PERALATAN INDUSTRI PROSES 2REAKTOR

DOSEN PENGAMPU : Ir. Mustain Zamhari, M.Si

Kelompok 3 :

Andari Yuta Palwa (0613 3040 0319)

Miranda Aristy (0613 3040 0323)

Nyayu Halimah Tussakdiah (0613 3040 0329)

Kelas : 3 KB

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

PALEMBANG

2014

BAB 1 PENDAHULUAN

1. Latar BelakangDalam industry kimia reactor memiliki peranan penting untuk kelangsungan reaksi yang

terjadi menjadi sebuah produk yang diinginkan. 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 fase misalnya dari air

menjadi uap yang merupakan reaksi fisika.Banyak jenis reactor yang berdasarkan pada

fungsi juga umpan yang digunakan atau berdasarkan kelangsungan reaksi yang terjadi

didalam reactor dan dibahas di bab berikutnya.

2. Rumusan Masalah

Adapun masalah yang akan dibahas di dalam makalah ini adalah pengertian dari reactor

sendiri juga berbagai jenis reactor berdasarkan bentuk, katalis, dan sebagainya

3. Tujuan

Untuk menambah wawasan pembaca tentanng industri kimia khususnya reactor.

BAB 2PEMBAHASAN

A. REAKTOR

2.1. Pengertian

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 fase misalnya dari air menjadi uap yang merupakan reaksi fisika.

Reaktor kimia merupakan suatu bejana tempat berlangsungnya reaksi kimia. Rancangan

dari reaktor ini tergantung dari banyak variabel yang dapat dipelajari di teknik kimia, yaitu :

Waktu tinggal

Volume (V)

Temperatur (T)

Tekanan (P)

Konsentrasi senyawa (C1, C2, C3, ...,Cn)

Koefisien perpindahan panas (h, U)

2.2. 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

2.3. 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 reactor untuk menyediakan luas permukaan yang cukup untuk perpindahan

panas.

2.4. Aksesoris Reaktor

Untuk mendukung agar reaktor dapat berfungsi maksimal dan aman terkendali, maka

diperlukan sistem pengendalian proses yang menggunakan beberapa alat tambahan.

Beberapa contoh dari aksesoris tersebut umumnya adalah :

1. Level Controller (LC), suatu alat yang menjaga agar volum (isi) reaktor tetap terjaga,

tidak kehabisan reaktan ataupun kelebihan yang dapat menyebabkan kenaikan tekanan.

Cara kerja dari alat ini adalah dengan terus mendeteksi ketinggian permukaan bahan

dalam reaktor, jika kurang dari toleransi yang diberikan (set point) maka kran keluaran

(output) akan mengecil sampai ketinggian mencapai tinggi yang telah di set. Sebaliknya

jika melebihi kran keluaran akan dibuka lebih lebar untuk mengurangi bahan dalam

reaktor.

2. Pressure Controller (PC), Suatu alat yang bertugas untuk menjaga agar tekanan dalam

reaktor masih berada pada kisaran yang ditetapkan. Biasanya diterapkan pada reaktor

yang memakai reaktan berfase gas. Cara kerjanya mirip dengan LC yaitu dengan

membuka dan menutup kran.

3. Temperature Controller (TC), suatu alat yang bertugas agar suhu di dalam reaktor

masih berada dalam kisaran suhu operasinya. TC juga bekerja dengan membuka dan

menutup kran, namun kran yang diintervensi adalah kran utilitas. Misalnya CSTR

berpemanas, jika suhu drop maka kran koil uap panas (steam) akan diperbesar sehingga

steam yang masuk akan lebih banyak yang akhirnya suplai panas pun bertambah dan

akhirnya suhu reaktor akan bertambah dan suhu reaktor pun dapat kembali ke suhu yang

normal. Sebaliknya jika suhu reaktor bertambah.

2.5. Jenis-Jenis Reaktor

Pada dasarnya secara umum terbagi atas beberapa bagian yakni :

A. Berdasarkan bentuknya

1. Reaktor Tangki (Tank Reactor)

2. Reaktor Pipa (Pipe Reactor)

B. Berdasarkan prosesnya

1. Reaktor Batch (Batch Reactor)

2. Reaktor Kontinyu Alir (Continue Flow Reactor)

C. Jenis reaktor berdasarkan keadaan operasinya

1. Reaktor Isotermal

2. Reaktor Adiabatis

D. Reaktor Gas dengan Katalis Padat

1. Packed/Fixed Bed Reactor (PBR)

2. Fluidizied Bed Reactor (FBR)

3. Slurry Reactor

4. Trickle Bed Reactor (TBR)

Berdasarkan Bentuk

I. Tank Reactor (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.

II. 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.

Berdasarkan Proses

I. Reaktot Batch

adalah tempat terjadinya suatu reaksi kimia tunggal, yaitu reaksi yang berlangsung

dengan hanya satu persamaan laju reaksi yang berpasangan dengan persamaan

kesetimbangan dan stoikiometri.

