Top Banner
1 REAKTOR Oleh: Bintoro,ST [email protected] Topik Pembahasan Pengertian Dasar Reaktor Tinjauan Kinetik Tinjauan Thermodinamik Pemilihan reaktor Teknik perancangan Reaktor Mecahnical design Pengertian Dasar Reaktor 1. Reaksi kimia Reaksi kimia adalah interaksi antara suatu molekul sejenis atau tidak sejenis yang membentuk satu atau lebih melekul yang berbeda sifat fisis dan kimianya. Misalnya : A B 2A B+ C, dst. 2. Konversi Konversi adalah sebuah istilah yang digunakan untuk menunjuk atau mengukur sejumlah massa yang bereaksi. Jadi Konversi dapat didifinisikan : Sejumlah massa yang bereaksi terhadap massa mula-mula. CAo CA CAo Xa - =
28

Reaktor ku

Jun 07, 2015

Download

Documents

bintoro

pengertian dasar reaktor,tinjauan kinetika,pemilihan reaktor,
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: Reaktor ku

1

REAKTOR

Oleh: Bintoro,ST

[email protected]

Topik Pembahasan

• Pengertian Dasar Reaktor

• Tinjauan Kinetik

• Tinjauan Thermodinamik

• Pemilihan reaktor

• Teknik perancangan Reaktor

• Mecahnical design

Pengertian Dasar Reaktor

1. Reaksi kimia

Reaksi kimia adalah interaksi antara suatu molekul sejenis atau tidak

sejenis yang membentuk satu atau lebih melekul yang berbeda sifat fisis

dan kimianya.

Misalnya :

A → B

2A → B+ C, dst.

2. Konversi

Konversi adalah sebuah istilah yang digunakan untuk menunjuk atau

mengukur sejumlah massa yang bereaksi. Jadi Konversi dapat

didifinisikan : Sejumlah massa yang bereaksi terhadap massa mula-mula.

CAo

CACAoXa

−=

Page 2: Reaktor ku

2

3. Yield

Adalah perbandingan jumlah massa produk terhadap massa mula-mula

dikalikan faktor stoikiometri.

Apa perbedaan Yield dengan konversi ?

Yield dengan konversi pada prinsipnya adalah sama hanya saja sudut

pandangnya yang berbeda. Pada Yield lebih dilihat dari perbandingan massa

produk terhadap massa umpan dan sebaliknya pada Konversi lebih dilihat

pada massa yang bereaksi terhadap massa umpan. Dalam perkembangan lebih

lanjut yield lebih dikhususkan pada produk akhir proses terhadap umpan

proses.

Difinisi Reaktor

Reaktor adalah tempat berlangsungnya suatu reaksi kimia. Jadi lebih

kearah tempatnya, apakah itu berupa tangki, pipa, menara distilasi, menara

bahan isian, dll. Tempat berlangsungnya suatu reaksi harus memenuhi syarat-

syarat tertentu diantaranya :

- Memungkinkan adanya turbulensi massa

- Memungkinkan terjadinya transfer panas dan massa.

Jenis – jenis Reaksi

Reaksi dapat dibedakan berdasarkan kompleksitas reaktannya yaitu:

- Reaksi sederhana (Elementer)

- Reaksi tidak sederhana (Non Elementer)

%100)(

)(××

−= Fs

mulamulaN

produkNYi

Page 3: Reaktor ku

3

Reaksi Elementer

Reaksi Elementer adalah reaksi yang koeffisien persamaan reaksinya

merupakan bilangan bulat dan sederhana. Pada reaksi ini biasanya orde reaksi

merupakan jumlah dari pangkat konsentrasinya, yang merupakan bilangan

koeffisien persamaan reaksi.

Contoh :

A + B → C

Reaksi Non Elementer

Reaksi non elementer adalah reaksi yang koeffisien persamaan reaksinya

bukan merupakan bilangan bulat dan sederhana. Dan penentuan oerde reaksi

hanya bisa didasarkan pada suatu penelitian.

Contoh :

Jenis reaksi berdasarkan kecepatan reaksinya :

- Reaksi Katalitik

- Reaksi non katalitik

Dalam hal ini katalis berfungsi sebagai akselerator reaksi lebih khusus lagi

bahwa katalis ini bersifat menurunkan energi (E) aktivasi suatu reaksi non

katalitik

Kapan suatu reaksi tidak membutuhkan katalis ????

