Polimer Tugas 2.docx

TEKNIK REAKSI POLIMERISASI 3.1. Proses Polimerisasi Polimer merupakan makromolekul yang tersusun atas banyak molekul kecil (monomer) yang bergabung menjadi molekul yang lebih besar melalui suatu reaksi polimerisasi. Polimerisasi merupakan reaksi pembentukan rantai polimer menjadi struktur yang panjang dan berulang dengan unit ulang yang sama. Berdasarkan jenis reaksinya, reaksi polimerisasi dibagi menjadi polimerisasi kondensasi dan polimerisasi adisi. Polimerisasi kondensasi merupakan polimerisasi bertahap karena terbentuk dari reaksi antara dua gugus fungsi. Polimerisasi adisi merupakan polimerisasi berantai karena monomer mempunyai ikatan rangkap. Proses polimerisasi dapat dengan mudah diklasifikasikan berdasarkan sistem homogen dan sistem heterogen. Dalam polimerisasi homogen, seperti namanya semua reaktan, termasuk monomer, penggagas, dan pelarut, saling larut dan kompatibel dengan polimer yang dihasilkan. Di sisi lain, dalam sistem heterogen, katalis, monomer, dan produk polimer yang saling larut. Polimerisasi homogen terdiri dari sistem bulk (mass) dan larutan, sementara reaksi polimerisasi heterogen dapat dikategorikan sebagai massa, solusi, presipitasi suspensi , emulsi, fase gas, dan polimerisasi Interfacial. Pada reaksi polimerisasi, reaktor kimia adalah alat yang dirancang untuk proses pereaksian polimer. Perancangan suatu bahan kimia reaktor berhadapan dengan berbagai aspek teknik kimia. Insinyur kimia mendisain reaktor untuk memaksimalkan net present value untuk suatu reaksi. Para perancang memastikan bahwa reaksi menghasilkan efisiensi yang paling tinggi ke arah produk keluaran yang diinginkan, memproduksi hasil produk yang banyak sementara membutuhkan sedikit uang untuk membeli bahan dan beroperasi. Beberapa perbedaan penting yang ada pada produksi perindustrian polimer dan molekul rendah berkomponen berat. 1. Secara umum, prindustrian polimer memproduksi polimer yang memiliki berat molekul tinggi, biasanya berat molekul tersebut berkisar antara 10 hingga 107. Berbeda dengan senyawa sederhana, berat molekul polimer tidak memiliki nilai yang unik, melainkan, menunjukkan distribusi yang pasti. Berat molekul tinggi dari polimer pada larutan berkonsentrasi tinggi atau berviskositas tinggi . Misalnya, dalam polimerisasi larutan stirena, viskositas dapat meningkat enam kali lebih besar contohnya peningkatan derajat konversi dari nol sampai 60%.

2. Bentuk dari molekul polimer yang besar yang terbentuk dari monomermonomer yang kecil menghasilkan penurunan entropi. Maka hal ini dapat menjadi pertimbangan dasar hukum termodinamika bahwa kekuatan pendorong dalam proses konversi adalah gradien entalpi negatif. Hal ini berarti bahwa reaksi polimerisasi kebanyakan adalah eksotermik. Akibatnya, perpindahan panas sangatlah penting dalam reaksi polimerisasi. Masalah yang ditekankan pada panjang medium viskositas yaitu koefisien perpindahan panas yang rendah pada reaktor pengaduk. 3. Dalam formulasi di perindustrian, konsetrasi dalam keadaan steady-state pada rantai pembawa dan polimerisasi ionik biasanya rendah. Oleh karenanya reaksi polimerisasi sangat sensitif terhadap pengotor yang dapat mengganggu rantai. Demikian pula dalam proses polimerisasi, tingkat derajat konversi yang tinggi diperlukan untuk memperoleh produk berberat molekul tinggi. Oleh karena itu, perlu upaya pencegahan terjadinya reaksi yang tidak diinginkan yang berasal dari reaktan dan juga mencegah kontaminasi kotoran seperti senyawa monofungsional. 4. Kualitas produk dari senyawa berberat molekul rendah biasanya dapat diperbaiki dengan proses destilasi, kristalisasi, dll. Namun, jika kinerja produk dari proses polimerisasi tidak memadai, maka hampir tidak mungkin untuk meng-upgrade kualitas oleh proses berikutnya. Mengingat kemungkinan perbedaan dalam proses produksi antara polimer bermolekul rendah dan bermolekul berat, sangat penting untuk memilih jenis reaktor yang cocok dengan kondisi operasinnya demi memperoleh sifat polimer yang diinginkan. Hal ini menuntut pengetahuan yang rinci tentang fenomena yang terjadi di dalam reaktor. Maka dari itu kita harus memahami kinetika polimerisasi yang akurat serta memahami massa dan karakteristik perpindahan panas dari proses pilimerisasi.

