Tugas Teknik Reaktor Kimia.docx

KLARIFIKASI REAKTOR FIXED BED TUGAS TEKNIK REAKTOR KIMIA

Disusun oleh: Riky Jhon Sardo Bangun(M1B116035) Dosen Pengampu: Nazaruddin S.Si,.M.Si.,Ph.D.

Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Jambi 2018

BAB I PEDAHULUAN

Reaktor adalah suatu alat proses tempat di mana terjadinya suatu reaksi berlangsung, baik itu reaksi kimia atau nuklir dan bukan secara fisika. Dengan terjadinya reaksi ini suatu bahan dapat berubah ke bentuk bahan lainnya atau dari bahan menjadi produk, perubahan ada yang terjadi secara spontan atau terjadi dengan sendirinya atau bisa juga dengan bantuan energi seperti panas . Perubahan yang dimaksud adalah perubahan kimia, jadi terjadi perubahan bahan bukan fase seperti dari air menjadi uap yang merupakan reaksi fisika. Beberapa jenis reaktor kimia khusus:

Reaktor gelembung Reaktor jenis ini banyak digunakan pada proses industri kimia dengan reaksi yang sangat lambat, proses produksi yang menggunakan mikroba (biorektor) dan juga pada unit pengolahan limbah secara biologis menggunakan lumpur aktif.

Fixed bed reactor Reaktor Fixed Bed adalah reaktor dengan menggunakan katalis padat yang diam dan zat pereaksi berfase gas. Butiran-butiran katalisator yang biasa dipakai dalam reaktor fixed bed adalah katalisator yang berlubang di bagian tengah, karena luas permukaan persatuan berat lebih besar jika dibandingkan dengan butiran katalisator berbentuk silinder, dan aliran gas lebih lancar. Bentuk reaktor Fixed Bed dapat dibagi menjadi : 1. Reaktor dengan satu lapis tumpukan katalisator (Single Bed) Sebagai penyangga katalisator dipakai butir-butir alumunia (bersifat inert terhadap zat pereaksi) dan pada dasar reaktor disusun dari butir yang besar makin keatas makin kecil, tetapi pada bagian atas katalisator disusun dari butir kecil makin keatas makin besar.

2.Multi bed Katalisator diisi lebih dari satu tumpuk katalisator, fixed bed dengan katalisator lebih dari satu tumpuk banyak dipakai dalam proses adiabatik.

Fluidized bed reactor Merupakan tempat landasan suatu partikel yang pemasangan gasnya naik melalui suatu titik pencapaian dengan peningkatan laju alir gas pada steam sehingga menimbulkan percepatan aliran gas masuk dan menghubungkan percepatan fluidized minimum. Tujuan dari penggunaan reaktor ini adalah: Untuk memprediksikan penurunan konversi pada pencampuran di dalam reaktor.

Slurry reactor Reaktor slurry biasa digunakan untuk mereaksikan liquid atau larutan yang mengandung reaktan dengan katalis padatan. Supaya transfer massa dan pengadaan katalis efektif digunakan katalis berbentuk granular atau serbuk antara 0,05-1mm (0,02-0,039 in), sebagai batas minimum agar dapat difiltrasi. Diameter yang kecil digunakan dengan tujuan memperbesar luas permukaan. Reaktor ini berisi partikel padat.

Reaktor membran Reaktor membran adalah sistem reaktor baru yang mengkombinasikan pemisahan dengan membran dan reaksi kimia. Reaktor membran memiliki dua tipe, yaitu reaktor membran packed-bed dan reaktor membran katalitik. Reaktor membran dengan katalis packed-bed memiliki area pemisahan yang terpisah dari area reaksi, sedangkan pada reaktor membran katalitik, reaksi dan pemisahan terjadi secara simultan.

BAB II TEORI II.1 Pengertian Reaktor Fixed Bed Reaktor Fixed Bed merupakan suatu reaktor yang mana katalis berdiam di dalam reaktor bed. Di dalam reaktor, katalis ditopang oleh suatu struktur catalyst support berupa perforated tray dengan tambahan lapisan inert semacam ceramic balls dengan diameter bervariasi sesuai dengan ukuran partikel katalis baik di sisi terbawah maupun di lapisan teratas bed katalisator. Secara spesifik, reaktor fixed bed yang ada di unit pengolahan minyak bumi dirancang oleh vendor berdasarkan kebutuhan proses. Struktur internal reaktor pun berbeda dari vendor satu dengan lainnya. Karena sifatnya yang sangat spesifik, perancangan reaktor itu sendiri biasanya juga terkait dengan lisensor prosesnya, misalnya perancangan reaktor fixed bed untuk unicracking akan berbeda dengan perancangan reaktor fixed bed untuk MSDW Lube Catalytic Dewaxing. Hal ini terkait dengan kebutuhan proses, terutama terkait dengan kebutuhan katalis yang sangat spesifik tergantung pada vendornya masingmasing. Meskipun demikian, secara umum bagian-bagian internal reaktor tetap sama, hanya saja tiap lisensor proses maupun vendor reaktor tersebut memiliki typical design masing-masing yang diharapkan mampu mengoptimalkan fungsi dari reaktor tersebut. Bagian utama dari sebuah reaktor fixed bed adalah reaktor vessel, reaktor internals, katalisator, inert dan graded katalisator. 1.