BAA CkCr =−

DCBA 43

45

43

21 +→+

baCBkCArA =−

Page 4: Reaktor ku

4

Suatu reaksi tidak membutuhkan katalis apabila kecepatan reaksi suatu

bahan sudah cepat ditinjau dari segi ekonomis. Artinya bila suatu bahan yang

bereaksi tanpa menggunakan katalis untuk menghasilkan suatu bahan

tertentu itu lebih murah investasi dan biaya operasionalnya dibandingkan

menggunakan katalis maka penggunaan katalis itu menjadi tidak penting.

Bagaimana terjadinya reaksi katalitik ????

Reaksi katalitik dapat berlangsung dalam beberapa alternatif. Misalnya :

Alternatif I :

Alternatif II :

Alternatif III :

dst.

Jenis reaksi menurut mekanisme reaksinya

Jenis reaksi menurut mekanisme reaksinya banyak ragamnya diantarnya :

sCAsBAsBBAs

AssACskatalisBA

+→→+

→++ → )(

sCBsABsAABs

BssBCskatalisBA

+→→+

→++ → )(

sCCsCsBAs

BAssABCskatalisBA

+→→

→+++ → )(

Page 5: Reaktor ku

5

* Reaksi addisi * Reaksi esterifikasi

* Reaksi hidrolisis * Reaksi alkilasi

* Reaksi fermantasi * Reaksi polimerisasi, dll

Tinjauan Kinetik Reaksi Kimia

Suatu reaksi kimia dapat berlangsung bila mencapai keadaan yang optimum,

baik ditinjau dari kondisi operasi (suhu dan tekanan) dan energi aktivasi.

Pengetahuan tentang mekanisme reaksi akan sangat membantu dalam

penentuan kecepatan reaksi.

Difinisi Kinetika reaksi

Kecepatan reaksi adalah kecepatan perubahan konsentrasi suatu bahan yang

bereaksi persatuan waktu. Kecepatan perubahan ini dapat ditinjau dari bahan

yang bereaksi (Reaktan) atau dari bahan yang terbentuk (Produk).

Ditunjau dari reaktan

Kecepatan reaksibila ditinjau dari Reaktan : adalah perubahan penurunan

konsentrasi bahan yang bereaksi (Reaktan) persatuan waktu.

Ditinjau dari Produk reaksi

Kecepatan reaksi ditinjau dari Produk reaksi :

Adalah perubahan penambahan massa produk reaksi persatuan waktu

Penentuan konstanta kecepatan reaksi

Penentuan konstanta kecepatan reaksi dapat dibagi menjadi dua bagian :

- Reaksi Homogen

kCACBdt

dNAV

rA =−=− 1

ckCdt

dNCV

rC == 1

Page 6: Reaktor ku

6

Reaksi yang berupa homogen satu fase saja misalnya : Gas-gas, Cair-cair,

Padat-padat.

- Reaksi Heterogen.

Reaksi yang berupa campuran bahan yang berbeda fasenya. Misalnya : Gas-

cair, Cair-padat, Gas-padat, dll

Penentuan konstanta kecepatan reaksi untuk reaksi homogen.

Penentuan kecepatan reaksi homogen dapat ditentukan dengan dua cara :

- Dengan menggunakan data Primer

Yaitu penentuan harga k dengan penelitian,observasi atau experimen yang

berupa waktu tinggal (θ) dan konversi (x)

- Dengan menggunakan data Sekunder

Yaitu dengan pendekatan teori tumbukan Arhenius.

Penentuan harga k dengan data Primer

Penentuan harga konstanta kecepatan reaksi dengan menggunakan data

primer dilakukan dengan penelitian langsung sehingga diperoleh data teknis

berupa waktu reaksi (θ) dan konversi (x).

Selajutnya dari data teknis ini kita olah sehingga diperoleh harga konstanta

kecepatan reaksi yang disesuaikan dengan kasus masing-masing. Misalnya

pada proses Batch atau proses kontinyu.

Persamaan matematis

1. Proses Batch.

Input – output – disappearance = Accumulation

Page 7: Reaktor ku

7

Sehingga diperoleh :

2. Proses Continue.

Input – output – disappearance = Accumulation

Sehingga diperoleh :

Sehingga diperoleh nilai –rA yang selanjutnya dapat dihitung bersarnya

harga k

Bagaimana menentukan harga k dari Reaktor Alir Pipa ?