3.1.1. Sistem Homogen Proses polimerisasi dapat dengan mudah diklasifikasikan berdasarkan sistem homogen dan sistem heterogen. Dalam polimerisasi homogen, seperti namanya semua reaktan, termasuk monomer, penggagas, dan pelarut, saling larut dan kompatibel dengan polimer yang dihasilkan. Di sisi lain, dalam sistem heterogen, katalis, monomer, dan produk polimer yang saling larut.

Polimerisasi homogen terdiri dari sistem bulk (mass) atau solusi sementara reaksi polimerisasi heterogen dapat dikategorikan sebagai massa, solusi, presipitasi suspensi , emulsi, fase gas, dan polimerisasi antarmuka. 1. Polimerisasi Bulk Suatu monomer jika dicampur dengan suatu inisiator yang sesuai dan

dilakukan

polimerisasi, maka proses tersebut dinamakan dengan proses polimerisasi secara bulk. Laju reaksi rp dan derajat polimerisasi Dp, dalam polimerisasi secara bulk, kedua-duanya menunjukkan harga yang sangat sensitif terhadap temperatur masa reaksi. Karena hampir semua reaksi polimerisasi sangat eksotermis (highly exhotermic) pengontrolan temperatur hanya dapat diatasi dengan sistem pendinginan yang baik, namun pada kenyataaannya hal ini sangat sulit, karena hampir semua monomer dan polimer mempunyai konduktivitas termal yang sangat rendah. Untuk mengatasinya, terkadang ditambahkan suatu media inert yang sesuai kedalam reaksi untuk menaikkan suatu kapasitas panas total, M C (M adalah massa reaksi dan Cp adalah harga panas jenis rata-rata). Hasil yang di peroleh cukup memuaskan, laju polimerisasi berkurang sebagai akibat laju panas total yang terjadi juga berkurang, demikian juga massa reaksi manjadi kurang sensitif terhadap panas polimerisasi yang disebabkan oleh kenaikan kapasitas panas total. Derajat konversi yang tinggi umumnya menghasilkan massa yang sangat kental, sehingga sebagai konsekuensinya laju perpindahan panas rendah. Jika suatu monomer yang sangat reaktif digunakan dalam reaksi, misalnya khloroprena, metil metakrilat atau tetrafluoroetilena, polimerisasi secara bulk akan sulit di kembangkan. Cara lain untuk menghindari masalah perpindahan panas adalah dengan continuous bulk polymerization. Contohnya adalah polimerisasi polistiren, yang dilakukan dalam dua tahap. Pada tahap pertama, stirena dipolimerisasi pada 80 ° C hingga 30 sampai 35% konversi monomer dalam reaktor dikenal sebagai prepolymerizera. Massa reaksi yang dihasilkan sebagai larutan kental atau sirup polimer dalam monomer, kemudian melewati bawah sebuah menara dengan meningkatnya suhu. Suhu meningkat membantu untuk menjaga viskositas pada tingkat yang terkendali dan juga meningkatkan konversi, yang mencapai setidaknya 95% pada keluar dari menara. Dengan penghapusan panas polimerisasi di bagian atas menara dan kontrol suhu yang tepat dari polimer selesai di bagian bawah menara, berat molekul yang optimal dapat dicapai dan penyaluran polimer dapat diminimalkan.

Polimerisasi secara ‘bulk’ penting dalam pembuatan dan studi kinetik dalam laboratorium, demikian juga dalam industri. Polimerisasi dengan cara ini, meskipun pelaksanaannya paling mudah dan mudah dianalisa, tetapi cara-cara polimerisasi yang lain seperti ; emulsi, suspensi, dan larutan adalah lebih umum dan banyak digunakan secara komersial.

3.1.3. Sistem Heterogen 1) Polimerisasi Suspensi Polimerisasi suspensi, yaitu proses polimerisasi dengan penggunaan air yang relatif banyak. Merupakan reaksi polimerisasi yang umum digunakan oleh industri-industri polimer. Hampir 80% industri polimer saat ini menggunakan macam polimerisasi suspensi. Dalam polimerisasi secara suspensi, monomer didispersikan dalam suatu fasa cairan inert (biasanya air) dengan menggunakan pengaduk mekanis. Bahan pensuspensi ditambahkan kedalam fasa air yang mencegah ‘coalescence monomer droplet’. Polimer yang dihasilkan mempunyai bentuk seperti manik-manik / marjan / mutiara (beads) dan pemisahannya adalah paling mudah. Pengontrolan reaksi sangat baik, oleh sebab adanya pengencer (diluent) misalnya air. Bahan pensuspensi yang larut dalam air dimasukkan untuk menaikkan viskositas massa reaksi, sehingga pergerakan ‘droplet’ diperendah dan ‘coalescence’ dapat ditiadakan. Ukuran bead tergantung kepada pengadukan selanjutnya. Karena inisiator yang digunakan larut dalam monomer, maka monomer ‘droplet’ dapat berpolimerisasi secara tak bergantungan mengikuti mekanisme seperti pada polimerisasi secara ‘bulk’. Salah satu contoh penggunaan sistim polimerisasi suspensi adalah pada proses produksi resin PVC.

