ALAT INDUSTRI KIMIA

REAKTOROleh :

1. Matrika Agung P. ( 08.2010.1.01454 )

2. Yunanda Prima P. ( 08.2010.1.01476 )

3. Dwi Sari P. ( 08.2010.1.01482 )

4. Mahmudah Toharoh ( 08.2010.1.01483 )

5. Siti Zulfah ( 08.2010.1.01486 )

JURUSAN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI ADHI TAMA SURABAYA

2013

Reaktor adalah suatu alat proses tempat di mana terjadinya suatu reaksi berlangsung,

baik itu reaksi kimia atau nuklir dan bukan secara fisika.

Reaktor terbagi menjadi 2 yaitu :

1. Reaktor kimia, tidak ada perubahan massa selama reaksi dan hanya berubah dari satu

bahan ke bahan lain.

2. Reaktor nuklir, ada perubahan massa yang berubah jadi energi yang sangat besar.

1. Reaktor Kimia

Reaktor kimia berdasarkan prosesnya ada 3 yaitu :

1. Reaktor Batch, tidak ada massa masuk dan keluar selama reaksi. Jadi bahan

dimasukkan, direaksikan beberapa waktu / hari (residence time) dan dikeluarkan

sebagai produk dan selama proses tidak ada umpan-produk mengalir. Contoh :

fermentasi pembuatan alkohol.

Batch Reactor

Umumnya digunakan :

Fase cair

Skala proses yang kecil

Mencoba proses baru yang belum sepenuhnya dikembangkan

Memproduksi produk yang mahal

Proses-proses yang sulit diubah menjadi proses kontinyu

Jika bahan atau hasilnya perlu pembersihan

Proses memerlukan waktu lama

Keuntungannya :

Lebih murah

Lebih mudah pengoperasian dan pengontrolan (penambahan bahan per volume)

Kerugiannya :

Pengendalian suhu bermasalah

Lebih banyak pekerja, karena diperlukan utk pengawasan kondisi & prosedur yg

berubah terus dari awal sampai akhir

Tidak baik utk fase gas, karena rentan bocor pada masukan pengaduknya

Tidak efektif utk skala besar karena waktu yang lama (tidak produktif)

2. Reaktor Kontinyu, proses umpan dan produk mengalir secara terus-menerus.

Keuntungannya :

Alat lebih kecil dan murah

Bahan yg diolah lebih sedikit shg resiko kerusakan bahan lebih kecil

Kondisi operasi lebih seragam

Produk seragam

Pengurangan biaya per satuan produksi, karena proses dalam kapasitas kecil2

Biaya operasi & investasi rendah

Pengendalian kondisi operasi yang mudah

Ada 2 reaktor kontinyu :

1. Mixed Flow Reactor (MFR), reaktor tangki berpengaduk dimana umpan

masuk, diproses beberapa waktu (residence time) lalu produk keluar. Biasanya

reaktor jenis ini disusun paralel sehingga mempunyai kapasitas yang besar dan

efisien waktu.

MFR

Keuntungannya :

Suhu & campuran dalam reaktor sama (homogen) karena pengadukan

Pengontrolan suhu mudah sehingga kondisi operasi yang isotermal bisa terpenuhi

Kerugiannya :

Untuk volume yg sama konversi lebih rendah daripada PFR 

2. Plug Flow Reactor (PFR), reaktor alir pipa, dimana umpan masuk pada

masukan pipa, terjadi reaksi sepanjang pipa lalu keluar. Konversi semakin

lama semakin tinggi di sepanjang pipa. Contoh petrokimia, pertamina

PFR

Umumnya digunakan :

Fase gas dengan tekanan dan suhu tinggi

Keuntungannya :

Konversi yg cukup tinggi dibanding MFR

Waktu yg relatif lebih singkat

Kerugiannya :

Perawatan yang mahal

Memerlukan waktu utk kondisi steady state

3. Reaktor semi-batch

Macam-macam reaktor lainnya adalah :

1. Packed Bed Reactor (PBR) atau Fixed Bed Reactor

Terdri dari satu atau lebih tubes packed dengan partikel katalis, beroperasi pada posisi

vertikal

Beroperasi adiabatis

Keuntungannya :

Biaya operasi dan perawatan murah dibanding FBR

Bisa digunakan di suhu dan tekanan tinggi

Bisa dioperasikan dengan waktu tinggal yang bervariasi

Kerugiannya :

Sulit dalam penjagaan distribusi aliran yg seragam

Bed yg kecil lebih efektif karena internal area yang besar tapi pressure drop tinggi

