pap reaktor kel 5

PERANCANGAN ALAT PROSES“REAKTOR”

JURUSAN TEKNI KIMIA S1UNIVERSITAS RIAU

KELAS : BKELOMPOK : 51. FERI WIBOWO2. FITRI AFRIANI3. INGET YESTER YUNANDA4. NIRMALA SARI5. YULIATI EKA PUTRI

Reaktor adalah suatu alat proses tempat di mana terjadinya suatu reaksi berlangsung, baik itu reaksi kimia atau nuklir dan bukan secara fisika.

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, dll.

Reaktor

Reaktor

2 Pertanyaan penting yang harus dijawab dalam design reaktor :1. Tipe reaktor apa yang akan kita gunakan dan

bagaimana metode operasinya.2. Kondisi fisik dari reaktan yang masuk ke dalam

reaktor.

Prinsip design reaktor:1. The overall size of the reactor2. The ecxact composition and physical condition

of the product emerging from the reactor3. The temperature4. The operating pressure and pressure drop

associated with the flow of the reaction mixture.

Reaktor

1. Reaksi kimiaReaksi kimia adalah interaksi antara suatu molekul sejenis atau tidak sejenis yang membentuk satu atau lebih melekul yang berbeda sifat fisis dan kimianya.Misalnya :A →B2A → B+ C, dst.

2. KonversiKonversi adalah sebuah istilah yang digunakan untuk menunjuk atau mengukur sejumlah massa yang bereaksi. Jadi Konversi dapat didifinisikan : Sejumlah massa yang bereaksi terhadap massa mula-mula.

ReaktorREAKTOR BATCH :

REAKTOR CSTR :

REAKTOR PLUG FLOW :

Membuat perancangan reaktor

Menghitung volume reaktor

Memilih tipe reaktor dan menentukan kondisi operasi

Menghitung:Reaktor batch, RATB, RAP untuk reaktor tunggul dan reaktor seri.

Menghitung berbagai tipe reaktor homogen

Menghitung: reaktor fixed bed, reaktor fluidize bed, reaktor moving bedreaktor slurry, reaktor

gelembung

Menghitung berbagai tipe reaktor heterogen.

Menjelaskan dasar-dasar perancangan reaktor untuk reaksi-reaksi homogen dan

heterogen.

Definisi: kecepatan reaksi, konversi, dan

panas reaksi.

Reaktor

Reaktor

1. Mengumpulkan data sifat fisis dan bahan kimia

2. Memprediksi data perancangan yang tak tersedia

3. Menyusun persamaan matematis untuk perhitungan dimensi

4. Merancang mechanical design .

Adapun metoda merancang reaktor memiliki tahap-tahap sebagai berikut:

Reaktor

Dalam perancangan reaktor ini, ada beberapa jenis bentuk teknis peralatan yang dapat digunakan, yaitu:

1. Dapat berupa satu pipa2. Dapat berupa banyak pipa dalam

shell (shell & tube)3. Dengan pendinginan atau

pemanasan secara external terhadap pipa

4. Pada pemanasan suhu tinggi maka pipa dimasukkan dalam furnace

Batch ReaktorBatch Reactor adalah tempat terjadinya suatu reaksi kimia tunggal, yaitu reaksi yang berlangsung dengan hanya satu persamaan laju reaksi yang berpasangan dengan persamaan kesetimbangan dan stoikiometri.

Reaktor jenis ini biasanya sangat cocok digunakan untuk produksi berkapasitas kecil misalnya dalam proses pelarutan padatan, pencampuran produk, reaksi kimia, Batch distillation, kristalisasi, ekstraksi caircair, polimerisasi, farmasi dan fermentasi.

Misalkan : A + B→ PNeraca massa untuk komponen A adalah :• A masuk = A keluar + A terakumulasi + A yang bereaksi• FAi = FAC + (dNA/dt) + (-rA)(V)• FAi = FAo = 0, karena tidak ada reaktan yang masuk atau keluar

Batch Reaktor

Kelebihan :1. Ongkos atau harga instrumentasi

rendah.2. Penggunaannya fleksibel, artinya

dapat dihentikan secara mudah dan cepat kapan saja diinginkan.

3. Penggunaan yang multifungsi.4. Reaktor ini dapat digunakan

untuk reaksi yang menggunakan campuran kuat dan beracun.

5. Mudah dibersihkan.6. Dapat menangani reaksi dalam

fase gas, cair dan cair-padat.

