Reaktor kimia

Teknik Kimia
Bagian dari rangkaian pembahasan mengenai

Garis besar Sejarah Indeks
Prinsip dasar
Industri Rekayasawan Proses Satuan operasi Kinetika Fenomena perpindahan
Satuan proses
Pabrik kimia Reaktor kimia Proses pemisahan
Aspek
Perpindahan massa Perpindahan panas Dinamika fluida Perancangan proses Pengendalian proses Termodinamika kimia Teknik reaksi Keselamatan proses
Glosarium
Glosarium kimia Glosarium teknik A–L M–Z
Kategori
l b s

Dalam teknik kimia, reaktor kimia adalah suatu bejana tempat berlangsungnya reaksi kimia. Rancangan dari reaktor ini tergantung dari banyak variabel yang dapat dipelajari di teknik kimia. Dalam 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.

Gambaran umum

Ada dua jenis utama reaktor kimia:

Reaktor tangki atau bejana
Reaktor pipa

Kedua jenis reaktor dapat dioperasikan secara kontinu maupun produksi tumpak. Biasanya, reaktor beroperasi dalam keadaan ajeg tetapi kadang-kadang bisa juga beroperasi secara transien. Biasanya keadaan reaktor yang transien adalah ketika reaktor pertama kali dioperasikan (misalnya setelah perbaikan atau pembelian baru) di mana komponen produk masih berubah terhadap waktu. Biasanya bahan yang direaksikan dalam reaktor kimia adalah cairan dan gas, namun kadang-kadang ada juga padatan yang diikutkan dalam reaksi (misalnya katalisator, reagen, inert). Tentu saja perlakuan terhadap bahan yang akan direaksikan akan berbeda.

Ada tiga tipe pendekatan utama yang digunakan dalam pengoperasian reaktor:

Model reaktor tumpak
Model reaktor 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 karena banyaknya asumsi sehingga menyebabkan tiga model perhitungan di atas tidak lagi akurat.

Beberapa ubahan yang memengaruhi rancangan reaktor:

Waktu tinggal
Volume (V)
Suhu (T)
Tekanan (P)
Konsentrasi senyawa (C₁, C₂, C₃, ...,C_n)
Koefisien perpindahan panas (h, U), dll

Jenis

RATB (reaktor alir tangki berpengaduk)

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 perhitungan kinetika kimia, konversi suatu reaktor dapat diketahui.

Beberapa hal penting mengenai RATB:

Reaktor berlangsung secara steady-state, 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.
Sering kali, 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 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. Namun tidak semudah ini menaikkan konversi, dalam RAP konversi terjadi secara gradien, pada awalnya kecepatan reaksi berlangsung secara cepat tetapi 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 terh

Reaktor semi-tumpak

Reaktor jenis berlangsung secara tumpak dan kontinu secara bersamaan. Contoh paling sederhana misalnya tangki fermentor, ragi dimasukkan sekali ke dalam tangki (secara tumpak) tetapi CO₂ yang dihasilkannya dikeluarkan secara kontinu. Contoh lainnya adalah klorinasi, suatu reaksi cair-gas, gas digelembungkan secara kontinu dari dasar tangki agar bereaksi dengan cairan di tangki yang diam (tumpak). test