Beberapa ketetapan menggunakan reactor tipe Batch :

Selama reaksi berlangsung tidak terjadi perubahan temperature

Pengadukan dilakukan dengan sempurna,

konsentrasi di semua titik dalam reaktor adalah

sama atau homogen pada waktu yang sama Reaktor ideal

Mekanisme Kerja

Mekanisme kerja reator batch adalah sebagai berikut :

- Reaktan dimasukkan kedalam reaktor,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.

Penggunaan Batch Reactor

Reaktor jenis ini biasanya sangat cocok digunakan untuk produksi berkapasitas kecil

misalnya dalam proses pelarutan padatan, pencampuran produk, reaksi ,kristalisasi, ekstraksi

cair- Batch distillation kimia, cair, polimerisasi, farmasi dan fermentasi.

Konstruksi Reaktor Batch

Konstruksi Batch reactor bisa tersusun oleh sebuah tangki dengan pengaduk serta sistem

pendingin atau pemanas yang menyatu dengan reaktor. Tangki ini memiliki ukuran yang

bervariasi mulai dari < 1 L sampai > 15.000 L tergantung kebutuhan. Batch reactor biasanya

terbuat dari baja, stainless steel atau baja berlapis kaca.

Keuntungan reactor batch:

- Lebih murah dibanding reactor alir

- Lebih mudah pengoperasiannya

- Lebih mudah dikontrol

- Terjadi pengadukan sempurna sehingga konsentrasi disetiap titik dalam reaktor sama

pada waktu yang sama.

- Pada reaktor batch dengan volume berubah, maka perubahan volume dapat dianggap

linier terhadap konversi.

Kerugian reactor batch:

o Tidak begitu baik untuk reaksi fase gas (mudah terjadi kebocoran pada lubang

pengaduk)

o Waktu yang dibutuhkan lama, tidak produktif (untuk pengisian, pemanasan zat

pereaksi, pendinginan zat hasil, pembersihan reactor, waktu reaksi)

o Tidak dapat dijalankan pada proses-proses yang sulit,karena harus diubah menjadi

proses kontinue.

o Saat terjadi reaksi tidak ada reaktan yang masuk dan produk yang keluar

o Kurang baik untuk fase gas,karena reaktor akan bocor an banyak waktu yang

terbuang.

II. Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (Continuous Stirred Tank Reactor)

Reaktor alir tangki berpengaduk hampir sama  dengan reaktor batch tetapi umpan

dan produk mengalir secara kontinyu dan pada reaktor CSTR dilengkapi dengan alat

penambahan zat pereaksi dan pengambilan produk secara kontinyu.

RATB adalah salah satu reaktor ideal yang berbentuk tangki alir

berpengaduk .Atau suatu reaktor yang paling sederhana

terdiri dari suatu tangki untuk reaksi yang menyederhanakan

liquid. RATB sering disebut juga dengan Continuousn

stirred Tank Reaktor (CSTR) atau Mixed Flow Reaktor.

RATB digunakan untuk reaksi cair dan dijalankan secara

batch ,semi batch/ kontinyu. RATB sering atau biasa

digunakan untuk reaksi homogen (reaksi yang berlangsung

dalam satu fase saja).

Reaktor ini dipanaskan baik menggunakan sistim tertutup di dalam tangki atau jaket yang mengelilingi tangki. Pada tangki pencampur yang digunakan pada reaktor kimia, dua fluida atau lebih direaksikan bersama untuk menghasilkan suatu fluida yang berbeda dari fluida sebelumnya. Reaksi ini terjadi pada temperatur tertentu yang harus dipertahankan tetap besarnya atau konstans agar dapat dihasilkan temperatur dan jenis fluida keluaran yang diinginkan.

Keuntungan:

Suhu dan komposisi campuran dalam rerraktor sama

Volume reactor besar, maka waktu tinggal juga besar, berarti zat pereaksi lebih lama

bereaksi di reactor.

Terdapat pengaduk sehingga suhu dan komposisi campuran adalah reaktor yang

selalu homogen bisa terpenuhi. 

Pengontrolan suhu mudah sehingga kondisi operasi yang isotermal bisa terpenuhi.

