Neraca Massa Pembakaran di Reaktor

Sebuah reaktor yang beroperasi pada suhu 600Fdiumpankan sebanyak 300 lb Udara dan 24 lb Carbon(Lihat Gambar). Setelah pembakaran terjadi (pembakaran dianggap sempurna) tidak ada material yang tertinggal di dalam reaktor. Berapa (lb) karbon yang hilang ? Berapa (lb) Oxygen? dan Berapa (lb) total massanya ?

B. Berapa mol Carbon dan Oxygen yang masuk ? dan Berapa mol yang keluar reaktor ?

C. Berapa total mol yang masuk dan yang meninggalkan reaktor ?

Penyelesaian :Diasumsikan, masalah seperti ini tidak terjadi akumulasi, sistemnya yaitu reaktor dan dianggap sebagai sistem terbuka, maka kita akan membuat Neraca Massa Total, Neraca Massa Komponen CO2 dan O2.

Basis nya yaitu 300 lb Udara

Pertama kita akan menghitung lb mol Oksigen, Nitrogen dan Carbon yang masuk dalam sistem.

Note : Udara mengandung 21% O2dan 79% N2, Anggap yang lain tidak ada, jadi dibulatkan. 1 lb.mol Udara = 29 lb Udara 1 lb.mol C = 12 lb C 1 lb.mol O2 = 32 lb300 lb Udara x 1 lb.mol Udara x 21 lb mol O2 = 2,17 lb molO2.

29 lb Udara 100 lb mol UdaraO2= 2,17 x 32 = 69,44 lb

300 lb Udara x 1 lb.mol Udara x 79 lb mol N2 = 8,17 lb mol N2.

29 lb Udara 100 lb mol UdaraN2 = 300 -69,44 lb = 230,56 lb

24 lb C x 1 lb mol C = 2 lb mol C.

12 lb C

Reaksi kimianya yaitu :

C + O2 CO2Dari perhitungan Stoichiometry, didapat bahwa 2 lb mol C membutuhkan 2 lb molO2untuk terjadi pembakaransempurna, bila dilihat persediaan mol C ada sebanyak 2 lb, persediaan mol O2ada sebanyak 2,17 lb, sehingga :

Out = In - ConsumptionO2Out = 2,17 - 2 = 0,17 lb.mol = 5 lb

Carbon (C) yang tinggal yaitu 0 (tidak ada), karena semua C habis terpakai pada reaksi, dan telah dihitungan pada Stoichiometry, CO2 yang ada yaitu :

Out = In - GenerationCO2Out = 0 - 2 = 2 lb.molket : 1 mol CO2 = 44 mol, karena ada 2 lb mol,maka = 2 x 44 = 88 mol

N2 out= Input, dikarenakan tidak bereaksi.

Cout = 0, karena habis bereaksi

CO2In = 0, karena tidak ada yang masuk, hanya ada hasil reaksi

Hasil semua nya dapat dilihat pada tabel di bawah ini :

Jenis-jenis, Dimensi dan Perancangan ReaktorReactor

Dalam teknik kimia, Reaktor adalah suatu bejana tempat berlangsungnya reaksi kimia. Rancangan dari reaktor ini tergantung dari banyak variabel yang dapat dipelajari di teknik kimia. Perancangan suatu reaktor kimia harus mengutamakan efisiensi kinerja reaktor, sehingga didapatkan hasil produk dibandingkan masukan (input) yang besar dengan biaya yang minimum, baik itu biaya modal maupun operasi. Tentu saja faktor keselamatan pun tidak boleh dikesampingkan. Biaya operasi biasanya termasuk besarnya energi yang akan diberikan atau diambil, harga bahan baku, upah operator, dll. Perubahan energi dalam suatu reaktor kimia bisa karena adanya suatu pemanasan atau pendinginan, penambahan atau pengurangan tekanan, gaya gesekan (pengaduk dan cairan), dll.

Dalam reaktor alir pipa atau plug flow reactor, campuran reaktan dan produk mengalir dengan profil kecepatan yang benar-benar rata. Kecepatan alir dan konsentrasi adalah seragam di seluruh jari-jari pada setiap penempang reaktor dan tidak ada difusi longitudinal baik dari reaktan maupun produknya. Dalam bab-bab terdahulu telah dibahas cara-cara perhitungan untuk mendesain suatu reaktor, baik untuk reaktor tertutup (reaktor batch), reaktor alir tangki berpengaduk (RATB) dan Reaktor Aliran Sumbat (Plug Flow Reaktor). Perhitungan-perhitungan tersebut dilakukan dengan anggapan bahwa temperature reaksi adalah tetap selama operasi. Sehingga analisisnya relatif sederhana karena hanya ada satu variabel saja yang berubah, yaitu konsentrasi reaktan.

Di dalam praktek hipotesa aliran dalam reaktor alir pipa ini biasanya cocok untuk reaktor-reaktor berbentuk tabung dimana aliran fluidanya betul-betul turbulen atau untuk jenis reaktor fixed bed yang berisi packing. Jika dalam reaktor alir pipa diisi dengan katalis padat disebut reaktor fixed bed atau fluidized bed.

Reaktor alir pipa desebut ideal jika zat-zat pereaksi dan hasil reaksi mengalir dengan kecepatan yang sama diseluruh pemampang pipa. Di reaktor komposisi , suhu dan tekanan diseluruh penampang reaktor selalu sama. Perbedaan komposisi, suhu dan tekanan hanya terjadi di sepanjang dinding reaktor. Reaktor jenis ini banyak digunakan dalam industri dengan zat pereaksi atau reaktan berupa fase gas atau cair dengan kapasitas produksi yang cukup besar.

