Penjelasan Lengkap Jenis-jenis Reaktor Berdasarkan Proses dan Keadaan Operasi serta Kelebihan dan Kelemahan dari setiap Reaktor

اَلسَّلاَمُ عَلَيْكُمْ وَرَحْمَةُ اللهِ وَبَرَكَاتُه

(Assalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakaatuh)

Puji Syukur kehadirat Allah Subhanahu Wa Ta'ala yang telah memberikan Rahmat, Karunia, Taufik dan Hidayah-nya kepada kita semua sehingga kita masih dapat hidup di Dunia ini, serta semoga kita semua selalu mendapat Inayah dan Lindungan dari Allah Subhanahu Wa Ta'ala. آمِيْن يَا رَبَّ العَالَمِيْنَ “Aamiin ya Rabbal'alamin” ...

Shalawat, Salam serta Taslim kepada sang Revolusioner Dunia, Junjungan Alam Nabi Besar Sayyidina Maulana Muhammad Shallawlahu ‘Alaihi Wasallam yang telah membimbing kita dari zaman Kegelapan dan Kebodohan menuju zaman Terang Benerang, sangat jelas perbedaan antara Hak dan Bathil serta penuh dengan Ilmu Pengetahuan seperti saat ini.

Pada Artikel ini kami akan Menjelaskan mengenai secara lengkap Jenis-jenis Reaktor Berdasarkan Prosesnya serta Kelebihan dan Kelemahan dari setiap Reaktor. Sebelum masuk ke Materi marilah kita membaca Ta‘awuz : أَعُوذُ بِاللَّهِ مِنَ الشَّيْطَانِ الرَّجِيمِ “A’udzu billahi minasy syaithonir rojiim” dan Basmalah : بِسْمِ اللَّهِ الرَّحْمَنِ الرَّحِيم “Bismillahirraahmanirrahiim” Agar Bacaan yang dibaca menjadi Berkah dan Bermanfaat. آمِيْن يَا رَبَّ العَالَمِيْنَ “Aamiin ya Rabbal'alamin” ...

Reaktor terbagi menjadi 2 yaitu:

1. Reaktor Kimia, tidak ada perubahan massa selama reaksi dan hanya berubah dari satu bahan ke bahan lain.

2. Reaktor Nuklir, ada perubahan massa yang berubah jadi energi yang sangat besar.

Reaktor kimia berdasarkan prosesnya ada 3 yaitu:

Reaktor 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-produk mengalir. Contoh : fermentasi pembuatan alkohol.

JENIS-JENIS REAKTOR BERDASARKAN PROSESNYA

1. Batch Reactor

Batch 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. Reaktor 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 reaktor tipe Batch:

a. Selama reaksi berlangsung tidak terjadi perubahan temperature.

b. Pengadukan dilakukan dengan sempurna, konsentrasi di semua titik dalam reaktor adalah sama atau homogen pada waktu yang sama.

c. Reaktor ideal.

Gambar Batch Reactor

Batch 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 non linier 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 pendingan bertujuan meminimalkan waktu tinggal agar tetap konstan.

Umumnya digunakan:

a. Fase cair.

b. Skala proses yang kecil.

c. Mencoba proses baru yang belum sepenuhnya dikembangkan.

d. Memproduksi produk yang mahal.

e. Proses-proses yang sulit diubah menjadi proses kontinyu.

f. Jika bahan atau hasilnya perlu pembersihan.

g. Proses memerlukan waktu lama.

Kelebihan Reactor Batch

a. Ongkos atau harga instrumentasi rendah.

b. Penggunaannya fleksibel, artinya dapat dihentikan secara mudah dan cepat kapan saja diinginkan.

c. Penggunaan yang multifungsi.

d. Reaktor ini dapat digunakan untuk reaksi yang menggunakan campuran kuat dan beracun.

e. Mudah dibersihkan.

f. Dapat menangani reaksi dalam fase gas, cair dan cair-padat.

Kelemahan Reactor Batch

a. Biaya buruh dan handling tinggi.

b. Kadang-kadang waktu shut down nya besar, yaitu waktu untuk mengosongkan, membersihkan dan mengisi kembali.

c. Pengendalian kualitas dari produk jelek atau susah.

d. Skala produksi yang kecil.