Penentuan harga k pada reaktor ailr pipa dapat dihutng sebagai berikut :

dtdXANAo(-rA)V- −=

)(rACAoXAt−

=

A

A

X

F

AA

AA

dXX

dFF

++

(-rA)dVdX CFv

(-rA)dVdXF

(-rA)dVdFFF

Ao

AAA

=

=

=+=

A Ao

A

- -

onaccumulati ncedisappeara -output -input

∫ −=

xA

rAdXACAot

0 )(

dtdNA(-rA)V - 0 - 0 =

∫ −=

XA

rA

dXACAot

0 )(

:diperoleh Sehingga

(-rA)VXCFv(-rA)VXFAo

(-rA)VXFAoFAo

==

=

A Ao A

0 -A)-(1 -

Page 8: Reaktor ku

8

Penentuan Kinetika reaksi untuk reaksi Heterogen

Untuk menentukan kinetika reaksi pada reaksi Heterogen maka kita harus

tahu lebih dahulu mekanisme reaksi pada reaksi heterogen tersebut. Antara

lain meliputi transfer massa dan kecepatan reaksi kimia.

Mekanisme Reaksi Heterogen

1. Fase Cair-gas (Reaksi kimia lambat)

Mekanisme reaksi fase cair-gas meliputi :

- Difusi solut A dalam fase gas

- Transfer massa dari fase gas menuju interface fase gas.

- Transfer massa dari interface fase gas menuju interface fase cair

- Difusi solut A dalam fase cair

- Reaksi dalam fase cair dibadan cairan

2. Fase cair-gas (Reaksi kimia berjalan cepat)

- Diffusi Solut A dalam fase gas

- Transfer massa dari fase gas menuju interface fase gas.

- Transfer massa dari interface fase gas menuju interface faase cair.

- Reaksi kimia terjadi pada interface fase cair.

- Difusi hasail reaksi kedalam fase cair

3. Fase Cair – gas (Reaksi kimia berjalan sangat cepat)

- Diffusi Solut A dalam fase gas

- Transfer massa solut A dari fase gas menuju lapisan interface fase gas.

- Reaksi berlangsung dipermukaan fase cair

- Diffusi hasil reaksi menuju badan cairan

Teori Dasar Transfer Massa

Page 9: Reaktor ku

9

Transfer massa fase gas :

Transfer massa fase cair :

Skema mekanisme reaksi Heterogen

Fase Gas Fase Cair

Tinjauan Thermodinamika

Termodinamika dalam reaksi kimia lebih cenderung membahas tentang

kesetimbangan reaksi. Dan reaksi dialam ini sebagian besar pasti merupakan

reaksi setimbang.

Apa urgensi kita mengetahui kesetimbangan reaksi ?

Tujuan kita mengetahui kesetimbangan reaksi adalah untuk menentukan

kondisi operasi dalam reaktor yang seoptimal mungkin. Artinya pada suhu

berapa reaktor kita beroperasi sehingga diperoleh konversi setinggi-tingginya.

Apa yang dimaksud dengan kesetimbang reaksi ?

Kesetimbangan reaksi adalah keadaan dimana kecepatan reaksi kekanan

dan kecepatan reaksi kekiri sama.

PA

PAi

CA

i

CA

dDcCbBaA +⇐⇒+

Page 10: Reaktor ku

10

Misal : Reaksi : A menjadi B, kecepatan pembentukan A = 0,5 gmol/lt jam

dan kecepatan pembentukan B = 0,5 gmol/lt/jam

Bagimana kita dapat mengukur besarnya kesetimbangan massa ?

Kesetimbangan reaksi dapat diukur dengan mengetahui berapa besarnya

konstanta kesetimbangan reaksi (K) yang merupakan fungsi dari koeffisien

aktivitas bahan-bahan yang bereaksi.

Penentuan Harga Konstanta kesetimbangan reaksi (K)

Konstanta kesetimbangan reaksi dapat ditentukan dengan cara :

1. Dihitung langsung dengan persamaan :

2. Bila diketahui panas reaksi dapat dihitung:

3. Bila diketahui ∆Go dan ∆ho

Kemudian Dihitung ∆Ho

∏= viaiK

ITR

TR

TRRT

HoK +∆+∆+∆+∆−= 2

62lnln

γβα

rccp

rbbp

raap

frfp

rp

∆−∆=∆∆−∆=∆∆−∆=∆

∆−∆=∆∆−∆=∆

γβα

ooo

ooo

HHH

GGG

3

γ

2

βα

32 TTTHoH o ∆+∆+∆+∆=∆

Page 11: Reaktor ku

11

Kemudian dihitung harga I

Selanjutnya dihitung harga K dengan pers.