Mudah dalam melakukan pengontrolan secara otomatis sehingga produk lebih

konsisten dan biaya operasi lebih rendah.

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.

Reaksinya berlangsung isotermal sehingga dipakai katalisator yang aktifitasnya

rendah dan butir katalisator kecil sehingga tidak ada tahanan perpindahan panas.

Mekanisme Kerja

Pada RATB prosesnya berlangsung secara kontinyu, pengadukan adalah yang terpenting dalam reaktor ini karena dengan pengadukan menjadikan reaksinya menjadi homogen. Di RATB, satu atau lebih reaktan masuk ke dalam suatu bejana berpengaduk dan bersamaan dengan itu sejumlah yang sama (produk) dikeluarkan dari reaktor. Pengaduk dirancang sehingga campuran teraduk dengan sempurna dan diharapkan reaksi berlangsung secara optimal. Waktu tinggal dapat diketahui dengan membagi volum reaktor dengan kecepatan volumetrik cairan yang masuk reaktor. Dengan perhitungankinetika reaksi, konversi suatu reaktor dapat diketahui.

Beberapa hal penting mengenai RATB:

- Reaktor berlangsung secara ajeg, sehingga jumlah yang masuk setara dengan jumlah yang ke luar reaktor, jika tidak tentu reaktor akan berkurang atau bertambah isinya.

- Perhitungan RATB mengasumsikan pengadukan terjadi secara sempurna sehingga semua titik dalam reaktor memiliki komposisi yang sama. Dengan asumsi ini, komposisi keluar reaktor selalu sama dengan bahan di dalam reaktor.

- Seringkali, untuk menghemat digunakan banyak reaktor yang disusun secara seri daripada menggunakan reaktor tunggal yang besar. Sehingga reaktor yang di belakang akan memiliki komposisi produk yang lebih besar dibanding di depannya.

III. Plug Flow ReactorPlug flow reactor 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 (continiuous). Biasanya reaktor ini dipakai untuk mempelajari

berbagai proses kimia yang penting seperti perubahan senyawa kimia, reaksi termal dan lain-lain.

dimana katalis diletakkan pada suatu pipa lalu dari sela-sela katalis dilewatkan bahan baku

seperti air melewati sela-sela pasir pada saringan.

Plug flow reactor biasa digunakan untuk mempelajari beberapa proses penting seperti reaksi

termal dan reaksi kimia plasma dalam aliran gas yang cepat serta daerah katalis. Dalam beberapa

kasus, hasil yang didapat hanya membantu kita dalam memahami karakteristik prose-proses

kimia, tetapi juga dapat memberikan kita pengertian praktis dari proses-proses kimia yang

penting. Model reaktor alir pipa (RAP) atau plug flow reactor (PFR) merupakan reaktor dimana

reaksi kimia berlangsung secara kontinu sepanjang system aliran. Reaktor alir pipa sering juga

disebut sebagai reaktor alir sumbat atau Continuous Tubular Recators (CST). Reaktor alir pipa

ini digunakan untuk memperkirakan sifat-sifat reaktor kimia sehingga variable kunci reaktor

seperti dimensi reaktor bisa dihitung.

Reaktor ini memiliki karakteristik dalam mekanisme reaksi. Pada umumnya karakteristik

reaktor alir pipa pada kondisi ideal yaitu:

1. Reaktor ini biasanya berupa tube (tabung) yang bereaksi dengan aliran fluida

2. Diasumsikan tidak terjadi pengadukan (mixing)

3. Aliran plug merupakan jenis aliran yang terjadi pada reaktor ini (reaktor alir)

4. Sebagian besar mixing dari jenis reaktor ini beroperasi pada level intermediet

5. Pencampuran sempurna dalam dimensi radial (konsentrasi seragam)

6. Tidak ada pencampuran pada aliran aksial atau tidak terjadi disperse aksial (aliran

terpisah)

1. Prinsip Kerja Plug flow reactor

Reaktor alir pipa merupakan reaktor dimana cairan bereaksi dan mengalir dengan cara

melewati tube (tabung) dengan kecepatan tinggi, tanpa terjadi pembentukan arus putar pada

aliran cepat. Reaktor alir pipa pada hakekatnya hampir sama dengan pipa dan relative cukup

mudah dalam perancangannya. Reaktor ini biasanya dilengkapi dengan selaput membrane untuk

menambah yield produk pada reaktor. Produk secara selektif ditarik dari reaktor sehingga

keseimbangan dalam reaktor secara kontinu bergeser membentuk lebih banyak produk.

