168960_reaktor B Kelompok 4.pptx

KELOMPOK 4

REACTORS WITH SUSPENDED SOLID CATALYST, FLUIDIZED REACTORS OF VARIOUS TYPES ADITYA AFFAN DZILLAN HIDAYAT FITRIANA GUSTIAWANTI FITRI ZAKYAH M.HARIS IFRONI MELYNDA CHRISTIANA R MIFTAQUL HUDA SHINDY VANESSA

21030116140169 21030116130131 21030116140128 21030116140194 21030116130160 21030116120060 21030116120078 21030116120074

• Kasus Pembentukan phthalic anhydride bersifat sangat eksotermis dengan safety design, panas yang dapat dihilangkan dari packed bed reaktor hanya sedikit dan dapat menyebabkan temperature runaway, meltdown bahkan ledakan. • Solusi Penemuan dari fluidized bed dengan pengadukan solid yang cepat dan tangguh dapat menanggulangi bahaya tersebut. Ini dikarenakan pengadukan solid yang cepat dan penghilangan panas (dari solid) dari suhu bed hanya dapat berubah sedikit dan mudah dikontrol. Terdapat formula katalis yang dapat memberikan laju reaksi yang tinggi. Namun untuk menggunakan keseluruhan volume katalis dengan efektif harus mengikuti persamaan modulus Thiele

• Menggambarkan hubungan antara difusi dan laju reaksi dalam katalis berpori. Nilai ini umumnya digunakan untuk menentukan faktor keefektifan katalis. k’’’ : Laju Reaksi De : Laju Difusi • Semakin kecil partikel, k’’’ semakin besar. Ini mengarahkan kita untuk menggunakan suspended solid. Dengan katalis efektif ini waktu tinggal yang dibutuhkan reaktan gas menjadi sangat kecil, sehingga hanya beberapa detik untuk reaktor dengan tinggi 30m.

PENDAHULUAN • Fluidisasi adalah metoda pengontakan butiran-butiran padat dengan fluida baik cair maupun gas. Dengan metoda ini diharapkan butiran-butiran padat memiliki sifat seperti fluida dengan viskositas tinggi.

FLUIDIZED BED KELEBIHAN • Banyak digunakan didalam industri (skala besar). • Memiliki transfer panas dan massa yang baik. • Penurunan tekanan rendah. • Katalis dapat dengan mudah digantikan untuk regenerasi. • Jumlah katalis yang dibutuhkan sedikit. • Mudah dalam penanganan katalis padatan. • Pengoperasian untuk campuran solid lebih mudah. • Sirkulasi bersama antara solid dan fluida dimungkinkan. • Tidak menjadi masalah bila luas area kecil.

KEKURANGAN

• Bisa terjadi deviasi yang besar sehingga mempengaruhi konversi. • Memungkinkan terjadinya erosi pada pipa dan reaktor yang disebabkan oleh abrasi partikel. • Pada pengoperasian katalis dengan suhu tinggi terjadi aglomerasi sehingga menurunkan kecepatan reaksi.

BACKGROUND INFORMATION ABOUT SUSPENDED SOLIDS REACTORS

Pertama, Geldart (1973) dan Geldart dan Abrahamson (1978) melihat bagaimana caranya berbagai jenis zat padat berperilaku saat di fluidisasi, dan muncul dengan klasifikasi seperti berikut Klasifikasi sederhana dari padatan yang sekarang kita sebut klasifikasi Geldart. Geldart A, B, C, D. Ditunjukkan pada Gambar 20.2 Selanjutnya distribusi padatan dalam bejana vertikal. Biarkan f menjadi fraksi volume padatan pada tinggi z kapal. Kemudian seperti yang ditunjukkan pada Gambar 20.3 Saat kecepatan gas tinggi dan lebih tinggi, padatan menyebar ke seluruh bejana.

GELDART CLASSIFICATION

GRAFIK DISTRIBUSI DARI PADATAN

• G/S Contacting Regimes Untuk mengembangkan bahasa dalam mengenalkan apa hubungan Rezim, kita mempertimbangkan padatan dengan ukuran dp dalam bed dengan luas penampang A yang diberi gas pada kecepatan gas superfisial u, seperti ditunjukkan pada Gambar 20.4.

dp adalah ukuran padatan, A adalah lebar melintang reaktor, dan Uo adalah kecepatan gas superficial.