Apabila pada saat reaksi reaksi berlangsung, efek panas turut diperhitungkan, maka ada kemungkinan bahwa temperatur reaksi juga akan turut berubah dengan waktu (waktu reaksi untuk reaktor batch atau waktu tinggal untuk reaktor alir kontinyu).

Reaktor merupakan peralatan utama atau peralatan yang terintegrasi, baik dalam jaringan sistem distribusi maupun transmisi. Dikatakan bahwa reaktor merupakan peralatan utama jika pemasangannya tidak menjadi bagian dari paralatan dasar lainnya, misalnya reaktor pembatas arus (current liminting reactors), reaktor paralel (shunt reactor/steady-state reactive compensation) dll. Dikatakan bahwa reaktor merupakan peralatan terintegrasi jika reaktor tersebut merupakan bagian dari suatu peralatan dengan unjuk kerja tertentu, misalnya reaktor surja hubung kapasitor paralel (shunt-capacitor-switching reactor), reaktor peluah kapasitor (capacitor discharge reactor), reaktor penyaring (filter reactor) dan lain-lain.

Jenis-jenis Reaktor dan dimensinyaSecara garis besar reaktor terbagi menjadi 2 yaitu :a.Reaktor nuklir, ada perubahan massa yang berubah jadi energi yang sangat besar.b.Reaktor kimia, tidak ada perubahan massa selama reaksi dan hanya berubah dari

satu bahan ke bahan lain.Reaktor NuklirReaktor nuklir adalah suatu alat untuk mengendalikan reaksi fisi berantai dan sekaligus menjaga kesinambungan reaksi itu. Reaktor nuklir ditetapkan sebagai "alat yang menggunakan materi nuklir sebagai bahan bakarnya Materi fisi yang digunakan sebagai bahan bakar misalnya uranium, plutonium dan lain-lain. Untuk uranium digunakan uranium alam atau uranium diperkaya. Jadi secara umum reaktor nuklir adalah tempat berlangsungnya reaksi nuklir yang terkendali. Untuk mengendalikan operasi dan menghentikannya digunakan bahan penyerap neutron yang disebut batang kendali.

Jenis reaktor nuklir dibedakan berdasarkan besarnya energi kinetik neutron yang merupakan faktor utama dalam reaksi fisi berantai, yaitu reaktor neutron panas, reaktor neutron cepat dan lain-lain. Berdasarkan jenis materi yang digunakan sebagai moderator dan pendingin, reaktor diklasifikasikan menjadi reaktor air ringan, reaktor air berat, reaktor grafit dan lain-lain. Berdasarkan tujuannya, diklasifikasikan menjadi reaktor riset, reaktor uji material, reaktor daya dan lain-lain

Klasifikasi Reaktor

a. Macam reaktor dibedakan berdasarkan kegunaan, tenaga neutron dan nama komponen serta parameter operasinya. Menurut kegunaan:

Reaktor daya Reaktor riset termasuk uji material dan latihan

Reaktor produksi isotop yang kadang-kadang digolongkan juga kedalam reaktor riset.

b. Ditinjau dari tenaga neutron yang melangsungkan reaksi pembelahan, reaktor dibedakan menjadi:

Reaktor cepat: GCFBR, LMFBR, SCFBR

Reaktor thermal: PWR, BWR, PHWR, GCR.

Berdasarkan parameter yang lain dapat disebut: Reaktor berreflektor grafit: GCR, AGCR

Reaktor berpendingin air ringan: PWR, BWR

Reaktor suhu tinggi: HTGR Demikian seterusnya masih banyak terdapat nama atau jenis reaktor.

Reaktor Fisi Reaktor fisi merupakan instalasi yang menghasilkan daya panas secara konstan dengan memanfaatkan reaksi fisi berantai. Istilah ini dibedakan dengan reaktor fusi yang memanfaatkan panas dari reaksi fusi, Dimungkinkan adanya reaktor yang memadukan kedua jenis tersebut (reaktor hibrid).

Reaktor Fusi Reaktor fusi adalah suatu instalasi untuk mengubah energi yang terjadi pada reaksi fusi menjadi energi panas atau listrik yang mudah dimanfaatkan. Reaksi fusi merupakan reaksi penggabungan inti atom ringan, misalnya reaksi antara deuterium dan tritium. Deutrium sangat melimpah di alam, namun tritium tidak ada di alam ini. Oleh karena itu, bahan yang mengandung Li-6 digunakan sebagai selimut, selanjutnya direaksikan dengan neutron yang terjadi dari reaksi fusi untuk menghasilkan tritium, sehingga diperoleh siklus bahan bakar. Sistem reaktor fusi terdiri dari bagian plasma teras, selimut, bejana vakum, magnet superkonduktor, dan lain-lain.

Dibandingkan dengan reaktor fisi, reaktor fusi tidak akan mengalami lepas kendali, dan sedikit menghasilkan produk radioaktif, sehingga memiliki tingkat keselamatan yang tinggi. Reaktor Penelitian Reaktor riset/penelitian adalah suatu reaktor yang dimanfaatkan untuk berbagai macam tujuan penelitian. Misalnya reaktor uji material yang digunakan secara khusus untuk uji iradiasi, reaktor untuk eksperimen fisika reaktor, reaktor riset untuk penelitian dengan menggunakan berkas neutron dan alat eksperimen kekritisan, reaktor untuk pendidikan dan pelatihan. Di antara reaktor-reaktor tersebut, yang disebut reaktor riset pun terdiri dari berbagai macam, misalnya reaktor untuk eksperimen berkas neutron dan uji iradiasi material, reaktor untuk eksperimen perisai, reaktor untuk uji pulsa dan lain-lain.

Tipe-tipe reaktor riset antara lain tipe kolam berpendingin dan bermoderator air berat, tipe kolam berpendingin dan bermoderator air ringan dan tipe kolam berpendingin air ringan dan bermoderator air berat.