Gambar 3.1 Proses produksi resin PVC Mayoritas proses produksi resin PVC di dunia saat ini menggunakan metode polimerisasi suspensi. Dalam suatu proses polimerisasi suspensi, sejumlah air bebas mineral (demineralized

water) dialirkan ke dalam suatu reactor, kemudian ditambahkan juga bahan-bahan lain berupa inisiator, buffer dan zat pensuspensi (protective colloid atau biasa juga disebut suspending agent). Reaktor kemudian ditutup dan udara yang ada di dalam reactor di-evakuasi. Selanjutnya vinil klorida (VCM) dialirkan ke dalam reactor. Aksi dari zat pensuspensi ditambah dengan proses pengadukan memungkinkan terbentuknya butiran-butiran VCM berukuran mikro di dalam media air. Reaktor kemudian dipanaskan hingga mencapai suhu reaksi polimerisasi sehingga mengaktivasi inisiator untuk memulai reaksi polimerisasi. Begitu reaksi polimerisasi secara efektif berlangsung, panas dihasilkan dari reaksi tersebut. Panas yang dihasilkan harus diserap oleh air pendingin yang dialirkan di dalam jaket reactor. Reaksi polimerisasi biasanya dibiarkan berlangsung hingga konversi dari VCM ke PVC mencapai lebih dari 75%, yaitu ketika jumlah VCM yang tersisa (belum bereaksi) hanya tinggal sedikit saja. Di akhir reaksi polimerisasi, slurry PVC (partikel resin PVC di dalam air) dialirkan keluar dari reactor dan kandungan VCM yang tersisa dalam partikel PVC dipisahkan (stripping) dalam suatu kolom stripping (stripping column) yang sangat efektif. Slurry PVC selanjutnya di-sentrifugasi guna memisahkan sebagian besar kandungan air dari resin PVC, sehingga didapat resin PVC yang hanya mengandung sangat sedikit air. Resin PVC ini selanjutnya dialirkan ke dalam unit pengering (dryer) hingga dihasilkan resin PVC yang kering, siap untuk dikirim kepada para pelanggan.

2) Polimerisasi Emulsi Polimer emulsi merupakan polimer yang proses sintesisnya terjadi di dalam misel-misel surfaktan dalam pelarut air. Proses polimerisasinya disebut sebagai polimerisasi heterogen karena terdapat perbedaan kepolaran antara monomer (nonpolar) dengan air (polar). Polimer emulsi merupakan salah satu jenis dari polimerisasi radikal yangmelibatkan air, monomer, inisiator dan surfaktan. Jenis yang paling banyak ditemuiadalah polimer emulsi dengan tipe minyak dalam air. Pada polimerisasi emulsimonomer merupakan sistem minyak dan surfaktan sebagai emulsifier alam fasa air, sedangkan reaksi polimerisasi akan terjadi di dalam misel-misel surfaktan di dalamair. Polimer emulsi sering diaplikasikan dalam bidang industri. Misalnya, cat, kertas coatings, bahan perekat dan pewarna kain. Polimerisasi emulsi juga sering digunakan agar mendapatkan persen konversi yang tinggi. Selain itu,

roduk emulsitersebut dapat lansung

digunakan tanpa dipisahkan dari pelarut air sebagai mediumpendispersi. Dalam polimerisasi

secara emulsi, air merupakan media inert, sebagai inisiator dipilih yang dapat larut dalam air. Polimerisasi dengan cara emulsi banyak digunakan untuk mamproses vinil monomer yang berpolimerisasi secara adisi dan terutama yang mengikuti mekanisme radikal, lebih dipilih dilakukan dengan cara ini. Polimerisasi secara emulsi dengan media air, tidak bisa digunakan untuk polimerisasi ionic, karena diperlukan kemurnian yang tinggi. Inisiator yang dipakai harus larut dalam air, misalnya potassium persulfat. Monomer harus tidak melarut seluruhnya dalam air, atau sama sekali tidak dapat digunakan dalam media air, dan harus membentuk suatu fasa yang terpisah. Pengemulsi harus dapat berfungsi sebagai pendispersi monomer secara merata, sebagaimana dalam emulsi yang sesungguhnya. Reaktor untuk proses polimerisasi emulsi bervariasi dalam ukuran dari 1000 menjadi 4000 gal tergantung persyaratan produksi. Reaktor mungkin kaca berjajar atau terbuat dari stainless steel. Kaca berlapis reaktor yang disukai untuk produksi emulsi polimer akrilik, sedangkan stainless steel biasanya disukai untuk pembuatan poli (vinil asetat) karena dapat dibersihkan dengan mudah dengan larutan mendidih encer kaustik. Kedua jenis reaktor telah digunakan dalam produksi butadiena-stirena kopolimer dan poli (vinil klorida). Reaktor yang selalu berjaket untuk tujuan kontrol panas. Dalam proses [misalnya, poli (vinil asetat) pembuatan] di mana monomer, katalis, dan surfaktan ditambahkan ke reaktor secara bertahap dan tersedia jaket transfer panas daerah ini awalnya tidak tersedia untuk pendinginan, tambahan pendinginan adalah penting dan menarik. Ini melibatkan penggunaan refluks pendinginan. Di sini, panas polimerisasi menguap bereaksi monomer, dan uap monomer dikondensasikan dalam suatu refluks kondensor dan kembali ke reaktor. Dalam kasus ini, bagaimanapun, berbusa karakteristik lateks harus ditentukan pertama sejak busa yang stabil dibawa ke refluks kondensor akan busuk exchanger permukaan. Reaktor harus juga akan dinilai untuk menahan tekanan internal minimal mulai dari 50 psi untuk akrilik, metakrilat dan akrilik-styrene vinil asetat dan kopolimer untuk setidaknya 300 psi untuk vinyl klorida dan homopolimer kopolimer. Gambar 2.5 menunjukkan aliran lembar untuk pabrik polimerisasi emulsi yang khas.