Bagaimana pengaruh suhu terhadap konversi setimbang ?

• Pada reaksi kesetimbangan untuk reaksi endotermis maka semakin tinggi

suhu konversi setimbang semakin besar.

• Pada reaksi kesetimbangan untuk reaksi Eksotermis maka semakin tinggi

suhu, konversi setimbang semakin kecil.

Grafik hubungan antara Suhu dan Konversi Setimbang

Kesimpulan Tinjauan Thermodinamika

1. Konstanta kesetimbangan reaksi tidak dipengaruhi oleh tekanan tetapi

dipengaruhi oleh suhu reaksi.

IRTTTTTHoGo −∆−∆−∆−∆=∆ 32

6

γ

2

βlnα

ITR

TR

TRRT

HoK +∆+∆+∆+∆−= 2

6

γ

2

βlnα

ln

T (Suhu)

Xe

Eksotermis

Endotermis

1

Page 12: Reaktor ku

12

2. Walaupun kesetimbangan reaksi tidak dipengaruhi oleh tekanan tetapi

konsentrasi setimbang atau konversi setimbang.

3. Bila Harga K>>1 maka praktis konversi maksimum (100%) bisa tercapai

dan reaksi dapat dianggap berjalan secara Irreversible. Bila harga K << 1

maka reaksi merupakan reaksi bolak-balik.

4. Bila suhu naik pada reaksi endotermis maka konversi setimbang akan naik

(T >>> ; Xe >>> (endotermis)).

Dan bila suhu naik pada reaksi eksothermis maka konversi setimbang

akan turun ( T >>>; Xe <<< (eksotermis)).

5. Pada reaksi yang mengalami penambahan jumlah molekul, semakin besar

tekanan maka konversi setimbang akan semakin besar. Sebliknya pada

reaksi yang mengalami penurunan jumlah molekul maka konversi

setimbang akan semakin kecil.

6. Pengaruh penambahan inert dalam reaktor akan mengurangi tekanan gas

yang bereaksi.

Pemilihan Reaktor (Faktor-faktor yang berpengaruh)

Faktor-faktor yang mempengaruhi pemilihan reaktor :

• Type Reaksi

• Konsentrasi

• Tekanan

• Fase

• Katalis

Type Reaksi

Page 13: Reaktor ku

13

• Reaksi single

• Reaksi parallel

• Reaksi seri

• Reaksi Seri – Paralel

• Reaksi Polimerisasi

Konsentrasi

1. Reaksi Irreversible tunggal

Pada reaksi tunggal tidak dapat balik maka memperbesar konsentrasi

salah satu reaktan akan memperbesar konversi. Maka dipilih salah satu

reaktan dibuat berlebih dan yang lain sebagai limiting reaktan sehingga

reaksi mendekati sempurna.

2. Reaksi reversible tunggal

Konversi maksimum yang dapat dicapai pada reaksi dapat balik sangat

dipengaruhi oleh kesetimbangan reaksi , atau konversi setimbang.

B A →

C A

B A

C B

B A

D B

C A

B A

Polimer T (A)nITerminasi

nIAnAAIpropagasi

AIAIInisiasi

+

+

+

)(

Page 14: Reaktor ku

14

a. Rasio Umpan.

Perbandingan umpan reaktor sedemikian dapat mencapai konversi

setimbangan yang maksimum. Konversi maksimum ini dapat dicapai

bila produk reaksi dikurangi.

b. Pengaruh penambahan inert.

Penambahan inert dalam reaksi bertujuan mempengaruhi

kesetimbangan reaksi sedemikian dapat diperoleh konversi yang

maksimum. Bila melekularitas reaksi bernilai (-) maka sebaiknya tidak

ada penambahan inert tetapi sebaliknya nilai molekuritas bernilai (+)

maka disarankan adanya penambahan inert.

c. Pengambilan produk selama reaksi

Pada reaksi setimbangan sebaiknya produk diambil secara kontinyu

supaya diperoleh konversi yang maksimum. Begitu pula sebaliknya.