Komponen-komponen Reaktor Untuk dapat memngendalikan laju pembelahan, suatu reaktor nuklir harus didukug dengan beberapa fasilitas yang disebut sebagai KOMPONEN REAKTOR .

komponen-komponen utama tersebut dapat diterangkan melalui diagram seperti terlihat pada gambar 1 berikut:

1) Bahan bakar nuklir/bahan dapat belah

2) Bahan moderator

3) Pendingin reaktor

4) Perangkat batang kendali

5) Perangkat detektor

6) Reflektor

7) Perangkat bejana dan perisai reactor

8) Perangkat penukar panas Komponen

No. 1 s/d 6 berada pada suatu lokasi yang disebut sebagai teras reaktor, yaitu suatu tempat dimana reaksi berantai tersebut berlangsung.

Bahan Bakar Nuklir Terdapat dua jenis bahan bakar nuklir yaitu BAHAN FISIL dan BAHAN FERTIL.

Bahan Fisil : ialah suatu unsur/atom yang langsung dapat memberikan reaksi pembelahan apabila dirinya menangkap neutron. Contoh: 92U233, 92U235, 94PU239, 94PU241

Bahan Fertil : ialah suatu unsur /atom yang setelah menangkap neutron tidak dapat langsung membelah, tetapi membentuk bahan fisil. Contoh: 90TH232, 92U238 Pada kenyataannya sebagian besar bahan bakar nuklir yang berada di alam adalah bahan fertil, sebaai contoh isotop Thorium di alam adalah 100% Th-232, sedangkan isotop Uranium hanya 0,7% saja yang merupakan bahan fisil (U-235), selebihnya sebesar 99,35 adalah bahan fertil (U-238). Karena alasan fisis, elemen bakar suatu reaktor dibuat dengan kadar isotop fisilnya lebih besar dari kondisi alamnya, isotop yang demikian disebut sebagai isotop yang diperkaya, sedangkan sebaliknya untuk kadar isotop fisil yang lebih kecil dari kondisi alamnya disebut sebagai isotop yang susut kadar, biasanya ditemui pada elemen bakar bekas. Selain perubahan kadar bahan fisilnya, elemen bakar biasanya dibuat dalam bentuk oksida atau paduan logam dan bahkan pada dasa warsa terakhir ini sudah banyak dikembangkan dalam bentuk silisida. Contoh komposisi elemen bakar yang banyak dipakai: UO2, U3O8-Al, UzrH, U3Si2-Al dan lain-lain. Tujuan utama dibuatnya campuran tersebut adalah agar diperoleh elemen bakar yang nilai bakarnya tinggi, titik lelehnya tinggi, penghantaran panasnya baik, tahan korosi, tidak mudah retak serta mampu menahan produk fisi yang terlepas

Dalam reaksi fisi, neutron yang dapat menyebabkan reaksi pembelahan adalah neutron thermal. Neutron tersebut memiliki energi sekitar 0,025 eV pada suhu 27oC. sementara neutron yang lahir dari reaksi pembelahan memiliki energi rata-rata 2 MeV, yang sangat jauh lebih besar dari energi thermalnya. Syarat bahan moderator adalah atom dengan nomor massa kecil. Namun demikian syarat lain yang harus dipenuhi adalah: memiliki tampang lintang serapan neutron (keboleh-jadian menyerap neutron) yang kecil, memiliki tampang lintang hamburan yang besar dan memiliki daya hantara panas yang baik, serta tidak korosif. Contoh H2O, D2O (Grafit), Berilium (Be) dan lain-lain.

Pendingin Reaktor Pendingin reaktor berfungsi sebagai sarana pengambilan panas hasil fisi dari dalam elemen bakar untuk dipindahkan/dibuang ke tempat lain/lingkungan melalui perangkat penukar penukar panas (H.E.). Sesuai dengan fungsinya maka bahan yang baik sebagai pendingin adalah fluida yang koefisien perpindahan panasnya sangat bagus. Persyaratan lain yang harus dipenuhi agar tidak mengganggu kelancaran proses fisi pada elemen bakar adalah pendingin juga harus memiliki tampang lintan serapan neutron yang kecil, dan tampang lintang hamburan yang besar serta tidak korosif. Contoh fluida-fluida yang biasa dipakai sebagai pendingin adalah: H2O, D2O, Na cair. Gas He dan lain-lain.

Batang Kendali Reaktor Batang kendali berfungsi sebagai pengendali jalannya operasi reaktor agar laju pembelahan/populasi neutron di dalam teras reaktor dapat diatur sesuai dengan kondisi operasi yang dikehendaki. Selain hal tersebut, batang kendali juga berfungsi untuk memadamkan reaktor/menghentikan reaksi pembelahan. Sesuai dengan fungsinya, bahan batang kendali adalah material yang mempunyai tampang lintang serapan neutron yang sangat besar, dan tampang lintang hamburan yang kecil. Bahan-bahan yang sering dipakai adalah: Boron, cadmium, gadolinium dan lain-lain. Bahan-bahan tersebut biasanya dicampur dengan bahan lain agar diperoleh sifat yang tahan radiasi, titik leleh yang tinggi dan tidak korosif. Prinsip kerja pengaturan operasi adalah dengan jalan memasukkan dan mengeluarkan batang kendali ke dan dari teras reaktor. Jika batang kendali dimasukkan, maka sebagian besar neutron akan tertangkap olehnya, yang berarti populasi neutron di dalam reaktor akan berkurang dan kemudian padam. Sebaliknya jika batang kendali dikeluarkan dari teras, maka populasi neutron akan bertambah, dan akan mencapai tingkat jumlah tertentu. Pertambahan/penurunan populasi neutron berkait langsung dengan perubahan daya reaktor.

