BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Pengertian Reaktor

2.1.1 Definisi Reaktor

Reaktor adalah satu alat proses tempat terjadinya suatu reaksi berlangsung,

baik itu reaksi kimia maupun nuklir. Dengan terjadinya reaksi inilah suatu bahan

berubah ke bentuk bahan lainnya, perubahannya ada yang terjadi secara spontan

(dengan sendirinya) atau bisa juga dengan bantuan energi seperti energi panas.

Perubahan yang terjadi adalah perubahan kimia sehingga yang terjadi adalah

bukan perubahan fase melainkan perubahan bahan, misalnya dari air menjadi uap.

2.1.2 Tujuan Pemilihan Reaktor

Dalam pemilihan reaktor, terdapat tujuan-tujuan sebagai berikut:

1. Mendapat keuntungan besar.

2. Biaya produksi yang rendah.

3. Modal kecil atau volume reaktor minimum.

4. Operasinya sederhana dan murah.

5. Keselamatan kerja terjamin.

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

2.1.3 Faktor yang Mempengaruhi Pemilihan Jenis Reaktor

1. Fase zat pereaksi dan hasil reaksi.

2. Tipe reaksi dan persamaan kecepatan reaksi, serta ada tidaknya reaksi

samping.

3. Kapasitas produksi.

4. Harga reaktor dan biaya instalasinya.

5. Kemampuan reaktor untuk menyediakan luas permukaan yang cukup untuk

perpindahan panas.

2

2.2 Jenis-jenis Reaktor

Reaktor secara garis besar terbagi menjadi 2 jenis, yaitu:

1. Reaktor kimia

Reaktor kimia adalah jenis reaktor yang umum sekali digunakan dalam

industri. Hal ini dikarenakan, dalam sintesis bahan kita selalu memerlukan jenis

reaktor ini.

2. Reaktor nuklir

Penggunaan reaktor nuklir umumnya sangat dibatasi penggunaannya,

mengingat standar keselamatannya yang sangat tinggi. Reaktor nuklir umumnya

digunakan untuk pembangkit listrik, namun sekarang penggunaannya sedah mulai

luas, misalnya untuk merekayasa genetic suatu bibit agar menjadi bibit unggul.

2.3 Reaktor Kimia

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

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, upah operator dan lain-lain. Perubahan

energi dalam suatu reaktor kimia bisa karena adanya suatu pemanasan atau

pendinginan, penambahan atau pengurangan tekanan, gaya gesekan (pengaduk

dan cairan), dan lain-lain.

2.3.1 Jenis-jenis reaktor kimia dapat diklasifikasikan berdasarkan beberapa faktor

berikut:

a. Pembagian reaktor kimia berdasarkan bentuknya

Berdasarkan bentuknya, reaktor kimia diklasifikasikan menjadi:

3

1. Reaktor tangki

Gambar 2.1 Reaktor Tangki

Reaktor tangki banyak dikenal dalam bidang kimia, dimana pada bidang

yang banyak bersinggungan dengan unsur dan kontaminan-kontaminan berbahaya

tersebut. Reaktor tangki digunakan untuk proses penambahan dan pencampuran

bahan-bahan kimia.

Reaktor tangki yang berkualitas akan memungkinkan kegiatan-kegiatan

seperti oksidasi, reduksi, oil cracking, pH adjustment, metals precipitation, dan

proses-proses kimia lainnya dilakukan secara aman dan maksimal.

Beratnya tugas yang akan diemban oleh reaktor tangki tersebut membuat

proses perancangan dan pembuatannya pun harus dilakukan secara sempurna dan

se-efisien mungkin. Ada banyak variabel yang harus diperhitungkan sebelum

membuat sebuah reaktor tangki. Tetapi, secara umum perancangan suatu reaktor

tangki harus benar-benar memperhatikan efisiensi kinerjanya, sehingga akan

didapatkan rasio output (produk) banding input yang besar dengan biaya yang

seminimal mungkin. Selain itu, faktor keselamatan juga harus benar-benar

diperhitungkan, mengingat dalam satu kali proses kimia akan ada banyak

perubahan energi dalam reaktor tangki tersebut seperti penambahan atau

pengurangan tekanan, pemanasan, pendinginan, gesekan, dan lain-lain. Oleh

karena itu, pengurangan biaya operasional dengan cara memangkas biaya

keselamatan justru akan menyebabkan membengkaknya pengeluaran karena

kejadian-kejadian yang tidak diinginkan.

4

Sebuah reaktor tangki yang baik dan berkualitas harus bisa dioperasikan

secara kontinyu maupun pertain (batch). Pada umumnya, reaktor tangki akan

beroperasi dalam keadaan diam (steady state) walaupun tidak menutup

kemungkinan untuk dioperasikan dalam keadaan transient. Saat pertama kali

beroperasi, reaktor tangki biasanya akan beroperasi secara transien karena

komponen produk masih berubah terhadap waktu. Seiring dengan berjalannya

waktu, reaktor akan beroperasi secara steady dimana semua komponen produk

dalam tangki telah berada dalam kondisi yang cukup stabil.

Reaktor tangki dikatakan ideal apabila pengadukannya sempurna, sehingga

komposisi dan suhu didalam reaktor setiap saat selalu seragam. Reaktor tangki

dapat dipakai untuk proses batch, semi batch, dan proses alir.