•Minimum fluidizing velocity & kecepatan terminal • Padatan akan tersuspensi saat tekanan turun melebihi berat padatan. Hal ini terjadi bila kecepatan gas melebihi kecepatan minimum fluidizing umf. Kecepatan ini diberikan oleh Ergun (1952), dan dalam bentuk tanpa dimensi • Partikel individu ditiup keluar dari bed saat kecepatan gas melebihi apa yang disebut dengan kecepatan terminal, ut, dimana particle sphericity, didefinisikan sebagai

PENENTUAN dp UNTUK PARTIKEL HALUS Untuk partikel halus kita mengevaluasi ukuran dengan analisis layar, yang memberi dscr. disayangkan, tidak ada hubungan umum antara dscr dan dp. Bisa dikatakan untuk pertimbangan pressure drop adalah: - dp = ᵩs dscr untuk partikel tidak beraturan tanpa dimensi yang tampak lebih panjang atau pendek - dp ≈ dscr, untuk partikel tidak beraturan dengan dimensi yang agak panjang namun dengan rasio panjang tidak lebih dari 2: 1 (telur, misalnya) - dp ≈ ᵩs2 dscr untuk partikel tidak beraturan dengan satu dimensi yang lebih pendek namun dengan rasio panjang tidak kurang dari 1: 2 (bantal, misalnya) Meski partikel tunggal akan diliputi oleh aliran gas yang mengalir lebih cepat dari pada u, temuan ini tidak meluas ke partikel partikel terfluidisasi. Di BBS Kecepatan gas bisa berkali-kali lebih besar dari pada u, dengan sedikit sekali carryover padat. Dengan demikian kecepatan terminal partikel tunggal tidak terlalu berguna dalam memperkirakan saat entrainment padatan akan terjadi.

GENERAL CHART SHOWING G/S CONTACTING REGIMES

Grace (1986) menyiapkan grafik untuk menunjukkan perilaku yang diharapkan dari sistem G/S sepanjang jalan dari BFB ke CFB. Gambar 20.5 menunjukkan versi yang agak dimodifikasi dari bagan ini. Di dalamnya terdapat Pers. 3, 4, dan 5, yang memberi tahu kapan bed terfluidisasi dan saat padatan akan padam mulai naik dari bejana. Dapat dilihat berbagai rezim yang menghubungi secara rinci dan melihat prediksi apa yang terjadi untuk masing-masing mengenai perilaku reaktor.

THE BUBBLING FLUIDIZED BED-BFB • BFB  Terjadi ketika gelembung-gelembung pada unggun terbentuk akibat densitas dan distribusi partikel tidak homogen.

THE BUBBLING FLUIDIZED BED-BFB

BEBERAPA MODEL BFB • Dispersion and Thanks in Series Model Percobaan permodelaan yang pertama adalah permodelan dengan satu parameter, tetapi konversi yang didapatkan kurang dari mixed flow dan tidak dapat dihitung dengan model ini jadi pendekatan ini tidak digunakan. • RTD models Model RTD digunakan untuk menghitung konversi. Tetapi karena laju reaksi katalistik dari suatu elemen gas tergantung pada jumlah padatan di sekitarnya, maka konstanta laju yang efektif untuk gelembung gas rendah, sementara untuk emulsi gas bernilai tinggi.

• Contact Time Distribution Models Untuk mengatasi kesulitan ini dan tetap menggunakannya informasi yang diberikan oleh RTD, diajukan model yang mengasumsikan bahwa. Gas yang lebih cepat tinggal terutama di fase gelembung, semakin lambat dalam emulsi. Gilliland dan Knudsen (1971) menggunakan pendekatan ini dan mengusulkan agar tarif efektif. Konstanta tergantung pada lama tinggalnya unsur gas di bed, dengan demikian

dimana m adalah parameter yang pas. Dengan demikian menggabungkan dengan Pers. 11-13 yang kita tentukan konversinya.

Masalah dengan pendekatan ini melibatkan mendapatkan fungsi E yang berarti untuk digunakan dalam Pers. 7 dari kurva C yang diukur. Pendekatan ini juga telah dibuang.

• Two-Region Models Berdasarkan data dalam model RTD, Gilliland and Knudsen (1971) diasumsikan bahwa gas yang lebih cepat berada pada fase gelembung sedangkan gas yang lebih lambat berada pada fase emulsi.