Perangkat Detector Detektor adalah komponen penunjang yang mutlak diperlukan di dalam reaktor nuklir. Semua insformasi tentang kejadian fisis di dalam teras reaktor, yang meliputi popularitas neutron, laju pembelahan, suhu dan lain-lain hanya dapat dilihat melalui detektor yang dipasang dalam di dalam teras. Secara detail mengenai masalah tersebut akan dibicarakan dalam pelajaran instrumentasi reaktor.

Reflektor Neutron yang keluar dari pembelahan bahan fisil, berjalan dengan kecepatan tinggi ke segala arah. Karena sifatnya yag tidak bermuatan listrik maka gerakannya bebas menembus medium dan tidak berkurang bila tidak menumbuk suatu inti atom medium. Karena sifat tersebut, sebagian neutron tersebut dapat lolos keluar teras reaktor, atau hilang dari sistem. Keadaan ini secara ekonomi berati kerugian, karena netron tersebut tidak dapat digunakan untuk proses fisi berikutnya. Untuk mengurangi kejadian ini, maka sekeliling teras reaktor dipasang bahan pemantul neutron yang disebut reflektor, sehingga nutron-neutron yang lolos akan bertahan dan dikembalikan ke dalam teras untuk dimanfaatkan lagi pada proses fisi berikutnya.

Bahan-bahan reflektor yang baik adalah unsur-unsur yang mempunyai tampang lintang hamburan neutron yang besar, dan tampang lintang serapan yang sekecil mungkin serta tidak korosif. Bahan-bahan yang sering digunakan antara lain: Berilium, Grafit, Parafin, Air, D2O.

Bejana dan Perisai Reaktor Bejana/tangki raktor berfungsi untuk menampung fluida pendingin agar teras reaktor selalu terendam di dalamnya. Bejana tersebut selain harus kuat menahan beban, maka harus pula tidak korosif bila berinteraksi dengan pendingin atau benda lain di dalam teras. Bahan yang bisa digunakan adalah: alumunium, dan stainless stell. Perisai reaktor berfungsi untuk menahan/menghambat/menyerap radiasi yang lolos dari teras reaktor agar tidak menerobos keluar sistem reaktor.

Karena reaktor adalah sumber radiasi yang sangat potensial, maka diperlukan suatu sistem perisai yang mampu menahan semua jenis radiasi tersebut pada umumnya perisai yang digunakan adalah lapisan beton berat.

Perangkat penukar Panas Perangkat penukar panas (Heat exchanger) merupakan komponen penunjang yang berfungsi sebagai sarana pengalihan panas dari pendingin primer, yang menerima panas dari elemen bakar, untuk diberikan pada fluida pendingin yang lain (sekunder). Dengan sistem pengambilan panas tersebut maka integritas komponen teras akan selalu terjamin. Pada jenis reaktor tertentu, terutama jenis PLTN, H.E. juga berfungsi sebgai fasilitas pembangkit uap.