2. Reaktor pipa

Gambar 2.2 Reaktor Pipa

Reaktor jenis ini biasanya digunakan tanpa pengaduk, sehingga disebut

reaktor alir pipa. Dikatakan ideal apabila zat pereaksi yang berupa gas atau cairan,

mengalir di dalam pipa dengan arah sejajar dengan sumbu pipa.

b. Pembagian reaktor berdasarkan proses

Berdasarkan prosesnya, reaktor dapat diklasifikasikan menjadi:

1. Reaktor batch

Reaktor batch merupakan reaktor dimana saat terjadinya reaksi tidak ada

reaktan yang masuk dan produk yang keluar. Dalam reaktor batch, reaksinya

5

terjadi dalam sekali proses. Reaktor jenis ini biasanya sangat cocok digunakan

untuk produksi berkapasitas kecil, seperti dalam proses pelarutan padatan,

pencampuran produk, reaksi kimia, batch distillation, kristalisasi, ekstraksi cair-

cair, polimerisasi, farmasi, dan fermentasi.

Gambar 2.3 Reaktor Batch

Berikut ini beberapa ketetapan dalam penggunaan reaktor tipe batch.

Selama reaksi berlangsung tidak terjadi perubahan temperatur.

Pengadukan dilakukan dengan sempurna, konsentrasi di semua titik dalam

reaktor adalah sama atau homogen pada waktu yang sama.

Reaktor batch bisa tersusun oleh sebuah tangki dengan pengaduk serta

sistem pendingin atau pemanas yang menyatu dengan reaktor. Tangki ini

memiliki ukuran yang bervariasi mulai dari kurang dari 1 L sampai lebih dari

15.000 L tergantung kebutuhan. Batch reaktor biasanya terbuat dari baja, stainless

steel atau baja berlapis kaca. Padatan dan cairan yang akan masuk reaktor

biasanya melalui sambungan yang terdapat pada tutup atas reaktor. Untuk uap dan

gas yang keluar reaktor biasanya juga melalui bagian atas, sedangkan untuk cairan

keluar melalui bagian bawah.

Kelebihan dari reaktor tipe batch

1. Harga instrumentasi rendah

2. Penggunaannya fleksibel, dimana dapat dihentikan secara mudah dan cepat,

kapan saja diinginkan.

6

3. Penggunaan yang multifungsi

4. Dapat digunakan untuk reaksi yang menggunakan campuran kuat dan beracun

5. Mudah dibersihkan

6. Dapat menangani reaksi dalam fase gas, cair, dan cair-padat.

7. Pada reaktor batch dengan volume yang berubah, maka perubahan volume

dapat dianggap linier terhadap konversi.

Kelemahan reaktor tipe batch

1. Biaya buruh dan handling yang tinggi

2. Terkadang waktu untuk mengosongkan, membersihkan, dan mengisi kembali

reaktor besar.

3. Pengendalian kualitas dari produk jelek atau susah

4. Skala produksi yang kecil

5. Tidak begitu baik untuk reaksi fase gas karena mudah terjadi kebocoran pada

lubang pengaduk

6. Tidak dapat dijalankan pada proses-proses yang sulit, karena harus diubah

menjadi proses kontinyu.

Mekanisme kerja reaktor batch

Reaktan dimasukkan ke dalam reaktor, sehingga terjadi reaksi dalam waktu

tertentu. Setelah itu, produk (hasil) akan dikeluarkan dari reaktor. Pada saat reaksi

berlangsung, tidak ada reaktan yang masuk dan produk yang keluar. Didalam

reaktor terjadi pengadukan yang sempurna, sehingga konsentrasi disetiap titik

dalam reaktor sama pada waktu yang sama.

Dalam industri kimia, reaktor batch digunakan untuk keperluan antara lain

pada industri dengan skala kecil, yaitu:

1. Mencoba proses baru yang belum sepenuhnya dikembangkan

2. Memproduksi produk yang mahal

3. Proses-proses yang sulit diubah menjadi proses kontinyu.

7

Alasan dipilihnya reaktor batch

1. Proses yang terjadi membutuh proses yang lama

2. Jika bahan atau hasilnya perlu pembersihan

3. Untuk reaksi dengan fase cair

4. Jika prosesnya dalam kapasitas yang kecil

2. Reaktor alir

Reaktor alir disebut reaktor ideal jika zat-zat pereaksi dan hasil reaksi

mengalir dengan kecepatan yang sama diseluruh penampang pipa. Pada 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.

