

 Kontrol temperature

 Penurunan tekanan

 Gesekan antaragas dan partikel menyebabkan pressure

drop

 Semakin besar penurunan tekanan maka biaya

pemeliharaan semakin besar pula

 Beberapa sistem tidak dapat mentolerir akan terjadinya pressure drop

 Pressure drop tergantung pada panjang pipa, partikel diameter, kecepatan alir gas, fraksi void.

 Deaktivasi Katalis

 Hasil samping berupa karbon dapat menonaktifkan katalis dan menyebabkan kerusakan pada reaktor

B. Fluidized Bed Reactor

 Konsep

 Partikel padat akan terdispersi secara kontinyu

 Partikel dapat berperan sebagai adsorben, katalis, maupun pembawa panas

 Adanya aliran kontiyu dari gas maupun cairan

 Katalis pada FBR biasanya berbentuk padatan, biasanya berbentuk seperti pasir. Ukuran katalis pada reaktor ini

biasanya berukuran 10-300 microns, dengan tujuan agar

partikel katalis dapat mudah difluidisasikan.

 Mekanisme Kerja

Gas dialirkan melalui distributor yaitu berupa pelat logam

berlubang secara kontinyu. Kondisi bed setelah fluidisasi awal

tergantung pada keadaan reaktan. Jika reaktan yang

diumpankan adalah cairan bed akan mengembang seragam

dengan peningkatan aliran reaktan menuju atas. Keadaan Ini

disebut fluidisasi homogen. Jika reaktan yang diumpankan

adalah gas bed akan tidak akan seragam karena terbentuk

gelembung gas pada bed, sehingga terjadi fluidisasi agregatif.

Kadang-kadang gelembung pada bahan kasar bisa tumbuh

lebih besar dari dua pertiga dari diameter bed, yang dapat

menyebabkan slugging. Slugging dapat mengakibatkan

timbulnya variabel tekanan, getaran pada bed, dan

pengurangan perpindahan panas. Peningkatan kecepatan gas

menimbulkan adanya rezim fluidisasi di mana apabila

peningkatan gas terjadi lebih lanjut dalam transportasi

reaktan bereaksi karena adanya pelet katalis, membentuk

produk yang dikeluarkan terus menerus.

 Keuntungan

 Menghasilkan temperature yang seragam

 Pertukaran panas yang efisien

 Regenerasi dapat terjadi secara kontinyu

 Kerugian

 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.

 Adanya peningkatan keabrasivan dimana penyebabnya

adalah partikel padat di dalam proses cracking pada

fluidized bed.

 Tidak mempunyai fleksibilitas terhadap perubahan panas.

 Aplikasi

 Polimerisasi Waste combustion

 Pengeringan Sintesis Fischer-Tropsch

 Proses cracking

Gambar: Rezim Fluidisasi

C. Slurry Loop Reactor

 Konsep

 Jenis katalis yang biasa digunakan dalam reaktor slurry adalah katalis berbasis kobalt (Co) dan besi (Fe)

 Katalis padat terdispersi dalam fase cair

 Slurry disirkulasikan pada kecepatan yang tinggi dengan adanya dorongan dari pompa axial

 Pola pencampuran sangat intesif dan dapat dikatakan baik

 Mekanisme Kerja

Reaktan (Gas) dimasukkan ke dalam reaktor. Gas diserap ke dalam cairan dari permukaan gelembung . Gas diserap kemudian berdifusi melalui cairan ke permukaan katalis , di mana titik itu berdifusi ke dalam pelet katalis dan reaksi berlangsung .

 Keuntungan

 Kontrol temperatur yang baik

 Konstan aktivitas katalitik keseluruhan dipertahankan dengan mudah dengan penambahan sejumlah kecil katalis .

 Berguna untuk katalis yang tidak dapat dibentuk dalam bentuk pelet .

