Chapter 4 Reaksi Seri ParalelReaksi seri k1 k2A R SKunci dalam perolehan produk antara R dan S adalah mixing pattern pencampuran aliran2 yang berbeda beda komposisinya Memungkinkan perolehan R maksimum pada prinsipnya adalh menaga komposisi tetap homogen! "ampir tidak ada R yang diperoleh mencamourkan reaksi dengan umpan baru! #ika R produk utama P$R #ika S produk utama CS%R&P$R recycle1! P$RCACAo=ek 1tCRCAo=k 1k 2k 1(ek1tek 2t)'ntuk (k1)k2* PFRoptimum= ln k 2k 1k 2k 1CRmaxCAo=(k 1k 2)k 2k 2k 1'ntuk (k1+k2*(ketika k1+k2 ada nilai tak hingga makah butuh limit* PFRoptimum= 1k1= 1k 2CRmaxCAo=e12! CS%RCACAo=11+k1CRCAo=k 1(1+k 1 )(1+k 2)CsCAo=k 1k 22(1+k 1 )(1+k 2)'ntuk (k1)k2* dan (k1+k2* CSTRoptimum=1k2k 1k 2k1(0,5+1)CRmaxCAo= CsCAo=CAoCAo CRCAo CACAo#ika semua reaksi orde 1 dan R produk utama ,1! -aktu untuk mencapai CRmaxpada P$R lebih singkat dari CS%R2! CRmax pada P$R lebih besar dari CS%RPada sembarang kon.ersi/ selekti.itas ke R dalam reaktor P$R lebih besar dari pada CS%RPada k2&k1 001 selekti.itas R turun secara drastis pada kon.ersi rendah dan selekti.itas S banyak/ shg 1A untuk satu reaktor harus relati2 kecil/dilanutkan pemisahan dan daur ulang reaktan A!Pada k2&k1 331 selekti.itas R naik pada kon.ersi tinggi/ shg S yang didapat sedikit karena reaksi beralan lambat untuk buat R4ptimasi dari penimbangan ekonomi diperlukan untukmendapatkan kompromi terbaik dari 2 sisi bertentangan, 1A terlalu kecilmeskipun selekti.itas R sangat baik/ namun pemisahan dan recycle akan menningkat signi2ikan (mahal* 1A terlalu besar pemisahan dan recycle akan minimum tetapi selekti.itas R sangat buruk(banyak sisa yang didapat/sampah*Reaksi Seri Paralel K1A 5 6 R K2R 5 6 S1. PFR'ntuk (k1+k2*CRCAo= CACAo(CR0CAoln( CACAo))'ntuk (k1)k2*CRCAo=11k2k1 (( CACAo)k 2k 1 CACAo)+CR0CAo( CACAo)'ntuk cari nilai P$R/ selalu pali numerik =CAo0Xafd XAra(k 1CACB)7eraca molA,CA 0+CR0+CS0=CA+CR+CS6,CA 0+CR0+2CS 0=CA+CR+2CS Pada maximum ,'ntuk (k1)k2*CRmaxCAo=(k 1k 2)k 2k 2k 1'ntuk (k1+k2*CRmaxCAo=e12. CSTR'ntuk (k1)k2* dan (k1+k2*CRCAo=CACAo(1 CACAo+CR0CAo)CACAo+k 2k 1(1 CACAo)Pada 8aktu max , 'ntuk (k1)k2* dan (k1+k2*k 2k1(0,5+1)CRmaxCAo='ntuk cari nilai CS%R/ selalu pali numerik =CAo XA(ra|akhir)7eraca molA,CA 0+CR0+CS0=CA+CR+CS6,CA 0+CR0+2CS 0=CA+CR+2CS6A6 9 : Pengaruh Suhu ;alam Katalis%uuan , Reaksi tunggal, %au pengaruh panas reaksi terhadap lau dan kesetimbangan kon.ersi (maksimum* Reaksi kompleks , %au secara kualitati2 bagaimana % mempengaruhi distribusi produk "eat o2 reaction 8ill a22ect the % pro2ile (8hat does it meankiln* ;espite it is cheap and simple/ this type o2 reactor maynot be the best or most cost>e22ecti.e reactor/ in terms o2 reactor volume, $ro!uct !istribution, or allowable ma T.Cambar , Masuk Cao/ %1 ke dalam reaktor adiabatik (=+@*/ keluar Ca/ %2 tdk sama dengan %1Dnergy balance 8ith basis o2 1 mole A in the 2eed/ % re2erence + %1 , CpE + Cp o2 the un-reacte! 2eed stream (i2 1A + @*/ per mole A CpF + Cp o2 the com$letel+-converte! product stream (i2 1A + 1*/ per mole A G"R %1 +heat o2 reaction per 1 mole A in the 2eed/ at %1 (%re2 *