Reaktor alir terbagi menjadi 2 jenis, yaitu:

1. Reaktor alir tangki berpengaduk (RATB)

Gambar 2.4 Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB)

Reaktor alir tangki berpengaduk (RATB) merupakan reaktor yang paling

sering dijumpai dalam industri kimia. Reaktor ini termasuk sistem reaktor

kontinyu untuk reaksi-reaksi sederhana. Berbeda dengan sistem operasi batch

dimana selama reaksi berlangsung tidak ada aliran yang masuk atau meninggalkan

sistem secara berkesinambungan, maka di dalam reaktor alir (kontinyu) baik

umpan maupun produk akan mengalir secara terus-menerus. Sistem seperti ini

8

memungkinkan kita untuk bekerja pada suatu keadaan dimana operasi berjalan

secara keseluruhan daripada sistem berada dalam kondisi stasioner. Ini berarti

bahwa baik aliran yang masuk, aliran keluar, maupun kondisi operasi reaksi di

dalam reaktor tidak lagi berubah oleh waktu. Pengertian waktu reaksi tidak lagi

sama dengan lamanya operasi berlangsung, tetapi ekivalen dengan lamanya

reaktan berada dalam reaktor. Pernyataan ini biasa disebut waktu tinggal

campuran di dalam reaktor, yang besarnya ditentukan oleh laju alir campuran

yang lewat serta volume reaktor dimana reaksi berlangsung.

Reaktor tipe ini bisa terdiri dari satu tangki atau lebih. Biasanya tangki-

tangki ini dipasang vertical dengan pengadukan sempurna. Pengadukan pada

masing-masing tangki dilakukan secara kontinyu sehingga diperoleh suatu

keadaan dimana komposisi campuran di dalam reaktor benar-benar seragam.

RATB sering atau biasa digunakan untuk reaksi homogen (reaksi yang

berlangsung dalam satu fase saja), misalnya fase cair-cair atau gas-gas Untuk

reaksi fase gas (non katalitik), reaksinya berlangsung cepat tetapi akan mudah

terjadi kebocoran sehingga dinding reaktor harus dibuat tebal, misalnya pada

reaksi pembakaran.

Untuk reaksi fase cair (katalitik), reaksinya berlangsung dalam sistem

koloid. Pada RATB, kecepatan volumetrik umpan yang masuk sama dengan

kecepatan volumetrik hasil (produk) yang keluar sehingga kecepatan

akumulasinya sama dengan nol. Adanya pengadukan yang sempurna

menyebabkan komposisi di dalam reaktor sama dengan komposisi yang keluar

dari reaktor, begitu pula dengan parameter lain seperti kosentrasi, konversi reaksi,

dan kecepatan reaksi.

Mekanisme kerja RATB

Pada RATB prosesnya berlangsung secra kontinyu, pengadukan adalah

yang terpenting dalam reaktor ini karena dengan adanya pengadukan akan

menjadikan reaksinya menjadi homogen.

9

Keuntungan penggunaan RATB:

1. Suhu dan komposisi campuran dalam reaktor sama

2. Pengontrolan suhu mudah sehingga kondisi operasi yang isotermal bisa

terpenuhi.

3. Mudah dalam melakukan pengontrolan secara otomatis sehingga produk lebih

konsisten dan biaya operasi lebih rendah.

Kerugian penggunaan RATB:

1. Tidak efisien untuk reaksi fase gas dan reaksi yang bertekanan tinggi.

2. Kecepatan perpindahan panas lebih rendah dibanding RAP.

3. Untuk menghasilkan konversi yang sama, volume yang dibutuhkan RATB

lebih besar dari RAP.

4. Volume reaktor besar, maka waktu tinggal juga besar, berarti zat pereaksi

lebih lama bereaksi di reaktor.

5. Reaksinya berlangsung isotermal sehingga dipakai katalisator yang

aktifitasnya rendah dan butir katalisator kecil sehingga tidak ada tahanan

perpindahan panas.

2. Reaktor alir pipa (RAP)

Gambar 2.5 Reaktor Alir Pipa

Reaktor alir pipa adalah reaktor dimana cairan bereaksi dan mengalir

dengan cara melewati tube (tabung) dengan kecepatan tinggi, tanpa terjadi

10

pembentukan arus putar pada aliran cepat. Reaktor alir pipa sering disebut juga

sebagai reaktor alir sumbat atau continuous tubular reactors (CTRs). Reaktor ini

biasanya dilengkapi dengan selaput membrane untuk menambah yield produk

pada reaktor. Produk secara selektif ditarik dari reaktor sehingga keseimbangan

dalam reaktor secara kontinyu bergeser membentuk lebih banyak produk. Pada

umumnya, reaktor alir pipa dilengkapi dengan katalisator. Dalam RAP, satu atau

lebih reaktan dipompakan ke dalam suatu pipa. Biasanya reaksi yang digunakan

pada reaktor ini adalah reaksi fase gas. Reaksi kimia berlangsung sepanjang pipa

sehingga semakin panjang pipa maka konversi yield akan semakin tinggi. Namun,

tidak mudah untuk menaikkan konversi karena di dalam RAP konversi terjadi

secara gradient. Pada awalnya, kecepatan reaksi berlangsung secara cepat namun

setelah panjang pipa tertentu atau pipa bertambah panjang maka jumlah reaktan

akan berkurang dan kecepatan reaksi berlangsung lebih lambat seiring panjangnya

pipa.

Di dalam RAP, fluida mengalir dengan perlakuan yang sama sehingga

waktu tinggal sama untuk semua elemen fluida. Fluida sejenis yang mengalir

melalui reaktor ideal ini disebut dengan plug. Saat plug mengalir sepanjang RAP,

fluida bercampur sempurna dalam arah radial bukan dalam arah axial (dari arah

depan atau belakang). Setiap plug dengan volume berbeda dinyatakan sebagai

kesatuan yang terpisah-pisah ( hampir seperti reaktor batch) dimana plug mengalir

turun melalui pipa reaktor ini.

