REAKTOR

Peralatan Industri Proses II

BAB I

I. Latar Belakang

Reaktor adalah suatu alat proses tempat di mana terjadinya suatu reaksi berlangsung, baik itu reaksi kimia atau nuklir dan bukan secara fisika. Dengan terjadinya reaksi inilah suatu bahan berubah ke bentuk bahan lainnya, perubahannya ada yang terjadi secara spontan alias terjadi dengan sendirinya atau bisa juga butuh bantuan energi seperti panas (contoh energi yang paling umum). Perubahan yang dimaksud adalah perubahan kimia, jadi terjadi perubahan bahan bukan fase misalnya dari air menjadi uap yang merupakan reaksi fisika.Salah satu reaktor yang mekanismenya cukup sederhana dibandingkan dengan reaktor-reaktor yang digunakan pada industry kimia adalah reaktor alir pipa. Model reaktor alir pipa (RAP) atau plug flow reaktor (PFR) merupakan reaktor di mana reaksi kimia berlangsung secara kontinu sepanjang sistem aliran. Reaktor alir pipa sering juga disebut sebagai reaktor alir sumbat atau Continuous Tubular Reaktors (CTRs). Reaktor alir pipa ini digunakan untuk memperkirakan sifat-sifat reaktor kimia sehingga variable kunci reaktor seperti dimensi reaktor bisa dihitung. Reaktor ini memiliki karakteristik dalam mekanisme reaksi. Pada umumnya karakteristik reaktor alir pipa pada kondisi ideal yaitu:

1. Reaktor ini biasanya berupa tube (tabung) yang bereaksi dengan aliran fluida

2. Diasumsikan tidak terjadi pengadukan (mixing)

3. Aliran plug merupakan jenis aliran yang terjadi pada reaktor ini (reaktor alir)

4. Sebagian besar mixing dari jenis reaktor ini beroperasi pada level intermediet

5. Pencampuran sempurna dalam dimensi radial (konsentrasi seragam)

6. Tidak ada pencampuran (mixing) pada aliran aksial atau tidak terjadi dispersi aksial (aliran terpisah)

II. Tujuan a. Menjelaskan pengertian Reaktor secara umum

b. Menyebutkan macam macam Reaktor

c. Mengetahui neraca massa dan neraca panas pada Reaktor

d. Menghitung tinggi dan diameter Reaktor

BAB III. PembahasanA. Reactor Dalam reaktor alir pipa atau plug flow reactor, campuran reaktan dan produk mengalir dengan profil kecepatan yang benar-benar rata. Kecepatan alir dan konsentrasi adalah seragam di seluruh jari-jari pada setiap penempang reaktor dan tidak ada difusi longitudinal baik dari reaktan maupun produknya. Dalam bab-bab terdahulu telah dibahas cara-cara perhitungan untuk mendesain suatu reaktor, baik untuk reaktor tertutup (reaktor batch), reaktor alir tangki berpengaduk (RATB) dan Reaktor Aliran Sumbat (Plug Flow Reaktor). Perhitungan-perhitungan tersebut dilakukan dengan anggapan bahwa temperature reaksi adalah tetap selama operasi. Sehingga analisisnya relatif sederhana karena hanya ada satu variabel saja yang berubah, yaitu konsentrasi reaktan.Di dalam praktek hipotesa aliran dalam reaktor alir pipa ini biasanya cocok untuk reaktor-reaktor berbentuk tabung dimana aliran fluidanya betul-betul turbulen atau untuk jenis reaktor fixed bed yang berisi packing. Jika dalam reaktor alir pipa diisi dengan katalis padat disebut reaktor fixed bed atau fluidized bed.Reaktor alir pipa desebut ideal jika zat-zat pereaksi dan hasil reaksi mengalir dengan kecepatan yang sama diseluruh pemampang pipa. Di reaktor komposisi , suhu dan tekanan diseluruh penampang reaktor selalu sama. Perbedaan komposisi, suhu dan tekanan hanya terjadi di sepanjang dinding reaktor. Reaktor jenis ini banyak digunakan dalam industri dengan zat pereaksi atau reaktan berupa fase gas atau cair dengan kapasitas produksi yang cukup besar. Apabila pada saat reaksi reaksi berlangsung, efek panas turut diperhitungkan, maka ada kemungkinan bahwa temperatur reaksi juga akan turut berubah dengan waktu (waktu reaksi untuk reaktor batch atau waktu tinggal untuk reaktor alir kontinyu).

B. Jenis-jenis reactor1. Berdasarkan bentuknyaa. Reaktor tangkiDikatakan 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.

b. 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.

2. Berdasarkan prosesnya

a. 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)b. Reaktor Alir (Continous Flow)

Ada 2 jenis:

1. 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. 2. 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 samaKerugian:

11 Harga alat dan biaya instalasi tinggi.

12 Memerlukan waktu untuk mencapai kondisi steady state.

13 Untuk reaksi eksotermis kadang-kadang terjadi Hot Spot (bagian yang suhunya sangat tinggi) pada tempat pemasukan . Dapat menyebabkan kerusakan pada dinding reaktor.c. Reaktor semi batchBiasanya berbentuk tangki berpengaduk

3. Jenis reaktor berdasarkan keadaan operasinya1. 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-Adiabatisa. 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 b. Fluid-fluid reaktor

Biasa digunakan untuk reaksi gas-cair dan cair-cair.

1) Bubble Tank.

2) Agitate Tank

3) Spray Tower

Pertimbangan dalam pemilihan fluid-fluid reaktor.1. Untuk gas yang sukar larut (Kl