Multitubular Fixed Bed Reactor Tugas Umum.docx

Multitubular Fixed Bed Reactor Reaktor tipe ini termasuk jenis reaktor kimia khusus, yaitu fixed bed reaktor, yang mana terdiri dari lebih 1 pipa yang berisi tumpukan katalis stasioner dan dioperasikan vertikal. Biasanya dioperasikan secara adiabatis.

Biasanya

digunakan untuk reaktan berfase gas, dan perlu di ketahui, reaksi kimia tersebut terjadi sepanjang pipa, jadi semakin panjang pipa maka konversinya juga semakin tinggi. Fixed Bed Reactor katalitik dapat didefinisikan sebagai suatu tube silindrikal yang dapat diisi dengan partikel-partikel katalis. Selama operasi, gas atau liquid atau keduanya akan melewati tube dan partikel-partikel katalis, sehingga akan terjadi reaksi. Teori Reaksi Katalitik Gas-Liquid : A(g) + B(l)

→

C............................(Persamaan 1.1)

Reaktan A (gas) bereaksi dengan reaktan B yang merupakan liquid non-volatil dengan katalis padat. Mekanisme Reaksi Tiga-Fase : a. transfer massa komponen A dari bulk gas ke antarmuka gas-liquid, b. transfer massa komponen A dari antarmuka gas-liquid ke bulk liquid , c. transfer massa A dan B dari bulk liquid ke permukaan katalis, d. difusi intra partikel spesies A dan B melalui pori-pori katalis ke sisi aktif, e. adsorpsi kedua atau salah satu reaktan pada sisi aktif katalis, f. reaksi permukaan yang meliputi salah satu atau kedua spesies adsorbat, g. desorpsi produk berlawanan arah . 1. Model Desain Reaktor Fixed Bed Katalitik a. Persamaan Neraca Massa (steady-state) ......(Persamaan 1.2) Di mana : =

Difusi efektif, m2/s

CA

=

Konsentrasi komponen, A mol/ m3

Us

=

Kecepatan superficial, m/s

Dr,

DL

Tugas Umum

RA

=

Laju reaksi global, mol/ kg s

B

=

Densitas pellet katalis, kg/ m3

b. Persamaan Neraca Energi (steady state) ..........(Persamaan 1.3) Di mana : Kr, KL

=

Difusi efektif termal, J/s m K

g

=

Densitas fluida, Kg/m3

Cp

=

Kapasitas panas, J/kg K

Gambar 1.1. Fixed Bed Reactor tipe SPM-2300 a. Proses simulasi SPM-2300 Fixed Bed Reactor dapat

digunakan untuk

mereaksikan 2 macam gas serta dapat berlangsung secara eksotermik ataupun endotermik. b. Reaktan A dan B diumpankan kepada masing-masing dari keempat inlet fixed bed melalui suatu heater dimana suhu mereka dinaikkan hingga mencapai suhu optimum reaksi. Suhu reaktan A dipertahankan agar lebih rendah dari suhu reaktan B, sehingga memungkinkan untuk inter-bed quenching, suatu teknik yang digunakan untuk mengontrol temperatur dalam reaktor. c. Bed reactor dirancang untuk mengubah (mengkonversi) seluruh reaktan A menjadi produk. Rasio molar inlet dari reaktan B terhadap reaktan A dipertahankan pada 10 banding 1, sejumlah besar reaktan B harus diumpankan ke bed pertama dengan hanya sedikit reaktan B yang diumpankan ke bed-bed