 Kapasitas panas dari reaktor bertindak sebagai mode keamanan terhadap ledakan

 Kerugian

 Kemungkinan terjadi penyumbatan pada reaktor

 Rasio liquid lebih besar dari katalis dibandingkan dengan reaktor lain

 Sulitnya menemukan cairan yang tepat untuk

digunakan

 Aplikasi

 Polimerisasi

 Konversi gas alam ke GTL (Gas-To-Liquid) Diesel

 Hidrogenasi

 Hidroformasi

 Etinilasi

 Sintesis metanol

D. Bubble Column Reactor

 Konsep

 Gas terdispersi secara kontinyu di dalam fase cair  Tepat untuk reaksi dua fase yaitu liquid-gas  Atau tiga fase yaitu slurry-gas

 Mekanisme Kerja

Gas diumpankan dari bagian bawah kolom lalu menuju ke atas

dan bereaksi dengan cairan lalu meninggalkan kolom.

Penggunaan gas pada jumlah yang lebih banyak atau lebih

kecil tergantung kepada intensitas reaksi kimia dan

perpindahan massa yang terjadi. Gas yang masih mengandung

banyak reaktan akan disirkulasikan kembali sebagai umpan.

Begitu seterusnya.

 Keuntungan

 Biaya operasi murah

 Menghasilkan panas dan perpindahan massa yang

maksimal dan seragam

 Kerugian

Produk yang dihasilkan kemungkinan tidak seragam apabila

gas diumpankan pada kecepatan tinggi, karena kemungkinan

terjadi pembentukan aliran yang heterogen. (Sesuai dengan

analisis rezim pada bubble column)

 Aplikasi

 Konversi gas alam

 Bioproses

 Pengolahan air limbah

 Klorinasi

 Industri metalurgi

Contoh proses: (pembentukan metanol)

Syngas masuk dari bagian bawah reaktor dan bereaksi dengan

minyak mineral yang dipanaskan. Gas kemudian bereaksi dengan

bantuan katalis untuk membentuk produk metanol . Gas yang tidak

bereaksi dan metanol menguap dan keluar lewat bagian atas

reaktor. Setelah keluar dari reaktor , metanol terkondensasi menjadi

cairan .

E. Stirred Tank Reactor

 Konsep

 Pengadukan secara paksa oleh impeller

 Dapat diaplikasikan pada sistem yang sangat reaktif

 Dapat digunakan untuk reaksi satu fasa (pencampuran

liquid), dua fasa (liquid-gas atau liquid-partikel), dan tiga

fasa (liquid-gas- partikel)

 Mekanisme Kerja

Mekanisme kerja stirred tank reactor sama dengan RATB.

 Keuntungan:

 Perpindahan panas yang effisien (kecuali pada slurry dengan konsentrasi yang tinggi, karena pengadukan sulit

dilakukan)

 Aplikasi

 Fermentor

 Industri makanan dan kertas

 Polimerisasi/ konversi gas alam

 Faktor yang mempengaruhi pengadukan:

 Kecepatan pengadukan

 Berat cairan

 Design dari baffle

 Ukuran dan geometri tanki

 Ukuran dan geometri alat pemanas

 Ukuran dan jenis impeller

STEAM

Endotermik Eksotermik Eksotermik

Katalis Ni-Catalyst -

(Melalui pembakaran)

Bisa ada/ tidak sama saja Tempera

tur

1100-1200 K 1600-1900K 1200-1400K

Tekanan 15-30 bar →150 bar 20-100 bar

untuk produksi methanol ata FT

dibatasi karena temperatur

 Timbul jelaga

 Membutuhkan

katalitik parsial oksidasi, reaksi dikatalisasi untuk:

- Mengubah

MULTIFUNCTIONAL REACTOR

Membrane Reactor

 Menggabungkan

pemisahan udara dan oksidasi parsial dalam satu unit dengan melibatkan oksigen

 Menghilangkan H2 dalam reaktor dengan menggunakan membran maka limit untuk mencapai

keseimbangan dapat dihindari

 Dapat emnggunakan

suhu reaksi yang lebih rendah

Chemical Looping Reactor

 Sirkulasi terus menerus dari partikel logam yang berfungsi sebagai penyuplai oksigen dan pembawa panas ( oksida logam ) untuk oksidasi parsial metana .

