FLUDIZED BED REACTOR
Pengertian
Merupakan tempat landasan suatu partikel yang pemasangan gasnya naik melalui suatu titik pencapaian dengan peningkatan laju alir gas pada steam sehingga menimbulkan percepatan aliran gas masuk dan menghubungkan percepatan fluidized minimum.
Tujuan dari penggunaan reaktor ini adalah:
Untuk memprediksikan penurunan konversi pada pencampuran di dalam reaktor
Kelebihan dan Kekurangan
• Kelebihan:
1. Terjadinya regenerasi secara kontinyu.
2. Reaksinya memiliki efek panas yang tinggi.
3. Suhunya konstan sehingga mudah dikontrol.
• Kekurangan:
1. 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.
2. Adanya peningkatan keabrasivan dimana penyebabnya adalah partikel padat di dalam proses cracking pada fluidized bed.
3. Tidak mempunyai fleksibilitas terhadap perubahan panas.
Kapan alat ini digunakan?
1. Partikel fluidized sangat kecil
2. Konsentrasi intra partikel dan gradien temperaturnya diabaikan
3. Ketika terjadi regenerasi katalis dan reaksinya memiliki efek panas yang tinggi. Biasanya diameter reaktor 10-30 ft.
Persamaan
Diasumsikan di dalam reaktor gelembung bergerak naik ke atas
Ub dCb/dz + kmav (Ct-Cd)= 0
Dimana:
Ub =Percepatan gelembung gas
Cb, Cd = konsentrasi reaktan dalam gelembung gas dan dalam fase padat
km = koefisien transfer massa antara gelembung dan fase padat
av = luas transfer massa antara gelembung dan fase padat per unit volume reactor
Persamaan kekekalan massa dalam fase padat
-Ud dCd/dz + dDL d2Cd/dz2-εdρd[kf(Cd)]+km av(Cb-Cd)=0
Dimana:
kf(C) = kecepatan reaksi per unit massa katalis
ρd = densitas partikel katalis dalam fase padat
Ud = percepatan gas dalam fase padat
εd = fraksi volume pada fase padat
Untuk reaksi orde satu [kf(C) = kC], persamaan diturunkan menjadi:
εdρd kCd = kmav (Cb – Cd)
Hasil substitusi persamaan:
Ub dCb/dz = -[1/εdkρd +1/kmav]-1 Cb
Variabel yang Berpengaruh
1. Tingkat reaksi gelembung gas dan tingkat reaksi padatan
2. Kecepatan besarnya gelembung dan padatan
3. Transfer massa diantatara dua fase
Aplikasi di Pabrik
Biasa digunakan dalam pabrik Petroleum Gas Minyak
Contoh Gambar
REACTOR ALIR PIPA(RAP)
• Sesuai dengan namanya Reaktor alir pipa (RAP) berbentuk pipa (silinder dengan L/D yang besar), dengan tipe aliran sumbat (plug), dan alirannya kontinyu, sehingga tak ada akumulasi massa (steady state).
• Komposisi reaktan dan produk akan berubah sedikit demi sedikit (secara diferensial) sesuai dengan jaraknya.
• Pada titik masuk (z=0), konsentrasi reaktan sama dengan konsentrasi awal reaktan , dan konversi reaksi=0
• Dalam RAP, satu atau lebih reaktan dipompa ke dalam suatu pipa. Biasanya reaksi yang menggunakan RAP adalah reaksi fase gas.
• Reaksi kimia berlangsung sepanjang pipa sehingga semakin panjang pipa konversi akan semakin tinggi.
• Beberapa hal penting mengenai RAP:
• Perhitungan dalam model RAP mengasumsikan tidak terjadi pencampuran, dan reaktan bergerak secara aksial bukan radial.
• Katalisator dapat dimasukkan melalui titik yang berbeda dari titik masukan, diharapkan reaksi lebih optimal dan terjadi penghematan.
• Biasanya, RAP memiliki konversi yang lebih besar dibanding RATB dalam volum yang sama. Artinya, dengan waktu tinggal yang sama RAP memberikan hasil yang lebih besar dibanding RATB.
Neraca massa reaktan (A) pada elemen volum dV: Input – output – reaksi = akumulasi
Kec. A masuk (R. Input), mol / waktu = Fa
Kec. A masuk (R. output), mol / waktu = Fa+dFa
Kec. A yang bereaksi, mol/waktu =
-ra.dV =(mol A yang bereaksi) x (elemen volume diferensial)
(waktu)(volume fluida)
Konversi dari reaktor alir pipa cukup tinggi bisa mencapai 95%.
Umpan dalam reaktor alir pipa biasanya umpan dalam skala besar oleh karena itu reaktor ini banyak di gunakan dalam industri – industri besar seperti : petrokimia gresik, pertamina dll.