Gambar 3.2 Flow sheet polimesisasi emulsi (Gellner O, 1966)

Mekanisme Polimerisasi Emulsi Smith dan Ewart pada tahun 1940 menjelaskan kemungkinan terjadinya polimerisasi emulsi. Teori Smith dan Ewart untuk mekanisme radikal bebas polimerisasi emulsi diikuti oleh tahap berikut ini : Interval I, 0 – 10% konversi. Dimana terdapat empat macam keadaan. Keadaan tersebut yaitu monomer di dalam misel, monomer didalam doplet, monomer didalam partikel polimer dan sejumlah partikel polimer yang sedang tumbuh. Intrval II, 10 – 50 % konversi dimana tidak lagi terdapat misel surfaktan, masih terdapat monomer droplet, monomer di dalam partikel polimer dan terdapat partikel yang konstan. Interval III, 50 - 90% konversi dimana tidak lagi terdapat monomer droplet, masih terdapat monomer didalam partikel polimer dan akan terjadi terminasi lebih lanjut. Teori ini hanya menjelaskan untuk monomer yang bersifat non polar. Untuk monomer yang sedikit polar, seperti metil metakrilat dan vinil asetat, terjadinya polimerisasi di luar misel dapat saja terjadi. Pada polimerisasi emulsi, akan terjadi perubahan berat molekul. Hal ini terjadi karena konsentrasi dimana terdapatnya pertumbuhan rantai polimer. Dalam rangka untuk memahami hubungan kuantitatif mengatur emulsi kinetika polimerisasi, itu adalah diperlukan untuk memberikan gambaran kualitatif dari proses : a. Distribusi komponen Sebuah resep khas untuk polimerisasi emulsi di bagian berat terdiri dari 180 bagian air, 100 bagian dari monomer, 5 bagian sabun asam lemak (pengemulsi agent), dan 0,5 bagian dari kalium persulfat (watersoluble inisiator). Itu Pertanyaan, tentu saja, adalah bagaimana komponen

ini didistribusikan dalam sistem. Oleh Definisi, sabun adalah natrium atau garam kalium dari organic asam, misalnya, natrium stearat:

Ketika sejumlah kecil sabun ditambahkan ke dalam air, sabun mengionisasi dan ion bergerak bebas. Itu anion sabun terdiri dari sebagian minyak-larut panjang (R) dihentikan di salah satu ujung oleh bagian larut dalam air.

Dengan kata lain, anion sabun terdiri dari kelompok-kelompok baik hidrofilik dan hidrofobik. Dalam air yang mengandung larut sebagian monomer molekul, anion sabun molekul menyesuaikan diri pada monomer air interface dengan ujung hidrofilik menghadap air, sedangkan hidrofobik berakhir menghadapi monomer fase. Setiap tetesan monomer karena memiliki lapisan pelindung dari muatan negatif. Akibatnya, droplet emulsi monomer stabil tidak hanya oleh penurunan tegangan permukaan, tetapi juga oleh kekuatan menjijikkan antara muatan negatif pada permukaannya. Di atas konsentrasi kritis agen pengemulsi dikenal sebagai konsentrasi misel kritis (CMC), hanya sebagian kecil dari agen pengemulsi dilarutkan dalam air. Sebagian besar pengemulsi molekul mengatur diri menjadi partikel koloid yang disebut misel. Misel tetap dinamis kesetimbangan dengan molekul sabun dilarutkan dalam air. Argumen bertahan sehubungan dengan bentuk agregat misel, tetapi energi pertimbangan mendukung pengaturan bola dengan hidrofilik (polar) kelompok pada permukaan menghadapi fase cair sementara rantai hidrofobik disusun agak teratur pada interior. Misel Masing-masing terdiri dari 50 sampai 100 molekul sabun. Usulan rodlike berbentuk misel panjang berkisar 1000-3000 Å dan memiliki diameter yang sekitar dua kali panjang dari setiap molekul sabun. Jumlah dan ukuran misel tergantung pada jumlah relatif dari pengemulsi dan monomer. Umumnya, sejumlah besar hasil emulsifier dalam jumlah yang lebih besar dari partikel berukuran lebih kecil. Kehadiran sabun atau bahan pengemulsi sangat meningkatkan kelarutan air tidak larut atau sedikit larut monomer. Ini telah ditunjukkan oleh X-ray dan pengukuran hamburan cahaya bahwa di hadapan monomer, misel bertambah besar, manifestasi jelas pendudukan bagian interior hidrofobik dari misel. Sementara itu, sebagian kecil dari monomer tetap terlarut. Namun,