Umpan dalam reaktor alir pipa biasanya umpan dalam skala besar. Oleh

karena itu, reaktor ini banyak digunakan dalam industri – industri besar seperti :

petrokimia gresik, pertamina dan lain-lain. Reaktor ini biasanya digunakan dalam

fase gas pada tekanan tinggi dan dalam suhu tinggi.

Beberapa hal penting mengenai RAP:

1. Perhitungan dalam model RAP mengasumsikan tidak terjadi pencampuran,

dan reaktan bergerak secara aksial bukan radial.

2. Katalisator dapat dimasukkan melalui titik yang berbeda dari titik masukan,

diharapkan reaksi lebih optimal dan terjadi penghematan.

11

3. Biasanya, RAP memiliki konversi yang lebih besar dibanding RATB dalam

volume yang sama. Artinya, dengan waktu tinggal yang sama RAP

memberikan hasil yang lebih besar dibanding RATB.

Keuntungan penggunaan RAP:

1. Memberikan volume yang lebih kecil daripada RATB, untuk konversi yang

sama

2. Hasil konversi yang cukup tinggi

3. Waktu yang relatif lebih singkat dibandingkan dengan reaktor lain seperti

RATB.

Kerugian penggunaan RAP:

1. Harga alat, biaya instalasi, dan perawatannya 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 sehingga dapat menyebabkan

kerusakan pada dinding reaktor.

3. Reaktor semi batch

Gambar 2.6 Reaktor Semi Batch

12

Reaktor semi batch mungkin adalah jenis yang paling sering ada dalam

industri kimia, terutama di cabang biokimia, di laboratorium kimia organik dan

dalam proses bioteknologi. Reaktor ini biasanya berbentuk tangki berpengaduk.

Reaktor semi batch berlangsung secara batch dan kontinyu secara bersamaan.

Contoh paling sederhana misalnya pada tangki fermentor, ragi dimasukkan sekali

ke dalam tangki (secara batch) namun CO2 yang dihasilkannya dikeluarkan secara

kontinyu. Contoh lainnya adalah pada proses klorinasi, pada suatu reaksi cair-gas,

gas digelembungkan secara kontinyu dari dasar tangki agar bereaksi dengan

cairan di tangki yang diam (batch).

Reaktor semi batch beroperasi seperti reaktor batch namun, reaktor ini

dimodifikasi sehingga dapat memperkenankan adanya penambahan pereaksi dan

atau penghapusan produk dalam suatu waktu.

Kelebihan reaktor semi batch:

1. Peningkatan selektivitas reaksi.

Sering kali reaktan tertentu bisa melalui jalur paralel yang menghasilkan dua

produk yang berbeda namun hanya satu yang diinginkan.

2. Kontrol yang lebih baik dari reaksi eksotermis.

Reaksi eksotermis adalah reaksi yang melepaskan panas. Reaksi yang sangat

eksotermis dapat menyebabkan masalah dalam hal keamanan. Reaktor semi

batch memungkinkan untuk penambahan reaktan secara lambat untuk

mengontrol panas yang dilepaskan dan juga temperatur yang ada di dalam

reaktor.

3. Penghapusan produk melalui aliran pembersihan.

Dalam rangka meminimalkan reversibilitas reaksi, maka konsentrasi produk

harus diminimalkan. Hal ini dapat dilakukan dalam reaktor semi batch dengan

menggunakan aliran pembersihan untuk menghilangkan produk dan

meningkatkan laju reaksi.

13

Pemilihan reaktor

Baik reaktor batch maupun reaktor semi batch lebih cocok untuk reaksi fase

cair dan produksi skala kecil, karena mereka biasanya membutuhkan biaya modal

yang lebih rendah daripada operasi reaktor alir pipa, tetapi akan dikenakan biaya

yang lebih besar per unit jika produksi ingin ditingkatkan.

c. Pembagian reaktor berdasarkan keadaan operasinya

Berdasarkan keadaan operasinya, reaktor terbagi menjadi:

1. Reaktor isotermal

Gambar 2.7 Reaktor Isotermal

Reaktor isotermal adalah reaktor yang beroperasi secara isotermal, jika

umpan yang masuk ke reaktor, campuran dalam reaktor dan cairan yang keluar

dari reaktor selalu seragam dan suhunya sama dan keadaan awal secara

operasional sulit dilaksanakan sebab perpindahan panas yang terjadi harus selalu

dapat mengimbangi panas reaksi yang terjadi (untuk reaksi eksoterm) atau panas

diperlukan untuk reaksi endoterm.

14

2. Reaktor adiabatis

Gambar 2.8 Reaktor Adiabatis

Reaktor adiabatis adalah reaktor yang beroperasi secara  adiabatis dimana

tidak ada perpindahan panas antara reaktor dengan sekelilingnya. Ditinjau dari

segi operasionalnya, reaktor adiabatis yang paling sederhana, cukup dengan

menyekat reaktor, sehingga tidak ada panas yang hilang ke sekelilingnya. Jika

reaksi yang terjadi adalah reaksi eksotermis, maka panas yang terjadi karena

reaksi dapat dipakai untuk menaikkan suhu campuran di reaktor.