Pada umumnya reaktor alir pipa dilengkapi dengan katalisator. Seperti sebagian besar

reaksi pada industry kimia, reaksinya membutuhkan katalisator secara signifikan pada suhu layak

(standar). Dalam PFR, satu atau lebih reaktan dipompakan kedalam suatu pipa. Biasanya reaksi

yang digunakan pada reaktor ini adalah reaksi fasa gas. Reaksi kimia berlangsung sepanjang pipa

sehingga semakin panjang pipa maka konversi yield akan semakin tinggi. Namun tidak mudah

untuk menaikkan konversi karena didalam PFR konversi terjadi secara gradien. 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 dan akan semakin lambat seiring panjangnya pipa. Artinya, untuk mencapai konversi

100% panjang pipa yang dibutuhkan adalah tak terhingga.

Beberapa hal penting dalam reaktor alir pipa adalah:

a. Perhitungan dalam model PFR mengasumsikan tidak terjadinya pencampuran (mixing)

dan reaktan bergerak secara aksial bukan radial

b. Katalisator dapat dimasukkan melalui titik yang berbeda dari titik masukan dimana

katalisator ini diharapkan dapat mengoptimalkan reaksi dan terjadi penghematan daya dan

kondisi operasi juga bisa diminimalkan sehingga produk yang dihasilkan akan menjadi lebih

banyak lagi. Hal ini yang sangat menguntungkan penggunaan PFR ini sehingga reaktor ini

banyak digunakan.

c. Umumnya PFR memiliki konversi yang lebih besar dibandingkan dengan reaktor alir

tangki berpengaduk (RATB) dalam volume yang sama. Artinya, dengan waktu tinggal yang

sama reaktor alir pipa memberikan hasil yang lebih besar dibandingkan RATB.

Didalam reaktor alir pipa, fluida mengalir dengan perlakuan yang sama sehingga waktu tinggal (τ) sama untuk semua elemen fluida. Fluida sejenis yang mengalir melalui reaktor ideal ini disebut dengan plug. Saat plug mengalir sepanjang reaktor alir pipa, 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 batch reaktor) dimana plug mengalir turun melalui pipa reaktor ini.

Reaktor alir pipa juga dikenal sebagi reaktor aliran piston atau reaktor aliran turbular.

Reaktor-reaktor tersebut memiliki  persamaan diferensial biasa, dimana pemecahan persamaan

tersebut dapat diselesaikan jika  boundary condition diketahui.  Model reaktor alir pipa

digunakan untuk berbagi jenis  fluida, seperti: cairan, gas, dan slurry. Walaupun aliran turbulen

dan difusi aksial menyebabkan pencampuran arah axial pada berbagai reaktor namun pada

reaktor alir pipa kondisi ini memiliki efek yang kecil dan diabaikan. Pada kasus model reaktor

alir pipa yang paling sederhana, beberapa asumsi pokok harus dibuat untuk menyederhanakan

masalah ini. Perlu diperhatikan  bahwa tidak semua asumsi ini perlu, namun pemindahan asumsi

ini menambah kerumitan masalah.

Model reaktor alir pipa dapat digunakan pada reaksi lipat ganda (multiple reaction) serta reaksi

yang melibatkan perubahan suhu, tekanan dan densitias fluida. Walaupun kerumitan ini

diabaikan, namun selalu relevan dalam proses industri. Adapun asumsi yang diguanakan pada

model reaktor ini sebagai berikut:

1.      Aliran plug (plug flow)

2.      Keadaan steady state

3.      Densitas fluida konstan (untuk cairan dan juga berlaku untuk gas yang tidak mengalami

penurunan tekanan, perubahan mol dan  perubahan temperatur).

4.      Diameter pipa konstan

5.      Reaksi tunggal (single reaction)

6.      Zat mengalir di dalam pipa dengan distribusi kecepatan datar

7.       Kecepatan pengadukan ke arah radial berlangsung sangat cepat sehingga pada setiap

penampang pipa R, T,P dan komposisi fluida selalu uniform (seragam), dan perbedaan terjadi di

sepanjang pipa R

8.      Setiap partikel fluida yg mengalir mempunyai waktu tinggal sama

9.      Fluida dalam fasa gas berlangsung pada tekanan tetap dan fluida dalam fasa cair

berlangsung pada volume dan tekanan tetap

Dalam aplikasinya, reaktor alir pipa digunakan pada reaksi:

a.       Reaksi skala besar

b.      Reaksi cepat

c.       Reaksi homogen atau heterogen

d.      Reaksi kontinu

e.       Reaksi pada temperatur tinggi

2. Perbedaan CSTR dengan Reaktor Alir Pipa

Secara umum ada dua tipe reaktor yang digunakan pada industry kimia yaitu Continous Stirred

Tank Reaktor (CSTR) dan Plug flow reactor (PFR) dimana masing-masing reaktor ini memiliki

perbedaan dalam mekanisme kerja alat. Perbedaannya terletak pada dasar asumsi konsentrasi

komponen-komponen yang terlibat dalam reaksi. CSTR adalah model reaktor 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. Model ini biasanya digunakan pada reaksi homogen di mana semua bahan baku dan

katalisnya berfasa cair atau reaksi antara cair dan gas dengan katalis cair.

