REAKTOR IR. LUBENA, M.T

REAKTOR

IR. LUBENA, M.T.

DEFINISI REAKTOR

Reaktor adalah suatu alat proses tempat dimana terjadinya suatu reaksi

berlangsung,baik itu reaksi kimia atau reaksi nuklir dan bukan secara fisika.

Reaktor kimia adalah segalatempat terjadinya reaksi kimia, baik dalam ukuran kecil seperti tabung reaksi

sampai ukuranyang besar seperti reaktor

skala industri

• Tujuan pemilihan reaktor adalah :

1. Mendapat keuntungan yang besar 2. Biaya produksi rendah

3. Modal kecil/volume reaktor minimum 4. Operasinya sederhana dan murah

5. Keselamatan kerja terjamin

6. Polusi terhadap sekelilingnya (lingkungan) dijaga sekecil-kecilnya

PEMILIHAN REAKTOR

Pemilihan jenis reaktor dipengaruhi oleh : 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 (reactor) dan biaya instalasinya 5. Kemudahan operasi

6. Faktor keamanan 7. Waktu reaksi

PEMILIHAN REAKTOR

JENIS-JENIS REAKTOR A. Berdasarkan bentuknya

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.

PEMBAGIAN REAKTOR

BENTUK :

Reaktor tangki : bola, silinder Reaktor pipa

Pengadukan sempurna,

komposisi dan suhu uniform

Pengadukan sempurna arah

Tegak lurus aliran, tdk ada distribusi T,C,U Ke arah aksial ada distribusi T,C,U

PROSES :

BATCH : umpan sekaligus, fase cair, kapasitas kecil, operasi mudah, murah, banyak loss time

2. ALIR : umpan dan hasil kontinyu, kualitas terkontrol kapasitas besar, kontrol otomatis, harga alat mahal, perlu waktu steady state (PFR, CSTR)

3. SEMIBATCH : tangki pengaduk, fase cair, eksotermis, bolak-balik, menghindari reaksi samping

a. umpan sekaligus, umpan lain kontinyu, produk tidak kontinyu b. umpan sekaligus, umpan lain kontinyu, kontinyu

KONDISI OPERASI : 1. ISOTERMAL

2. ADIABATIS

3. NON ADIABATIS-NON ISOTERMAL

SUSUNAN REAKTOR : 1. TUNGGAL

2. GANDA : SERI, PARALEL 3. BEBERAPA REAKTOR

REAKSI :

1. SEDERHANA 2. KOMPLEKS

B. Berdasarkan prosesnya 1. Reaktor Batch

Biasanya untuk reaksi fase cair

Digunakan pada kapasitas produksi yang kecil Keuntungan reactor batch:

- Lebih murah dibanding reactor alir - Lebih mudah pengoperasiannya - Lebih mudah dikontrol

Kerugian reactor batch:

- 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)

2. Reaktor Alir (Continous Flow) Ada 2 jenis:

a. RATB (Reaktor Alir Tangki Berpengaduk) Keuntungan:

Suhu dan komposisi campuran dalam rerraktor sama

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

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.

Beberapa hal penting mengenai RATB:

• Reaktor berlangsung secara ajeg, sehingga jumlah yang masuk setara dengan jumlah yang ke luar reaktor jika tidak tentu reaktor akan berkurang atau bertambah isinya.

• Perhitungan RATB mengasumsikan pengadukan terjadi secara sempurna sehingga semua titik dalam reaktor memiliki komposisi yang sama. Dengan asumsi ini, komposisi keluar reaktor selalu sama dg bahan didlm reaktor.

• Seringkali, untuk menghemat digunakan banyak reaktor yang disusun secara seri daripada menggunakan reaktor tunggal yang besar. Sehingga reaktor yang di belakang akan memiliki komposisi produk yang lebih besar dibanding di depannya.

REACTOR PLUG FLOW

Adalah suatu alat yang digunakan untuk mereaksikan suatu reaktan

dalam hal ini fluida dan mengubahnya menjadi produk dengan cara

mengalirkan fluida tersebut dalam pipa secara berkelanjutan (continuous).