3. Reaktor Non-Adiabatis

Reaktor non adiabatis adalah reaktor yang beroperasi secara  non adiabatis

dimana terdapat perpindahan panas antara reaktor dengan sekelilingnya.

d. Pembagian reaktor khusus (Reaktor dengan katalis padat)

1. Packed/Fixed bed reaktor (PBR)

15

Gambar 2.8 Reaktor Fixed Bed

Reaktor fixed bed adalah reaktor dengan menggunakan katalis padat yang

diam dan zat pereaksi berfase gas. Butiran-butiran katalisator yang biasa dipakai

dalam reaktor fixed bed adalah katalisator yang berlubang di bagian tengah,

karena luas permukaan persatuan berat lebih besar jika dibandingkan dengan

butiran katalisator berbentuk silinder, dan aliran gas lebih lancar. Reaktor jenis ini

terdiri dari satu pipa atau lebih yang berisi tumpukan katalis stasioner dan

dioperasikan vertikal. Reaktor fixed bed biasanya dioperasikan secara adiabatis.

Bentuk reaktor fixed bed

Bentuk reaktor fixed bed dapat dibagi menjadi :

1. Reaktor dengan satu lapis tumpukan katalisator (Single Bed)

Sebagai penyangga katalisator dipakai butir-butir alumunia (bersifat inert

terhadap zat pereaksi) dan pada dasar reaktor disusun dari butir yang besar makin

keatas makin kecil, tetapi pada bagian atas katalisator disusun dari butir kecil

makin keatas makin besar.

2. Multi bed

Katalisator diisi lebih dari satu tumpuk katalisator, fixed bed dengan katalisator

lebih dari satu tumpuk banyak dipakai dalam proses adiabatis. Jika reaksi yang

terjadi sangat eksotermis pada konversi yang masih kecil suhu gas sudah naik

16

sampai lebih tinggi dari suhu maksimum yang diperbolehkan untuk katalisator,

maka gas harus di dinginkan terlebih dahulu kedalam alat penukar panas diluar

reaktor untuk di dinginkan dan selanjutnya dialirkan kembali ke reaktor melalui

tumpukan katalisator kedua, jika konversi gas yang keluar dari tumpukan kedua

belum mencapai yang direncanakan, tetapi suhu gas sudah lebih tinggi dari yang

diperbolehkan maka dilakukan pendinginan lagi dengan mengalirkan gas kea lat

penukar panas kedua kemudian di kembalikan ke reaktor yang masuk melalui

tumpukan katalisator ketiga dan seterusnya sampai diperoleh konversi yang

diinginkan. Jika reaksi bersifat endotermis maka penukar panas diluar reaktor

dapat digunakan untuk pemanas gas reaksi.

Pemilihan katalisator

Untuk menentukan katalisaor mana yang sebaiknya digunakan dapat dipakai

pertimbangan sebagai berikut :

Harga katalisator.

Dipilih harga katalisator yang murah, untuk menghemat investasi dan biaya

operasi

Mudah atau tidaknya diregenerasi.

Jika katalisator dapat diregenerasi tanpa harus merusak aktivitasnya dapat

mengurangi biaya pembelian katalisator baru

Dapat diproduksi dalam jumlah yang besar

Tahan terhadap racun.

Jika katalisator tahan terhadap racun akan berumur panjang dan tidak mudah

kehilangan aktivitasnya.

Sebaiknya dipakai katalisator yang berumur panjang dengan maksud untuk

menghemat dana untuk membeli katalisator baru, untuk mengurangi waktu

produksi yang hilang guna penggantian katalisator.

Kelebihan fixed bed reaktor

Dapat digunakan untuk mereaksikan dua macam gas  sekaligus

Kapasitas produksi cukup tinggi

17

Pemakaian tidak terbatas pada kondisi reaksi tertentu (eksoterm atau

endoterm) sehingga pemakaian lebih fleksibel

Aliran fluida mendekati plug flow, sehingga dapat diperoleh hasil konversi

yang tinggi

Pressure drop rendah

Oleh karena adanya hold-up  yang tinggi, maka menghasilkan    pencampuran

radial yang lebih baik dan tidak ditemukan pembentukan saluran (channeling)

Pemasokan katalis per unit volum reaktor besar

Hold up  liquid tinggi

Katalis benar-benar dibasahi

Kontrol temperatur lebih baik

Transfer massa gas-liquid lebih tinggi daripada reaktor trickle bed karena

interaksi gas-liquid lebih besar

Kekurangan fixed bed reaktor

Resistansi difusi intra partikel sangat  besar

Rate transfer massa dan transfer panas rendah

Pemindahan katalis sangat sulit dan memerlukan shut down alat

Konversi lebih rendah

Ada kemungkinan terjadi reaksi samping homogen pada liquid

2. Fluidized bed reaktor (FBR)

18

Gambar 2.10 Reaktor

Fluidized Bed

Fluidized Bed Reaktor adalah adalah jenis reaktor kimia yang dapat

digunakan untuk mereaksikan bahan dalam keadaan banyak fasa. Reaktor jenis ini

menggunakan fluida (cairan atau gas) yang dialirkan melalui katalis padatan

(biasanya berbentuk butiran-butiran kecil) dengan kecepatan yang cukup sehingga

katalis akan terolak sedemikian rupa dan akhirnya katalis tersebut dapat

dianalogikan sebagai fluida juga. Proses ini, dinamakan fluidasi. Fluidized Bed

Reaktor dapat digunakan untuk pencampuran dan pemisahan antar fasa.