3. Reaksi paralel

Pada prinsipnya untuk memperbesar selektivitas reaksi.

Jika reaksi berjalan sbb :

4. Reaksi Seri

sampingProdukfeedfeedProdukfeedfeed

⇐⇒+⇐⇒+

2121

)12(2

)12(1

1

2

1

2 bbfeed

aafeed CC

k

k

r

r −−=

berlebih maka )12()12(

berlebih maka )12()12(:

1feedbbaa2feedbbaa

Jika

−<−−>−

Page 15: Reaktor ku

15

Pada reaksi seri maka bila produk merupakan produk tengahan maka

konversi rendah pada reaksi utama akan memperbesar selektivitas. Dan

bila reaksi samping merupakan produk tengahan maka konversi besar

akan memperbesar selektivitas.

Suhu Reaksi

1. Reaksi Tunggal

a. Endotermis : Semakin tinggi suhu maka konversi akan semakin besar

dan kecepatan reaksi juga semakin tinggi, sehingga sebaiknya reaktor

dioperasikan pada suhu setinggi-tingginya dengan memperhatikan

faktor keamanan, batas material construction dan umur katalis. b. Eksotermis : Pada reaksi Irreversible maka sebaiknya reaktor

dioperasikan pada suhu setinggi-tingginya, sehingga kecepatan reaksi

akan besar sihingga volume reaktor akan kecil. Pada reaksi Reversibel

sebaiknya suhu reaktor dioperasikan pada suhu rendah supaya

diperoleh konversi maksimum yang tinggi. Tetapi suhu rendah akan

mengakibatkan kecepatan reaksi menjadi kecil sehingga volume

reaktor akan menjadi besar. Maka diperlukan kondisi operasi yang

optimum.

2. Multiple Reactions

Pada reaksi yang bersifat multi reaksi maka pemilihan suhu ditujukan

untuk memaksimumkan selektivitas dan meminimumkan volume rekator.

- bila k1 > k2 Suhu operasi harus tinggi

- bila k2 > k1 suhu operasi harus rendah

A B k1

k2

Page 16: Reaktor ku

16

3. Kontrol suhu pada reaktor

Pada prinsipnya perancangan reaktor adiabatis adalah reaktor yang paling

sederhana dan paling murah. Tetapi bila ternyata panas reaksi cukup besar

maka reaktor tidak dapat dilaksanakan secara adiabatis. Maka pengaturan

suhu dapat dengan beberapa cara :

a. Indirect heat transfer.

Yaitu pemanasan/pendinginan secara tidak langsung.

b. Cold and hot shot

Yaitu dengan injeksi fresh feed dingin atau panas.

c. Heat carrier

Yaitu dengan memasukkan umpan inert yang suhunya lebih tinggi

(untuk proses endotermis) atau lebih rendah (untuk proses eksotermis).

Beberapa Pertimbangan Direct Heat Transfer

• Reaksi berlangsung sangat cepat sehingga sangat mungkin menimbulkan

reaksi samping.

• Produk reaksi bersuhu tinggi atau sangat korosiv sehingga membutuhkan

material construction yang sangat mahal.

• Produk reaksi sangat bersifat fouling.

Pengaruh Tekanan

1. Single reaction

a. Penurunan jumlah mol

Bila selama reaksi terjadi penurunan jumlah mol maka Tekanan reaktor

harus besar. Sehingga reaksi akan bergeser kearah kanan

b. Penambahan jumlah mol

Bila selama reaksi terjadi penambahan jumlah mol maka tekanan reaksi

harus kecil.

Page 17: Reaktor ku

17

2. Multi reaksi

Pengambilan tekanan operasi pada reaksi yang lebih dari satu maka harus

mempertimbangkan masalah selektivitas, konversi dan Volume rekator.

Penentuan Fase Reaksi

Penentuan fase reaksi sangat dipengaruhi oleh suhu dan tekanan reaksi.

Sehingga pengetahuan fase bahan pada suhu reaksi sangat penting, apakah

dalam fase padat, fase cair, fase uap atau fase gas.

Pemilihan katalis

• Sifat Katalis

Katalis bersifat mempercepat reaksi secara spesifik tetapi tidak mengalami

perubahan kimia diakhir reaksi.