2. Semi Batch Reactor

Gambar Reactor Semi Batch

Biasanya berbentuk tangki yang berpengaduk. Cara operasinya dengan jalan memasukkan sebagian zat pereaksi ke dalam reaktor, sedangkan zat pereaksi yang lain atau sisanya dimasukkan secara kontinu ke dalam reaktor. Ada material masuk selama operasi tanpa dipindahkan reactant (massa) yang masuk bisa dihentikan dan product bisa dipindahkan selama operasi waktu tertentu. Tidak beroperasi secara steady state.

Kelebihan Reaktor Semi Batch

a. Biaya operasi dan perawatan murah dibanding FBR

b. Bisa digunakan di suhu dan tekanan tinggi

c. Bisa dioperasikan dengan waktu tinggal yang bervariasi

Kelemahan Reaktor Semi Batch

a. Sulit dalam penjagaan distribusi aliran yg seragam

b. Bed yg kecil lebih efektif karena internal area yang besar tapi pressure drop tinggi

c. Regenerasi bed sulit dilakukan karena cenderung permanen

3. Reaktor Kontinyu

Reaktor kontinyu mempunyai aliran masukan dan keluaran (inlet/ outlet) yang terdiri dari campuran homogen/ heterogen . Reaksi kontinue di operasikan pada kondisi steady. Dimana arus aliran masuk sama dengan arus aliran keluar. Reaktor kontinyu dibagi menjadi dua jenis utama, yaitu:

a. Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) atau Mixed Flow Reactor (MFR)

Reaktor alir tangki berpengaduk (RATB) adalah reaktor model berupa tangki berpengaduk dan diasumsikan pengaduk yang bekerja dalam tanki sangat sempurna sehingga konsentrasi tiap komponen dalam reaktor seragam sebesar konsentrasi aliran yang keluar dari reaktor. Model ini biasanya digunakan pada reaksi homogen di mana semua bahan baku dan katalisnya berfasa cair, atau reaksi antara cair dan gas dengan katalis cair.

Gambar Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB)

Kelebihan Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB)

· Suhu dan komposisi campuran dalam reaktor sama

· Volume reactor besar, maka waktu tinggal juga besar, berarti zat pereaksi lebih lama bereaksi di reaktor.

Kelemahan Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB)

· 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. Reaktor Alir Pipa (RAP) atau Plug Flow Reactor (PFR)

Reaktor PFR (Plug Flow Reactor) merupakan suatu reaktor berbentuk pipa yang beroperasi secara kontinyu. Dalam PFR selama operasi berlangsung bahan baku dimasukkan terus menerus dan produk reaksi akan dikeluarkan secara terus menerus sehinga disini tidak terjadi pencampuran ke arah aksial dan semua molekul mempunyai waktu tinggal di dalam reaktor sama besar.

Gambar Reaktor Alir Pipa (RAP) atau Plug Flow Reactor (PFR)

Reaktor ini memiliki karakteristik dalam mekanisme reaksi. Pada umumnya karakteristik reaktor alir pipa pada kondisi ideal yaitu: Reaktor ini biasanya berupa tube (tabung) yang bereaksi dengan aliran fluida di asumsikan tidak terjadi pengadukan (mixing) Aliran plug merupakan jenis aliran yang terjadi pada reaktor ini (reaktor alir). Sebagian besar mixing dari jenis reaktor ini beroperasi pada level intermediet Pencampuran sempurna dalam dimensi radial (konsentrasi seragam). Tidak ada pencampuran (mixing) pada aliran aksial atau tidak terjadi dispersi aksial (aliran terpisah).

Umumnya digunakan:

Fase gas dengan tekanan dan suhu tinggi

Kelebihan Reaktor Alir Pipa (RAP) atau Plug Flow Reactor (PFR)

· Memberikan volume yang lebih kecil daripada RATB, untuk konversi yang sama

Kelemahan Reaktor Alir Pipa (RAP) atau Plug Flow Reactor (PFR)

· Harga alat dan biaya instalasi tinggi.

· Memerlukan waktu untuk mencapai kondisi steady state.

· Untuk reaksi eksotermis kadang-kadang terjadi “Hot Spot” (bagian yang suhunya sangat tinggi) pada tempat pemasukan . Dapat menyebabkan kerusakan pada dinding reaktor.