Kelebihan penggunaan FBR:

Terjadinya regenerasi secara kontinyu.

Reaksinya memiliki efek panas yang tinggi.

Suhunya konstan sehingga mudah dikontrol.

Kekurangan penggunaan FBR:

Partikel mengalami keausan yang dapat menyebabkan mengecilnya ukuran

partikel yang berada di dalam reaktor dan ikut mengalir bersama aliran gas

sehingga perlu digunakan alat cyclone separators dan aliran listrik yang

disambungkan pada garis antara reaktor dan generator.

19

Adanya peningkatan keabrasivan dimana penyebabnya adalah partikel padat

di dalam proses cracking pada fluidized bed.

Tidak mempunyai fleksibilitas terhadap perubahan panas.

Rancang-Bangun kompleks  sehingga biaya mahal

Jarang digunakan di (dalam) laboratorium

Alasan pemilihan reaktor fluidized bed:

Partikel fluidized sangat kecil

Konsentrasi intra partikel dan gradien temperaturnya diabaikan

Ketika terjadi regenerasi katalis dan reaksinya memiliki efek panas yang

tinggi. Biasanya diameter reaktor 10-30 ft.

Reaktor dimana katalisnya terangkat oleh aliran gas  reaktan.

Operasinya isotermal.

Perbedaan fluidized bed dengan Fixed bed:

Pada fluidized bed jumlah  katalis lebih sedikit dan katalis bergerak sesuai

kecepatan aliran gas yang masuk serta memberikan luas  permukaan yang lebih

besar.   

2.4 Reaktor Nuklir

Reaktor atom atau biasa disebut reaktor nuklir adalah tempat terjadinya reaksi

berantai yang menyangkut reaksi fisi yang terkendali. Sebuah reaktor merupakan

sumber energi yang efisien. Reaksi fisi 1 gram nuklida per hari akan

menimbulkan energi sebesar 1 MW (106 W), ini sebanding dengan pembakaran

batu bara sebanyak 2,6 ton perhari agar menghasilkan energi sebesar itu. Energi

yang dilepaskan dalam suatu reaktor nuklir timbul sebagai energi kalor dan dapat

diambil dengan mengalirkan zat cair atau gas untuk pendingin, melalui bagian

dalam reaktor.

20

Selanjutnya energi tersebut

ditransfer keluar reaktor

dengan

pendingin sekunder yang akan

mengubah energi kalor

menjadi energi uap yang dapat

digunakan untuk Gambar 2.11 Reaktor Nuklir

menggerakkan turbin yang akan

menggerakkan dinamo/generator, sehingga akan diperoleh energi listrik. Enrico

Fermi adalah orang pertama yang berhasil mendirikan reaktor nuklir di universitas

Chicago yang berhasil dijalankan dalam bulan Desember 1942. Sebagai bahan

bakar reaktor tersebut adalah uranium-235.

2.4.1 Desain Reaktor

Usaha mendisain reaktor nuklir adalah untuk membuat suatu instalasi sesuai

dengan tujuannya dengan pembiayaan serta hasil yang seoptimal mungkin. Pada

umumnya dikehendaki agar reaktor daya mencapai efisiensi teknik yang sebesar-

besarnya. Akan tetapi perlu diinsafi pula bahwa dalam reaktor terdapat bahan dan

material yang relatif sangat mahal, misalnya bahan bakar, moderator, dan berbagai

sistem keamanan, sehingga yang diusahakan oleh pendisain adalah untuk

mencapai efisiensi material yang sebesarnya, yang berarti bahwa yang diinginkan

adalah memperoleh energi listrik yang sebesarnya dari tiap unit sistem/material

yang mahal itu. Lain dari pada itu diinginkan pula agar sistem reaktor mencapai

ekonomi neutron yang sebaik-baiknya, yang berarti bahwa neutron yang

dibangkitkan dalam teras reaktor sebanyak-banyaknya menghasilkan pembelahan

atom uranium dan kalor (dalam keadaan terkendali) dengan mengurangi

penyerapan neutron oleh bahan dan material lainnya dalam bejana reaktor.

21

2.4.2 Komponen Dasar Reaktor Nuklir

Gambar 2.12 Komponen Dasar Reaktor Nuklir

Keterangan gambar:

1. Bahan bakar

2. Teras reaktor

3. Moderator

4. Batang kendali

5. Pompa pemindah

6. Generator uap

7. Shielding (perisai)

Berikut ini beberapa komponen dasar reaktor nuklir.

1. Bahan bakar reaktor nuklir merupakan bahan yang akan menyebabkan suatu

reaksi fisi berantai berlangsung sendiri, sebagai sumber energi nuklir. Isotop

fisi adalah uranium-235, uranium-233, plutonium-239. Uranium-235 terdapat

di alam (dengan perbandingan 1 : 40 pada uranium alam), dan yang lainnya

harus dihasilkan secara buatan.