• Cara kerja katalis

Katalis bekerja dan terlibat dalam reaksi sedemikian rupa sehingga dapat

menurunkan energi aktivasi

• Jenis Katalis

Katalis Homogen

Jenis katalis ini mempunyai fase yang sama dengan bahan yang bereaksi.

Biasanya katalis ini tidak begitu disukai karena akan menimbulkan

problem pada proses pemisahan katalis dan sering menimbulkan dampak

lingkungan.

Katalis Heterogen

Katalis Heterogen adalah katalis yang mempunyai fase yang berbeds

dengan fase bahan yang bereaksi. Rata-rata fase katalis heterogen ini

adalah fase padat, sehingga dalam proses pemisahannya akan lebih mudah.

Sehingga katalis dapat di daur ulang maka dampak lingkungan dapat

dikurangi.

Page 18: Reaktor ku

18

• Bentuk katalis heterogen

Bentuk katalis heterogen dapat berupa :

- Bulk catalytic material, yaitu berupa katalis yang terdiri dari beberapa

campuran bahan

- Supported catalysts, yaitu berupa katalis yang didukung oleh bahan yang

lebih murah yang bersifat inert dab berpori.

• Degradasi katalis

Degradasi katalis dapat dilihat dari beberapa cara :

a. Physical loss, Yaitu degradasi katalis karena berkurangnya katalis

ketika rekasi terjadi. Terjadi pada katalis yang bersifat homogen atau

pada katalis heterogen pada reaktor fluidized bed.

b. Surface deposite, Yaitu degradasi katalis karena pembentukan deposit

pada permukaan katalis.

c. Sintering, yaitu degradasi katalis karena adanya restrukturisasi molekul

yang terjadi pada suhu tinggi. Proses sintering ini biasanya terjadi bila

suhu berada separoh dari suhu melting point katalis.

d. Poisoning, yaitu terjadinya keracunan pada katalis. Hal ini terjadi bila

bahan yang bereaksi mengadung bahan yang bersifat racun katalis, baik

pada hasil samping reaksi, maupun pada inert.

e. Chemical change, yaitu degradasi karena adanya peubahan yang

bersifat kimiawi pada katalis. Secara teoritis pada katalis tidak terjadi

perubahan kimia tetapi pada proses reduksi kimia perubahan secara

poerlahan akan mungkin terjadi.

Perancangan Reaktor

1. RTB ( Reaktor Tangki Berpengaduk )

Biasa diaplikasikan pada :

- Reaktor homogen fase cair

Page 19: Reaktor ku

19

- Reaktor heterogen gas-cair

- Reaktor heterogen cair-cair

- Reaktor heterogen padat-cair

- Reaktor heterogen gas-padat-cair

Reaktor Tangki berpengaduk dapat dioperasikan secara :

- Batch

- Semi Batch

- Continuous

Operasi reaktor secara Batch :

- Lebih fleksibel pengoperasiannya

- Biaya operasi cenderung lebih mahal

Operasi reaktor secara Continuous : Pengoperasian reaktor secara kontinyu

yang lebih dikenal sebagai Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB)

lebih cenderung menungungkan dan sering ditujukan untuk mengurangi

Biaya operasi dan pemasangan alat kontrol menjadi faktor yang

dipentingkan.

Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam perancangan RTB

• Viskositas rendah : Supaya terjadi pengadukan yang sempurna (Well

stirred).

• Tekanan rendah : Pada reaktor dengan diameter besar lebih baik dengan

tekanan operasi rendah supaya tebal dinding juga rendah.

• Proses transfer panas : Dapat dipasang Jacket, Coil atau External HE

• Untuk mendapatkanVolume yang ekonomis perlu dioptimasi.

Persamaan Yang Dibutuhkan

1. Data kinetika reaksi

bB

aA

AA CkC

dt

dN

Vr =−=− 1

Page 20: Reaktor ku

20

2. Volume Reaktor

3. Dimensi reactor

4. Daya Pengaduk

Perhitungan daya pengaduk dapat dilihat dari fig. 477 Brown.

- ditentukan dulu jenisnya (disarankan dengan menggunakan pengaduk

type marine karena mempunyai daya yang paling rendah

- Hitung bilangan Reynold (Re)

- Kemudian hitung Power Number (po) dengan grafik 477 Brown.