Kelemahan1. Biaya buruh dan handling tinggi.2. Kadang-kadang waktu shut

downnya besar, yaitu waktu untuk mengosongkan, membersihkan dan mengisi kembali.

3. Pengendalian kualitas dari produk jelek atau susah.

4. Skala produksi yang kecil.

Continuous Stirred-Tank Reactor

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

Prinsip Kerja1. satu atau lebih reagen fluida dimasukkan pada tangki sebuah

reaktor yang dilengkapi dengan kipas atau impeller2. impeller mengaduk cairan untuk memastikan cairan tersebut

tercampur rata3. ada waktu suatu cairan berada di dalam tabung tersebut

sebelum keluar


Beberapa aspek penting dalam CSTR :1. Dalam keadaan tetap, fluida yang masuk

harus sama dengan fluida yang keluar2. Semua kalkulasi yang dilakukan CSTR

diasumsikan sebagai pencampuran sempurna

3. Untuk mendapatkan hasil yang lebih banyak dalam waktu yang sama, dapat dilakukan dengan memparalelkan CSTR ini

Contoh Reaktor CSTR :1. SPM-2100 Continuous Stirred Tank Reactor

(CSTR) dapat digunakan untuk mereaksikan 2

macam gas. Reaksinya dapat terjadi dalam

keadaan endoterm maupun eksoterm.

Contohnya : reaksi antara etilen (reaktan A)

dengan benzena (reaktan B) yang terjadi dalam

keadaan eksoterm, untuk memproduksi

etilbenzena (produk C), bahan kimia yang

digunakana dalam pembuatan monomer stirena.

2. Reaktan A dan B dimasukkan ke dalam CSTR

agar kedua reaktan tersebut tercampur dengan

sempurna menggunakan pemutar bermotor

(motorized agitator).



Pada CSTR di samping yang terjadi adalah reaksi tunggal dalam keadaan eksoterm yang tidak dapat balik (irreversible). dapat dilihat bahwa aliran fluida dimasukkan secara terus-menerus ke dalam reactor dan aliran fluida lainnya dikeluarkan terus-menerus dari reactor. Sejak reactor tersebut menggabungkan dengan sempurna, aliran keluar memiliki konsentrasi dan temperatur yang sama dengan fluida dalam reaktor. Menyadari bahwa lapisan disekitar reaktor juga masuk dan keluar aliran-aliran, pelapis diasumsikan bergabung dengan sempurna dan pada temperatur yang lebih rendah dari reaktor. Energi lalu melewati dinding reaktor menuju pelapis, memindahkan panas yang dihasilkan oleh reaksi.

Contoh Reaktor CSTR dengan cooling jacket :

Keuntungan :1. Operasi dalam keadaan tetap

menyebabkan peralatan produk lebih stabil

2. Penggunaan energi yang kualitasnya meningkat

3. Produktivitas yang lebih tinggi dalam reduksi pada periode tidak aktif(pengisian, pemanasan, pendinginan, dan pengosongan).

4. Campuran lebih rata karena penggunaan teknik pengadukan (stiring)

Kerugian :1. Rata-rata reaksi volumetrik yang lebih rendah

akan menghasilkan produktivitas rendah.2. Tidak sesuai untuk keseluruhan emulsi proses

polimerisasi pada tahap pertama penggunaan CSTR

3. Timbul endapan di dasar akibat gaya sentrifugal CSTR

4. Tidak dapat merubah grade dari RTD profile sesering mungkin karena dapat mengurangi fleksibilitas reaktor

5. Biaya tinggi, semakin besar CSTR yang digunakan atau semakin banyak CSTR kecil yang digunakan semakin besar biaya yang dikeluarkan

6. Waktu menunggu (proses) yang lebih lama


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.

PFR biasa digunakan untuk mempelajari beberapa proses penting seperti reaksi termal dan reaksi kimia plasma dalam aliran gas yang cepat serta daerah katalisis. Dalam beberapa kasus, hasil yang didapat tidak hanya membantu kita dalam memahami karakteristik proses-proses kimia, tetapi juga dapat memberikan kita pengertian praktis dari proses-proses kimia yang penting

PLUG FLOW REACTOR

Keuntungan :1. Tingkat perubahannnya

besar dalam setiap volumenya

2. Bekerja dalam periode waktu yang cukup lama tanpa tenaga kerja sehingga upah produksi rendah

3. Perpindahan kalornya baik sekali

4. Operasinya terus-menerus

Kerugian :1. Sulit mengontrol

temperaturnya2. Tingginya temperature

yang tidak diinginkan dapat terjadi

3. Proses pemberhentian dan pembersihannya mahal

PLUG FLOW REACTOR

Reaktor Plug Flow biasanya 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.