sebagian besar monomer tersebar sebagai tetesan yang stabil, seperti yang dibahas di atas, oleh pengemulsi. Akibatnya, ketika monomer yang sedikit larut dalam air yang diemulsikan dalam air dengan bantuan sabun dan agitasi, tiga fase yang hadir: fase berair dengan sejumlah kecil terlarut sabun dan monomer, tetesan monomer emulsi, dan monomer-bengkak misel. Tingkat agitasi menentukan ukuran tetesan monomer, tetapi mereka umumnya setidaknya 1 m dengan diameter. Itu emulsifier dalam konsentrasi misel bentuk dan monomer biasanya akan berada dalam kisaran 10 misel per ml dan 10 10 sampai 10 11 tetesan per ml, masingmasing. Polimer partikel berisi semua monomer yang tidak bereaksi. Sebagai konsentrasi monomer dalam partikel polimer menurun, tingkat polimerisasi menurun terus dan menyimpang dari linearitas. Kinetika Emulsi Polimerisasi Sejumlah pertanyaan harus diselesaikan dari deskripsi kualitatif emulsi polimerisasi diberikan dalam bagian sebelumnya. Misalnya, perlu dipertimbangkan apakah difusi monomer pada partikel polimer cukup tinggi untuk mempertahankan polimerisasi diberikan kelarutan rendah monomer dalam fase berair. Hal ini juga penting untuk mengetahui konsentrasi radikal rata-rata partikel polimer. Juga, validitas asumsi bahwa hanya monomer-polimer partikel menangkap radikal dihasilkan oleh inisiator perlu dibentuk meyakinkan. Jawaban atas pertanyaan-pertanyaan yang disediakan oleh Smith dan Ewart dan ini membentuk dasar untuk pengobatan kuantitatif mapan bagian dari polimerisasi emulsi.

3) Polimerisasi Presipitasi Polimerisasi prisepitasi, juga dikenal sebagai slurry polymerization, melibatkan sistem larutan, di mana monomer dapat larut namun polimer tidak larut. Ini mungkin adalah proses yang paling penting untuk polimerisasi koordinasi olefin. Persiapan pada katalis polimerisasi biasanya pada tekanan kurang dari 50 atm dan suhu rendah (kurang dari 100 ° C). Polimer yang dihasilkan, yang diendapkan sebagai flocs, membentuk bubur yang terdiri dari sekitar 20% polimer tersuspensi di dalam hidrokarbon cair digunakan sebagai pelarut. Suspensi dari flocs polimer dalam pelarut menghasilkan suatu sistem fisik viskositas rendah yang mudah bergerak. Namun, masalah mungkin timbul akibat pengendapan polimer dan pembentukan deposit pada pengaduk dan dinding reaktor. Kebanyakan industri logam transisi katalis tidak larut, dan akibatnya polimerisasi terjadi dalam sistem multifase dan dapat dikendalikan oleh perpindahan massa. Oleh karena itu, jenis katalis yang digunakan memberikan pengaruh lebih besar pada parameter dan geometri reaktor.

4) Interfacial and Solution Polycondensation Monomer yang sangat reaktif mampu bereaksi dengan cepat pada suhu rendah untuk menghasilkan polimer yang berat molekul yang lebih tinggi daripada yang diproduksi di polycondensations bulk normal. Reaktan terbaik dan paling banyak digunakan adalah klorida diacid organik dan senyawa yang mengandung hidrogen aktif.

Dalam polimerisasi interfacial sepasang cairan immisibel digunakan, salah satunya adalah biasanya air sementara yang lain adalah hidrokarbon atau hidrokarbon terklorinasi seperti heksana, xylene, atau karbon tetraklorida. Fase cair berisi diamina, diol, atau senyawa hidrogen aktif dan reseptor asam atau basa (misalnya, NaOH). Fase organik, di sisi lain, mengandung asam klorida. Seperti namanya, jenis ini terjadi polimerisasi interfasial antara dua cairan. Berbeda dengan suhu tinggi reaksi polikondensasi, reaksi-reaksi ini tidak dapat diubah karena tidak ada reaksi signifikan antara produk polimer dan-molekul rendah berat dengan-produk di suhu rendah yang digunakan. Akibatnya, distribusi berat molekul adalah fungsi dari kinetika sistem polimerisasi, tidak ditentukan statistik seperti dalam polycondensations keseimbangan normal. Laju reaksi dikendalikan oleh laju difusi monomer ke interface. Hal ini meniadakan kebutuhan untuk memulai reaksi dengan jumlah stoikiometrik reaktan. Karena reaksi yang ireversibel, konversi tinggi tidak selalu diperlukan untuk mendapatkan tinggi dengan berat molekul polimer. No