Reaktor PFR ada bermacam-macam antara lain:

· Fixed Bed Reactor atau Packed Bed Reactor (PBR)

Fixed Bed Reactor atau Packed Bed Reactor (PBR) berbentuk pipa besar yang didalamnya berisi katalisator padat. Bisanya digunakan untuk reaksi fasa gas dengan katalisator padat. Apabila diperlukan proses transfer panas yang cukup besar biasanya berbentuk fixed bed multitube, dimana reaktan bereaksi di dalam tube berisi katalisator dan pemanas/ pendingin mengalir di luar tube di dalam shell. Terdiri dari satu atau lebih tubes packed dengan partikel katalis, beroperasi pada posisi vertical beroperasi adiabatik.

Gambar Fixed Bed Reactor

Kelebihan Fixed / Packed Bed Reactor

§ Biaya operasi dan perawatan murah dibanding FBR.

§ Bisa digunakan di suhu dan tekanan tinggi.

§ Bisa dioperasikan dengan waktu tinggal yang bervariasi.

Kelemahan Fixed / Packed Bed Reactor

§ Sulit dalam penjagaan distribusi aliran yg seragam.

§ Bed yg kecil lebih efektif karena internal area yang besar tapi pressure drop tinggi.

§ Regenerasi bed sulit dilakukan karena cenderung permanen.

· Fluidized Bed Reactor

Fluidized Bed Reactor Biasanya digunakan untuk reaksi fasa gas katalisator padat dengan umur katalisator yang sangat pendek sehingga harus cepat diregenerasi. Atau padatan dalam reactor adalah reaktan yang bereaksi menjadi produk.

Gambar Fluidized Bed Reactor

Kelebihan Fluidized Bed Reactor

§ Suhu konstan sehingga mudah dikontrol.

§ Regenerasi bed yang mudah.

§ Reaksinya memiliki efek panas yang tinggi.

Kelemahan Fluidized Bed Reactor

§ Bisa menyebabkan kerusakan dinding reaktor karena gerakan bed yang terus-menerus bergesekan dengan dinding.

§ Karena bergerak terus-menerus dan antar bed bergesekan, bisa menyebabkan partikel bed mengecil dan terikut keluar sebagai produk. Sehingga perlu ditambahkan cyclone separator.

REAKTOR BERDSARKAN 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

Reaktor Adiabatis adalah tidak ada perpindahan panas antara reactordengan sekelilingnya. Ditinjau dari segi operasionalnya, reactor adiabatic yang paling sederhana, cukup dengan menyekat reactor, sehingga tidak ada panas yang hilang ke sekelilingnya.

3. Reaktor Non-Adiabatis

Reaktor Non-Adiabatis adalah tidak ada perpindahan panas antara reactordengan sekelilingnya.

REAKTOR LAINNYA

1. Bubble Tank Reactor

Gambar Buble Tank Reactor

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 cukupsehingga katalis akan terolak sedemikian rupa dan akhirnya katalis tersebutdapat dianalogikan sebagai fluida juga.

2. Agitate Tank Reactor

Gambar Agitate Tank Reactor

Agitate Tank adalah digunakan untuk menyediakan reservoir penyimpananuntuk batch campuran dari mixer kecepatan geser tinggi.

Tiga fungsi utama dari Agitate Tank:

a. Persamaan gelembung udara terjebak selama proses pencampuran.

b. Agitate bertindk sebagai reservoir penyimpanan untuk batch campuran yang memungkinkan kelangsungan penyediaan dipertahankan untuk pompa.

c. Agitate dari dayung khusus bebentuk menjaga campuran dalam suspensisebelum pemompaan.

3. Spray Tower Reactor

Spray Tower Reactor, Alat yang digunakan utk absorbsi gas, terdiri dari tower kosong dan satu set nozzle utk menyemprotkan cairan.

Baca Juga:
Penjelasan Lengkap Biogas (Pembuatan, Potensi Pengembangan, Kelebihan, dan Kelemahan Biogas)
Teknik Kimia (Chemical Engineering) - Sejarah, Konsep Baru dan Inovasi serta Kemajuan Terkini
Jurnal Penggunaan Metode Elektrokoagulasi Menggunakan Elektroda Alumunium dan Besi pada Pengolahan Air Limbah Batik
Penjelasan Lengkap Proses Pembuatan n-Butanol dan Pemilihan Proses Pembuatannya

Demikian Artikel mengenai Penjelasan Lengkap Jenis-jenis Reaktor Berdasarkan Prosesnya serta Kelebihan dan Kelemahan dari setiap Reaktor, kita akhiri dengan mebaca Hamdallah : الحَمْدُ لِلّٰهِ رَبِّ العَالَمِيْنَ “Alhamdulillahirabbil ’Alamin”.