Reaktor vessel Merupakan bagian yang menyediakan tempat bagi katalis dan tempat berlangsungnya kontak antara minyak umpan dan katalis yang kemudian terjadi reaksi. Reaktor vessel dirancang dengan dasar perancangan pressure vessel (ASME BPVC Section VIII Division 2). Kunci dari perancangan reaktor vessel ini adalah pemilihan material, allowable working pressure,

dimensi dan ketebalan dinding vessel. Reaktor fixed bed biasanya digunakan untuk umpan (pereaktan) yang mempunyai viskositas kecil. 2.

Reaktor Internal

Selain reaktor vessel, struktur internal reaktor juga sangat menunjang optimalnya kinerja dari sistem reaksi yang terjadi di dalam reaktor tersebut. Beberapa kata kunci seperti distribusi umpan, distribusi panas, fouling, distribusi lapisan katalisator, dan juga temperatur reaksi merupakan beberapa hal yang mewakili peran dari struktur internal reaktor tersebut. Secara umum struktur internal terdiri atas feed distributor, distribution tray, scale basket, quench distributor, collector ring, inert and catalyst graded. 3.

Katalisator Katalisator merupakan salah satu hal vital dalam sistem reaksi di dalam reaktor. Pasalnya, pada perancangan reaktor semua variabel proses ditentukan oleh physical properties dan kebutuhan reaksi dari katalisator. Misalnya batasan pressure drop untuk reaksi maupun regenerasi tidak boleh melebihi crushing strength dari partikel katalisator. Begitu halnya dengan temperatur. Temperatur dibatasi dengan melting point komponen penyusun katalisator.

4.

Inert dan Catalytst Graded Pada bed katalisator, inert balls diletakkan di bagian atas dan bawah katalisator. Di bagian atas katalisator, inert balls berfungsi meredam energi tumbukan dari aliran umpan guna menjaga distribusi katalisator di dalam bed katalisator. Di bagian bawah bed katalisator, inert balls berfungsi sebagai support untuk menopang katalisator dan juga menjaga agar katalisator tidak ikut mengalir keluar bed katalisator bersama aliran umpan. Graded katalisator merupakan partikel-partikel yang ditambahkan di atas ataupun di bawah katalisator di dalam bed katalisator yang memiliki fungsifungsi tertentu sesuai komposisinya. Fungsi graded katalisator antara lain sebagai treatment awal, menahan deposit, menyerap logam, dan lain-lain. Beberapa jenis graded katalisator ditambahkan ke dalam bed katalisator guna mengoptimalkan aktivitas katalisator.

II.2 Kelebihan dan Kekurangan Reaktor Fixed Bed Kelebihan Reaktor Fixed Bed o Dapat digunakan untuk mereaksikan dua macam gas sekaligus, o Kapasitas produksi cukup tinggi,

o Pemakaian tidak terbatas pada kondisi reaksi tertentu (eksoterm atau endoterm) sehingga pemakaian lebih fleksibel, o Aliran fluida mendekati plug flow, sehingga dapat diperoleh hasil konversi yang tinggi, o Pressure drop rendah, o Oleh karena adanya hold-up yang tinggi, maka menghasilkan pencampuran radial yang lebih baik dan tidak ditemukan pembentukan saluran (channeling), o Pemasokan katalis per unit volume reaktor besar, o Hold up liquid tinggi, o Katalis benar-benar dibasahi, o Kontrol temperature lebih baik, o Transfer massa gas-liquid lebih tinggi daripada reaktor trickle bed karena interaksi gas-liquid lebih besar. Kekurangan Reaktor Fixed Bed o Resistansi difusi intra partikel sangat besar, o Nilai transfer massa dan transfer panas rendah, o Pemindahan katalis sangat sulit dan memerlukan shut down alat, o Konversi lebih rendah, o Ada kemungkinan terjadi reaksi samping homogen pada liquid.