Reaktor ini biasanya di gunakan dalam fase gas pada tekanan tinggi dan dalam suhu tinggi.
Keunggulan reaktor ini diantaranya hasil konversi yang cukup tinggi , waktu yang relatif lebih singkat dibandingkan dengan reaktor lain seperti RATB
Reaktor ini biasanya di gunakan dalam fase gas pada tekanan tinggi dan dalam suhu tinggi.
Keunggulan reaktor ini diantaranya hasil konversi yang cukup tinggi , waktu yang relatif lebih singkat dibandingkan dengan reaktor lain seperti RATB
• Kelemahan dari reaktor ini adalah perawatan yang lebih mahal
REAKTOR BATCH
Reaktor Batch merupakan reaktor dimana saat terjadinya reaksi tidak ada reaktan yang masuk dan produk yang keluar.
Dalam reaktor batch reaksinya terjadi dalam sekali proses.
Keuntungan dan Kerugian Reaktor Batch
Keuntungan:
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.
• Kelemahan:
Tidak dapat dijalankan pada proses-proses yang sulit,karena harus diubah menjadi proses kontinue.
Saat terjadi reaksi tidak ada reaktan yang masuk dan produk yang keluar
Kurang baik untuk fase gas,karena reaktor akan bocor an banyak waktu yang terbuang.
Mekanisme kerja reator batch
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 reaktor batch
Dalam industri kimia reaktor batch digunakan untuk keperluan antara lain:
Pada industri dengan skala kecil
Mencoba proses baru yang belum sepenuhnya dikembangkan
Memproduksi produk yang mahal
Proses-proses yang sulit diubah menjadi proses continue
Alasan dipilihnya reaktor batch
1. Jika prosesnya dalam kapasitas yang kecil
2. Untuk mempercepat dimensi reaktor RATB
3. Butuh proses yang lama
4. Jika bahan atau hasilnya perlu pembersihan
Mekanisme perhitungan dimensi
Waktu reaksi pada suatu reaktor tergantung pada:
Kapasitas(volum);m3
Kecepatan alir;m/ө
Luas penampang;m2
Waktu=volume/(kec.alir)(luas penampang)
Dimensinya:ө=m3/(m/ө)(m2)
Dengan (m/ө)(m2) adalah debit aliran
Perancangan reaktor batch
Pada dasarnya konsep kecepatan reaksi sangat diperlukan pada perancangan suatu reaktor.penentuan konstanta kecepatan reaksi (k) dihitung berdasarkan data percobaan hubungan k dan konsentrasi(C) atau konversi pada suhhu tertentu(pada kondisi isothermal tergantung dari reaksi yang terjadi dan reaktor yanf digunakan)umumnya interpretasi data k digunakan jenis reaktor batch.
• Jika v tetap dan fase cair
t=Cao∫dxa/rA
• Jika v berubah dan fase gas
t=Nao∫dxa/rA.v
• Jika bekerja secara adiabatis Q=0
T=To+(-∆HR)Nao.xa/ є(ni.cpi)
• Jika proses isothermal(T=tetap)
-∫dca/rA=∫dt
• Jika proses non adiabatis,non isothermal
Dca/dt=-k.cA{CBo-2(Cao-CA)}
Industri yang menggunkan Reaktor Batch adalah pabrik gula.dimana dalam poses fermentasinya memerlukan waktu yang cukup lama,serta dijalankan secara kontinyu
Endah,s.Ditat Teknik Reaksi Kimis II
Fromen & bisghoff,Chemical Reactor Analysis & Design
IR.Harjono.Operasi Teknik Kimia II
Leven.S.Chemical Reacton Engineering
Mc,Graw-Hill,Chemical Reactor Design,Optimization,and Scaleup
Smith.Chemical Engineering Kinetics
SLURRY REACTOR
Reaktor ini berisi partikel padat. Untuk fase gas tidak dapat terus-menerus masuk kedalam reaktor
Suatu model umum untuk reaktor gas-cair-padat akan mempunyai reaksi homogen
Terjadi didalam bermacam-macam reaksi dan menjadi 3 satuan reaksi heterogen seperti: gas-cair, gas-padat, dan cair-padat
Jenis katalis yang biasa digunakan dalam reaktor slurry adalah katalis berbasis kobalt (Co) dan besi (Fe)
Suhu dan tekanan tergantung pada jenis reaktan pada pembuatan batu bara, gas bumi
Slurry reaktor sama seperti fluidized bed reaktor dimana gas melewati reaktor yang mengandung partikel katalisator padat yang berada dalam cairan gas
Dalam slurry reaktor katalis yang terkandung dalam zat cair
Digunakan :
Reaktor slurry biasa digunakan untuk mereaksikan liquid atau larutan yang mengandung reaktan dengan katalis padatan.