2. Teras reaktor, di dalamnya terdapat elemen bahan bakar yang membungkus

bahan bakar.

3. Moderator adalah komponen reaktor yang berfungsi untuk menurunkan

energi neutron cepat (+ 2 MeV) menjadi komponen reaktor normal (+ 0,02 –

0,04 eV) agar dapat bereaksi dengan bahan bakar nuklir. Selain itu, moderator

juga berfungsi sebagai pendingin primer. Persyaratan yang diperlukan untuk

22

bahan moderator yang baik adalah dapat menghilangkan sebagian besar

energi neutron cepat tersebut dalam setiap tumbukan dan memiliki

kemampuan yang kecil untuk menyerap neutron, serta memiliki kemampuan

yang besar untuk menghamburkan neutron. Bahan-bahan yang digunakan

sebagai moderator, antara lain air ringan (H2O), air berat (D2O), grafit.

4. Setiap reaksi fisi menghasilkan neutron baru yang lebih banyak (2 – 3 neutron

baru), maka perlu diatur jumlah neutron yang bereaksi dengan bahan bakar.

Komponen reaktor yang berfungsi sebagai pengatur jumlah neutron yang

bereaksi dengan bahan bakar adalah batang kendali. Dalam reaktor dikenal

faktor pengali (k), yaitu perbandingan jumlah neutron yang dihasilkan setiap

siklus dengan jumlah neutron pada awal siklus untuk :

k = 1, operasi reaktor dalam keadaan kritis,

k > 1, operasi reaktor dalam keadaan super kritis,

k < 1, operasi reaktor dalam keadaan subkritis.

Bahan yang dipergunakan untuk batang kendali reaktor haruslah memiliki

kemampuan tinggi menyerap neutron. Bahan-bahan tersebut antara lain

kadmium (Cd), boron (B), atau haefnium (Hf ).

5. Perisai (shielding), berfungsi sebagai penahan radiasi hasil fisi bahan agar

tidak menyebar pada lingkungan.

6. Pemindah panas, berfungsi untuk memindahkan panas dari pendingin

primer ke pendingin sekunder dengan pompa pemindah panas. Pendingin

sekunder, dapat juga berfungsi sebagai generator uap (pembangkit uap)

yang selanjutnya dapat digunakan untuk menggerakkan generator listrik.

Reaksi inti atom dapat berlangsung sangat cepat dan dihasilkan energi yang

sangat besar. Dari energi reaksi inti atom ini manusia dapat memanfaatkan untuk

kesejahteraan manusia tetapi sebagian juga memanfaatkan sebagai alat pembunuh

massal, misalnya dibuatnya bom atom dan bom hidrogen sebagai senjata perang

pada abad modern ini. Dalam hal kesejahteraan manusia memanfaatkan reasi inti

menggunakan reaktor atom/nuklir untuk pembangkit listrik dan lainya.

23

2.4.3 Prinsip Kerja Reaktor Nuklir

Energi yang dihasilkan dalam reaksi fisi nuklir dapat dimanfaatkan untuk

keperluan yang berguna. Untuk itu, reaksi fisi harus berlangsung secara terkendali

di dalam sebuah reaktor nuklir. Sebuah reaktor nuklir paling tidak memiliki empat

komponen dasar, yaitu elemen bahan bakar, moderator neutron, batang kendali,

dan perisai beton.

Elemen bahan bakar menyediakan sumber inti atom yang akan mengalami

fusi nuklir. Bahan yang biasa digunakan sebagai bahan bakar adalah uranium U.

Elemen bahan bakar dapat berbentuk batang yang ditempatkan di dalam teras

reaktor.

Neutron-neutron yang dihasilkan dalam fisi uranium berada dalam kelajuan

yang cukup tinggi. Adapun, neutron yang memungkinkan terjadinya fisi nuklir

adalah neutron lambat sehingga diperlukan material yang dapat memperlambat

kelajuan neutron ini. Fungsi ini dijalankan oleh moderator neutron yang umumnya

berupa air. Jadi, di dalam teras reaktor terdapat air sebagai moderator yang

berfungsi memperlambat kelajuan neutron karena neutron akan kehilangan

sebagian energinya saat bertumbukan dengan molekul-molekul air.

Fungsi pengendalian jumlah neutron yang dapat menghasilkan fisi nuklir

dalam reaksi berantai dilakukan oleh batang-batang kendali. Agar reaksi berantai

yang terjadi terkendali dimana hanya satu neutron saja yang diserap untuk

memicu fisi nuklir berikutnya, digunakan bahan yang dapat menyerap neutron-

neutron di dalam teras reaktor. Bahan seperti boron atau kadmium sering

digunakan sebagai batang kendali karena efektif dalam menyerap neutron.

2.4.4 Jenis-jenis Reaktor Nuklir

a. Menurut kegunaannya, reaktor nuklir dapat dibedakan menjadi tiga, yaitu:

1. Reaktor produksi isotop

Reaktor produksi isotop yaitu reaktor yang menghasilkan radioisotop yang

banyak dipakai dalam bidang nuklir, kedokteran, biologi, industri, dan farmasi.

