REAKTOR

Þ    Peranan kesetimbangan dalam teknik kimia:

• o Untuk mengetahui reaksi dapat berlangsung atau tidak
• o Untuk mengetahui hasil maksimal daam suatu reaksi
• o Mengetahui susunan zat-zat dalam kesetimbangan jika P & T diketahui

Þ    Konstanta kesetimbangan (K) adalah aktifitas reaktan terhadap produk dalam kesetimbangan.

Þ    Konstanta laju reaksi (k) : nilai reaksi pada konsenterasi reaktan sama dengan satu satuan konsenterasi.

Þ    Laju reaksi : kecepatan konsumsi atau pembentukan produk untuk tiap jumlah tempat berlangsungnya reaksi.

Simbol : -rA, diberi tanda negatif untuk menyatakan konsumsi reaktan

Þ    Orde reaksi : bilangan yang menyatakan derajat ketergantungan laju reaksi pada konsentersai reaktan.

Þ    Cara mempertahankan konversi reaktor yaitu dengan mempertahankan kondisi operasi.

Þ    Reaksi berjalan searah jika konstanta kesetimbangan reaksi sangat besar.

Þ    Reaksi kimia : perubahan jumlah atom dan struktur atom dalam molekul

Þ    2 bahan dapat bereaksi karena keduanya mencapai energi aktivasi tertentu pada T & P tertentu.

Þ    Energi aktivasi adalah energi minimum yang diperlukan untuk berinteraksi antar bahan.

k    = A0 e-(E/RT)

Þ    Dasar pemilihan koil pendingin:

• o Luas perpindahan panas jaket pendingin tidak mencukupi, sehingga digunakan koil pendingin
• o Internal coil lebih ekonomis untuk mencapai luas transfer panas yang diharapkan karena bisa langsung bersinggungan dengan fluida sehingga transfer panas bisa efektif  (Kern, 1950 : 720).

Þ    Alasan dipilih pengaduk tipe Turbin dengan disc six flate blades (Rase,1977) :

• o Cocok untuk mempercepat terjadinya perpindahan massa dan panas

dalam bentuk larutan pada sistem yang saling larut, karena pola aliran

yang dihasilkan adalah radial.

• o Cocok untuk viskositas campuran sampai dengan 5 x 104 cP.

Þ    Kriteria pemilihan reaktor (Agra, 1985) :

1. CSTR

Keuntungan :

• o Keadaan campuran reaksi di dalam reaktor seragam dan sama dengan aliran keluar.
• o Dipakai keadaan dimana dikehendaki, perubahan tak begitu besar, untuk menghindari reaksi samping.
• o Volume reaktor relatif besar, maka waktu tinggal juga besar, berarti zat pereaksi dapat lebih lama bereaksi di dalam reaktor.

Kerugian :

• o Umumnya hanya dipakai untuk reaksi fase cair-cair pada tekanan yang relatif rendah.
• o Kecepatan perpindahan panas persatuan massa lebih rendah dari PFR.
• o Untuk memperoleh konversi yang sama jika dipakai CSTR diperlukan volume yang lebih besar daripada PFR.

1. PFR

Keuntungan :

• o Zat perekasi mengalir di dalam pipa dengan distribusi kecepatan datar
• o Untuk memperoleh konversi yang sama jika dipakai PFR diperlukan volume yang lebih kecil daripada CSTR.
• o Dapat digunakan untuk reaksi fase cair-cair pada tekanan tinggi

Kerugian :

• o Waktu tinggal tiap bagian dari zat pereaksi dalam reaktor alir tidak sama, zat pereaksi yang ada di pusat pipa lebih cepat keluar daripada yang ada di sudut, sehingga konversi yang diperoleh pada kenyataannya lebih kecil daripada yang dihitung secara teoritis.
• o Karena tidak ada pengadukan maka untuk reaksi eksotermis kadang-kadang tejadi ”Hot Spot”(bagian yang suhunya sangat tinggi) pada tempat pemasukkan, karena kecepatan reaksi sangat besar, sehingga panas yang terjadi juga sangat besar. Hal ini berbahaya karena dapat merusak dinding reaktor.
• o Karena adanya perpindahan panas antara zat pereaksi dalam reaktor, jadi sebenarnya selalu ada perbedaan suhu sepanjang jari-jari.

Þ    Cara untuk memilih keadaan operasi jika dalam reaktor hanya terjadi satu macam reaksi (Agra, 1985) :

1. Suhu dan tekanan

• o Jika reaksi berlangsung dalam fase cair, suhu dan tekanan operasi antara titik beku dan titik didih.

1. Suhu

• o Pilihlah suhu operasi yang paling tinggi untuk reaksi endotermis dan reaksi eksotermis yang irreversibel.
• o Dipilih suhu operasi yang tidak memeberikan reaksi samping atau diluar batas interval yang memungkinkan reaksi samping.
• o Semua reaksi yang eksotermis yang revesibel dan beberapa reaksi katalitis menunjukkan kecepatan reaksi maksimum sebagai fungsi suhu pada setiap konversi.

1. Konsenterasi dan perbandingan konsenterasi

• o Jika reaksi berlangsung dalam fase larutan, maka makin tinggi konsenterasi zat pereaksi, kecepatan reaksi juga semakin besar. Tetapi biaya operasi untuk zat pereaksi yang tidak bereaksi untuk recycle juga semakin tinggi.
• o Pengenceran zat pereaksi dengan zat inert dapat menekan reaksi samping dan membantu mengontrol perubahan suhu dalam reaktor.

Þ    Langkah – langkah perhitungan reaktor CSTR

1. Menentukan Neraca Massa dan Neraca Energi Reaktor

Neraca massa :

Rate of Input – Rate of Output – Rate of Reaction = Rate of Accumulation

karena proses steady state maka rate of accumulation = 0.

Sehingga:

FAo - FA - (-rA)V                      = 0

FAo - FAo(1-XA) - (-rA)V           = 0

Neraca panas :

(Q – W) + Ein - Eout                 = ∆E

Proses steady state

(Q – W) + Ein - Eout                 = 0

Ein        = (U + Ek + Ep)in

Eout       = (U + Ek + Ep)out

Sehingga :

(Q – W) + (U + Ek + Ep)in  - (U + Ek + Ep)out    = 0

(Q – W) – Δ(U + Ek + Ep)                                = 0

Q – W                                                             = Δ(U + Ek + Ep)

Untuk sistem tertutup perubahan energi kinetik dan potensial dapat diabaikan, sehingga :

Q – W = ΔU,               dimana ΔU = ΔH – Δ(PV)                   

Q – W = ΔH – Δ(PV)

Karena tidak ada perubahan tekanan maka Δ(PV) = 0

Q – W = ΔH

W = 0, karena tidak ada kerja yang ditransfer keluar walaupun ada kerja mekanis karena pengaduk namun tidak terjadi pertukaran kerja antara sisitem dan lingkungan.

Q         = ΔH

1. Menentukan volume reaktor

V         =

Dimana :

FA0                     = CA0.v0          

-rA                    = k.CA.CB

CA                    = CA0(1 – XA)

CB                    = CB0 – CA0.XA

CB                    = CA0 (θB-XA)

θB                    = CB0/CA0

maka :

V                     =

V                     =

1. Menentukan waktu tinggal

τ           = V/vo

1. desain mekanik