Regenerasi bed sulit dilakukan karena cenderung permanen

2. Fluidized Bed Reactor (FBR)

Reaktor dg bed terangkat oleh gas reaktan

Fungsi utk memprediksikan penurunan konversi pada pencampuran di dalam reaktor

Jumlah bed lebih sedikit daripada PBR

Luas permukaan lebih besar daripada PBR

Beroperasi isotermal

Keuntungannya :

Suhu konstan shg mudah dikontrol

Regenerasi bed yg mudah

Reaksinya memiliki efek panas yang tinggi

Kekurangannya :

Bisa menyebabkan keausan dinding reaktor karena gerakan bed yg terus-menerus

bergesekan dg dinding

Karena bergerak terus-menerus dan antar bed bergesekan, bisa menyebabkan partikel

bed mengecil dan terikut keluar sbg produk. Sehingga perlu ditambahkan cyclone

separator.

3. Spray Tower

Spray Tower

Alat yang digunakan utk absorbsi gas, terdiri dari tower kosong dan satu set nozzle utk

menyemprotkan cairan.

4. Packed Column

5. Bubble Tank

Bubble Tank

6. Agitated Tank

Agitated Tank

2.Reaktor Nuklir

Reaktor nuklir adalah suatu tempat atau perangkat yang digunakan untuk membuat,

mengatur, dan menjaga kesinambungan reaksi nuklir berantai pada laju yang tetap. Berbeda

dengan bom nuklir, yang reaksi berantainya terjadi pada orde pecahan detik dan tidak

terkontrol.

Reaktor nuklir digunakan untuk banyak tujuan. Saat ini, reaktor nuklir paling banyak

digunakan untuk membangkitkan listrik. Reaktor penelitian digunakan untuk

pembuatan radioisotop (isotop radioaktif) dan untuk penelitian. Awalnya, reaktor nuklir

pertama digunakan untuk memproduksiplutonium sebagai bahan senjata nuklir.

Agar dapat di manfaatkan sebagai sumber energy, reaksi inti hasus di kendalikan.

Pengendalian reaksi inti dapat di lakukan dalam sebuah reactor nuklir.

Komponen Utama Reaktor Nuklir :

1. Tangki reaktor

Tangki ini bisa berupa tabung (silinder) atau bola yang dibuat dari logam campuran dengan

ketebalan sekitar 25 cm. fungsi dari tangki adalah sebagai wadah untuk menempatkan

komponen-komponen reaktor lainnya dan sebagai tempat berlangsungnya reaksi nuklir.

Tangki yang berdinding tebal ini juga berfungsi sebagai penahan radiasi agar tidak keluar

dari sistem reaktor.

2. Teras reaktor

Komponen reaktor yang berfungsi sebagai tempat untuk bahan bakar. Teras reaktor dibuat

berlubang (kolom) untuk menempatkan bahan bakar reaktor yang berbentuk batang. Teras

reaktor dibuat dari logam yang tahan panas dan tahan korosi.

3. Bahan bakar nuklir

Bahan bakar adalah komponen utama yang memegang peranan penting untuk

berlangsungnya reaksi nuklir. Bahan bakar dibuat dari isotop alam seperti Uranium, Thorium

yang mempunyai sifat dapat membelah apabila bereaksi dengan neutron.

4. Bahan pendingin

Dapat dipergunakan bahan pendingin untuk pertukaran panasnya. Bahan pendingin ini bisa

digunakan air atau gas.

5. Elemen kendali

Reaksi nuklir bisa tidak terkendali apabila partikel-partikel neutron yang dihasilkan dari

reaksi sebelumnya sebagian tidak ditangkap atau diserap. Untuk mengendalikan reaksi ini,

reaktor dilengkapi dengan elemen kendali yang dibuat dari bahan yang dapat menangkap atau

menyerap neutron. Elemen kendali juga berfungsi untuk menghentikan operasi reaktor (shut

down) sewaktu-waktu apabila terjadi kecelakaan.

6. Moderator

Fungsi dari moderator adalah untuk memperlambat laju neutron cepat (moderasi) yang

dihasilkan dari reaksi inti hingga mencapai kecepatan neutron thermal untuk memperbesar

kemungkinan terjadinya reaksi nuklir selanjutnya (reaksi berantai). Bahan yang digunakan

untuk moderator adalah air atau grafit.

1. Reaktor fisi

Secara singkat Reaksi fisi adalah reaksi terbelahnya inti berat menjadi dua inti baru

akibat di tembak menggunakan neutron. Reaksi berantai dapat menghasilkan energy yang

sangat besar. Jika energy ini tidak di kendalikan, akan terjasi ledakan yang dapat

membahayakan kehidupan. Reaktor fisi di buat untuk mengendalikan reaksi berantai agar

energinya dapat di manfaatkan.

