SEMESTER GENAP TAHUN AKADEMIK 2009/2010

PERANCANGAN PERANCANGAN REAKTORREAKTORREAKTORREAKTOR

Dr. Ir. I Gusti S. Budiaman, MT.

JURUSAN TEKNIK KIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA –– FTIFTIUPN “VETERAN” YOGYAKARTAUPN “VETERAN” YOGYAKARTAUPN “VETERAN” YOGYAKARTAUPN “VETERAN” YOGYAKARTA

20092009

TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUSMAHASISWA MEMPUNYAI KEMAMPUAN MENTERJEMAHKAN DAN MEMAHAMI PERANCANGAN BERBAGAI TIPE REAKTOR MELIPUTI BENTUK REAKTOR, PROSES, KONDISI OPERASI DAN SUSUNAN REAKTOR SERTAOPERASI, DAN SUSUNAN REAKTOR, SERTA PEMILIHAN TIPE REAKTOR

TUJUAN INSTRUKSIONAL UMUMMAHASISWA MEMPUNYAI KEMAMPUAN MERANCANG BERBAGAI TIPE REAKTOR UNTUK REAKSI-REAKSI HOMOGEN DAN HETEROGEN

PUSTAKAPUSTAKA

Missen, R.W., Mims, C.A., and Saville, B.A., 1999, Missen, R.W., Mims, C.A., and Saville, B.A., 1999, “Introduction to Chemical Reaction Engineering “Introduction to Chemical Reaction Engineering and Kinetics”and Kinetics”Fogler, H.S., 1992, “Element of Chemical Reaction Fogler, H.S., 1992, “Element of Chemical Reaction Engineering” Engineering” g gg gLevenspiel, O., 1999, “Chemical Reaction Levenspiel, O., 1999, “Chemical Reaction Engineering” Engineering” g gg gHill JR, C.G., 1977, “An Introduction to Chemical Hill JR, C.G., 1977, “An Introduction to Chemical Engineering Kinetics & Reactor Design”Engineering Kinetics & Reactor Design”Engineering Kinetics & Reactor Design Engineering Kinetics & Reactor Design

MATERIMATERIPendahuluan: meliputi review posisi MKA Reaktor Pendahuluan: meliputi review posisi MKA Reaktor dalam Teknik Kimia, bagaimana merancang reaktor, dalam Teknik Kimia, bagaimana merancang reaktor, definisi laju reaksi panas reaksi konversi yield dandefinisi laju reaksi panas reaksi konversi yield dandefinisi laju reaksi, panas reaksi, konversi, yield, dan definisi laju reaksi, panas reaksi, konversi, yield, dan selektivitasselektivitasReaktor HomogenReaktor Homogen

Reaktor Batch (RB)Reaktor Batch (RB)Reaktor Semi Batch (RSB)Reaktor Semi Batch (RSB)RATBRATBRATBRATBRAPRAP

Reaktor HeterogenReaktor HeterogenR k Fi d B dR k Fi d B dReaktor Fixed BedReaktor Fixed BedReaktor Fluidized BedReaktor Fluidized BedReaktor Moving BedReaktor Moving BedggReaktor GelembungReaktor GelembungReaktor SlurryReaktor Slurry

REAKTORREAKTORMERUPAKAN MKA YANG TERGABUNG DALAM KELOMPOK ENGINEERING SCIENCEKELOMPOK ENGINEERING SCIENCE, MEMPELAJARI PERANCANGAN BERBAGAI TIPE REAKTOR UNTUK REAKSI-REAKSI HOMOGENREAKTOR UNTUK REAKSI REAKSI HOMOGEN DAN HETEROGEN MELIPUTI BENTUK REAKTOR, PROSES, KONDISI OPERASI, DAN SUSUNAN REAKTOR, SERTA PEMILIHAN TIPE REAKTOR

REAKTORREAKTOR KIMIA

REAKTOR REAKTOR NUKLIR

ILUSTRASI SISTEM PROSES KIMIA

SAFETYCONTROL SYSTEM

REAKTORSAFETY SYSTEM

FC/ FRC, TC/ TRC, LC, PC, CC, …

REAKTOR

CHEMICAL PROCESSSYSTEMFEED PRODUCTSYSTEM

UTILITY SYSTEM OFFSITE SYSTEMUTILITY SYSTEM•WATER AND STEAM

•ELECTRICAL•PRESS AIR

OFFSITE SYSTEM•STORAGE•DERMAGA

•REL/ JALAN•PRESS AIR•REFRIGERANT

•INERT

•REL/ JALAN•WASTE TREATMENT

CHEMICAL PROCESS SYSTEM

FEED PRODUCT

UNIT OPERATION

UNIT OPERATIONREAKTOR

UNIT PEMROSESAN

RECYCLE

Data Kinetik

Dasar-Dasar Perancangan ReaktorReaksi Homogen Reaksi Heterogen

Reaktor Batch Reaktor Fixed BedR kt Fl idi d B dReaktor Semi Batch

RATBRAP

Reaktor Fluidized BedReaktor Moving BedReaktor GelembungRAP Reaktor Slurry

Memilih Tipe Reaktor dan Menentukan Kondisi Operasi

Menghitung Ukuran ReaktorMenghitung Ukuran Reaktor

Rancangan Reaktor

DEFINISI KECEPATAN REAKSIDEFINISI KECEPATAN REAKSIDEFINISI KECEPATAN REAKSIDEFINISI KECEPATAN REAKSIdn==R i

iterbentukimolKecepatan reaksi ekstensif:

dtRi waktusatuan

Kecepatan reaksi intensif:

Kecepatan reaksi ekstensif:

Kecepatan reaksi intensif:1. Berdasarkan satuan volume fluida reaksi

d1t b t kil( ) ( ) dt

dnV

==r ii

1waktufluidavolume

terbentukimol

2. Berdasarkan satuan massa padatan (dalam sistem fluida-padat)

dn' i1terbentukimol( ) ( ) dtW

=='r ii waktupadatanmassa

Kecepatan reaksi intensif Kecepatan reaksi intensif (lanjut)(lanjut)pp ( j )( j )3.3. BerdasarkanBerdasarkan satuansatuan luasluas permukaanpermukaan antarantar fasafasa

(interfasial(interfasial area)area)

( ) ( ) dtdn

S==r i

i1

waktupermukaanluasterbentukimol'' ( ) ( ) dtSwaktupermukaanluas

4. Berdasarkan satuan volume padatan (dalam i t d t)sistem gas-padat):

dn1terbentukimol( ) ( ) dt

dnV

==r i

si

1waktupadatanvolume

terbentukimol'''

Kecepatan reaksi intensif Kecepatan reaksi intensif (lanjut)(lanjut)pp ( j )( j )5.5. BerdasarkanBerdasarkan satuansatuan volumevolume reaktorreaktor

d1t b t kil( ) ( ) dt

dnV

==r i

ri

1waktureaktorvolume

terbentukimol''''

Catatan: Dalam sistem reaksi homogen, volume fluida dalam reaktor = volume reaktorvolume fluida dalam reaktor volume reaktor

atau, V = VrHubungan antara kecepatan reaksi ekstensif danHubungan antara kecepatan reaksi ekstensif dan intensif:

''''rV'''rV''rS'rWrVR irisiiii =====

Konversi:Konversi:K i k A di k d

0 ≤ X ≤ 1Konversi suatu reaktan A dinyatakan dengan:

X A= mol A yang terkonversil A l

= mol A yang bereaksil A l

Reaktor Batch:

A mol A awal mol A awal

X =n A,0− nAReaktor Batch: X A=

n A, 0

R kt Ali XFA,0− FAReaktor Alir: X A= A,0 A

FA,0

X =CA, 0− CA

Dengan n dalam mol, F dalam mol per

Volume tetap: X A=CA,0

g , pwaktu, C = n/V atau F/Fv pada awal dan pada akhir reaksi

Yield (Perolehan):Yield (Perolehan): 0≤ YP/ A≤ 1( )( )Perolehan sebuah produk P terhadap reaktan A (YP/A)dapat dinyatakan sebagai

YP/ A=mol A yang bereaksi membentuk P

mol A awal

YP/ A=mol A yang bereaksi membentuk P

mol P yang terbentukx mol P yang terbentuk

mol A awalmol P yang terbentuk mol A awal

| | | | FFReaktor Batch: Reaktor Alir:

| |A0

P0P

P

PAAP n

nnνν

=Y −/

| |A0

P0P

P

PAAP F

FFνν

=Y −/

| |A0

P0P

P

PAAP C

CCνν

=Y −/

Reaktor Volume tetap:

SelektivitasSelektivitas (Fractional Yield)(Fractional Yield) 0≤ SP/ A≤ 1

Selektivitas overall sebuah produk P terhadap reaktan A (SP/A) dapat dinyatakan sebagai:

mol A yang bereaksi membentuk PSP/ A= mol A yang bereaksi membentuk Pmol A yang bereaksi

l A b k i b t k P l P t b t kSP/ A= mol A yang bereaksi membentuk Pmol P yang terbentuk

x mol P yang terbentukmol A yang bereaksi

| |Selektivitas reaktor batch:

| |AA0

P0P

P

PAAP nn

nnνν

=S−−

/

| || |AA0

P0P

P

PAAP FF

FFνν

=S−−

/Selektivitas reaktor alir:

Selektivitas reaktor volume tetap:

| | P0PPA CCνS −

Selektivitas reaktor volume tetap:

| |AA0

P0P

P

PAAP CCν=S

−/

Hubungan antara perolehan, konversi, dan selektivitas:

Y = X SYP/ A= XA . SP/ A

Instantaneous fractional yield sebuah produk P terhadapInstantaneous fractional yield sebuah produk P terhadapreaktan A (SP/A) dapat dinyatakan sebagai:

kecepa tan pembentukan P r PsP/ A= kecepa tan pembentukan Pkecepa tan berkurangnya A

=r P

− r A