Reaktor KimiaReaktor kimia berdasarkan prosesnya ada 3 yaitu :1.Reaktor BatchReaktor Batch tidak ada massa masuk dan keluar selama reaksi. Jadi bahan dimasukkan, direaksikan beberapa waktu / hari (residence time)dan dikeluarkan sebagai produk dan selama proses tidak ada umpan-produkmengalir. Contoh : fermentasi pembuatan alkohol.Batch Reactor Umumnya digunakana) Fase cairb) Skala proses yang kecilc) Mencoba proses baru yang belum sepenuhnya dikembangkand) Memproduksi produk yang mahale) Proses-proses yang sulit diubah menjadi proses kontinyuf) Jika bahan atau hasilnya perlu pembersihang) Proses memerlukan waktu lamaKeuntungannya:a)Lebih murahb)Lebih mudah pengoperasian dan pengontrolan (penambahan bahan per volume)Kerugiannya:a)Pengendalian suhu bermasalahb)Lebih banyak pekerja, karena diperlukan utk pengawasan kondisi & prosedur yg berubah terus dari awal sampai akhirc)Tidak baik utk fase gas, karena rentan bocor pada masukan pengaduknyad)Tidak efektif utk skala besar karena waktu yang lama (tidak produktif)2. Reaktor Kontinyu, proses umpan dan produk mengalir secara terus-menerus.Keuntungannya:a)Alat lebih kecil dan murahb)Bahan yg diolah lebih sedikit shg resiko kerusakan bahan lebih kecilc)Kondisi operasi lebih seragamd)Produk seragame)Pengurangan biaya per satuan produksi, karena proses dalam kapasitas kecil2f)Biaya operasi & investasi rendahg)Pengendalian kondisi operasi yang mudahMixed Flow Reactor (MFR), reaktor tangki berpengaduk dimana umpan masuk, diproses beberapa waktu Keuntungannya:1) Suhu & campuran dalam reaktor sama (homogen) karena pengaduk residence time) lalu produk keluar. 2) Biasanya reaktor jenis ini disusun paralel sehingga mempunyai kapasitas yang besar dan efisien waktu.3) Pengontrolan suhu mudah sehingga kondisi operasi yang isotermal bisa terpenuhiKerugiannya:a) Untuk volume yg sama konversi lebih rendah daripada PFR b)Tidak baik utk fase gas karena rentan bocorPlug Flow Reactor (PFR), reaktor alir pipa, dimana umpan masuk pada masukan pipa, terjadi reaksi sepanjang pipa lalu keluar. Konversi semakin lama semakin tinggi di sepanjang pipa. Contoh petrokimia, pertaminaUmumnya digunakan: Fase gas dengan tekanan dan suhu tinggiKeuntungannya:a)Konversi yg cukup tinggi dibanding MFRb)Waktu yg relatif lebih singkatKerugiannya:a) Perawatan yang mahalb) Memerlukan waktu utk kondisi steady stateReaktor semi-batchMacam-macam reaktor lainnya adalah :Packed Bed Reactor (PBR) atau Fixed Bed Reactor- Terdri dari satu atau lebih tubes packed dengan partikel katalis, beroperasi pada posisi vertikal- Beroperasi adiabatisKeuntungannya:a. Biaya operasi dan perawatan murah dibanding FBRb. Bisa digunakan di suhu dan tekanan tinggic. Bisa dioperasikan dengan waktu tinggal yang bervariasiKerugiannya:a. Sulit dalam penjagaan distribusi aliran yg seragamb. Bed yg kecil lebih efektif karena internal area yang besar tapi pressure drop tinggic. Regenerasi bed sulit dilakukan karena cenderung permanenFluidized Bed Reactor (FBR)a) Reaktor dg bed terangkat oleh gas reaktanb) Fungsi utk memprediksikan penurunan konversi pada pencampuran di dalam reaktorc) Jumlah bed lebih sedikit daripada PBRd) Luas permukaan lebih besar daripada PBRe) Beroperasi isotermalKeuntungannya:a. Suhu konstan shg mudah dikontrolb. Regenerasi bed yg mudahc. Reaksinya memiliki efek panas yang tinggiKekurangannya:a. Karena bergerak terus-menerus dan antar bed bergesekan, bisa menyebabkan partikel bed mengecil dan terikut keluar sbg produk. Sehingga perlu ditambahkan cyclone separator.b) Bisa menyebabkan keausan dinding reaktor karena gerakan bed yg terus-menerus bergesekan dg dinding Packed Column Bubble TankJenis Jenis Reaktor Berdasarkan BentuknyaReaktor Alir PipaReaktor alir pipa desebut ideal jika zat-zat pereaksi dan hasil reaksi mengalir dengan kecepatan yang sama diseluruh pemampang pipa. Di reaktor komposisi , suhu dan tekanan diseluruh penampang reaktor selalu sama. Perbedaan komposisi, suhu dan tekanan hanya terjadi di sepanjang dinding reaktor. Reaktor jenis ini banyak digunakan dalam industri dengan zat pereaksi atau reaktan berupa fase gas atau cair dengan kapasitas produksi yang cukup besar. Reaktor tangki ideal adalah bila pengadukan sempurna, sehingga komposisi dan suhu di dalam reaktor setiap saat selalu uniform. Dapat di pakai untuk proses batch, semi baatch dan proses alirReaktor BatchReaktor batch adalah tempat terjadinya suatu reaksi kimia tunggal, yaitu reaksi berlangsung dengan hanya satu persamaan laju reaksi yang berpasangan dengan persamaan kesetimbangan dan stoikiometri.Reaktor ini biasanya sangat cocok untuk pokduksi berkapasitas kecil.Reaktor alir ada dua jenis yaitu:Reaktor Alir Tangki Berpengaduk ReaktorAlir Tangki Berpengaduk ( RATB )merupakan reaktor yang paling sering dijumpai dalam industri kimia. Pada industri berskala besar pengoperasian reaktor alir tangki berpengaduk meliputi tiga tahap yaitu pengisian reaktor tinggi overflow, kondisi kontinyu dan kontinyu steady state. Evaluasi variabel-variabel operasi sangat mudah dilakukan pada kondisi steady state.Reaktor Alir Tangki Berpengaduk ( RATB )ini dipanaskan baik menggunakansistim tertutupdi dalam tangki ataujaketyang mengelilingi tangki. Pada tangki pencampur yang digunakan pada reaktor kimia, dua fluida atau lebih direaksikan bersama untuk menghasilkan suatu fluida yang berbeda dari fluida sebelumnya. Reaksi ini terjadi pada temperatur tertentu yang harus dipertahankan tetap besarnya atau konstans agar dapat dihasilkan temperatur dan jenis fluida keluaran yang diinginkan. Reaktor Alir Pipa Reaktor alir pipa desebut ideal jika zat-zat pereaksi dan hasil reaksi mengalir dengan kecepatan yang sama diseluruh pemampang pipa. Di reaktor komposisi , suhu dan tekanan diseluruh penampang reaktor selalu sama. Perbedaan komposisi, suhu dan tekanan hanya terjadi di sepanjang dinding reaktor. Reaktor jenis ini banyak digunakan dalam industri dengan zat pereaksi atau reaktan berupa fase gas atau cair dengan kapasitas produksi yang cukup besar.Reaktor Semi Batch Parareaktor batchsemimungkin adalahjenis yang palingseringreaktordalam industri kimia,terutamadi cabangkimia halus,di laboratoriumkimia organikdan dalamproses bioteknologi.Motivasi untukMenggunakanSemi-BatchReaktora) Kontrolkonsentrasireaktanuntuk meningkatkanselektivitas reaksi.b) Penambahanreaksisedikit demi sedikituntuk mengontrolistribusi komposisi produk (e.gpolimerisasi).c) Kontrolproduksipanas reaksi(reaksieksoterm).d) Hindaritoksisitassubstrat untukmemproduksiorganismeatau enzimyang terisolasi.e) Penghapusanproduk untuk meningkatkankonversi dan selektivitas.f) Hindariakumulasimemberi reaksi