Supaya transfer massa dan pengadaan katalis efektif digunakan katalis berbentuk granular atau serbuk antara 0,05-1mm (0,02-0,039 in), sebagai batas minimum agar dapat difiltrasi.
Diameter yang kecil digunakan dengan tujuan memperbesar luas permukaan.
Cara mekanisme dari menghitung dimensinya:
V/F=H/ay*Kl *( Ry * T /Pt ) (Xe – ln (1-Xe))
V/F= Cm3/(gr mol /S)
Dimensinya adalah: L3 θ/M2
Bentuk Reaktor
Autoklaf berpengaduk sederhana
Tangki sederhana dilengkapi pompa untuk sirkulasi liquid dan padatan tersuspensi melewati external heat exchanger
Bubble tray rectytying coloum dengan variasi stage dalam singgle shell
Keunggulannya:
Pengadukan yang baik akan menjaga suhu seragam,
Kapasitas panas tinggi
Koefisien transfer panas liquid besar
Ukuran partikel yang kecil dalam reaktor ini memungkinkan untuk memperoleh kecepatan reaksi per berat katalis yang lebih tinggi daripada pellet berukuran lebih besar
Regenerasi secara kontinyu bisa dilakukan
Jika digunakan katalis berbentuk serbuk maka proses pelleting tidak perlu dilakukan
Semakin sama suhunya maka semakin baik pengendalian suhunya pada reaksi eksotermik yang tinggi dan semakin rendah pula difusi antar partikel
Kekurangannya:
Rasio antara liquid dan katalis lebih tinggi dibandingkan trickel bed reactor
Pembentukan mechanical design yang tidak plug up memilih liquid pembawa yang melarutkan reaktan dan kenaikan suhu pada saat kontak antara reaktan, produk dan katalis
Menjaga keseimbangan katalisator di dalam reaktor tersebut
Slurry reaktor sukar menerima katalis yang telah tertutupi
FIXED BED REACTOR
Konstruksi dan Operasi
Reaktor fixed bed terdri dari satu atau lebih tubes packed dengan partikel katalis,beroperasi pada posisi vertikal.
Reaktor fixed bed banyak digunakan untuk reaksi dengan katalis padatan
Partikel katalis bervariasi ukuran dan bentuknya;
Granular (butiran –butiran kecil)
Pellet
silinder
Bola/bulatan
Katalis metal seperti platinum
A.Single Fixed Bed
biasanya digunakan untuk proses adiabatik atau ketika untuk mempermudah transfer panas permukaan yang mengeliling di dalam bed.
Biasanya transfer panas lebih efektif dengan katalis yang lebih kecil di dalam tube dari pada di luar.
Multiple Fixed Bed
Memungkinkan untuk mengontrol suhu dengan memberikan exchanger diantara beds.
Reaksi untuk amonia,cumene,SO3 dan banyak proses lain dapat menggunakan sekitar 5 atau enam beds yang disusun secara seri.
Garis Besar Desain
Dalam desain fixed bed reaktor diasumsikan bahwa semua sifat adalah konstan pada penggabungan elemen volum dengan single butiran katalis.Massa dan transfer energi antar sel diasumsikan terjadi pada aliran cair dari satu sel ke sel yang lain.
Pada proses isotermal,panas reaksi harus rendah atau konsebtrasi reaktan harus kecil.
Kehadiran katalis menjaga turbulance dan pencampuran untuk mendapatkan konsentrasi yang sama.
KEUNTUNGAN FIXED BED REACTOR
Reaktor ini sederhana,dengan biaya konstruksi,operasi dan perbaikan relatif rendah dibanding dengan moving bed atau fluidized bed reaktor
Tidak ada masalah pemisahan katalis dari arus
Dapat digunakan pada kondisi ekstrim seperti pada suhu atau tekanan tinggi
Reaktor ini dapat direaksikan dengan waktu tinggal dalam reaktor dengan bervariasi
Kekurangan Fixed Bed Reaktor
Regenerasi relatif sulit dilaksanakan
Hanya beberapa ukuran pellet yang tahan terhadap pressure drop.Semakin kecil pelet,semakin efisien internal area yang digunakan tetapi lebih besar pressure dropnya
Menjaga agar distribusi aliran tetap seragam
REACTOR ALIR TANGKI BERPENGADUK (RATB)
-Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) sering juga disebut dengan Continous Stirred Tank Reactor (CSTR) atau Mixed Flow Reactor.
RATB adalah salah satu reaktor ideal yang berbentuk tangki alir berpengaduk yang biasa digunakan untuk reaksi homogen atau reaksi yang terjadi dalam satu fase saja.
