Mengenal Macam Macam Reaktor Jantung Proses Kimia - Rekayasa Duniawi

Reaktor

    Sebuah reaktor adalah jantung dari proses kimia. Ini adalah tempat di mana bahan baku diubah menjadi produk, sehingga rancangan reaktor merupakan langkah penting dalam desain keseluruhan proses. Menurut Coulson, Richardson‟s, R. K. (2005) sebuah desain reaktor kimia skala industri harus memenuhi persyaratan sebagai berikut:

1. Faktor-faktor kimia: kinetika reaksi. Desain harus menyediakan waktu tinggal yang cukup untuk reaksi yang diinginkan hingga bisa masuk ke tingkat yang diperlukan untuk konversi.
2. Faktor-faktor perpindahan masa: dengan reaksi heterogen laju reaksi dapat dikendalikan oleh tingkat difusi spesies bereaksi; daripada kinetika kimia.
3. Faktor perpindahan panas: penghapusan atau penambahan dari panas reaksi.
4. Faktor-faktor keselamatan: isolasi reaktan berbahaya dan produk yang dihasilkan, kendali atas reaksi yang tengah berlangsung.

    Kebutuhan untuk memenuhi faktor-faktor yang saling terkait, dan sering bertentangan, membuat desain reaktor menjadi kompleks dan sulit dibuat. Namun, dalam banyak contoh salah satu faktor akan mendominasi dan akan menentukan pilihan jenis reaktor dan metode desain (Benny H. A. 2016 : 8).

Jenis Reaktor

Karakteristik berikut digunakan untuk mengklasifikasikan desain reaktor (Benny H. A. 2016 : 9) :

1. Mode operasi : terputus (batch) atau sinambung (continous).
2. Fase hadir : homogen atau heterogen.
3. Bentuk reaktor : pola aliran dan cara menghubungi fase

1. Mode Operasi Terputus dan Sinambung 

    Dalam proses terputus (batch) semua reagen ditambahkan pada saat awal proses. Proses batch cocok untuk produksi skala kecil dan untuk proses di mana berbagai produk yang berbeda, yang diproduksi dalam peralatan yang sama; Misalnya, pigmen, zat warna dan polimer (plastik). Dalam proses sinambung bahan baku diumpankan ke reaktor dan produk dihasilkan terus menerus. Produk yang dihasilkan dari proses sinambung biasanya akan memberikan biaya produksi lebih rendah dari proses terputus, tetapi tidak memiliki fleksibilitas seperti reaktor tipe batch. Reaktor sinambung biasanya akan dipilih untuk produksi skala besar. (Benny H. A. 2016 : 9).

2. Reaksi Homogen dan Heterogen

    Reaksi homogen adalah mereka yang reaktan, produk dan setiap katalis yang digunakan berupa satu fase kontinyu: gas atau cair. Reaktor fase gas homogen menggunakan reaktor sinambung yang dioperasikan terus menerus, sedangkan reaktor fase cair bisa menggunakan tipe batch maupun kontinyu. Tubular (pipe) reaktor biasanya digunakan untuk reaksi gas-fasa homogen; misalnya, dalam thermal cracking minyak bumi fraksi minyak mentah untuk etilena, dan dekomposisi termal dikloroetan untuk vinil klorida. Kedua jenis reaktor tangki tubular dan berpengaduk digunakan untuk reaksi fase cair homogen. Dalam reaksi heterogen ada dua atau lebih fase, dan masalah utama dalam desain reaktor adalah perpindahan masa antara fase. Kombinasi dari fase adalah :

1. Cair-cair: fasa cair bercampur; Reaksi seperti nitrasi toluene atau benzena dengan asam campuran, dan polimerisasi emulsi.
2. Cair-padat: dengan satu, atau lebih, fase cair dalam kontak dengan solid. Padat mungkin reaktan atau katalis.
3. Cair-padat-gas: zat padat biasanya katalis; seperti di hydrogeneration amina, menggunakan bubur platinum pada karbon aktif sebagai katalis.
4. Gas-padat: zat solid dapat mengambil bagian dalam reaksi atau bertindak sebagai katalis. Pengurangan bijih besi di blast furnace dan pembakaran bahan bakar padat adalah contoh di mana zat padat adalah reaktan.
5. Gas-cair: di mana cairan dapat mengambil bagian dalam reaksi atau bertindak sebagai katalis. (Benny H. A. 2016 : 10).

Bentuk Reaktor

    Reaktor yang digunakan untuk proses didirikan biasanya desain yang kompleks yang telah dikembangkan (telah berevolusi) selama periode tahun untuk memenuhi persyaratan proses, dan desain yang unik. Namun, akan lebih mudah untuk mengklasifikasikan desain reaktor ke dalam kategori-kategori berikut (Benny H. A. 2016 : 10) :  

1. Reaktor Tangki Berpengaduk

    Reaktor Tangki berpengaduk terdiri dari tangki dengan agitator mekanik dan jaket pendingin. Dioperasikan sebagai reaktor terputus maupun sinambung. Beberapa reaktor dapat digunakan dalam rangkaian seri. Reaktor tangki berpengaduk dapat dianggap reaktor kimia. Mereka digunakan untuk reaksi cair-cair dan gas cair homogen dan heterogen; dan untuk reaksi yang melibatkan padatan tersuspensi, digunakan pengaduk. Tingkat agitasi dapat dikendalikan penuh, reaktor seperti ini cocok untuk reaksi di mana perpindahan masa atau perpindahan panas diperlukan. (Benny H. A. 2016 : 10).

2. Reaktor Tubular

    Reaktor tubular pada umumnya digunakan untuk reaksi gas, tetapi juga cocok untuk beberapa reaksi fase cair. Jika laju perpindahan panas tinggi diperlukan, tabung berdiameter kecil yang digunakan untuk meningkatkan luas permukaan terhadap volume. Beberapa tabung dapat diatur secara paralel, terhubung ke manifold atau menjadi susunan mirip dengan shell and tube pada alat penukar panas. Untuk reaksi suhu tinggi tabung dapat diatur dalam tungku. Reaktor yang dirancang pada penelitian ini mengacu pada model seperti, berbentuk silinder dengan tambahan cerobong gas buang dibagian tengahnya. (Benny H. A. 2016 : 11).

3. Packed Bed Reactor

    Ada dua tipe dasar packed bed reactor. Dalam industri proses kimia perancang biasanya fokus pada jenis kedua: reaktor katalitik. Packed bed reactor katalitik untuk skala industry memiliki berbagai ukuran dari tabung kecil, diameter beberapa sentimeter, untuk diameter besar. Packed bed reactor digunakan untuk reaksi gas dan gas-cair. Tingkat perpindahan panas dalam jumlah besar pada packed bed reactor kurang baik. Untuk tingkat perpindahan panas tinggi lebih baik memakai fluidized bed reactor.

4. Fluidized Bed Reactor

    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 kecil) dengan kecepatan yang cukup sehingga katalis akan terolak sedemikina rupa dan akhirnya katalis tersebut dapat dianalogikan sebagai fluida. Proses ini, dinamakan fluidisasi. Fluidized bed reactor dapat digunakan untuk pencampuran dan pemisahan antara fasa. Keunggulannya antara lain reaksi memiliki efek panas yang tinggi, suhu konstan, mudah dipantau dan dikendalikan.