Untuk reaksi heterogen, misalnya antara bahan baku gas dengan katalis padat umumnya

menggunakan model reaktor alir pipa. Reaktor alir pipa 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 alir pipa mempunyai ketinggian volumetrik pada unit konversi, dapat digunakan pada

jangka waktu yang lama dan kecepatan transfer panas dapat dioptimasikan dengan menggunakan

banyak tube tipis atau sedikit tube yang lebih tebal yang disusun sejajar. Kerugian reaktor alir

pipa ini adalah suhu yang sangat tinggi pada pipa yang dapat menghasilkan kemiringan suhu

yang tidak diinginkan sehingga pemeliharaan reaktor alir pipa juga lebih mahal daripada

pemeliharaan CSTR.

3. Sistem Pengoperasian Reaktor

Pada reaktor alir pipa, reaktan diinjeksikan ke dalam lintasan tengah, sementara itu gas

inert disalurkan melalui dinding pipa. Kita berasumsi bahwa hanya pada dasar pipa terdapat

endapan, akibat kondisi pipa yang panas. Jika cairan bergerak melewati pipa atau saluran besar

dengan bilangan Renolds yang cukup besar, maka tidak ada variasi kecepatan aksial di sepanjang

pipa. Dengan asumsi fluida yang mengalir di sepanjang reaktor alir pipa inilah  maka dikenal

sebagai aliran plug flowdimana tidak ada kemiringan konsentrasi atau temperature di koordinat

radial. Karena kecepatan gas adalah sama dimana-mana maka terjadi jalur arus secara konveksi

dan difusi dengan arah yang berbeda. Transport sepanjang jalur arus terjadi akibat konveksi,

sementara sepanjang tegak lurus arus terjadi akibat difusi. Setelah melalui proses pemanasan ,

kemudian produk yang diinginkan akan keluar menuju exhaust.

Berbeda dari CSTR, umpan steril pada reaktor alir pipa secara otomatis menunjukkan

konsentrasi nol biommasa pada aliran plug flow yang mencegah sebagian fluida  berpindah

sepanjang pipa. Satu cara untuk mencegah masalah ini adalah dengan mendaur ulang kembali

(recycle) aliran dengan cara aliran yang  masuk disuntik sebelum memasuki pipa. Untuk reaksi

tunggal dengan kinetika biasa, reaktor alir pipa memiliki konversi substrat yang tinggi dan

konsentrasi produk tinggi daripada CSTR untuk volume setara. Kebalikannya jika kinetikanya

merupakan autocatalytic (laju reaksi yang tinggi seiring dengan berkurang konsentrasi substrat).

Untuk proses mikrobial, reaktor alir pipa biasanya terdiri dari effluent konsentrasi produk yang

besar. Tetapi syaratnya adalah inokulasi secara terus-menerus dan sulit pada proses pertukaran

gas.

4. Keuntungan dan Kerugian Menggunakan PFR

Dikatakan ideal jika zat pereaksi dan hasil reaksi mengalir dengan kecepatan yang sama

diseluruh penampang pipa.

Keuntungan menggunakan PFR adalah reactor ini memberikan volume yang lebih kecil daripada

RATB, untuk konversi yang sama.

Kerugian dari penggunaan PFR adalah:

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.

Reaktor Gas dengan Katalis Padat

B. Fluidized Bed Reactor (FBR)Pengertian

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.

Fluidisasi adalah metode pengontakan butiran-butiran padat dengan fluida baik cair

maupun gas. Dengan metode ini diharapkan butiran-butiran padat memiliki sifat seperti

fluida dengan viskositas tinggi. Sebagai ilustrasi tinjau suatu kolom berisi sejumlah partikel

padat berbentuk bola. Pada laju alir yang cukup rendah butiran padat akan tetap diam karena

gas hanya mengalir melalui ruang antar partikel tanpa menyebabkan perubahan susunan

partikel tersebut. Keadaan yang demikian disebut unggun diam.

Katalis pada FBR biasanya berbentuk padatan, biasanya berbentuk seperti pasir.