Proses

Karakteristik

Kelebihan

Kekurangan

Mixture reaksi

Produk yang

Reaksi eksotermis (terutama pada

terdiri dari

dihasilkan relatif

reaksi polimerisasi rantai)

monomer dan

murni karena

menjadikan kontrol suhu menjadi

inisiator pada

minimumnya

sulit pada proses ini.

reaksi

kontaminasi.

Produk mempunyai berat molekul

polimerisasi

Meningkatkan

yang besar.

rantai.

yield tiap volume

Monomer

reaktor

Polimerisasi 1

Bulk

2

Larutan

bertindak

Sulitnya

sebagai solvent

menghilangkan/memisahkan sisa-

untuk polimer

sisa monomer yang tidak bereaksi

Solventnya

Efisiensi

Pentingnya memilih solvent inert

misible dengan

perpindahan

untuk mencegah kemungkinan

monomer, larut

panas sangat

perpindahan ke solvent Yield yang

dalam polimer

tinggi sehingga

dihasilkan per volume reaktor kecil

memberikan proses kontrol yang baik. Polimer hasil

Pengurangan laju reaksi dan panjang rata-rata rantai Tidak cocok untuk menghasilkan

proses ini bisa langsung

produksi yang kering atau polimer

digunakan

yang relatif murni karena sulitnya pemisahan solvent .

3

Suspensi

Monomer dan

Mudah kontrol

Untuk menjaga kestabilan droplet

polimernya

suhu dan panas

memerlukan pengadukan yang

insoluble dalam

yang hilang.

kontinu dan level yang minimum

air.Inisiator

Polimer diperoleh Sulit untuk melakukan proses

soluble dalam

dalam bentuk

kontinu Kemungkinan bisa

monomer

yang bagus dan

terjadinya kontaminasi oleh

mudah dikerjakan absorpsi stabilizer pada Hasil proses ini,

permukaan partikel

yang tersuspensi atau granular bisa langsung digunakan 4

Emulsi

Monomer dan

Kondisi fisik

Sulit untuk memperoleh polimer

polimer

sistem ini

murni karena adanya kontaminasi

insoluble dalam

meningkatkan

Sulit dan mahal, jikan

air, inisiator

efisiensi

menggunakan produk padatan

soluble dalam

perpindahan

Adanya air dalam proses

air. Emulsifier

panas

menjadikan yield per volume

diperlukan

Dapat

reaktor rendah

untuk

memperoleh laju

menstabilkan

reaksi yang tinggi

sistem terutama

dan panjang

pada tahap awal

rantai rata2 yang

polimerisasi

tinggi Distribusi berat molekul yang sempit Lateks bisa langsung digunakan

5

Presipitasi

Polimer

Mudah untuk

Pemisahan produknya sulit dan

insoluble dalam

pengadukan

mahal

monomer atau

Suhu yang

Memerlukan katalis yang khusus

monomer

digunakan relatif

dan persiapan yang sangat hati-hati

miscible dengan

rendah

Distribusi berat molekulnya

precipitant

tergantung dari jenis katalis

polimer 6

Interfacial

Polimerisasi

Proses

Hanya untuk sistem yang sangat

terjadi pada

polimerisasi

reaktif

permukaan dari

berlangsung

Memerlukan pemilihan solvent

dua solvent

cepat dan pada

yang tepat untuk melarutkan

yang

suhu rendah

reaktan

immiscible,

Tidak

biasanya air dan

memerlukan

solvent organik

konversi tinggi untuk memperoleh berat molekul yang tinggi Tidak perlu memulai dengan jumlah stoikiometri reaktan

Reaktor Polimerisasi Di dalam teknik kimia, reaktor kimia adalah alat yang dirancang sebagai tempat reaksi kimia. Perancangan suatu bahan kimia reaktor berhadapan dengan berbagai aspek teknik kimia.

Insinyur kimia mendesain reaktor untuk memaksimalkan net present value untuk suatu reaksi Para perancang memastikan bahwa reaksi menghasilkan efisiensi yang paling tinggi ke arah produk keluaran yang diinginkan, memproduksi hasil produk yang banyak sementara membutuhkan sedikit uang untuk membeli bahan dan beroperasi. Perubahan energi berbentuk dalam wujud pemanasan atau pendinginan, memompa untuk meningkatkan tekanan, frictional pressure loss ( seperti pressure drop pada suatu pipa siku 90oatau suatu lempeng orifis dan lain lain). Ada dua jenis Rektor : 1)Reaktor tangki 2)Reaktor pipa. Kedua-duanya dapat digunakan sebagai reaktor batch atau reaktor kontinu. Biasanya, reaktor beroperasi dalam keadaan steady state, tetapi kadang juga dioperasikan di dalam suatu kondisi unsteady.