Tugas Umum

berikutnya. Bentuk Fixed-Bed Reactor dapat dibagi menjadi dua yaitu sebagai berikut. 1. Single Bed Sebagai penyangga katalisator dipakai butir-butir alumunia (bersifat inert terhadap zat pereaksi) dan pada dasar reaktor disususn dari butir yang besar, semakin ke atas semakin kecil. Tetapi pada bagian atas katalisator disusun dari butir keil makin ke atas 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 ekonomis pada konverrsi yang masih kecil, suhu gas sudah naik sampai lebih dari suhu maksimum yang diperbolehkan untuk katalisator, maka gas harus didinginkan terlebih dahulu ke dalam alat penukar panas di luar reaktor melalui tumpukan katalisator kedua. Jika konversi gas yang keluar dari tumpukan kedua belum mencapai dari yang direncanakan, tetapi suhu gas sudah lebih tinggi dari yang diperbolehkan maka dilakukan pendinginan legi dengan mengalirkan gas ke alat penukar panas kedua diduga kemungkinan dikembalikan ke reaktor yang masuk melalui tumpukan katalisator ketiga dan seterusnya sampai diperoleh konversi yang diinginkan. Jika reaksi bersifat endotermis, maka penukar panas di luar reaktor dapat digunakan untuk pemanas gas reaksi. 2. Contoh Lain Fixed Bed Reactor a. Air Sparged Fixed-Bed Reactor

Gambar 2.1. Air Sparged Fixed-Bed Reactor b. Fixed-bed circulation reactor

Tugas Umum

Gambar 2.2. Fixed-bed circulation reactor c. Schematic depiction of the fixed-bed circulation reactor

Gambar 2.3. Schematic depiction of the fixed-bed circulation reactor 3. Kelebihan Fixed Bed Reactor a. Dapat digunakan untuk mereaksikan dua macam gas sekaligus b. Kapasitas produksi cukup tinggi c. Pemakaian tidak terbatas pada kondisi reaksi tertentu (eksoterm atau endoterm) sehingga pemakaian lebih fleksibel d. Aliran fluida mendekati plug flow, sehingga dapat diperoleh hasil konversi yang tinggi e. Pressure drop rendah f. Oleh karena adanya hold-up yang tinggi, maka menghasilkan

pencampuran

radial yang lebih baik dan tidak ditemukan pembentukan saluran (channeling) g. Pemasokan katalis per unit volum reaktor besar h. Hold up liquid tinggi i. Katalis benar-benar dibasahi j. Kontrol temperature lebih baik k. Transfer massa gas-liquid lebih tinggi daripada reaktor trickle bed karena interaksi gas-liquid lebih besar . 4. Kekurangan Fixed Bed Reactor

Tugas Umum

a. Resistansi difusi intra partikel sangat besar. b. Rate transfer massa dan transfer panas rendah. c. Pemindahan katalis sangat sulit dan memerlukan shut down alat. d. Konversi lebih rendah. e. Ada kemungkinan terjadi reaksi samping homogen pada cairan. f. Pressure drop tinggi . 5. Contoh-Contoh Industri Dengan Reaktor Katalitik dan Multi-Fase a. Untuk Reaktor Fixed Bed Katalitik : 1. Oksidasi parsial dari O-xylene menjadi Ptalic Anhidrid. 2. Hidrogenasi aromatik dan olefin. 3. Dehidrogenasi etilbenzene menjadi stirene. b. Untuk Reaktor Fixed-bed upward bubble-flow (multi fase): 3. Proses Fischer-Tropsch 4. Pencairan batu bara

DAFTAR Anonim.2009.Fixed-Bed Reactor. http://elib.uni-stuttgart.de/opus/volltexte/2009/ 4798/pdf/eig16.pdf (Diakses pada 15 Maret 2014 pukul 19.56 WIB)

Tugas Umum

Anonim.2009.Tips

Pemilihan

Reaktor.

http://prarancanganpabrikkimia.

blogspot.com/2009/01/tips-pemilihan-reaktor.html (Diakses pada 15 Maret 2014 pukul 20.23 WIB) Anonim.2011.Reaktor Fixed Bed. http://nunulasa.wordpress.com/2011/03/10/ reaktor-fixed-bed/ (Diakses pada tanggal 11 Maret 2014 Pukul 14.07 WIB) Anonim.2014.Process Description Reactor. http://www.simtronics.com/site/spm2300.htm#.UyTYHPl_uSE (Diakses 15 Maret 2014 pukul 20.09 WIB) Maranatha, Shella.2014.Macam-Macam Reaktor Kimia. http://www.academia. edu/4862399/Macam_macam_Reaktor_kimia_Macam_-Macam_Reaktor (Diakses pada 13 Maret 2014 oukul 08.09 WIB)

Tugas Umum