Ukuran katalis pada FBR biasanya berukuran 10-300 microns, dengan tujuan agar partikel

katalis dapat mudah difluidisasikan. Apabila ukuran katalis yang digunakan terlalu besar

partikel akan sulit difluidisasikan disebabkan massa katalis yang terlalu berat , sehingga

katalis tidak dapat mengalir saat umpan atau reaktan dialirkan. .

Mekanisme Kerja Fluidized Bed Reactor

Reaktan dimasukkan dari bagian bawah reaktor

Sebagian kecil katalis disuspensikan oleh reaktan yang berwujud gas ke dalam fluidized

bed

Sebagian padatan kecil dari katalis dapat lepas dari atas reaktor

Padatan terlepas dari reaktor dipisahkan dengan menggunakan siklon untuk membuang

padatan

Kemudian gas tersebut digunakan kembali ke dalam reaktor

Kelebihan dan Kekurangan

Kelebihan dari Fluidized Bed Reactor yakni:

Reaktor mempunyai kemampuan untuk memproses fluida dalam jumlah yang besar

Pengendalian temperatur lebih baik

Pencampuran (mixing) yang bagus untuk katalis dan reaktan

Kelemahan dari Fluidized Bed Reactor yakni:

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.

Adanya peningkatan keabrasivan dimana penyebabnya adalah partikel padat di dalam

proses cracking pada fluidized bed.

Tidak mempunyai fleksibilitas terhadap perubahan panas.

Ciri-Ciri Fluidized Bed Reactor

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

Aplikasi Fluidized Bed Reactor

1. Gasifikasi Batubara

Di bidang teknik kimia, gasifikasi digunakan sebagai teknik untuk mengkonversi

bahan bakar padat menjadi gas. Gas yang dihasilkan pada gasifikasi disebut gas produser

yang kandungannya didominasi oleh gas CO, H2, dan CH4. Bahan bakar yang umum

digunakan pada gasifikasi adalah bahan bakar padat, salah satunya adalah batubara. Jika

ditinjau dari produk yang dihasilkan, pengolahan batubara dengan gasifikasi lebih

menguntungkan dibandingkan pengolahan dengan pembakaran langsung. Dengan teknik

gasifikasi, produk pengolahan batubara lebih bersifat fleksibel karena dapat diarahkan

menjadi bahan bakar gas atau bahan baku industri kimia yang tentunya memiliki nilai

jual yang lebih tinggi.

Untuk melangsungkan gasifikasi diperlukan suatu suatu reaktor. Reaktor tersebut

dikenal dengan nama gasifier. Ketika gasifikasi dilangsungkan, terjadi kontak antara

bahan bakar dengan medium penggasifikasi di dalam gasifier. Kontak antara bahan bakar

dengan medium tersebut menentukan jenis gasifier yang digunakan. Diantara jenis

gasifier yang biasa digunakan adalah gasifier jenis fluidized bed (reaktor gasifikasi

unggun terfluidakan).

Gambar 3. Salah satu reaktor gasifikasi unggun terfluidakan di sebuah pembangkit listrik dari batubara.

Gasifikasi unggun terfluidakan dioperasikan dengan cara memfluidisasi partikel

bahan bakar dengan gas pendorong yang berupa udara/oksigen, baik dicampur dengan

kukus maupun tidak dicampur. Gas pendorong tersebut memiliki dua fungsi, yaitu

sebagai reaktan dan sebagai medium fluidisasi. Pada gasifikasi unggun terfluidakan, gas

pendorong yang umum digunakan adalah udara. Pada gasifier jenis ini, udara dan bahan

bakar tercampur pada unggun yang terdiri dari padatan inert berupa pasir. Keberadaan

padatan inert tersebut sangat penting karena berfungsi sebagai medium penyimpan panas.

Gasifikasi unggun terfluidakan dioperasikan pada temperatur relatif rendah, yaitu

800 – 1000 °C. Temperatur operasi tersebut berada di bawah temperatur leleh abu

sehingga penghilangan abu yang dihasilkan pada gasifikasi jenis ini lebih mudah. Hal

inilah yang menyebabkan gasifikasi unggun terfluidakan dapat digunakan pada

pengolahan bahan bakar dengan kandungan abu tinggi sehingga rentang penerapan

gasifikasi unggun terfluidakan lebih luas daripada gasifikasi jenis lainnya. Gasifier

unggun terfluidakan memiliki beberapa kelebihan dibandingkan dengan gasifier jenis

lainnya, yaitu:

Rentang penanganan jenis bahan bakar lebar.

Tingkat perpindahan panas dan massa bahan bakar tinggi.

