Reaktor Kimia

REAKTOR KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS BANDUNG RAYA

DISUSUN OLEH :

ARIF BUDIMAN

KATA PENGANTAR

Assalamualaikum Wr.Wb

Puji syukur ke hadirat Allah SWT, yang karena nikmat dan karunia-Nya lah penyusun dapat menyusun makalah sebagai salah satu tugas pada mata kuliah Alat Industri Kimia. Makalah ini berisi informasi tentang ”Reaktor”.

Besar harapan penyusun agar makalah ini dapat menjadi sumber tambahan ilmu bagi setiap pembaca, menjadi wacana penambah wawasan, dan memperluas pengetahuan umumnya bagi pembaca dan khususnya bagi penyusun sendiri.

Penyusun menyadari bahwa dalam makalah ini masih banyak kekurangan serta kekeliruan, untuk itu penyusun memohon maaf dan saran serta kritik yang membangun dari pembaca sangat penyusun harapkan.Akhir kata penyusun mengucapkan Terima Kasih.

Wassalamualaikum Wr.Wb

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... i

DAFTAR ISI ... ii

DAFTAR GAMBAR ... iii

BAB IPENDAHULUAN... 1

A. Definisi Reaktor Kimia ... 1

B. Pemilihan Jenis Reaktor & Tujuannya ... 2

BAB IIJENIS-JENIS REAKTOR KIMIA ... 5

A. Klasifikasi Reaktor Berdasarkan bentuk ... 7

B. Klasifikasi Reaktor Berdasarkan Keadaan Operasi ... 7

C. Klasifikasi Reaktor Berdasarkan Keadaan Proses ... 8

D. Klasifikasi Reaktor Berdasarkan Penggunaan ... 13

E. Klasifikasi Reaktor Berdasarkan Fasa ... 13

BAB IIIJENIS REAKSI & KATALIS PADA REAKTOR ... 15

A. Jenis Reaksi Pada Reaktor ... 15

B. Katalis Pada Reaktor... 15

KESIMPULAN ... 18

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Internal Coil ... 3

Gambar 2. Jacket... 3

Gambar 3. External heat Exchanger ... 4

Gambar 4. Cooling by vapour phase ... 4

Gambar 5. Klasifikasi reaktor ... 6

Gambar 6. Reaktor CSTR ... 9 Gambar 7. CSTR seri ... 10 Gambar 8. CSTR paralel ... 10 Gambar 9. Reaktor PFR ... 11 Gambar 10. PFR paralel ... 12 Gambar 11. PFR seri ... 12

Gambar 12. Trickle bed reactor ... 13

Gambar 13. Shell and Tube reactor ... 15

Gambar 14. Fix bed reactor ... 16

Gambar 15. Schematic of Fluidized bed reactor ... 16

Gambar 16. Fludized bed reactor ... 16

BAB I

PENDAHULUAN

Dalam teknik kimia, Reaktor kimia adalah suatu bejana tempat berlangsungnya reaksi kimia. Rancangan dari reaktor ini tergantung dari banyak variabel yang dapat dipelajari di teknik kimia. Perancangan suatu reaktor kimia harus mengutamakan efisiensi kinerja reaktor, sehingga didapatkan hasil produk (output) yang besar dibandingkan masukan (input) dengan biaya yang minimum, baik itu biaya modal maupun operasi.

Tentu saja faktor keselamatan pun tidak boleh dikesampingkan. Biaya operasi biasanya termasuk besarnya energi yang akan diberikan atau diambil, harga bahan baku, upah operator, dll. Perubahan energi dalam suatu reaktor kimia bisa karena adanya suatu pemanasan atau pendinginan, penambahan atau pengurangan tekanan, gaya gesekan seperti pengadukan, dll.

A. Definisi Reaktor Kimia

Reaktor adalah suatu alat proses tempat di mana terjadinya suatu reaksi berlangsung, baik itu reaksi kimia, nuklir, dan biologis, dan bukan secara fisika. Jenis reaktor sangat beragam, karena itulah pada makalah ini hanya dibahas salah satu jenis reaktor, yakni reaktor kimia.

Reaktor Kimiaadalah segala tempat terjadinya reaksi kimia, baik dalam ukuran kecil sepertitabung reaksi sampai ukuran yang besarseperti reaktor skala industri. Tidak seperti skala kecil dalam tabung reaksi, reaktor ukuran komersil industri perlu perhitungan yang teliti karena menyangkut jumlah massa dan energi yang besar.