terhadapdekomposisi termal.g) Simulasikanproduksi berkelanjutanterutama untukskala kecil. Dalamkontras yangmengejutkan,reaktor batchsemiadalah yang palingdibahas dalamkimia danbiokimia industri.Alasanutama bagiperbedaan iniadalah kesulitandalam mendapatkansolusi analitisdari persamaan diferensialyang menggambarkansuatujenisreaktor.Selain itu,di reaktor semi-batchsegalanya biasanyabervariasi,konsentrasi, suhudan volume.Metodologiyang kami gunakandalamTentu saja,bagaimanapun,memberikan pendekatanyang lurus ke depanuntuk solusi darimasalah ini.mulai dari bahandasar danmenyeimbangkanenergi,solusi daripersamaan diferensialyang mengaturmudah diperoleh denganintegrasinumerik,misalnyamenggunakanBerkeleyMadonna.Alat tersebutjuga memungkinkanlurus ke depan optimasiprofilmakan.Berdasarkan Keadan OperasinyaReaktor IsotermalReaktor Isotermal adalah jika umpan atau fluida yang masuk dan tercampur dalam reaktor maka aliran fluida yang keluar dari reaktor selalu seragam dan bersuhu samaReaktor Adiabatis Reaktor Adiabatis adalahtidak ada perpindahan panas antara reactor dengan sekelilingnya. Ditinjau dari segi operasionalnya, reactor adiabatic yang paling sederhana, cukup dengan menyekat reactor, sehingga tidak ada panas yang hilang ke sekelilingnya.Reaktor Fixed Bed Reaktor Fixed Bed adalahreaktor dengan menggunakan katalis padat yang diam dan zat pereaksi berfase gas. Butiran-butiran katalisator yang biasa dipakai dalam reaktor fixed bed adalah katalisator yang berlubang di bagian tengah, karena luas permukaan persatuan berat lebih besar jika dibandingkan dengan butiran katalisator berbentuk silinder, dan aliran gas lebih lancar.ReaktorFluidized Bed Reaktor Fluidzed Bed adalahjenis reaktor kimia yang dapat digunakan untuk mereaksikan bahan dalam keadaan banyak fasa. Reaktor jenis ini menggunakan fluida (cairan atau gas) yang dialirkan melalui katalis padatan (biasanya berbentuk butiran-butiran kecil) dengan kecepatan yang cukup sehingga katalis akan terolak sedemikian rupa dan akhirnya katalis tersebut dapat dianalogikan sebagai fluida jugaBubble Tank Bubble Tank adalah jenis reaktor kimia yang dapat digunakan untuk mereaksikan bahan dalam keadaan banyak fasa. Reaktor jenis ini menggunakan fluida (cairan atau gas) yang dialirkan melalui katalis padatan (biasanya berbentuk butiran-butiran kecil) dengan kecepatan yang cukup sehingga katalis akan terolak sedemikian rupa dan akhirnya katalis tersebut dapat dianalogikan sebagai fluida juga.Agitate Tank Agitate Tank adalah digunakan untuk menyediakan reservoir penyimpanan untuk batch campuran dari mixer kecepatan geser tinggi.Tiiga fungsi utama dari Agitate Tank :1.Persamaan gelembung udara terjebak selama proses pencampuran.2.Agitate bertindk sebagai reservoir penyimpanan untuk batch campuran yang memungkinkan kelangsungan penyediaan dipertahankan untuk pompa.3.Agitate dari dayung khusus bebentuk menjaga campuran dalam suspensi sebelum pemompaan.Spray Tower Spray Tower adalah perangkat kontrol terutama digunakan untuk pengkondisian gas ( pendingin dan pelembab ) atau untuk tahap pertama atau penghapus partikel gas. Mereka juga digunakan di banyak gas cerombnong desulfurisasi sistem untuk mngurangi penumpukan plugging dan skala oleh polutanBab 3Teknik Reaksi Kimia dan Perancangan ReaktorIndustri kimia adalah industri yang menghasilkan produk/ bahan kimia yang bernilai tambah tinggi, yang dihasilkan dari berbagai sumber daya alam sebagai bahan bakunya. Ilmu Pengetahuan dan Teknologi yang berkembang dalam industri kimia berkisar pada perkembangan dalam transformasi kimia dari bahan, seperti misalnya dalam bidang reaksi kimia yang meliputi perancangan dan operasi reaktor kimia1.1. Teknik PerancanganPada umumnya, formulasi permasalahan yang diangkat dari pemodelan berdasarkan pada neraca massa dan energi yang sering kali direpresentasikan oleh sebuah atau sistem persamaan diferensial. 1.2. Perancangan Reaktor untuk Proses IndustrialJenis reaktor, karateristik reaksi, dan pertimbangan perencanaan pada berbagai industri kimia.Konversi KimiaSalah satu faktor yang penting dalam proses perancangan sebuah reaktor adalah sejauh mana reaksi yang ditinjau itu harus berlangsung, dengan kata lain berapa tingkat konversi yang diinginkan. Aspek ini memberikan gambaran seberapa banyak produk yang dihasilkan dan sisa reaktan yang terbawa aliran produk. 2.1. Derajat ReaksiHarga derajat reaksi memiliki satuan mol. Harganya tidak memiliki batas tertentu, besarnya bergantung pada jumlah mol senyawa yang bereaksi atau terbentuk selama reaksi berlangsung dan bilangan stoikiometrinya. 2.2. Derajat KonversiDerajat konversi didefinisikan sebagai:dimana: Xi : derajat konversi substansi i ni,0 : jumlah mol mula- mula substansi ini : jumlah mol substansi i pada keadaan akhirDerajat konversi sering digunakan para praktisi teknik kimia dalam mengevaluasi unjuk kerja reaktor dibandingkan dengan derajat reaksi walaupun harga derajat konversi untuk setiap komponen berbeda. 2.3. Hubungan Derajat Konversi dengan KomposisiKomposisi suatu system reaksi komponen banyak dalam sebuah reaktor tertutup dapat ditentukan dengan mengetahui derajat konversi salah satu komponennya. 2.4. Pengaruh Konversi terhadap P dan VUntuk sistem yang tidak equimolar, di samping temperatur, konversi juga dapat mempengaruhi volum dan tekanan sistem reaksi.2.4.1. Sistem Gas IdealPada sistem yang dianggap sebagai gas ideal, volum molar masing- masing komponen i berharga sama. 2.4.2. Sistem CairanPada sistem cairan, volum molar setiap komponen tidak sama, maka volum total harus dihitung atas dasar volum molar setiap komponen. Dalam sebuah sistem ada 2 penyebab perubahan volum, yaitu: perubahan tekanan dan suhu, dan perubahan jumlah mol dalam campuran. 2.5. KonsentrasiKonsentrasi komponen I dalam suatu system bervolum dinyatakan oleh : Reaktor Ideal3.1. Neraca MassaBayangkan sebuah batas- batas ruangan yang memiliki volume tidak terhingga yang memisahkan ruangan tersebut dengan lingkungannya. Ruangan seperti itu disebut sebagai ruang kendali. Pada sebuah proses non- nuklir, neraca massa dan neraca energi dapat dipisahkan satu dengan lainnya. 3.2. Reaksi Kimia ElementerReaksi elementer adalah reaksi yang terjadi akibat dari interaksi tunggal (misalnya: tumbukan) antara molekul- molekul reaktan.3.2.1. Reaksi Unimolekular, Orde PertamaReaksi orde pertama berlangsung pada kondisi normal. Tumbukan antar molekul diperlukan untuk menginisiasi reaksi. Untuk itu diperlukan sebuah energi pengaktifan tertentu yang digunakan oleh molekul untuk bertumbukan satu sama lainnya. 3.2.2. Orde Kedua, Satu Reaktan3.2.3. Orde Kedua, Dua Reaktan3.3. Reaktor Ideal Isotermal