Nilai pemanasan tinggi.

Kadar arang rendah.

C. Trickle Bed Reactor (TBR)

Pengertian

Reaktor trickle bed adalah reaktor dengan packing katalis dimana fasa cair dan

gas mengalir searah ke bawah yang mengalami interaksi pada katalis padatan. Reaktor ini

banyak digunakan pada industri perminyakan dan aplikasinya dalam bidang proses kimia,

petroleum, industry biokimia dan pengolahan limbah. Kata “trickle” mendeskripsikan

karakteristik operasional reactor ini dimana liquid mengalir secara bertahap melewati

katalis solid dalam bentuk film, anak air ataupun droplet. Biasanya, partikel padatan

katalis di pak secara acak didalam bed dimana fase gas dan liquid mengalir. Dalam

sebagian besar industri reactor trickle bed, partikel katalis yang digunakan biasanya

berpori dan berbentuk bermacam-macam seperti bola, silinder, ektrudat, trilobe, atau

multilobe seperti pada gambar berikut :

Reaktor trickle bed memberikan performa yang lebih baik dalam pengontakan

gas-liquidsolid dengan memberikan efisiensi yang tinggi dibandingkan oleh reactor

lain seperti stirred slurry reactors yang memberikan keterbatasan pengaplikasisan

pada system reaksi yang cepat membutuhkan muatan katalis yang rendah dengan

tekanan operasi rendah dan volume sedang seperti bahan kimia khusus dan kecil,

ejector loop reactors digunakan untuk reactor cepat yang menyirkulasikan slurry

menggunakan tekanan tinggi mempunyai keterbatasan dalam mengatasi pemuatan

solid, Bubble column slurry reactors dan packed bubble bed reactors memberikan

pengadukan kembali didalam reactor yang bisa menyebabkan konversi rendah dan

memicu terbentuknya produk samping.

Konfigurasi reactor trickle bed diklasifikasikan menjadi tiga tipe :

1. Reaktor trickle bed konvensional : berisikan partikel katalis berpori secara acak

didalam packed bed.

2. Reaktor trickle bed semi-struktur : berisikan partikel yang di pak teratur atau

katalis yang dilapiskan pada packing terstruktur.

3. Reaktor trickle bed-mikro : berisikan beberapa saluran-mikro yang di pak dengan

partikel katalis.

Ketiga tipe ini ditampilkan secara skematik dalam gambar di bawah ini :

Reaksi yang terjadi dalam reactor trickle bed seringkali bersifat eksotermis dan

melepaskan 3 energy dikarenakan reaksi kimia yang terbawa oleh aliran komponen gas

dan liquid.Pengontrolan temperature bed merupakan hal yang perlu diperhatikan dalam

reactor trickle bed baik menggunakan jaket eksternal ataupun koil internal. Dalam

beberapa kasus, aliran gas dan/atau liquid direcycle agar meningkatkan kecepatan efektif

fluida untuk mengontrol temperature dan memanipulasi besarnya konversi yang

diinginkan.

Reactor trickle bed terstruktur dapat digunakan pada kekuatan katalis yang kurang

baik dan memberikan pressure drop yang rendah. Pengaturan pelepasan 3energi tanpa

menyebabkan efek yang tidak diinginkan pada performa alat merupakan hal terpenting

dalam desain reactor trickle bed. Performa reactor trickle bed bergantung pada beberapa

hal seperti karakteristik bed katalitis (konfigurasi packing, porositas, ukuran

partikel/ketebalan pelapisan), distribusi aliran yang tidak merata, pembasahan partikel

katalis, panas interfase lokal, laju transfer massa, massa intrapartikel, perpindahan panas,

dan kinetika reaksi.

Konfigurasi dan karakteristik bed katalitis mempengaruhi dinamika fluida

didalam reactor dimana dinamika fluida membuat scale-up dan scale-down reactor

menjadi susah. Dalam reaktor trickle bed, secara teknis reaktan gas dapat mencapai

permukaan katalis dengan melewati fase liquid ataupun kontak langsung bergantung pada

derajat pembasahan. Difusi intrapartikel dari gas terlarut, adsorpsi pada permukaan

katalis dan reaksi kimia terjadi secara simultan di dalam partikel katalis. Fraksi volume

liquid didalam reactor trickle bed biasanya dikarakterisasi sebagai dynamic liquid holdup

dan static liquid holdup, kuantitas perubahan terhadap keduanya digunakan untuk

menentukan residence time distribution didalam reactor trickle bed. Laju alir fase gas dan

liquid menentukan pemberkuan flow regime dimana perbedaan flow regime memberikan

perbedaan pengontakkan dan karakteristik pengadukannya. Saat reaktan gas dan liquid

melewati bed katalis, terjadi proses berskala makro (macro-scale) yakni pada skala bed,

meso-scale (terjadi pengelompokan partikel), dan micro-scale (terjadi pada sisi (A) (B)

katalis dan menghubungkan termodinamika, reaksi dan step perpindahan) pada waktu

dan skala panjang yang berbeda. Skematik dari proses ini dapat dilihat pada Gambar 4.

