Reaktor kimiaadalah suatubejanatempat berlangsungnyareaksi
kimia. Rancangan dari reaktor ini tergantung dari banyak variabel
yang dapat dipelajari di teknik kimia. Perancangan suatu reactor
kimia harus mengutamakan efisiensi kinerja reactor, sehingga
didapatkan hasilprodukyang optimal dengan biaya yang minimum, baik
itubiaya modal maupunoperasi. Tentu saja faktor keselamatan pun
tidak boleh dikesampingkan. Biaya operasi biasanya termasuk
besarnyaenergi yang akan diberikan atau diambil, hargabahan baku,
upahoperator, dll. Perubahan energi dalam suatu reaktor kimia
karena adanya suatupemanasanataupendinginan, penambahan atau
pengurangan tekanan, gaya gesekan (pengaduk dan cairan). Ada dua
jenis utama reaktor kimia:
Reaktor tangki atau bejana
Reaktor pipa
Kedua jenis reaktor dapat dioperasikan
secarakontinyumaupunpartaian/batch. Biasanya, reaktor beroperasi
dalam keadaanajeg namun kadang-kadang bisa juga beroperasi
secaratransien. Biasanya keadaan reaktor yang transien adalah
ketika reaktor pertama kali dioperasikan (mis: setelah perbaikan
atau pembelian baru) di manakomponenproduk masih berubah terhadap
waktu. Biasanya bahan yang direaksikan dalam reaktor kimia
adalahcairandangas, namun kadang-kadang ada jugapadatanyang
diikutkan dalam reaksi (mis:katalisator,regent,inert). Tentu saja
perlakuan terhadap bahan yang akan direaksikan akan berbeda.
Ada tiga tipe pendekatan utama yang digunakan dalam
pengoperasian reaktor:
Model reaktorbatch Model Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB)
atau dikenal juga sebagai RTIK (Reaktor Tangki Ideal Kontinu)
Model Reaktor Alir Pipa (RAP) atau dikenal juga sebagai RAS
(Reaktor aliran Sumbat)
Lebih jauh lagi, reaktor dengan katalisator (padatan)
membutuhkan pendekatan yang terpisah dari ketiga model tersebut
dikarenakan banyaknyaasumsisehingga menyebabkan tiga model
perhitungan di atas tidak lagi akurat.
Beberapa variabel yang memengaruhi rancangan reaktor:
Waktu tinggal
Volum (V)
Temperatur (T)
Tekanan (P)
Konsentrasi senyawa (C1, C2, C3, ...,Cn Koefisien perpindahan
panas (h, U), dll
RATB (Reaktor Alir Tangki Berpengaduk)
Bagian dalam suatu RATB.
RATB dikenal juga sebagai RTIK (Reaktor Tangki Ideal Kontinu).
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,konversisuatu 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.
Dapat dilihat, bahwa dengan jumlah RATB kecil yang tak terbatas
model perhitungan akan menyerupai perhitungan untuk RAP.RAP
(Reaktor Alir Pipa)
RAP dikenal juga sebagai RAS (Reaktor aliran Sumbat). Dalam RAP,
satu atau lebih reaktan dipompake dalam suatupipa. Biasanya reaksi
yang menggunakan RAP adalah reaksifasegas.
Reaksi kimia berlangsung sepanjang pipa sehingga semakin panjang
pipa konversi akan semakin tinggi. Namun tidak semudah ini
menaikkan konversi, dalam RAP konversi terjadi secaragradien, pada
awalnya kecepatan reaksi berlangsung secara cepat namun setelah
panjang pipa tertentu jumlah reaktan akan berkurang dan kecepatan
reaksi berlangsung lebih lambat dan akan makin lambat seiring
panjangnya pipa. Artinya, untuk mencapai konversi 100% panjang pipa
yang dibutuhkan adalah tak terhingga.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.Reaktor
Semi-BatchReaktor jenis berlangsung secara batch dan kontinyu
secara bersamaan. Contoh paling sederhana misalnya
tangkifermentor,ragi dimasukkan sekali ke dalam tangki (secara
batch) namun CO2yang dihasilkannya dikeluarkan secara kontinyu.
Contoh lainnya adalah klorinasi, suatu reaksi cair-gas, gas
digelembungkan secara kontinyu dari dasar tangki agar bereaksi
dengan cairan di tangki yang diam (batch). test
Reaktoradalah suatu alat proses tempat di mana terjadinya suatu
reaksi berlangsung, baik itureaksi kimiaataunuklirdan bukan
secarafisika. 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
bantuanenergisepertipanas(contoh energi yang paling umum).
Perubahan yang dimaksud adalah perubahan kimia, jadi terjadi
perubahan bahan bukanfasemisalnya dari air menjadi uap yang
merupakan reaksi fisika.
Reaktor kimia adalah jenis reaktor yang umum sekali digunakan
dalamindustri. Hal ini dikarenakan, dalamsintesisbahan kita selalu
memerlukan jenis reaktor ini.