Contohnya:
1. cair-cair
2. gas-gas
Sehingga untuk reaksi fase gas (non katalitik) reaksinya berlangsung cepat, contohnya pada reaksi pembakaran
Untuk reaksi fase cair (katalitik) reaksinya dalam sistem koloid.
Pada RATB kecepatan volumetrik umpan yang masuk sama dengan kecepatan volumetrik hasil (produk) keluar, sehingga kecepatan akumulasinya sama dengan nol
Adanya pengadukan yang sempurna menyebabkan komposisi didalam reaktor sama dengan komposisi yang keluar reaktor begitu juga denga parameter lain. Seperti konversi reaksi, kecepatan reaksi, dan konsentrasi reaksi.
n Neraca massa reaktan pada Reaktor Alir Tangki Berpengaduk
n (Rinput)-(Routput)-(Rreaksi)=(Racc)
Mekanisme kerja Reaktor Alir Tangki Berpengaduk
Pada RATB proses berlangsung secara kontinue. Terjadinya pengadukan merupakan hal yang paling penting dalam reaktor ini, karena dengan pengadukan menyebabkan reaksi menjadi homogen sehingga terdapat umpan masuk dan terbentuk produk yang keluar selama proses berlangsung.
Keuntungan dan kerugian RATB:
Keuntungan:
n - Terdapat pengaduk sehingga suhu dan komposisi campuran adalah reaktor yang selalu homogen bisa terpenuhi.
n -Pengontrolan suhu mudah sehingga kondisi operasi yang isotermal bisa terpenuhi.
n - Mudah dalam melakukan pengontrolan secara otomatis sehingga produk lebih konsisten dan biaya operasi lebih rendah.
Kerugian
Reaksinya berlangsung isotermal sehingga dipakai katalisator yang aktifitasnya rendah dan butir katalisator kecil sehingga tidak ada tahanan perpindahan panas
TRICKLE BED REACTOR
• adalah reaktor dengan packing katalis dimana fasa cair dan gas mengalir searah ke bawah dan mengalami interaksi pada katalis padatan.
• Trickle bed reactor biasanya digunakan dalam industri perminyakan, pencairan batu bara dan pengolahan limbah.
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.
Variabel yang berpengaruh
• Bahan masuk : variabelnya adalah waktu (θ), kapasitas bahan (M³), kecepatan alir (M/θ), luas (M²).
• Mereaksikan bahan : variabelnya adalah waktu reaksi (θ), kinetika reaksi (-rA), distribusi aliran (M³/θ), pressure drop, efektifines katalis, transfer massa (M/θ).
• Mengerluarkan (hasil/produk) : variabelnya adalah variabel diawal dan variabel pada waktu reaksi.
• Membersihkan
Keuntungan dan Kekurangan
• Keuntungan : proses dapat dijalankan dengan umpan bertitik didih tinggi.
• Kerugian : operasi dengan fase uap akan memungkinkan reaksi samping yang tidak dikehendaki, contohnya pada proses hidrodesulfurisasi, dimana akan terjadi akumulasi produk samping yang bersifat korosif (contoh: Mercaptan, siklosulphide, thionic).
REACTOR ALIR TANGKI BERPENGADUK (RATB)
Pengertian
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).
Exampel:
Cair-cair
Gas-gas
Untuk reaksi fase gas (nonkatalitik)
reaksinya berlangsung cepat tetapi untuk reaksi pada fase ini akan mudah terjadi kebocoran sehingga dinding reaktor harus dibuat tebal
Example:
Pada reaksi pembakaran
2.Untuk reaksi fase cair (katalitik)
Reaksinya berlangsung dalam sistem koloid, dan untuk reaksi enzimatik dan mikrobial.
RATB banyak dipakai pada industri kimia dapat dipakai satu atau lebih dan bisa disusun secara seri.
Pada RATB kecepatan volumetrik umpan yang masuk sama dengan kecepatan volumetrik hasil (produk)yang keluar sehingga kecepatan akumulasinya sama dengan nol.Adanya pengadukan yang sempurna menyebabkan komposisi di dalam reaktor sama dengan komposisi yang keluar dari reaktor, begitu pula dengan parameter lain.
Seperti: kosentrasi, konversi reaksi, dan kecepatan reaksi.
Neraca Massa Reaktor Alir Tangki Berpengaduk
Rinput – Rautput – Rreaksi = Racc
MEKANISME KERJA
Pada RATB prosesnya berlangsung secra kontinyu, pengadukan adalah yang terpenting dalam reaktor ini karena dengan pengadukan menjadikan reaksinya menjadi homogen.
Label: migas