REAKTOR HETEROGEN

Fluidize Bed Reactor : Fixed Bed Reactor :

Trickle Bed Reactor : Slurry Reactor :

STUDI KASUS DESIGN REAKTOR

Diinginkan untuk menghasilkan 200 juta pon per tahun etilen glikol. Reaktor itu dioperasikan pada kondisi isotermal. Konsentrasi etilen oksida yang diumpankan adalah 1 mol/ft3 , dan juga air diumpankan ke reaktor bersama dengan 0,9% berat katalis H2SO4. Jika konversi 80%

akan dicapai, maka design lah reaktor tersebut. Diketahui persamaan reaksi sebagai berikut dengan k=0,311min-1.

Rancangan CSTR untuk memproduksi 200 juta pon per tahun etilen glikol

Maka volum reaktor :



untuk kapasitas tangki >500 galon, maka safety factor yang digunakan adalah 10% [Bassel,1990].

maka volume reaktor, V = 1,1 x 5,6 m3 = 6,16 m3

Volum reaktor = volum silinder + (2 x volum tutup)Diasumsikan perbandingan Hs/Dt = 1,5Volum silinder = /4 x D𝝅 t x Hs

Volum silinder = /4 x D𝝅 t x 1,5 Dt

Volum tutup toripherical = 0,0847 Dt3....(Brownell dan Young, 1959)

Volum reaktor = ( /4 x D𝝅 t x 1,5Dt) + (2 x 0,0847 Dt3)

6,16 m3 = 1,3469 D3

Diperoleh :Dt = 1,104 m = 43,478 inHs = 1,656 m = 65,2 in


Tebal dinding silinder (shell, ts) dan tutup reaktor (head, th)Bahan konstruksi reaktor : Loy Alloy SA-204 Grade CTegangan yang diizinkan : 18750 psiEfisiensi sambungan : 0,8 (double welded butt-joint)

=

OD = ID + (2 x ts)= 43,478 in + (2 x 0,1875 in)= 43,853 in (digunakan ukuran OD standar 48 in)

Tinggi tutup, OATinggi tutup reaktor dihitung dengan menggunakan rumus dari Brownell dan Young (1959). a = ID/2 = 47,625/2 = 23,8 in AB = a – icr = (23,8 – 3) in = 20,8125 in BC = r – icr = (48 – 3)in = 45 in AC =

=

= 39,89 in b = r – AC = 48 in – 39,89 in = 8,1 inDari tabel 5.6 Brownell untuk th 0,1875 in, maka sf = 2 inOA = th + b + sf

= 0,1875 in + 8,1 in + 2 in= 10,3 in


Tinggi total reaktor, Ht = Hs + (2 x OA)= 71,4375 in + (2 x 10,3) in = 92,0167 in = 7,668 ft

Perancangan Pengaduk (impeller)Perhitungan Pengadukdirencanakan menggunakan pengaduk tipe vertical blade turbine, serta tangki dilengkapi 4 baffle. bahn konstruksi Low Alloy SA 204 Grade C. konfigurasi design pengaduk ditentukan dari hubungan berikut:

dengan :D= diameter tangkid=diameter impellerW=lebar impellerL=panjang impellerE=jarak impeller dar dasar tangkiJ=lebar baffle


Perancangan NozzleDiameter nozzle pemasukanLaju alir volumetrik, qFaktor safety 10 %q = 1,1 x 15,34 ft3/min= 0,28 ft3/det

asumsi aliran turbulen, maka diamter pipa optimum adalah Di opt = 3,9 . q0,45 . ρ0,13 (Pers. 15 Peter Timmerhaus)Di opt = 3,9 . ( 0,28)0,45 . (67,808)0,13

Di opt = 3,805 in

Dari Q.Kern Tabel 11, dimensi pipa yang digunakan adalah :Nomonal Pipe Size : 4 inID : 4,026 inOD : 4,5 inDengan cara yang sama maka diperoleh diameter nozzle keluaran reaktor



ManholeManhole pada reaktor berguna untuk

memudahkan pembersihan dan perbaikan alat. Manhole yang digunakan adalah ukuran standar dengan spesifikasi sebagai berikut (Brownell dan Young, 1959) :

TERIMA KASIH

pap reaktor kel 5

Documents