Bubble Column Reactor [PDF]

Citation preview

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  Alkilasi  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 .



Pada dasarnya, reaktor gelembung adalah reaktor dua fasa, yaitu gas dan cairan, yang berbentuk vessel silinder dengan distributor gas (sparger) di bagian bawah reaktor. Fluida berfasa gas didispersikan melalui sparger, sehingga terbentuk gelembung gas yang kemudian bergerak melalui fluida berfasa cair yang berada di dalam vessel. Pada pengembangan reaktor gelembung selanjutnya, gelembung gas bergerak melalui suspensi yang merupakan campuran fluida berfasa cair dan padatan. Reaktor gelembung model ini dinamakan dengan reaktor gelembung tiga fasa atau slurry bubble column reactor (SBC). Reaktor gelembung tiga fasa memiliki beberapa keuntungan apabila diimplementasikan dalam dunia industri dalam proses operasinya dibandingkan:  Keuntungan pertama yaitu reaktor jenis ini memiliki karakteristik transfer panas dan massa yang lebih unggul, yang artinya koefisien transfer panas dan massa yang nilainya kekurangan bagian yang bergerak dan kepadatan; durabilitas katalis dan material kemasan yang lain lebih lama.  Kemampuan penambahan dan pengurangan katalis dan operasi yang bebas penyumbat sebagai pilihan reaktor.  Tidak membutuhkan proses pemisahan fasa solid dari fasa liquidnya  Meningkatkan konversi dan selektivitas.  Lebih mudah dalam proses scale-up dikarenakan hidrodinamika-nya hanya dipengaruhi oleh channel yang terbentuk dalam katalis.



 Cocok digunakan untuk reaksi-reaksi yang eksotermis karena slurry yang melewati reaktor dapat berperan sebagai penyerap panas.  Menghilangkan kemungkinan terjadinya hot spot dalam reaktor karena slurry juga bisa berfungsi sebagai distributor suhu sehingga suhu dalam reaktor menjadi seragam. Fasa-Fasa pada Reaktor Gelembung Tiga Fasa Sesuai dengan namanya, yaitu reaktor gelembung tiga fasa, reaktor ini merupakan suatu reaktor yang mengkombinasikan sifat-sifat fluida gas, fluida cair, dan padatan untuk menunjang proses terjadinya suatu reaksi kimia. Arah gerak aliran dari slurry yang berada di dalam reaktor gelembung tiga fasa bisa searah, berlawanan arah, ataupun batch terhadap arah aliran gelembung gas. Sementara itu, arah aliran gelembung gas adalah ke atas.  Fasa Gas Fasagas yang akan didispersikan dan dialirkan ke dalam reaktor adalah fluida yang berisi reaktan dari reaksi kimia yang akan dilangsungkan. Fasa gas ini bisa saja mengandung hanya satu atau lebih dari satu reaktan. Laju alir superfisial fasa gas yang melalui reaktor harus lebih kecil dari laju alir superfisial fasa cair di dalam reaktor, yaitu sekitar 0 cm/s sampai 2 cm/s. Laju alir fasa gas akan menentukan pola zona aliran ketiga fasa yang terbentuk di dalam reaktor.  Fasa Cair Fasa cair yang berada di dalam reaktor adalah fluida yang bisa berperan sebagai reaktan dan/atau produk dari reaksi kimia yang akan dilangsungkan. Fasa cair ini mengandung reaktan, produk, atau inert. Laju alir superfisial fasa cair di dalam reaktor harus lebih besar dari laju alir superfisial gas, yaitu sekitar 1 cm/s sampai 50 cm/s  Fasa Padat Ukuran dari partikel padat yang berada di dalam reaktor ini bervariasi antara 5 μm sampai 150 μm. Padatan yang pada dasarnya berperan sebagai katalis ini mengisi sampai skeitar 50% dari volume total slurry. Perlu diperhatikan bahwa fenomena reaksi, perpindahan massa, dan perpindahan kalor sangat ditentukan oleh sifat-sifat fasa yang terlibat di dalam reaktor ini. Laju alir superfisial fasa gas, properti fasa cair, dan konsentrasi fasa padat di dalam reaktor adalah tiga faktor utama yang menentukan reaksi yang terjadi pada reaktor gelembung tiga fasa.