Perbedaan antara reaktor kimia dengan reaktor nuklir adalah pada Reaktor kimia, tidak ada perubahan massa selama reaksi dan hanya perubah dari satu bahan ke bahan lain, sementara pada reaktor nuklir ada perubahan massa yang berubah menjadi energi yang sangat besar.

B. Pemilihan Jenis Reaktor & Tujuannya

Reaktor kimia memiliki berbagai macam jenis dan bentuk yang dapat diklasifikasikan berdasarkan beberapa faktor, jenis-jenis reaktor ini akan di bahas lebih lanjut pada bab berikutnya. Untuk itulah alasan pemilihan jenis reaktor yang tepat tujuan pemilihannya serta parameter yang mempengaruhi rancangan nya untuk proses kimia tertentu perlu diketahui.

1. Faktor dalam memilih jenis reaktor

Pemilihan jenis reaktor yang akan digunakan dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain :

a) Fase zat pereaksi dan hasil reaksi

b) Tipe reaksi dan persamaan kecepatan reaksi, serta ada tidaknya reaksi samping

c) Kapasitas produksi

d) Harga alat (reaktor) dan biaya instalasinya

e) Kemampuan reactor untuk menyediakan luas permukaan yang cukup untuk perpindahan panas

2. Tujuan dalam memilih jenis reaktor

Tujuan utama dalam memilih jenis reaktor adalah alasan ekonomis, keselamatan, dan kesehatan kerja, serta pengaruhnya terhadap lingkungan. Berikut ini merupakan faktor-faktor yang menjadi pertimbangan dalam memilih jenis reaktor tertentu:

a) Mendapat keuntungan yang besar, konversi, dan efisiensi terbesar b) Biaya produksi rendah

c) Modal kecil/volume reaktor minimum d) Operasinya sederhana dan murah e) Keselamatan kerja terjamin

3. Beberapa parameter yang memengaruhi rancangan reaktor

Dalam merancang suatu reaktor perlu diperhatikan parameter-parameter tertentu agar reaktor yang dibangun dapat memenuhi unjuk kerja yang diharapkan. Parameter nya antara lain:

a) Waktu tinggal b) Volum (V) c) Temperatur (T) d) Tekanan (P)

e) Konsentrasi senyawa (C1, C2, C3, …,Cn f) Koefisien perpindahan panas (h, U)

Pada dasarnya dalam merancang reaktor perlu diperhatikan faktor neraca massa dan energinya. Secara garis besar umumnya reaktor dianggap ideal atau beroperasi dalam keadaan steady state, dengan kata lain besarnya massa yang masuk akan sama dengan massa yg keluar ditambah akumulasi.

Sementara untuk menunjang energi yang diperlukan agar terjadinya reaksi kimia tertentu dalam reaktor, biasanya dilakukan penambahan atau pengambilan panas dari reaktor dengan menggunakan tipe heat exchanger tertentu, antara lain:

Gambar 2. Jacket Gambar 1. Internal Coil

Gambar 4. Cooling by vapour phase Gambar 3. External heat Exchanger

BAB II

JENIS-JENIS REAKTOR KIMIA

Secara umum terdapat dua jenis utama reaktor kimia yang dibedakan berdasarkan bentuknya, antar lain:

 Reaktor tangki atau bejana

 Reaktor pipa

Kedua jenis reaktor dapat dioperasikan secara kontinyu maupun partaian/batch. Biasanya, reaktor beroperasi dalam keadaan ajeg (stabil) namun kadang-kadang bisa juga beroperasi secara transien (berubah-ubah/tidak stabil). Biasanya keadaan reaktor yang transien adalah ketika reaktor pertama kali dioperasikan, misalnya: setelah perbaikan atau pembelian baru, di mana komponen produk masih berubah terhadap waktu.

Biasanya bahan yang direaksikan dalam reaktor kimia adalah cairan dan gas, namun kadang-kadang ada juga padatan yang diikutkan dalam reaksi, misalnya: katalisator, reagentinert. Tentu saja perlakuan terhadap bahan yang akan direaksikan akan berbeda-beda bergantung pada mekanisme reaksinya.