Ada tiga model dasar utama dari reaktor kimia : 1. Batch reactor model ( batch), 2. Continous stirred-tank reactor model ( CSTR) 3. Plug flow reactor model ( PFR). Variabel – variabel meliputi : a. Residence time (t) b.Volume ( V) c. Temperatur ( T) d.Tekanan ( P) e. Konsentrasi jenis bahan kimia ( C1, C2, C3,… Cn) f. Heat transfer coefficients ( h, U) Pemilihan reaktor yang tepat dengan tujuan : 1. Mendapatkan keuntungan yang besar 2. Biaya produksi yang murah 3. Modal kecil/volume reactor minimum 4. Operasinya sederhana dan murah

5. Keselamatan kerja terjamin 6. Polusi terhadap sekelilingnya dijaga sekecil-kecilnya

Batch Reactors Dalam kasus reaktor batch, reaktan dimasukkan kedalam reaktor dan dicampur dengan baik untuk durasi reaksi dan kemudian produk dibuang. Reaktor batch pada dasarnya memiliki karakteristik berikut:  Sederhana dan tidak memerlukan peralatan pendukung yang luas.  Sangat cocok untuk operasi skala kecil  Operasi ini operasi unsteady-state, dengan komposisi bervariasi dengan waktu. Sekarang mari kita membahas bagaimana fitur ini mempengaruhi berbagai reaksi polimerisasi dan resultan polimer. Kita mulai dengan mempertimbangkan persamaan neraca massa total untuk reaktor batch: Laju alir monomer kedalam reaktor = Laju alir monomer keluar reaktor + laju konsumsi akibat reaksi didalam reaktor + laju akumulasi di reaktor Untuk reaktor batch, persamaan 10.6 sama dengan nol karena dengan definisi mengalir dalam atau keluar dari reaktor. Akibatnya, persamaan tereduksi menjadi Laju konsumsi = laju akumulasi Dalam reaksi pertumbuhan rantai , kontrol suhu adalah masalah utama dalam polimerisasi massal dan, pada tingkat lebih rendah, dalam larutan polimerisasi dalam reaktor batch . Hal ini disebabkan peningkatan besar dalam viskositas dari media reaksi dengan konversi . Transfer panas ke jaket di kapal bervariasi sekitar berbanding terbalik dengan kekuatan sepertiga dari viskositas. Misalnya, dalam batch diaduk ( tangki ) reaktor dengan dinding tebal dan tidak menguntungkan rasio permukaan ke volume, polimerisasi dasarnya hasil adiabatik .Berbagai metode yang digunakan untuk menghilangkan panas, termasuk perpindahan panas untuk jaket, internal lingkaran pendinginan dan, dalam kasus konstituen menguap, kondensor biaya overhead melalui refluks. sementara reaktor hampir selalu berjaket, penggunaan perangkat pembuangan panas tambahan umumnya diperlukan sebagai ukuran meningkat reaktor karena daerah perpindahan

panas dari reaktor meningkat dengan reaktor volume untuk kekuatan dua-pertiga, sementara laju generasi panas bervariasi langsung dengan volume reaktor. Selain itu, viskositas tinggi dalam polimerisasi bulk menghalangi menggunakan penukar panas eksternal karena agitasi miskin akan menyebabkan deposito dinding dan kerugian yang cepat pendinginan efisiensi. Penggunaan koil pendingin internal dibatasi untuk reaksi viskositas rendah untuk menghindari kualitas produk yang buruk dihasilkan dari pencampuran yang tidak benar . Model ideal reaktor batch bersama-sama dengan Waktu tinggal yang ditunjukkan pada Gambar 10.8a .

Kelebihan dan Kelemahan Batch Reactor : Kelebihan : 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. Kekurangan : a. Biaya buruh dan handling tinggi.

b. Kadang-kadang waktu shut downnya besar, yaitu waktu untuk mengosongkan, membersihkan dan mengisi kembali. c. Pengendalian kualitas dari produk jelek atau susah. d. Skala produksi yang kecil.

Tubular (Plug Flow) Reactor Tubular (Plug Flow) Reactor adalah suatu alat yang digunakan untuk mereaksikan suatu reaktan dalam hal ini fluida dan mengubahnya menjadi produk dengan cara mengalirkan fluida tersebut dalam pipa secara berkelanjutan (continuous). Biasanya reaktor ini dipakai untuk mempelajari berbagai proses kimia yang penting seperti perubahan kimia senyawa, reaksi termal, dan lain-lain.

