Reaktor Kimia

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 reactor

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 reactor

3. Reaktor semi batch
Biasanya berbentuk tangki berpengaduk


C. Jenis reaktor berdasarkan keadaan operasinya

1. Reaktor isotermal.
Dikatakan isotermal jika umpan yang masuk, campuran dalam reaktor, aliran yang keluar dari reaktor selalu seragam dan bersuhu sama.


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.
Untuk pendekatan perhitungan reaktor pada umumnya ada 2 (didapat dari situsnya wikipedia), yaitu :

1. Reaktor alir tangki berpengaduk (RATB) atau continous stired tank reactor (CSTR)
2. Reaktor alir pipa (RAP) atau plug flow reaktor (PFR)

-Reaktor alir tangki berpengaduk (RATB) atau continous stired tank reactor (CSTR)

Reaktor ini biasa disebut dengan reaktor tangki ideal berpengaduk, kenapa disebut seperti itu? karena dalam reaktor ini, umpan masuk sama dengan produk keluar, kalau tidak sama tentu jumlah dalam tangki (bejana) tersebut akan bertambah atau berkurang. Dan itu berpengaruh dalam kestabilitasan jumlah produk, yaa sederhananya bisa diasumsikan bahwa ada yang tidak beres dalam reaktor tersebut. hehehe (dan ini sangat berpengaruh dalam perhitungan)

Hmm biasanya, pada reaktor model seperti ini, pengadukan dianggap rata di semua bagian, sehingga komposisi produk yang keluar sama dengan komposisi bahan yang ada di dalam reaktor. Gimana kawan? udah lumayan ngerti kan? kalo belum, berarti harus banyak2 baca referensi lagi, oke.

Untuk mendapatkan hasil konversi yang maksimal (tergantung banyak hal sih), biasanya model seperti ini menggunakan banyak reaktor, dan disusun secara seri. Dengan adanya reaktor yang disusun seperti ini memungkinkan konversi ke produk menjadi lebih besar dibandingkan dengan menggunakan reaktor tunggal.


- Reaktor alir pipa

Biasanya penggunaan model seperti ini digunakan untuk reaktan berfase gas, dan perlu kawan-kawan ketahui, reaksi kimia tersebut terjadi sepanjang pipa, jadi semakin panjang pipa maka konversinya juga semakin tinggi. Hmm tapi tidak segampang itu mengasumsikannya kawan. dalam suatu reaksi terdapat titik optimum, artinya kita perlu mengetahui tentunya dengan menganilisis, di mana titik optimum itu berada, sehingga tidak membuang2 energi, karena pada treaktor jenis ini, konversinya terjadi secara gradien (ngerti kan secara gradien) di mana pada saat awal kecepatan reaksinya cepat namun seiring panjang pipa (melewati titik optimum) jumlah reaktan tersebut akan berkurang dan kecepatan reaksinya pun akan semakin lambat. Wah...wah... tambah sulit ya, atau emang saya yang tidak bisa menuliskannya dengan baik. ya udah saya akan berusaha agar pembahasannya lebih komprehensif.