Untuk memudahkan dalam mempelajari jenis-jenis reaktor kimia, maka jenis reaktor kimia dapat diklasifikasikan ke dalam beberapa klasifikasi, misalnya : berdasarkan bentuk, keadaan proses, keadaan operasi, penggunaan, dan fasa. Sebenarnya klasifikasi ini dapat bermacam-macam dan bukan merupakan aturan baku, namun dalam makalah ini penulis mencoba untuk menggabungkan beberapa sumber sehingga diharapkan dapat lebih mudah dipahami. Lebih jelasanya klasifikasi tersebut dapatdilihat pada diagram berikut :

Reaktor

Berdasarkan

Bentuk

1. Tangki

2. Alir PIpa

Berdasarkan

Keadaan operasi

1. Isotermal

2. Adiabatis

3. Non adiabatis

Berdasarkan

Keadaan Proses

1. Batch

2. Semi-Batch

3.Kontinyu

Berdasarkan

Penggunaan

1. Polimerisasi

2. Biologi

3. Elektrokimia

Berdasarkan Fasa

1. Homogen

2. Heterogen

A. Klasifikasi Reaktor Berdasarkan bentuk

Reaktor dapat dibedakan yang paling sederhana adalah berdasarkan bentuknya. Terdapat dua bentuk utama dari reaktor, antara lain :

1. Reaktor tangki

Dikatakan reaktor tangki ideal bila pengadukannya sempurna, sehingga komposisi dan suhu didalam reaktor setiap saat selalu uniform. Dapat dipakai untuk proses batch, semi batch, dan proses alir.

2. Reaktor pipa

Biasanya digunakan tanpa pengaduk sehingga disebut Reaktor Alir Pipa. Dikatakan ideal bila zat pereaksi yang berupa gas atau cairan, mengalir didalam pipa dengan arah sejajar sumbu pipa.

B. Klasifikasi Reaktor Berdasarkan Keadaan Operasi

Reaktor dapat dibedakan berdasarkan keadaan operasinya, hal ini dapat dilakukan karena reaksi kimia biasanya disertai dengan penyerapan atau pelepasan energi berupa panas (endotermik, dan eksotermik), sehingga dapat teramati melalui perubahan suhu dari komponen-komponen yang terlibat dalam reaksi. Klasifikasnya antara lain:

1. Reaktor isotermal

Dikatakan isotermal jika umpan yang masuk, campuran dalam reaktor, aliran yang keluar dari reaktor selalu seragam dan bersuhu sama.

2. Reaktor adiabatis

 Dikatakan adiabatis jika tidak ada perpindahan panas antara reaktor dan sekelilingnya.

 Jika reaksinya eksotermis, maka panas yang terjadi karena reaksi dapat dipakai untuk menaikkan suhu campuran di reaktor. ( K naik dan –rA besar sehingga waktu reaksi menjadi lebih pendek).

C. Klasifikasi Reaktor Berdasarkan Keadaan Proses

Keadaan proses dalam industri terdapat tiga jenis, yakni: Batch, Semi batch, dan Kontinyu. Berdasarkan tiga jenis proses ini juga dapat digunakan dalam membedakan jenis reaktor yang digunakan, antara lain:

1. Reaktor batch

Reaktor jenis ini biasanya sangat cocok digunakan untuk produksi berkapasitas kecil misalnya dalam proses pelarutan padatan, pencampuran produk,

Batch distillation, kristalisasi, ekstraksi cair-cair, farmasi dan fermentasi.

Reaktor jenis ini memiliki ciri tidak terdapat aliran inlet atau outlet selama operasi, memiliki pengaduk untuk mencampur reaktan, dan dalam prosesnya harus berutan (tidak dapat dilakukan bersamaan) antara mengisi bahan baku, operasi, pengeluaran produk, cleaning, dan conditioning untuk mengolah bahan baku berikutnya.

2. Reaktor semi-batch

Reaktor semi-batch umumnya berbentuk tangki berpengaduk, cara operasinya adalah dengan jalan memasukan sebagian zat pereaksi ke dalam reaktor, sedangkan zat pereaksi yang lain atau sisanya dimasukan secara kontinyu ke dalam reaktor.

Ada material yang masuk selama operasi ytanpa dipindahkan. Reaktan yang masuk bisa dihentikan, dan produk bisa dipindahkan selama operasi waktu tertentu. Tidak beroperasi secara steady state.

