KRITERIA PEMILIHAN REAKTOR Di dalam teknik kimia, reaktor kimia adalah alat dirancang untuk berisi reaksi kimia. Perancangan suatu bahan kimia reaktor berhadapan dengan berbagai aspek teknik kimia. Insinyur kimia mendisain reaktor untuk memaksimalkan net present value untuk suatu reaksi Para perancang memastikan bahwa reaksi menghasilkan efisiensi yang paling tinggi ke arah produk keluaran yang diinginkan, memproduksi hasil produk yang banyak sementara membutuhkan sedikit uang untuk membeli bahan dan beroperasi. Biaya operasi normal meliputi masukan energi, perpindahan energi, bahan baku, tenaga kerja, dan lain lain. Perubahan energi berbentuk dalam wujud pemanasan atau pendinginan, memompa untuk meningkatkan tekanan, frictional pressure loss (seperti pressure drop pada suatu pipa siku 90o atau suatu lempeng orifis dan lain lain. Ada dua jenis Rektor: • •
Reaktor tangki Reaktor pipa
Kedua-duanya dapat digunakan sebagai reaktor batch atau reaktor kontinu. Biasanya, reaktor beroperasi dalam keadaan steady state, tetapi kadang juga dioperasikan di dalam suatu kondisi unsteady. Ada tiga model dasar utama dari reaktor kimia : • • •
Batch reactor model ( batch), Continous stirred-tank reactor model ( CSTR) Plug flow reactor model (PFR).
Variabel – variabel meliputi: • • • • • •
Residence time (τ) Volume ( V) Temperatur ( T) Tekanan ( P) Konsentrasi jenis bahan kimia (C1, C2, C3,… Cn) Heat transfer coefficients ( h, U)
Reaktor kimia adalah sebuah alat industri kimia , dimana terjadi reaksi bahan mentah menjadi hasil jadi yang lebih berharga. 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 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 Jenis-jenis reaktor A. Berdasarkan bentuknya 1. 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. 2. 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. B. Berdasarkan prosesnya 1. Reaktor Batch -Biasanya untuk reaksi fase cair -Digunakan pada kapasitas produksi yang kecil Keuntungan reactor batch: - Lebih murah dibanding reactor alir - Lebih mudah pengoperasiannya - Lebih mudah dikontrol Kerugian reactor batch: - Tidak begitu baik untuk reaksi fase gas (mudah terjadi kebocoran pada lubang pengaduk) - Waktu yang dibutuhkan lama, tidak produktif (untuk pengisian, pemanasan zat pereaksi, pendinginan zat hasil, pembersihan reactor, waktu reaksi) 2. Reaktor Alir (Continous Flow) Ada 2 jenis: a. RATB (Reaktor Alir Tangki Berpengaduk) Keuntungan:
Suhu dan komposisi campuran dalam rerraktor sama♣ Volume reactor besar, maka waktu tinggal juga besar, berarti zat pereaksi lebih lama bereaksi di reactor.♣ 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.♣ b. RAP Dikatakan ideal jika zat pereaksi dan hasil reaksi mengalir dengan kecepatan yang sama diseluruh penampang pipa. Keuntungan : Memberikan volume yang lebih kecil daripada RATB, untuk konversi yang sama Kerugian: 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. 3. Reaktor semi batch Biasanya berbentuk tangki berpengaduk. C. Jenis reaktor berdasarkan keadaan operasinya 1. Reaktor isotermal. Dikatakan isotermal jika umpan yang masuk ke reactor, campuran dalam reactor dan lairan yang keluar dari reactor selalu seragam dan suhunya sama dan keadaan awal secara oprasionil sulit dilaksanakan sebab perpindahan panas yang terjadi harus selalu dapat mengimbangi panas reaksi yang terjadi (untuk reaksi exsoterm) arau panas diperlukan untuk reaksi endoterm.
2. Reaktor adiabatis. • Dikatakan adiabatis jika tidak ada perpindahan panas antara reaktor dan sekelilingnya. • Jika reaksinya eksotermis, maka panas yang terjadi karena reaksi dapat dipakai untuk menaikkan suhu campuran di reaktor. ( K naik dan –rA besar sehingga waktu reaksi menjadi lebih pendek). 3. Reaktor Non-Adiabatis D. Reaktor Gas Cair dengan Katalis Padat 1. Packed/Fixed bed reaktor (PBR). Terdiri dari satu pipa/lebih berisi tumpukan katalis stasioner dan dioperasikan vertikal. Biasanya dioperasikan secara adiabatis. 2. Fluidized bed reaktor (FBR) • 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
E. Fluid-fluid reaktor Biasa digunakan untuk reaksi gas-cair dan cair-cair. 1. Bubble Tank. 2. Agitate Tank 3. Spray Tower Pertimbangan dalam pemilihan fluid-fluid reaktor. 1. Untuk gas yang sukar larut (Kl <) sehingga transfer massa kecil maka Kl harus diperbesar .Jenis spray tower tidak sesuai karena kg besar pada Spray Tower 2. Jika lapisan cairan yang dominan, berarti tahanan dilapisan cairan kecil maka Kl harus diperbesar » jenis spray tower tidak sesuai. 3. Jika lapisan gas yang mengendalikan (maka Kg <) » jenis bubble tank dihindari. 4. Untuk gas yang mudah larut dalam air » jenis bubble tank dihindari.
