REAKTOR KIMIA Pendahuluan [PDF]

Citation preview

REAKTOR KIMIA Reaktor kimia merupakan tempat terjadinya suatu reaksi kimia. Apakah itu berbentuk silinder ataupun berbentuk pipa. Bentuk dari reaktor kimia didasari atas bahan baku maupun produk yang ingin dihasilkan, serta proses yang terjadi. Di dalam bab ini akan dijelaskan mengenai macam-macam reaktor secara umum dan jenisnya berdasarkan proses yang berlangsung serta langkah-langkah apa saja yang harus diambil dalam merancang reaktor kimia. B. POKOK – POKOK ISI 1.1. DEFINISI REAKTOR KIMIA Reaktor kimia adalah sebuah alat industri kimia , dimana terjadi reaksi bahan mentah menjadi hasil jadi yang lebih berharga. Dalam teknik kimia, Reaktor adalah suatu jantung dari suatu proses kimia. 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 fasa misalnya dari air menjadi uap yang merupakan reaksi fisika. 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 dibandingkan masukan (input) yang besar 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 juga upah operator.  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 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. Kemampuan reaktor untuk menyediakan luas permukaan yang cukup untuk perpindahan panas



1.2. JENIS – JENIS REAKTOR KIMIA 1.2.1. 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. 1.2.2. 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.



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 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 reaktor. 3. Reaktor semi batch Biasanya berbentuk tangki berpengaduk



1.2.3. 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



1.2.4. 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. Product stream



Cooling/heating medium in



Out



Feed



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



Product stream



Gelembung gas Partikel katalis



Feed



1.2.5. Fluid-fluid Reaktor Biasa digunakan untuk reaksi gas-cair dan cair-cair. 1. Bubble Tank.



Gas Liquid



Liquid



Gas



2. Agitate Tank



3. Spray Tower Liquid in



Gas out



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