- Selanjutnya hitung Daya motor penggerak yang dibutuhkan. Dengan

persamaan :

bB

aA

AAoVl

CkC

CCFV

)( −=

DH

DH

DVh

DDDVh

abcVh

VV lr

5,1

24/1)/)(4/(

Vr D

24/1

)4/1)(2/1)(2/1()3/2(

)3/4)(2/1(

: Head 1/2 VolumeDengan

1,5 H/D : Diambil

)2,01(

% 20 design Over

3/1

3

=

+=

===

=+=

=

ππ

ππ

π

gc

DnPP

io ρ53)(=

µ

ρnDi2

=Re

Page 21: Reaktor ku

21

5. Transfer panas

Koeffisien transfer panas yang dipakai pada proses pengadukan adalah :

6. Faktor perancangan lain

- Untuk mempermudah perancangan dapat juga dengan bantuan grafik fig.

20.2

Koeffisien Transfer Panas pada pipa coil sesuai dengan persamaan :

- Koeefisien transfer panas dalam RTB dengan Coil

2. Tubular Reaktor

Bentuk Teknis

- Dapat berupa satu pipa

- Dapat berupa banyak pipa dalam shell (Shell & tube)

- Dengan pendinginan atau pemanasan secara external terhadap pipa

- Pada pemanasan suhu tinggi maka pipa dimasukkan dalam furnace.

14,03/13/2236,0

=

w

p

jj

k

CNL

D

kh

µµµ

µρ

14,03/18,0027,0

=

w

pi

k

CDG

D

kh

µµµ

µ

)/1( coilpipaiio DDhh +=

14,03/13/2287,0

=

w

p

jc

k

CNL

D

kh

µµµ

µρ

Page 22: Reaktor ku

22

Karakteristik Tubular Reaktor

• Aliran dalam pipa terjadi secara plug flow

• Waktu tinggal atau waktu reaksi sangat menentukan parancangan.

• Rasio Surface area terhadap Voume sangat tinggi.

• Sangat bagus untuk proses reaksi tekanan tinggi.

Prinsip dasar perancangan

• Mengumpulkan data sifat fisis damkimia bahan.

• Memprediksi data perancangan yang tidak tersedia

• Menyusun persamaan matematis untuk perhitungan dimensi.

• Merancang mechanical design

System perhitungan dimensi Reaktor

• Perhitungan secara integral

- Mengumpulkan semua data perancangan.

- Menentukan diameter pipa dan jumlah pipa.

- Menyusun persamaan matematis dan menyelesaikannya dengan cara

integrasi dengan metode Simpson’s Rule.

• Perhitungan secara Defferensial simultan

- Mengumpulkan semua data perancangan.

- Menentukan diameter pipa dan jumlah pipa.

- Menyusun persamaan matematis dan menyelesaikan Defferensial

simultan dengan metode Runge-Kutta atau dengan metode Modified

Euler.

Page 23: Reaktor ku

23

Penyelesaian persamaan integral dengan metode Simpson’s Rule

• Menentukan batas-batas integrasi

Xo = 0

Xf = 0,9

• Menentukan jumlah Increment perhitungan (bilangan genap) n = 10

• Menentukan besar Increment. dX = (Xf – Xo)/n

• Membuat tabel simpson’ Rule

• Menghitung berat katalis yang digunakan.

• Hasil akhir berupa :

- Panjang Katalis (L)

- Suhu Keluar Reaktor (T)

- Suhu pendingin/pemanans keluar atau masuk reaktor. (Ts)

- Tekanan keluar Reaktor.(P)

Penyelesaian PD Simultan Dengan Metode Modified Euler

1. Dari Data literatur ditentukan dulu keadaan awal :

2. Selanjutnya dari keadaan awal diatas dimasukkan dalam PD Simultan.

Sehingga diperoleh :

o

sos

o

AoA

P P

T T

T T

X X

====

Page 24: Reaktor ku

24

Selanjutnya dihitung nilai :

3. Dari hasil perhitungan diatas selanjutnya disubstitusikan kembali kedalam

PD Simultan, sehingga diperoleh :

4. Selanjutnya dihitung nilai rata-rata :

Kemudian dihitung nilai :

1KdZ

dXA =

1LdZ

dT =

1MdZ

dTs =

1NdZ

dP =

dZNPP

dZMTT

dZLTT

dZKXX

o

sos

o

AoA

.

.

.

.