 Pada proses ini reaktor yang dibuthkan yaitu: reaktor udara dan reaktor bahan bakar .

 Pemisahan oksigen

tergolong sederhana

 Tidak ada campuran

yang dapat meledak .

Sorption Enhanced Reaction Process

(SERP)

 Menghilangkan CO2

dalam proses steam

reforming dengan

menggunakan adsorben yang dicampur dengan partikel katalis untuk

menghindari limit

keseimbangan .

 Adsorben dapat

diregenerasi dengan

meningkatkan suhu

atau mengurangi

tekanan ayunan

adsorbsi (PSA –

Pressure Swing

DAFTAR PUSTAKA

Andrian,E, ‘Reaktor’, <http://ekaandrians.blogspot.com/2013/11/reaktor.html>

Caesar 2012, ‘Macam-Macam Reaktor’,<http://www .caesarvery .com/2012/11 /macam-mac am-reaktor-reactor.html>

Catalano, S, et al., ‘Encyclopedia of Chemical Engineering: Reactors Slurry’,

<http://encyclopedia .che.engin.umich .edu /Pages

/Reactors/Slurry/Slurry.html>

Catalano, S, et al., ‘Encyclopedia of Chemical Engineering: Reactors

Semi-Batch’, <http://encyclopedia.che.engin.umich.edu/Pages /Reactors/Semi-Batch/Semi-Batch.html>

Catalano, S, et al., ‘Encyclopedia of Chemical Engineering: CSTR’,

<http://encyclopedia.che.engin.umich.edu/Pages /Reactors/CSTR/CSTR.html>

Catalano, S, et al., ‘Encyclopedia of Chemical Engineering: Reactors PFR’,

<http://encyclopedia.che.engin.umich.edu/Pages /Reactors/PFR/PFR.html>

Catalano, S, et al., ‘Encyclopedia of Chemical Engineering: Reactors FBR’,

<http://encyclopedia.che.engin.umich.edu/Pages/ Reactors/FBR/FBR.html>

Hazard,M 2011, ‘ Application of CSTR for Bioremediationof Hidrocarbon-rich

Industrial Waste Water’, <http://www.ncbi .nlm.nih.gov/pubmed/21419572>

Ibrank, ‘Pengantar Reaktor’, <https://ibrank.wordpress.com/>

Kantarci,N 2004, ‘Process Bio Chemistry: Bubble Column Rector’, < www.elsevier.com/locate/procbio>

Neutron, Z, ‘Multi Reaction Of Fluidized Bed Membrane Reactor’,

<https://www.academia.edu/9979351/MULTI_REACTION _OF_FLUIDIZED_BED_MEMBRANE_REACTOR>

Nima, A, ‘Reaktor’,< https://www.academia.edu/5479938/Reaktor>

NN, ‘Multi-tube fixed-bed reactor, especially for catalytic gas phase reactions

US 7226567 B1’, <http://www.google.co.id/patent /US7226567>

Pamungkas, G,’Pemilihan Tipe dan Ukuran Katalis dalam Reaktor Berkatalis

Padatan’, <https://www.academia.edu /9009626 /Pemilihan _Tipe_Bentuk_dan_Ukuran_Katalis_dalam_Reaktor_Berkatalis_Padatan>

Vanhallen, G, ‘Reaktor Kimia’, <http://proditeknik kimia. blogspot .com /2013/01/reaktor-kimia.html>

Winda 2010, ‘Macam-Macam Reaktor Heterogen’, < http://migasnet11-winda8010.blogspot.com/2010/01/macam-macam-reaktor-heterogen.html>