II.3 Macam-macam Reaktor Fixed Bed Bentuk reaktor fixed bed dapat dibagi menjadi : 1. Single Bed Sebagai penyangga katalisator dipakai butir-butir alumunia (bersifat inert terhadap zat pereaksi) dan pada dasar reaktor disusun dari butir yang besar makin keatas makin kecil, tetapi pada bagian atas katalisator disusun dari butir kecil makin keatas makin besar. 2. Multi tube

Katalisator diisi lebih dari satu tumpuk katalisator, fixed bed dengan katalisator lebih dari satu tumpuk banyak dipakai dalam proses adiabatik. Jika reaksi yang terjadi sangat eksotermis pada konversi yang masih kecil suhu gas sudah naik sampai lebih tinggi dari suhu maksimum yang diperbolehkan untuk katalisator, maka gas harus di dinginkan terlebih dahulu kedalam alat penukar panas diluar reaktor untuk di dinginkan dan selanjutnya dialirkan kembali ke reaktor melalui tumpukan katalisator kedua, jika konversi gas yang keluar dari tumpukan kedua belum mencapai yang direncanakan, tetapi suhu gas sudah lebih tinggi dari yang diperbolehkan maka dilakukan pendinginan lagi dengan mengalirkan gas kea lat penukar panas kedua kemudian di kembalikan ke reaktor yang masuk melalui tumpukan katalisator ketiga dan seterusnya sampai diperoleh konversi yang diinginkan. Jika reaksi bersifat endotermis maka penukar panas diluar reactor dapat digunakan untuk pemanas gas reaksi. 3. Multi bed Reaksi katalitik umumnya dilakukan dalam reaktor unggun tetap, karena kesederhanaan teknologi dan operasi. Kesederhanaan ini jelas untuk adiabatik reaktor, tetapi ketika panas penting dari reaksi yang terlibat, pertukaran panas mungkin lebih, untuk operasi yang optimal, untuk menghindari landasan pacu dan deaktivasi katalis. Jadi perpindahan panas sangat sering masalah utama yang dihadapi dalam desain reaktor unggun tetap.

Pemilihan Jenis Reaktor & Tujuannya Reaktor kimia memiliki berbagai macam jenis dan bentuk yang dapat diklasifikasikan berdasarkan beberapa faktor, jenis-jenis reaktor ini akan di bahas lebih lanjut pada bab berikutnya. Untuk itulah alasan pemilihan jenis reaktor yang tepat tujuan pemilihannya serta parameter yang mempengaruhi rancangan nya untuk proses kimia tertentu perlu diketahui. 1. Faktor dalam memilih jenis reaktor

Pemilihan jenis reaktor yang akan digunakan dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain : a) Fase zat pereaksi dan hasil reaksi b) Tipe reaksi dan persamaan kecepatan reaksi, serta ada tidaknya reaksi samping c) Kapasitas produksi d) Harga alat (reaktor) dan biaya instalasinya e) Kemampuan reactor untuk menyediakan luas permukaan yang cukup untuk perpindahan panas 2. Tujuan dalam memilih jenis reaktor Tujuan utama dalam memilih jenis reaktor adalah alasan ekonomis, keselamatan, dan kesehatan kerja, serta pengaruhnya terhadap lingkungan. Berikut ini merupakan faktor-faktor yang menjadi pertimbangan dalam memilih jenis reaktor tertentu: a) Mendapat keuntungan yang besar, konversi, dan efisiensi terbesar b) Biaya produksi rendah c) Modal kecil/volume reaktor minimum d) Operasinya sederhana dan murah e) Keselamatan kerja terjamin f) Polusi terhadap sekelilingnya (lingkungan) dijaga sekecil-kecilnya Beberapa parameter yang memengaruhi rancangan reaktor Dalam merancang suatu reaktor perlu diperhatikan parameter-parameter tertentu agar reaktor yang dibangun dapat memenuhi unjuk kerja yang diharapkan. Parameter nya antara lain: a) Waktu tinggal b) Volum (V) c) Temperatur (T) d) Tekanan (P) e) Konsentrasi senyawa (C1, C2, C3, …,Cn f) Koefisien perpindahan panas (h, U) Pada dasarnya dalam merancang reaktor perlu diperhatikan faktor neraca massa dan energinya. Secara garis besar umumnya reaktor dianggap ideal atau beroperasi dalam keadaan steady state, dengan kata lain besarnya massa yang masuk akan sama dengan massa yg keluar ditambah akumulasi.

BAB III GAMBARAN UMUM

Multitube fixed bed reactor

single bed – fixed bed reactor