Contoh paling sederhana misalnya tangki fermentor, ragi dimasukkan sekali ke dalam tangki (secara batch) namun CO2 yang dihasilkannya dikeluarkan secara kontinyu. Contoh lainnya adalah klorinasi, suatu reaksi cair-gas, gas digelembungkan secara kontinyu dari dasar tangki agar bereaksi dengan cairan di tangki yang diam (batch).

3. Reaktor kontinyu

Reaktorkontinyumempunyaialiranmasukandankeluaran (inlet/outlet) yang terdiridaricampuranhomogen/heterogen.Reaksikontinyu di

operasikanpadakondisi steady,

dimanaarusaliranmasuksamadenganarusalirankeluar. Reaktor kontinyu dibagi menjadi dua jenis utama, yaitu :

a) Reaktor AlirTangki Berpengaduk (RATB) atauContinous Stirred Tank Reaktor (CSTR)

Biasanya berupa tangki berpengaduk dengan asumsi pengadukan sempurna,

konsentrasitiapkomponendalamreaktorseragamsebesarkonsentrasialira

n yang keluardarireaktor. Model

inibiasanyadigunakanpadareaksihomogen di

ataureaksiantaracairdan gas dengankataliscair.

Reaktor CSTR dapat disusun secara seri maupun paralel seperti yang terlihat pada gambar berikut:

Pemasangan secara seri akan meningkatkan kemampuan konversi reaktor CSTR, semakin banyak jumlah yang dipasang seri maka konversinya akan semakin mendekati reaktor PFR denganh volume yang sama. Sementara pemasangan secara paralel umumnya bertujuan untuk meningkatkan kapasitas produsi dengan konversi yang sama.

• Kelebihan:

– Kontrol temperature yang baik dapat mudah dijaga – Realtif murah dalam instalasi

Gambar 7. CSTR seri

• Kekurangan:

– Konversi reaktan menjadi produk per volume reaktor relatif kecil bila dibandingkan dengan jenis reaktor kontinyu lainnya.

CSTR umum digunakan pada industri proses, terutama dengan reaksi homogen fasa cair, dimana diperlukan pengadukan yang konstan.CSTR juga banyak digunakan pada proses biologi di industri dan dikenal dengan sebutan Fermentor.

Contohnya pada industri antibiotik, dan waste water treatment. Fermentor Mendegradasi atau menghancurkan molekul berukuran besar menjadi berukuran lebih kecil dengan hasil samping pada umumnya adalah alkohol.

b) Reaktor Alir Pipa (RAP) atuPlug Flow Reaktor (PFR)

Merupakan suatu reaktor berbentuk pipa yang beroperasi secara kontinyu. Dalam PFR selama operasi berlangsung bahan baku dimasukkan terus menerus dan produk reaksi akan dikeluarkan secara terus menerus sehingga tidak terjadi pencampuran ke arah aksial dan semua molekul mempunyai waktu tinggal di dalam reaktor sama besar.

Seluruh reaktan masuk melalui bagian inlet reaktor, semua

terjadi back mixing, downstream, dan upstream.PFR memiliki efisiensi yang lebih tinggi dibanding CSTR pada volume yang sama.

Seperti pada reaktor CSTR, reaktor PFR juga dapat disusun secara seri maupun paralel seperti yang terlihat pada gambar berikut:

PFR yang dipasang seri maka konversinya akan sama dengan PFR tunggal yang panjangnya sama dengan jumlah dari panjang tiap reaktor PFR penyusun, sementara untuk yang dipasang paralel tujuan nya sama dengan CSTR, yakni meningkatkan kapasitas produksi dengan konversi yang sama.

PFR memiliki aplikasi yang luas, baik dalam sistem fasa gas, maupun fasa cair. Umumnya digunakan pada sintesis amoniak dari unsur-unsur penyususnnya, dan oksidasi sulfur dioksida menjadi sulful trioksida.

Gambar 11. PFR seri

D. Klasifikasi Reaktor Berdasarkan Penggunaan

Reaktor dapat dklasifikasikan berdasarkan tujuan penggunaan akhirnya, contohnya adalah reaktor polimerisasi yang digunakan dalam reaksi pemnbentukan polimer dari monomer-monomer penyusunnya, reaktor biologi yang biasa digunakan untuk proses fermentasi sehingga disebut sebagai fermentor.