Teknik Reaksi pada Reaktor Trickle Bed

Hal – hal yang mempengaruhi performa proses dengan reactor trickle bed adalah :

1. Homogenitas bed, distribusi liquid, dan factor geometri.

2. Cara operasi : aliran gas-liquid secara concurrent atau countercurrent, aliran recycle,

pembasahan partikel katalis, distribusi aliran, pengadukan axial dan radial

3. Transfer massa : gas-liquid, fluid-particle.

4. Kinetika laju reaksi : persamaan laju reaksi, deaktivasi katalis.

5. Efek non-isotermal : reaksi eksoterm atau endoterm, penguapan solvent reaktan.

Untuk reaksi bimolecular A(g) + v B(l) produk, dimana mekanisme reaksi

ini digambarkan dalam Gambar 5 :

laju reaksi dapat dideskripsikan dalam langkah sebagai berikut :

4. Transfer perpindahan fase gas reaktan A dari fase gas ke bulk liquid.

5. Transfer A dan B dari bulk liquid ke permukaan katalis.

6. Difusi intrapartikel A dan B dengan pori katalis.

7. Adsorpsi A dan B pada sisi katalis dan reaksi permukaan kimia dari A dan

B teradsorbsi untuk menghasilkan produk.

8. Desorpsi produ, ke fase bulk liquid. Karakterisasi Reaktor Trickle Bed

Objek utama dalam mendesain reactor trickle bed adalah untuk

meningkatkan kontak secara efektif dari reaktan fase gas dan liquid

dengan sisi katalis aktif.

Faktor – factor yang didesain untuk operasi pada reaktor trickle bed adalah :

1. Pressure drop : biaya operasi reactor trickle bed secara langsung dihubungkan dengan

pressure drop sepanjang bed. Untuk mendapatkan pressure drop yang diinginkan, dapat

memanipulasikan struktur bed.

2. Luas permukaan spesifik : efektif pengontakkan reaktan dengan katalis dan efisiensi

perpindahan panas maupun massa ditentukan oleh luas permukaan spesifik.

3. Residence Time Distribution (RTD) : untuk mendapatkan RTD yang diinginkan dapat

dilakukan dengan memanipulasikan struktur bed juga dan memaipulasi metode packing.

4. Pengadukan : pengadukan mempengaruhi efektivitas utilitas dari pak katalis, adanya dead

zone dapat menurunkan efektivitas utilitas dari pak katalis maka struktur bed harus

didesain untuk memperkecil dead zone.

5. Liquid holdup : tingginya liquid holdup biasanya dimanipulasi untuk mencapai liquid

holdup yang tinggi untuk meningkatkan efisiensi laju perpindahan massa dan laju reaksi.

6. Perpindahan panas dan perpindahan massa : Perpindahan panas dan perpindahan massa

menjadi penting saat reaksi terjadi pada perpindahan massa yang terbatas atau reaksi

yang sensitive terhadap temperature.

Mekanisme reaktor :

Trickle bed reactor melibatkan proses hydrotreating, misalnya: hydrodesulfurisasi

dan hydrocracking.

Pada unit hydrodesulfurisasi, umpan dimasukan ke dalam menara destilasi dalam

fase uap. Kemudian digunakan Hidrogen berlebihan untuk mempertahankan fase

uap dan mencegah terbentuknya deposit cake

Lalu gas dengan kecepatan rendah dimasukan sehingga umpan dapat tersebar

merata dengan hidrogen.

Sebagai katalis biasanya digunakan katalis padatan berbentuk mikroporous yang

disusun pada posisi tetap. Aliran cairan dalam sebuah regime trickling akan

membasahi permukaan luar katalis namun menyisakan ruang kosong yang akan

diisi oleh aliran gas.

Hubungan kecepatan regime pada trickle lebih rendah dari kecepatan rata-rata

pada gas dan cairan. Dimana fase gas terus berlanjut dan fase cairan tersebar.

Hydrocraking perengkahan rantai-rantai karbon yang panjang menjadi rantai-

rantai karbon yang pendek pada temperatur tinggi dengan bantuan katalist.