111

111

111

111

+=+=

+=+=

2KdZ

dXA =

2LdZ

dT =

2MdZ

dTs =

2NdZ

dP =

2

21 KK

dZ

dX

avg

A +=

2

21 LL

dZ

dT

avg

+=

2

21 MM

dZ

dTs

avg

+=

2

21 NN

dZ

dP

avg

+=

dZdZ

dTTT

dZdZ

dXXX

avg

oavg

avg

AAoavgA

.

.

+=

+=

dZdZ

dPPP

dZdZ

dTsTT

avg

oavg

avg

soavgs

.

.

+=

+=

Page 25: Reaktor ku

25

5. Kemudian dari perhitungan rata-rata diatas dimasukkan lagi kedalam PD

Simultan sehingga diperoleh :

Maka dihitung kembali nilai :

6. Bila :

Maka perhitungan diulangi lagi dari langkah 3. Dimana : XA11=XA12;

T11=T12; Ts11=Ts12 dan P11=P12. 7. Bila :

Maka diperoleh suatu keadaan baru dimana :

X1 = XA12

T1 = T12

3KdZ

dXA =

3LdZ

dT =

3MdZ

dTs =

3NdZ

dP =

dZLTT

dZKXX

o

AoA

.

.

312

312

+=+=

41112

31112

21112

11112

ε

ε

ε

ε

≥−

≥−

≥−

≥−

PP

TsTs

TT

XX AA kecilbilangan ε =

41112

31112

21112

11112

ε

ε

ε

ε

≤−

≤−

≤−

≤−

PP

TsTs

TT

XX AA kecilbilangan ε =

dZNPP

dZMTT

o

sos

.

.

312

312

+=+=

Page 26: Reaktor ku

26

Ts1 = Ts12

P1 = P12

Z1 = Zo + dZ

Selanjutnya peerhitungan diulangi lagi dari langkah 1. dimana :

Xo = Xa1

To = Ts1

Tso = Ts1

Po = P1

Zo = Z1

Demikian seterusnya hingga diperoleh konversi yang dikehendaki.

Algoritma penyelesaian PD simultan dengan metode RUNGE & KUTTA

1. Keadaan awal

x = xo; P = Po

T = To; Ts = Tso

z = zo; increment = 1

2. Dari keadaan awal dimasukkan ke dalam PD simultan sehingga diperoleh :

K1 = dz

dX . ∆z ; M1 = dz

dTs . ∆z

L1 = dz

dT . ∆z ; N1 = dz

dp . ∆z

Selanjutnya dihitung :

x = xo + K1/2

T = To + L1/2

Ts = Tso + M1/2

P = Po + N1/2

3. Hasil perhitungan di atas dimasukkan ke dalam PD simultan :

Page 27: Reaktor ku

27

K2 = dz

dX . ∆z ; M2 = dz

dTs . ∆z

L2 = dz

dT . ∆z ; N2 = dz

dp . ∆z

Selanjutnya dihitung :

x = xo + K2/2

T = To + L2/2

Ts = Tso + M2/2

P = Po + N2/2

4. Hasil perhitungan di atas selanjutnya dimasukkan ke dalam PD simultan :

K3 = dz

dX . ∆z ; M3 = dz

dTs . ∆z

L3 = dz

dT . ∆z ; N3 = dz

dp . ∆z

Selanjutnya dihitung :

x = xo + K3

T = To + L3

Ts = Tso + M3

P = Po + N3

5. Hasil perhitungan di atas selanjutnya dimasukkan ke dalam PD simultan :

K4 = dz

dX . ∆z ; M4 = dz

dTs . ∆z

L4 = dz

dT . ∆z ; N4 = dz

dp . ∆z

Kemudian dihitung keadaan baru :

x1 = xo + 1/6 . (K1 + 2 K2 + 2 K3 + K4)

T1 = To + 1/6 . (L1 + 2 L2 + 2 L3 + L4)

Ts1 = Tso + 1/6 . (M1 + 2 M2 + 2 M3 + M4)

P1 = Po + 1/6 . (N1 + 2 N2 + 2 N3 + N4)

Page 28: Reaktor ku

28

z1 = zo + ∆z

selanjutnya perhitungan dimulai lagi dari langkah 1 dimana :

xo = x1

To = T1

Tso = Ts1

Po = P1

zo = z1

demikian selanjutnya/seterusnya hingga diperoleh konversi = 0,8, maka

perhitungan selesai.

Surakarta, 2 juli 2004