Reaktor fisi pertama kali di buat oleh Fermi pada tahun 1942 di universitas Chicago.

Reaktor ini tersusun dari uranium (sebagai bahan bakar) dan grafit (sebagair moderator) pada

sebuah tendon. Moderator akan memperlambat neutron yang di hasilkan pada reaksi fisi agar

lebih mudah di tangkap oleh inti uranium lain serta menghasilkan reaksi fisi berikutnya.

Kecepatan reaksi di atur menggunakan bang-batang pengontrol yang terbuat dari material

(misalnya cadmium) yang dapat menyerap neutron secara efisien. Posisi batang-batang

pengontrol dapat di geser mendekati atau menjauhi timbunan bahan bakar(uranium) tempat

reaksi fisi berlangsung untuk mengatur populasi neutron pada reaksi berantai. Keadaan di

mana secara rata-rata hanya ada sebuah neutron hasil reaksi fisi yang memicu reaksi fisi

berikutnya di sebut kondisi kritis reaktor.

Reaktor fisi yang menghasilkan energy untuk di manfaatkan secar praktis/komersial

di operasikan mendekati kondisi kritisnya dengan mengatur batang-batang pengontrol secara

kontinu. Reaktor pertama Fermi yang di buat untuk menguji prinsip dasar reaksi fisi hanya

menghasilkan daya sekitaar 0.5 watt ketikas di operasikan mendekati kondisis kritisnya. Daya

sekecil itu hanya cukup untuk menghidupkan sebuah bola lampu senter. Bendingkan dengan

reaktor nuklir modern yang mampu menghasilkan daya sekitar 1000 megawatt, cukup untuk

menerangi sebuah kota.

2. Reaktor fusi

Reaksi fusi adalah reaksi yang melibatkan proses penggabungan 2 inti ringan menjadi

sebuah inti yang lebih berat. Massa inti hasil gabungan ini lebih kecil daripada total massa

pembentuknya. Reaksi fusi dapat berlangsung di matahari dan bintang-bintang lain yang

merupakan reaktor alam. Di bumi, reaksi fusi dapat berlangsung dalam ledakan sebuah bom

atom (bom fisi), dimana suhu pada bom atom yang meledak di perkirakan mencapai 4-5 kali

suhu di inti matahari. Tentu saja energy dari  bom ini tidak dapat di manfaatkan, justru

sebaliknya, sangat membahayakan.

Masalah utama dalam pengendalian reaksi fusi adalah di perlukannya suhu yang

sangat tinggi (jutaan kelvin) agar reaksi ini dapat berlangsung. Tidak ada tempat di bumi ini

yang memeliki suhu setinggi itu, dan hingga kini untuk menghasilkan sushu setinggi itu

memerlukna biaya yang sangat mahal. Hal ini tidak sebanding dengan hasil yang didapat

sehingga reaktor fusi komersial hingga sekarang belum berhasil di buat.

Para ilmuwan hingga kini terus melakukan riset untuk membuat reaktor fusi. Reaktor fusi

percobaan berbentuk seperti kue donat dan di namakan tokamak. Dalam tokamak, suhu tinggi

di peroleh menggunakan teknik resonansi  magnetic dan kompressi magnetic pada plasma.

Akan tetapi, energy yang di hasilkan dari reaksi fusi dalam tokamak itu masih jauh lebih kecil

di bandingkan dengan energy yang di berikan untuk memanaskan plasma sehingga tidak

menguntungkan.

Seandainya reaktor fusi komersial berhasil di buat, manfaatnya akan sangat besar

sekali. Sebuah pembangkit listrik tenaga nuklir yang memanfaatkan reaksi fusi  merupakan

impian kita bersama.perlu di ketahui bahwa reaksi fusi hampir tidak menghasilkan zat-zat

berbahaya seperti halnya reaksi fisi. Selain itu, bahan bakar untuk reaksi fusi (yaitu

hydrogen) juga mudah di dapat dan berlimpah, tidak seperti bahan bakar reaksi fisi (misalnya

uranium) yang sulit di dapat.

Senjata nuklir adalah senjata yang mendapat tenaga dari reaksi nuklir dan mempunyai

daya pemusnah yang dahsyat – sebuah bom nuklir mampu memusnahkan sebuah kota.

Senjata nuklir telah digunakan hanya dua kali dalam pertempuran – semasa Perang Dunia

II oleh Amerika Serikat terhadap kota-kota Jepang, Hiroshima dan Nagasaki.Pada masa itu

daya ledak bom nuklir yg dijatuhkan di Hiroshima dan Nagasaki sebesar 20 kilo(ribuan) ton

TNT. Sedangkan bom nuklir sekarang ini berdaya ledak lebih dari 70 mega(jutaan) ton TNT.