24

2. Reaktor daya

Reaktor daya yaitu reaktor yang dapat menghasilkan energi listrik. Reaktor

daya merupakan reaktor komersial yang menghasilkan energi listrik untuk dijual

misalnya PLTN (Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir)

3. Reaktor penelitian

Reaktor penelitian yaitu reaktor yang dipergunakan untuk penelitian di bidang

pertanian, peternakan, industri, kedokteran, sains, dan sebagainya.

b. Berdasarkan jenis pendinginnya, terdapat empat jenis reaktor, yaitu

1. Reaktor dengan pendingin gas, menggunakan grafit sebagai moderator,

2. Reaktor dengan pendingin air ringan, yang terdiri dari reaktor air bertekanan

atau pressurized water reaktor (PWR) dan reaktor air didih atau boiling water

reaktor (BWR),

3. Reaktor dengan pendingin air berat,

4. Reaktor dengan pendingin logam cair (Na).

2.4 Fluid-fluid Reaktor

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

1. Bubble tank.

Bubble tank adalah jenis reaktor kimia yang dapat digunakan untuk

mereaksikan bahan dalam keadaan banyak fasa. Reaktor jenis ini

menggunakan fluida (cairan atau gas) yang dialirkan melalui katalis padatan

(biasanya berbentuk butiran-butiran kecil) dengan kecepatan yang cukup

sehingga katalis akan terolak sedemikian rupa dan akhirnya katalis tersebut

dapat dianalogikan sebagai fluida juga.

2. Agitate tank

Agitate tank adalah digunakan untuk menyediakan reservoir penyimpanan

untuk batch campuran dari mixer kecepatan geser tinggi.

Tiga fungsi utama dari agitate tank :

Persamaan gelembung udara terjebak selama proses pencampuran.

25

Agitate bertindk sebagai reservoir penyimpanan untuk batch campuran

yang memungkinkan kelangsungan penyediaan dipertahankan untuk

pompa.

Agitate dari dayung khusus bebentuk menjaga campuran dalam

suspensi sebelum pemompaan.

3. Spray Tower

Spray tower adalah perangkat kontrol terutama digunakan untuk

pengkondisian gas (pendingin dan pelembab) atau untuk tahap pertama atau

penghapus partikel gas. Mereka juga digunakan di banyak gas cerombnong

desulfurisasi sistem untuk mngurangi penumpukan plugging dan skala oleh

polutan.

Spray tower terdiri dari chamber-chamber besar di mana phase gas mengalir

dan masuk serta kontak dengan likuid di dalam spray nozzles. Berikut ini

menunjukan aliran phase di dalam spray tower, likuid masuk dalam spray

dan jatuh karena gaya gravitasi, serta kontak secara counter curent dengan

aliran gas yang masuk.  Untuk ketinggian yang rendah, efisiensi ruang spray

kira-kira mendekati packed powder, tetapi untuk ketinggian yang melebihi 4

ft efisiensi spray turun dengan cepat. Sedangkan kemungkinan berlakunya

interfase aktif yang sangat besar dengan terjadinya sedikit penurunan, panda

prakteknya ditemukan ketidakmungkinan untuk mencegah hubungan ini,

dan selama permukaan interfase efektif berkurang dengan ketinggian, dan

spray tower tidak digunakan secara luas.

Spray nozzles didesain untuk aliran likuid yang mempunyai bilangan

presure drop besar maupun kecil, untuk aliran likuid yang mempunyai flow

rate yang kecil, maka cross area kontaknya harus besar. Laju aliran yang

mempunyai drop fals menentukan waktu kontak dan sirkulasinya. Disertai

dengan influensasi mass transfer antara  dua phase dan harus kontak terus-

menerus. Hambatan pada transfer yaitu pada phase gas dikurangi dengan

gerakan swirling dari falling likuid droplets. Spray tower digunakan untuk

26

transfer massa  larutan  gas yang tinggi dimana  dikontrol laju  perpindahan

masa secara normal pada phase gas.

Tipe dari  kolom absorber memiliki klasifikasi dan pemakaian yang

berbeda-beda pada operasinya. Hal ini harus dipahami secara seksama agar

kita dapat lebih memahami lagi sistem absober jenis ini

Persyaratan pokok yang diperlukan untuk isian menara ialah:

1. Harus  tidak bereaksi kimia dengan fluida di dalam menara

2. Harus kuat, tetapi tidak terlalu berat.

3. Harus mengandung cukup banyak laluan untuk kedua arus tanpa terlalu

banyak zat cair yang terperangkap atau menyebabkan penurunan tekanan

terlalu tinggi.

4. Harus memungkinkan terjadinya kontak yang memuaskan antara zat cair

dengan gas.

5. Harus tidak terlalu mahal.

27

BAB III

KESIMPULAN

1. Reaktor adalah satu alat proses tempat terjadinya suatu reaksi

berlangsung, baik itu reaksi kimia maupun nuklir.

2. Reaktor terbagi menjadi 2 jenis, yaitu reaktor kimia dan reaktor nuklir

yang terbagi kembali berdasarkan beberapa faktor seperti bentuknya,

prosesnya, reaksi yang terjadi, dan lain-lain.

3. Fluid-fluid reaktor terbagi menjadi 3, yaitu bubble tank, agitated tank,

dan spray tower.

28