Umumnya reaktor kimia menggunakan dua jenis model perhitungan,
yaitu:
RATB (Reaktor Alir Tangki Berpengaduk}
RAS (Reaktor Aliran Sumbat)
Jenis pengoperasian reaktor yang dapat dijumpai di industri:
Partaian/Batch Kontinyu Semi-batchBeberapa jenis reaktor kimia
khusus:
Reaktor gelembung Fixed bed reactor Fluidized bed reactor Slurry
reactor Reaktor membranPengertian Batch ReactorBatch Reactor adalah
tempat terjadinya suatu reaksi kimia tunggal, yaitu reaksi yang
berlangsung dengan hanya satu persamaan laju reaksi yang
berpasangan dengan persamaan kesetimbangan dan stoikiometri.
Penggunaan Batch ReactorReaktor jenis ini biasanya sangat cocok
digunakan untuk produksi berkapasitas kecil misalnya dalam proses
pelarutan padatan, pencampuran produk, reaksi kimia, Batch
distillation, kristalisasi, ekstraksi cair-cair, polimerisasi,
farmasi dan fermentasi.
Beberapa ketetapan menggunakan reactor tipe Batch :
Selama reaksi berlangsung tidak terjadi perubahan
temperature.
Pengadukan dilakukan dengan sempurna, konsentrasi di semua titik
dalam reactor adalah sama atau homogeny pada waktu yang sama.
Konstruksi Batch ReactorBatch 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.
Padatan dan cairan yang akan masuk reaktor biasanya melalui
sambungan yang terdapat pada tutup atas reaktor. Untuk uap dan gas
yang keluar reaktor biasanya juga melalui bagian atas, sedangkan
untuk cairan keluar melalui bagian bawah.
Reaktor batch di desain untuk beroperasi dalam proses unsteady
state, banyak reaktor batch menunjukkan perilaku nonlinier yang
dimiliki oleh pasangan reaksi kinetika dan temperatur reaktor,
dimana lebar jarak temperatur berlebih, dengan kata lain reaksi
berjalan eksotermis memproduksi panas berlebih sehingga harus
dihilangkan dengan sistem pendinginan. Sirkulasi pompa untuk
pendinginan bertujuan meminimalkan waktu tinggal agar tetap
konstan.
Kelebihan
1) Ongkos atau harga instrumentasi rendah.
2) Penggunaannya fleksibel, artinya dapat dihentikan secara
mudah dan cepat kapan saja diinginkan.
3) Penggunaan yang multifungsi.
4) Reaktor ini dapat digunakan untuk reaksi yang menggunakan
campuran kuat dan beracun.
5) Mudah dibersihkan.
6) Dapat menangani reaksi dalam fase gas, cair dan
cair-padat.
Kelemahan
1) Biaya buruh dan handling tinggi.
2) Kadang-kadang waktu shut downnya besar, yaitu waktu untuk
mengosongkan, membersihkan dan mengisi kembali.
3) Pengendalian kualitas dari produk jelek atau susah. 4) Skala
produksi yang kecil.Reaktor Tangkiyang berkualitas akan
memungkinkan kegiatan-kegiatan seperti:
Oksidasi
Reduksi
Oil Cracking
Ph adjustment
Metals precipitationBeratnya tugas yang akan diemban olehReaktor
Tangkitersebut, membuat proses perancangan dan pembuatannya pun
harus dilakukan secara sempurna dan seefisien mungkin. Ada banyak
variable yang harus diperhitungkan sebelum membuat sebuahReaktor
Tangki. Tetapi secara umum perancangan suatuReaktor Tangkiharus
benar-benar memperhatikan efisiensi kinerjanya, sehingga akan
didapatkan rasio output (produk) banding input yang besar dengan
biaya yang seminimal mungkin.
Selain itu, faktor keselamatan juga harus benar-benar
diperhitungkan, mengingat dalam satu kali proses kimia akan ada
banyak perubahan energi dalamReaktor Tangkitersebut seperti
penambahan atau pengurangan tekanan, pemanasan, pendinginan,
gesekan, dan lain-lain. Oleh karena itu pengurangan biaya
operasional dengan cara memangkas biaya keselamatan justru akan
menyebabkan membengkaknya pengeluaran karena kejadian-kejadian yang
tidak diinginkan.
SebuahReaktor Tangkiyang baik dan berkualitas, harus bisa
dioperasikan secara kontinyu maupun pertain (batch). Pada
umumnya,Reaktor Tangkiakan beroperasi dalam keadaan diam (steady
state) walaupun tidak menutup kemungkinan untuk dioperasikan dalam
keadaantransient.Saat pertama kali beroperasi,Reaktor
Tangkibiasanya akan beroperasi secara transien karena komponen
produk masih berubah terhadap waktu. Seiring dengan berjalannya
waktu, reaktor akan beroperasi secara steady dimana semua komponen
produk dalam tangki telah berada dalam kondisi yang cukup
stabil.