• Hydrodynamic Flow Model Karena model two-region yang kadang tidak bisa diandalkan, maka dibentuklah hydrodynamic flow model. Model ini dikembangkan oleh Davidson. Ia mengemukakan bahwa aliran pada single rising bubble di reaktor fluidized bed merupakan kondisi fluidisasi yang minimum. Kecepatan naik gelembung ubr bergantung tehadap ukuran gelembung dan sifat gas bergantung pada kecepatan relatif naik gelembung juga kecepatan naik gas pada emulsi ue. Pada model ini juga memiliki gas di sekitar gelembung yang membentuk membentuk awan putih, sehingga membentuk cincin vorteks dan tetap terpisah dari gas di luar gelembung maupun di sekitar reaktor. Rumus yang digunakan untuk menggambarkan hal ini adalah

• Sebagai contoh, jika gelembung naik 25 kali lebih cepat dari gas emulsi, maka ketebalannya hanya berkisar 2% dari diameter gelembung. Selain itu ada juga rumus

antara

gelembung

dengan

padatan

ditinggalkannya. Hal ini dirumuskan dengan

• α biasa bernilai 0,2 hingga 2

jejak

yang

K-L MODEL FOR BFB Asumsi yang digunakan : • Bentuk bubble bulat sempurna, memiliki ukuran yang sama db dan mengikuti model Davidson. Dimana bubble dilingkari oleh cloud tipis yang bergerak keatas melewati emulsi. • Emulsi tetap pada kondisi fluidisasi minimum dimana kecepatan relative G/S dalam emulsi tetap konstan • Setiap bubble membawa padatan “wake” dibawahnya. Hal ini menunjukan pergerakan / sirkulasi dari padatan dalam bed. Apabila downflow dari padatan cukup cepat maka gas yang bergerak keatas dalam emulsi menjadi lambat atau bahkan bisa berhenti.

APLIKASI PADA REAKSI KATALIS • Pada pengembangan ini dibuat 2 asumsi yang dipertanyakan : 1. Flow gas yang melalui cloud diabaikan apabila volume cloud sangat kecil untuk fast bubble. 2. Pergerakan gas diabaikan apabila aliran gas pada emulsi baik naik ataupun turun lebih kecil dibanding aliran gas yang melalui bubble.

• Figure 20.10 :  Semakin kecil dimensionless time nya, maka

𝐶𝐴 𝐶𝐴𝑜

nya

makin besar.  Untuk memperbesar konversi pada fluidized bed dengan cara memperbesar ukuran bubble, dengan catatan apabila dimensionless time nya sama.

CONTOH SOAL

• Figure 20.11 :  Semakin besar diameter gelembung maka konversi semakin kecil, karena gelembung yang besar menyebabkan luas permukaan dari gelembung menjadi kecil sehingga konversinya turun.

CIRCULATING FLUIDIZED BED-CFB Jika kecepatan atau laju kecepatan gas lebih tinggi dari BFB akan memasuki daerah CFB yang terbagi menjadi 3 rezim yaitu : 1.Turbulent Fluidized (TB) 2.Fast Fluidizied (FF) 3.Pneumatic Conveying (PC)

TURBULENT FLUIDIZED (TB) • Pada turbulen bed kecepatan gas lebih tinggi dari BFB sehingga terbentuk turbulen dan pergerakan padatan lebih kasar. Permukaan di daerah dense-bednya menipis dan padatan meningkat di daerah lean. • Kecepatan alir atau gas di daerah danse besarnya lebih besar dari BFB dan lebih kecil dari plug flow.

TURBULENT BED (TB)

THE FAST FLUIDIZED BED (FF) • Merupakan transisi dari turbulen menjadi fast fluidized Bed. • Di FF ini pergerakan solid di daerah dekat dasar tangki menjadi kurang turbulen dan terlihat menetap di daerah dinding.

THE FAST FLUIDIZED BED (FF)

PNEUMATIC CONVEYING (PC) • Pada kecepatan tertingginya gas mengalami choking velocity dimana pada kondisi ini kecepatan akan konstan. Pada sistem ini distribusi partikel dalam reaktor cukup baik dengan tidak adanya dinding ataupun downflow .

PNEUMATIC CONVEYING (PC)

THE JET IMPACT REACTOR • Prinsip : terdapat dua aliran (reaktan dan katalis) kemudian kedua aliran ini berbenturan dengan kecepatan yang sangat tinggi , bercampur satu sama lain dan bereaksi pada suhu tinggi. Waktu tinggal didalam reaktor terjadi hanya dalam kisaran waktu yang sangat singkat yakni 1-10 detik. • Apabila produk yang dihasilkan berupa gas-solid maka jet impact reaktor memerlukan siklon untuk memisahkan produk tersebut. • Digunakan pada catalytic cracking minyak bumi.

TERIMA KASIH