3. Bom fisi

Salah satu bentuk pemanfaatan kemajuan teknologi untuk tujuan merusak adalah

pembuatan bom atom atau bom nuklir. Reaksi inti menghasilkan energy yang sangat besar

dan sebuah bom yang memanfaatkan reaksi inti tentu saja memiliki daya penghancur yang

sangat besar pula.

Jika reaksi fisi berantai terjadi pada segumpal uranium-235 murni kira-kira seukuran

bola baseball, ledakan yang hebat akan terjadi. Jika reaksi berantai tersebut terjadi uranium-

235 murni dengan massa yang lebih kecil, bagaimanapun juga tidak akan ada ledakan yang

terjadi. Hal ini karena neutron yang di hasilkan dari sebuah reaksi fisi akan lebih dulu

menempuh jarak tertentu sebelum dapat menumbuk inti atom lain untuk memicu reaksi fisi

berikutnya. Jika massa uranium terlalu kecil (berarti juga terlalu kecil volume/ukurannya),

neutron tadi akan lebih dulu keluar dari permukaan potongan uranium sebelum dapat

menumbuk inti uranium lain. Dalam kondisi ini, rata-rata kurang dari satu neutron hasil

reaksi fisi yang dapat memicu reaksi fisi berikutnya sebagai reaksi berantai ini akan segera

berakhir (padam).

Massa (dalam hal ini massa uranium-235) dimana tiap reaksi fisi rata-rata

menimbulkan sebuah reaksi fisi  berikutnya di sebut massa kritis (ingat kembali kondisi kritis

pada reaktor fisi). Massa ini cukup untuk menghasilkan reaksi berantai tetapi akan segera

berhenti. Massa di mana reaksi berantai hanya sedikit terjadi dan segera berhenti di sebut

‘massa subkritis’.

Sebuah bom fisi yang terdiri atas dua potongan uranium-235 yang keduanya memiliki

massa subkritis, neutron di dalamnya akan selalu lebih dulu keluar (lepas) dari permukaan

sebelum dapat menumbuk inti sehingga tak dapat menimbulkan reaksi berantai.akan tetapi,

jika salah satu potngan uranium yang di picu oleh energy ledakan pada salah satu ujung

menabrak potongan uranium di ujung lain, kedua potongan uranium akan menyatu dan

massanya akan melebihi massa kritis, dan dengan pengaturan waktu yang tepat akan terjadi

ledakan yang sangat dahsyat akibat reaksi berantai.

Bom fisi uranium-235 yang di jatuhkan di Hiroshima dan menimbulkan kerusakan

yang mengerikan pada tahun 1945 di perkirakan hanya seukuran bola bowling (setelah di

rakit). Isotop uranium-235 yang di gunkan tersebut bukanlah isotop alami, malinkan di

dapatkan dari pemrosesan uranium-238 yang di lakukan pada proyek rahasia ‘manhattan

project’ saat terjadi perang dunia ke 2.

4. Bom fusi

Energy  hasil fusi sebuah atom hydrogen lebih kecil daripada energy fisi sebuah atom

uranium. Namun, 1 gram hydrogen menghasilkan energy beberapa kali lebih besar daripada

energy satu gram uranium pada reaksi fisi. Hal ini karena jumlah atom hydrogen jauh lebih

banyak daripada jumlah atom uranium untuk massa yang sama (ingatlah bilangan Avogadro).

Unsur yang lebih berrat daripada hydrogen dan lebih ringan dari pada besi akan

menghasilkan energy bila bergabung (berfusi). Akan tetapi, energy hasil fusi unsur-unsur

tersebut jauh lebih kecil daripada energy hasil fusi hydrogen. Jadi, hydrogen (terutama dalam

bentuk deuterium) merupakan pilihan utama sebagai bahan bakar reaksi fusi.

Seperti kita ketahui, reaksi fusi berlangsung pada suhu yang sangat tinggi seperti pada

inti matahari atau pada ledakan bom atom (bom fisi). Manusia belum dapat mengendalikan

reaksi fusi untuk di manfaatkan bagi kehidupan, tetapi sudah mampu menggunakan reaksi

fusi yang tak terkendali untuk membuat alat penghancur berupa bom.

Bom fusi atau bom termonuklir menggunakan hydrogen sebagai bahan bakarnya

sehingga sering juga di sebut bom hydrogen. Suhu sangat tinggi yang di butuhkan untuk

berlangsungnya reaksi fusi pada bom hydrogen ini di peroleh dari ledakan bom fisi. Jadi,

dalam sebuah bom fusi terdapat pemicu berupa bom fisi. kita dapat membayangkan betapa

mengerikannya daya hancur bom fusi tersebut.