Untuk reaksi heterogen, misalnya antara bahan baku gas dengan katalis padat menggunakan model PFR. PFR mirip saringan air dari pasir. Katalis diletakkan pada suatu pipa lalu dari sela -sela katalis dilewatkan bahan baku seperti air melewati sela-sela pasir pada saringan. Asumsi yang digunakan adalah tidak ada perbedaan konsentrasi tiap komponen yang terlibat di sepanjang arah jari –jari pipa. Di dalam PFR, fluida mengalir dengan perlakuan yang sama sehingga waktu tinggal (t) sama untuk semua elemen fluida. Fluida sejenis yang mengalir melalui reactor ideal disebut plug. Saat plug mengalir sepanjang PFR, fluida bercampur sempurna dalam arah radial bukan dalam

arah axial (dari arah depan atau belakang). Setiap plug dengan volume berbeda dinyatakan sebagai kesatuan yang terpisah-pisah (hampir seperti batch reactor) saat dia mengalir turun melalui pipa PFR. PFR biasa digunakan untuk mempelajari beberapa proses penting seperti reaksi termal dan reaksi kimia plasma dalam aliran gas yang cepat serta daerah katalisis. Dalam beberapa kasus, hasil yang didapat tidak hanya membantu kita dalam memahami karakteristik proses-proses kimia, tetapi juga dapat memberikan kita pengertian praktis dari proses-proses kimia yang penting . Di dalam PRF, konsentrasi produk meningkat sepanjang perjalanan dalam reaktor. Reaktan diinjeksikan ke dalam lintasan tengah, sementara itu gas inert disalurkan melalui dinding pipa. Kita berasumsi bahwa hanya pada dasar pipa terdapat endapan, akibat kondisi pipa yang panas. Karena kecepatan gas adalah sama dimana-mana maka terjadi jalur arus secara konveksi dan difusi dengan arah yang berbeda. Transport sepanjang jalur arus terjadi akibat konveksi, sementara sepanjang tegak lurus arus terjadi akibat difusi. Setelah melalui proses pemanasan, kemudian produk yang diinginkan akan keluar menuju exhaust.

Kelebihan dan Kelemahan Reactor PFR Kelebihan : 1. Tingkat perubahannnya besar dalam setiap volumenya 2. Bekerja dalam periode waktu yang cukup lama tanpa tenaga kerja 3. sehingga upah produksi rendah 4. Perpindahan kalornya baik sekali 5. Operasinya terus-menerus Kekurangan : 1. Sulit mengontrol temperaturnya 2. Tingginya temperature yang tidak diinginkan dapat terjadi 3. Proses pemberhentian dan pembersihannya mahal Continuous stirred Tank Reactor (CSTR) Reaktor alir tangki berpengaduk hampir sama dengan reaktor batch tetapi umpan dan produk mengalir secara kontinyu dan pada reaktor CSTR dilengkapi dengan alat penambahan zat pereaksi dan pengambilan produk secara kontinyu. Dalam CSTR, 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 reaksi, konversi suatu reaktor dapat diketahui.

Beberapa hal penting mengenai CSTR: Reaktor berlangsung secara setimbang, sehingga jumlah yang masuk setara dengan jumlah yang ke luar reaktor jika tidak tentu reaktor akan berkurang atau bertambah isinya. Perhitungan CSTR 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. Seringkali, 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 CSTR kecil yang tak terbatas model perhitungan akan menyerupai perhitungan untuk RAP.

Satu atau lebih reagen fluida dimasukkan pada tangki sebuah reaktor yang dilengkapi dengan kipas atau impeller , impeller mengaduk cairan untuk memastikan cairan tersebut tercampur rata dan ada waktu suatu cairan berada di dalam tabung tersebut sebelum keluar. Dalam keadaan tetap, fluida yang masuk harus sama dengan fluida yang keluar. Semua kalkulasi yang dilakukan CSTR diasumsikan sebagai pencampuran sempurna . Untuk

mendapatkan hasil yang le bih banyak dalam waktu yang sama, dapat dilakukan dengan memparalelkan CSTR ini.

Kelebihan dan Kelemahan Reactor CSTR: 1. Kelebihan : a. Operasi dalam keadaan tetap menyebabkan peralatan produk lebih stabil b. Penggunaan energi yang kualitasnya meningkat c. Produktivitas yang lebih tinggi dalam reduksi pada periode tidak pemanasan, pendinginan, dan pengosongan). d. Campuran lebih rata karena penggunaan teknik pengadukan (stiring) Kekurangan : a) Rata-rata reaksi volumetrik yang lebih rendah akan menghasilkan produktivitas rendah. b) Tidak sesuai untuk keseluruhan emulsi proses polimerisasi pada tahap pertama penggunaan CSTR c) Timbul endapan di dasar akibat gaya sentrifugal CSTR d) Tidak dapat merubah grade dari RTD profile sesering mungkin karena dapat mengurangi fleksibilitas reaktor e) Biaya tinggi, semakin besar CSTR yang digunakan atau semakin banyak CSTR kecil yang digunakan semakin besar biaya yang dikeluarkan f) Waktu menunggu (proses) yang lebih lama

aktif(pengisian,