E. Klasifikasi Reaktor Berdasarkan Fasa

Reaktor dapat diklasifikasikan berdasarkan fasa nya, yakni reaktor homogen, dan reaktor heterogen. Disebut reaktor homogen jika reaktan, produk, dan atau katalisnya berada pada fase yang sama. Contohnya adalah reaktor batch dengan reaktan berfasa cair dan produk yang dihasilkan berfasa cair pula.

Sementara reaktor heterogen adalah reaktor dengan reaktan, produk, dan atau katalis berada pada fase yang berbeda (dua fasa atau lebih). Contohnya adalah reaktor Trickle Bed dengan reaktan serta produk berupa fasa gas dan cair, sementara katalis yang digunakan adalah padatan.

BAB III

JENIS REAKSI &KATALIS PADA REAKTOR

A. Jenis Reaksi Pada Reaktor

Seperti yang telah diketahui, reaktor merupakan tempat terjadinya reaksi kimia. Jenis reaksi kimia dalam reaktor secara garis besar dibagi ke dalam beberapa jenis, antara lain:

• Kombinasi langsung atau reaksi sintesis A + B = AB

• Dekomposisi/Penguraian atau reaksi analisis AB = A + B

• Reaksi subtitusi tunggal A + BC = AC + B

• Reaksi subtitusi ganda/metatesis AB + CD = CB

B. Katalis Pada Reaktor

Terkadang dengan tujuan untuk meningkatkan kinerja reaktor dengan cara mempercepat tercapainya konversi reaksi tertentu dipergunakanlah katalis. Katalis merupan suatu zat yang digunakan untuk mempercepat reaksi tetapi terlepas, bahkan dapat dikatakan tidak ikut bereaksi. Berikut merupakan contoh beberapa jenis reaktor yang menggunakan katalis, antara lain:

1. Shell And Tube Reactor

Seperti reaktor pipa tetapi berupa beberapa pipa yangdisusun dalam sebuah shell, reaksi berjalan di dalam pipa pipa danpemanas/pendingin di shell. Alat ini digunakan apabila dibutuhkan sistem transfer panas dalam

2. Fix Bed Reactor

Merupakan reaktor berbentuk pipa besar yang didalamnya berisi katalisatorpadat. Bisanya digunakan untuk reaksi fasa gas dengan katalisator padat.Apabila diperlukan proses transfer panas yang cukup besar biasanyaberbentuk fixed bed multitube, dimana reaktan bereaksi di dalam tube-tube yang berisi katalisator dan pemanas/pendingin mengalir di luar tube.

3. Fluidized Bed Reactor

Biasanya digunakan untuk reaksi fasa gas katalisator padat denganumur katalisator yang sangat pendek sehingga harus cepat diregenerasi, atau padatan dalam reactor adalah reaktan yang bereaksi

menjadiproduk. 4. Trickle Bed Reactor

Reaktor trickle bed adalah reaktor dengan packing katalis dimana fasa cair dan gas mengalir searah ke bawah yang mengalami interaksi pada katalis padatan. Reaktor ini digunakan untuk memanaskanfeed (umpan) menjadi vapour.

5. Slurry Reactor

Reactor ini menggunakan liquid sebagaireaktant dan solid sebagai katalis. Biasanya terdiri dari liquid stirred tank, pada beberapa keadaan, gas sebagai reaktan jugadiembunkan melalui reaktan. Keberadaan katalis sebagai slurry membuat penambahan dan pengambilan katalis dalam proses menjadi mudah.

KESIMPULAN

Reaktor memiliki berbagai macam jenis dan dapat diklasifikasikan berdasarkan beberapa katagori. Dalam merancang suatu reaktor diperlukan ketelitian dan pertimbangan yang sangat matang karena desain suatu reaktor dapat menentukan keseluruhan rangkaian proses secara ekonomis.

DAFTAR PUSTAKA

http://www.wikipedia.com/chemical reactor/ May 15, 2015

Levenspiel, o. Chemical Reaction Engineering, John Wiley & Son, New York, 1972

Silla, Harry. Chemical Process Engineering. Desain and Economics. Stevens Institute of Technology. New jersey. USA 2003