Dalam bagian ini, akan dibahas metode bagaimana cara mengevaluasi unjuk kerja dan dasar perancangan reactor partaian dan reaktor aliran. Reaktor aliran yang akan dibahas adalah reactor ideal yakni Reaktor Aliran Sumbat (RAS) dan Reaktor Tanki Ideal Kontinyu (RTIK). 3.3.1. Reaktor Partaian 3.3.1.1.Volum Media Reaksi TetapReaktor partaian adalah sebuah reaktor yang tidak memiliki aliran masuk dan keluar reaktor. Jumlah komponen didalam reaktor dapat berubah setiap saat selama reaksi berlangsung. Karena tidak ada aliran masuk dan keluar, maka neraca massa pada reaktor dapat dituliskan sebagai:3.3.1.2.Volum Media Reaksi BerubahPada reaktor dimana volume media reaksinya berubah karena reaksi kimia, maka volume media reaksi merupakan fungsi dari derajat konversi. 3.3.1.3.Dasar Perancangan Reaktor PartaianDalam masalah perancangan, ukuran dan jenis reaktor merupakan hal mendasar dalam spesifikasi operasi dan tujuan obyektif perancangan. 3.3.2. Reaktor Aliran Sumbat3.3.2.1. Unjuk Kerja Reaktor Aliran SumbatKondisi yang harus dipenuhi agar dikatakan RAS: Profil laju alir ke arah radial terdistribusi seragam Terdapat pencampuran sempurna ke arah radial Tidak ada pencampuran ke arah aksial3.3.2.2. Waktu Tinggal Rata- rataWaktu tinggal rata- rata adalah waktu yang dibutuhkan oleh fluida untuk mengalir sepanjang reaktor3.3.2.3. Perancangan Reaktor Aliran SumbatPersamaan jika umpan masuk ke dalam RAS telah terkonversikan secara parsial:3.3.3. Reaktor Tangki Ideal3.3.3.1. Sistem dengan Densitas atau Volum TetapJika volume media reaksi tidak berubah selama reaksi berlangsung karena reaksi yang equimolar, maka 3.3.3.2. Sistem dengan Densitas atau Volum TetapJika densitas sistem berubah sepanjang reaktor, maka persamaan unjuk kerja dan perancangan RAS sebaiknya ditulis sebagai fungsi derajat konversi. 3.4. Perbandingan Ukuran ReaktorAda benyak sekali carauntuk memproses fluida: dalam sebuah sistem partaian atau dalam sebuah sistem mengalir. Dalam sebuah sistem reaktor bertahap atau dalam sebuah reaktor berdaur ulang dengan menggunakan berbagai rasio daur ulang dan kondisi. 3.4.1. Reaktor Partaian Reaktor partaian memiliki keuntungan dalam biaya instrumentasi yang rendah dan fleksibilitas yang tinggi. 3.4.2. RTIK dan RASUntuk beban reaksi tertentu, rasio volum RTIK dan RAS bergantung pada koordinat reaksi, stoikimetri reaksi, dan bentuk dari persamaan kinetika reaksinya. 3.5. Sistem Reaktor Ganda3.5.1. Reaktor Aliran Sumbat Disusun Seri dan ParalelJika RAS disusun secara paralel atau semi paralel, maka sistem keseluruhan dapat dianggap sebagai semua reaktor yang bervolum total sama dengan jumlah total keseluruhan volum dari masing- masing reaktor jika distribusi komponen masing- masing cabang yang bertemu di titik tertentu harus memiliki konsentrasi yang sama. 3.5.2. Reaktor Tangki Ideal Kontinyu Disusun Seri