Biasanya reaktor ini dipakai untuk mempelajari berbagai proses kimia yang penting seperti perubahan kimia senyawa, reaksi termal, dan lain-lain.

b. RAP

Dikatakan ideal jika zat pereaksi dan hasil reaksi mengalir dengan kecepatan yang sama diseluruh penampang pipa.

Keuntungan :

Memberikan volume yang lebih kecil daripada RATB, untuk konversi yang sama; mudah pengontrolannya (otomatis); kualitas hasil

terkontrol, karena steady state, komposisi keluar sama setiap saat.

Kerugian:

1. Harga alat dan biaya instalasi tinggi.

2. Memerlukan waktu untuk mencapai kondisi steady state.

3. Untuk reaksi eksotermis kadang-kadang terjadi "Hot Spot" (bagian yang suhunya sangat tinggi) pada tempat pemasukan . Dapat

menyebabkan kerusakan pada dinding reactor

C. Jenis reaktor berdasarkan keadaan operasinya

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).

3. Reaktor Non-Adiabatis

D. Reaktor Gas Cair dengan Katalis Padat

1. Packed/Fixed bed reaktor (PBR).

Terdiri dari satu pipa/lebih berisi tumpukan katalis stasioner dan dioperasikan vertikal. Biasanya dioperasikan secara adiabatis.

2. Fluidized bed reaktor (FBR)

• Reaktor dimana katalisnya terangkat oleh aliran gas reaktan.

• Operasinya: isotermal.

• Perbedaan dengan Fixed bed: pada Fluidized bed jumlah katalis lebih sedikit dan katalis bergerak sesuai kecepatan aliran gas yang masuk serta FBR memberikan luas permukaan yang lebih besar dari PBR

A P L I K A S I

Reaksi Skala Besar

Reaksi Cepat

Reaksi homogen

Reaksi heterogen

Produksi terus-menerus

Reaksi pada Suhu Tinggi

Plug-flow reactors for Biomass Conversion

Pada percobaan, tekanan maksimumnya dapat mencapai 35 MPa. Terdapat beberapa ukuran reakor di dalamnya sehingga waktu tinggalnya dapat ditempuh dari 0,5 sampai 600s. Di kanan kirinya terdapat 2 thermostats yang berjalan bersama perpindahan kalor minyak dan dapat dioperasikan hingga mencapai suhu 300°C. Reaktor panjang pada bagian sebelah kiri gambar digunakan untuk memasukkan katalis padat.

Continuous plug-flow reactor plant for reactions in supercritical water

Alat ini digunakan untuk menyelidiki reaksi dalam supercritical water. Maksimal kondisi reaksi adalah 50 MPa and 500 °C. Komponen utama dalam peraltan ini adalah continuous plug-flow reactor (sebelah kiri gambar) yang terbuat dari Inconel 625 dengan panjang 1 m. Volumenya sekitar 50 ml.

PERBEDAAN CSTR DAN PFR

Continous Stirer Tank Reator CSTR

•

adalah reaktor model berupa tangki berpengaduk dan

diasumsikan pengaduk yang bekerja dalam tanki sangat sempurna sehingga

konsentrasi tiap komponen

dalam reaktor seragam sebesar konsentrasi aliran yang keluar dari reaktor. Model ini biasanya digunakan pada reaksi

homogen di mana semua bahan baku dan katalisnya

berfasa cair, atau reaksi antara cair dan gas dengan katalis cair

Plug Flow Reactor PFR

•

Untuk reaksi heterogen,

misalnya antara bahan baku gas dengan katalis padat

menggunakan model PFR. PFR mirip saringan air dari pasir.

Katalis diletakkan pada suatu pipa lalu dari sela-sela katalis dilewatkan bahan baku seperti air melewati sela-sela pasir

pada saringan. Asumsi yang digunakan adalah tidak ada perbedaan konsentrasi tiap komponen yang terlibat di sepanjang arah jari-jari pipa.

TERIMA KASIH