3.5.2.1.Reaksi Orde Pertama3.5.2.2.Reaksi Orde Kedua3.5.3. Reaktor Tangki Ideal Kontinyu Berukuran Berbeda Disusun Seri3.5.3.1.Derajat Konversi untuk Sistem Reaktor TertentuTerdapat dua pendekatan yang dapat digunakan untuk mengevaluasi masalah ini, yaitu dengan Metode grafis dan Pendekatan numerik. 3.5.4. Reaktor Jenis Berbeda Disusun SeriJika reaktor dari jenis berbeda disusun seri, derajat konversi keseluruhan dapat ditentukan, demikian pula derajat konversi antara reaktor yang satu dengan lainnya, yang dibutuhkan untuk memperkirakan kebutuhan penukar panas. 3.5.5. Reaktor Berdaur UlangPendaur ulangan dapat dilakukan langsung dengan mengembalikan sebagian aliran tersebut untuk dicampurkan dengan umpan segar. 3.5.5.1.Reaksi Order Pertama3.5.5.2.Reaksi Order Kedua Reaksi Kompleks Pada Reaktor Partaian4.1. Reaksi Ganda Non ElementerReaksi kompleks terdiri dari dua atau lebih reaksi yang direpresentasikan oleh dua atau lebih persamaan stoikiometri reaksi, yang masing- masing memiliki persamaan laju kinetika reaksi. 4.2. Kinetika Komplek dalam Reaktor Partaian 4.2.1. Reaksi GandaUntuk reaksi berganda, neraca massa masing- masing komponen dapat dituliskan sesuai dengan stoikiometri reaksi dari sistem yang ada. 4.3. Mekanisme Reaksi Kompleks4.3.1. Reaksi Berorde Tinggi Reaksi dengan orde n < 1 akan berlangsung hingga t= (. Karena pada hampir seluruh reaksi dengan orde n 1. 4.3.2. Hipotesis Keadaan TunakTahap- tahap erlementter harus dipostulatkan untuk membangun sebuah mekanisme reaksi yang reaistis, namun konsekuensinya tetapan kinetika yang harus dicari menjadi lebih banyak. 4.3.3. Sistem Persamaan Reaksi Orde PertamaJika sebuah sistem reaksi kimia terdiri dari reaksi berorde pertama, maka penyelesaian analitiknya selalu dapat diperoleh karena sistem persamaan diferensial yang dibangun adalah sebuah sistem persamaan linear. 4.3.4. Reaksi Autokatalitik4.4. Reaktor Partaian dengan Volume Berubah-rubah4.4.1. Sistem dengan Massa Tetap4.4.2. Sistem Reaktor Semi- partaian (semibatch) Reaksi Kompleks Pada Reaktor Ideal5.1. Reaktor PipaReaktor pipa atau Reaktor Aliran Sumbat (RAS) merupakan reaktor pipa yang memiliki luas penampang dan densitas tetap. 5.1.1. Kinetika KompleksDengan menganggap densitas fluida di sepanjang reaktor tetap maka RAS dievaluasi identik dengan reaktor partaian dengan volume tetap. 5.1.2. Reaktor dengan Densitas BerubahPenurunan tekanan dihitung dengan menggunakan persamaan Ergun. 5.2. Reaktor Tangki Ideal KontinyuPada RTIK tidak ada variasi konsentrasi dan sifat fisik media reaksi diseluruh bagian reaktor, karena dianggap teraduk sempuna. 5.3. Kinetika Kompleks dan Derajat Kontinyu5.4. Sifat Fisik Media Reaksi BerubahUntuk menyelesaikan kasus ini, diperlukan persamaan keadaan yang merupakan persamaan penunjang yang menghubungkan perubahan densitas massa media reaksi. 5.5. Reaktor KombinasiDengan menggabungkan dua jenis reaktor yang berbeda akan menjadi jenis reaktor lain. 5.5.1. Kombinasi Seri dan ParalelJika dua buah reaktor dihubungkan secara seri, kondisi keluaran reaktor pertama merupakan kondisi masukan dari reaktor kedua. 5.5.2. Reaktor Tanki SeriReaktor yang dipasang seri akan lebih menguntungkan daripada menggunakan reaktor tunggal yang berukuran besar. 5.6. Sistem Reaktor dengan Daur UlangMassa keluaran reaktor didaur ulang tanpa proses pemisahan bahan- bahan kandungan campuran. 5.7. Diskusi Kualitatif Tentang Distribusi ProdukJika reaktan terdiri dari lebih dari satu reaktan, maka konsentrasi masing- masing reaktan untuk menghasilkan produk yang diinginkan memiliki beberapa variasi. 5.8. Analisis Kuantitatif Reaksi KompleksSebuah reaksi kompleks yang paling sederhana terdiri dari reaksi-reaksi berorde pertama yang disusun seri dan paralel5.8.1. Reaksi Order Pertama Ireversibel dalam RASTiga buah persamaan diferensial harus diselesaikan secara simultan, namun dapat dilihat bahwa persamaan pertama independen terhadap persamaan berikutnya. 5.8.2. Reaksi Seri pada RTIKReaksi yang sam dengan sebelumnya diselenggarakan pada sebuah RTIK. Pengaruh Temperatur dan Neraca Energi6.1. Pengaruh Temperatur Pada Laju Reaksi6.1.1. Kelakuan Arrhenius dan Non Arrhenius6.1.2. Temperatur Optimal pada Reaktor Isotermal6.2. Neraca Panas6.3. Reaktor Tanki Ideal Non Isotermal6.4. Reaktor Aliran Sumbat (Reaktor Pipa) Non Isotermal6.5. Reaktor Partaian Non IsotermalReaktor Pipa Nyata dengan Aliran Laminer7.1. Isotermal, Aliran Laminar, Non-Difusional7.2. Difusi Massa Secara Konveksi 7.3. Profil Temperatur pada Aliran Laminarba7.4. Strategi Penyelesaian Secara Numerik7.4.1. Penghampiran Selisih Terhingga7.4.2. Metoda Semi Diskretasi Untuk Penyelesaian Persamaan Diferensial Parsial 7.5. Aliran Pada Bidang DatarReaktor Pipa Nyata dengan Aliran Turbulen8.1. Model Dispersi Aksial8.2. Penyelesaian Numerik8.3. Dispersi Aksial Non Isotermal8.4. Reaktor Unggun Tetap