Hendra Ronaldi6212019 / EAdiabatikoperating line Hn an gi.en adiabatic reactor/ which a!iabatic o$eratin# line is the best, so that the I&$Ao can be minimiAed 2or achie.ing a certain 1A< -e should choose correct %1 (inlet&2eed %* by 8hich the reaction rate a.erage can be as high as possibleB>P$R reactor J endothermic reaction , %1 + maximum allo8able % (8hyCS%R , %1 + is chosen so that K %2 the reaction rateis maximum at desired 1A/ %2 is the reactortemperature $or a gi.en type o2 reaction/ which a!iabatic reactor is the best so that the reactor siAe can be minimiAed< >2or endothermic reaction , the P$R is the best (8hy2or exothermic reaction , ?ika %1 rendah/ and %2 00 %1 (panas reaksi besar* , karakteristik reaksi autokatalitik/ maka kombinasi CS%R>P$R (i2 possible* or a P$R dengan optimum disarankanB?ika slope garis adiabatik (Cp&>L"R* is kecil (eg 2asa gas dengan konsentrasi inert kecil* ,CS%R(setara denganP$R dengan R besar* yang terbaik? ika slope garis adiabatik (Cp&>L"R* besar(eg 2asa gas atau cair dengan konsentrasi inert yang besar* ,P$R yang terbaik!Pro2il % ideal (optimum*, Single reaksi/ pro2il % ideal dalam reaktor(reaction temperature* akan menghasilkanI&$A@ minimum untuk kon.ersi akhir yang telah ditentukan! Reaktor actual yang didesign mendekati protil % ideal mungkin memberikan e2isiensi biaya yang lebih baik dibandingkan reaktor adiabatic! Prinsipnya/ pro2il % ideal mele8ati lau reaksi maksimum!?$or irre.ersible and re.ersible>endothermic reactions/ ideal % pro2ile+ isothermal at maximum>allo8able %!?$or re.ersible>exothermic reactions/ ideal % pro2ile + initiallyisothermal at maximum>allo8able %/ and then 2ollo8s the locus o2 maximum rates (decreasing % pro2ile*7on Adiabatic Reactor Hn general/ % pro2ile in an adiabatic reactor is -.T the same 8ith optimum % pro2ile %o get close to the optimum pro2ile/ 8e need to remo.e&add heat 2rom&tothe reactor! "o8 = 8ill a22ect the operating line can be determined 2rom the ener#+ balanceCambar , Cao/ %1 masuk ke dalam reaktor non adiabatik (= masuk& keluar reaktor*/ keluar Ca/ %2 (bisa sama atau beda dengan %1* Dnergy balance 8ith basis o2 1 mole Ain the 2eed/ % re2erence + %1 , CpE + Cp o2 the 2eed stream (i2 1A + 1*/ per mole A CpF + Cp o2 the product stream (i2 1A+ 1*/ per mole A G"R %1 +heat o2 reaction at % re2 Adiabatic operation 2or exothermic>re.ersible reaction 8ill result in increasing % along the reactor/ 8hile the optimum % pro2ile 2or this reaction is !ecreasin# T $rofile. Hn order to get % pro2ile close to that o2 optimum/ 8e need to remo.e heat internally (inside* or externally (outside the reactor* Adiabatic operation 2or endothermic>re.ersible reaction 8ill result in decreasing % along the reactor/ 8hile the optimum % pro2ile 2or this reactionis isothermal at maimum-allowable T. Hn order to get % pro2ile close to that o2 optimum/ 8e need to add heat into the reactorBBReaksi Dksotermik dalam CS%R $or a gi.en rate o2 2eed (* into a CS%R/ at each reactor temperature there 8ill be a particular 1A 8hich satis2ies the material balance eMuation! %he CS%R mass balance can be dra8n as a cur.e (line* 8ith constant in the 1A .s % K (>rA* diagram! %hese lines do not represent an operating line or a reaction path! Actually/ any point on these cur.es represents an o$eratin# $oint2or theCS%R! $or a gi.en 2eed temperature %1/ the intersection o2 the energy balance line 8ith the S>shaped material balance linegi.es the operating conditions 8ithin the CS%R reactor!N cases may be possible 2or exothermic reactions!Reaksi Hrre.ersibleReaksi re.ersible %o achie.e the optimum point/ a good start>up procedure must be established! "o8 to maintain the o$timum con!itions in a CS%R (to get max 1A* 2or exothermicreactions< >possible disturbances are changing in 2lo8 rate/ %1/ or = (due to 2ouling*>slight change in % may result in the operating point shi2t to undesired point"o8 to a.oid the shi2ting operating point in a CS%R 2or exothermic reactionsHsoterm ;esign untuk Reaksi MultiplePertimbangan , $or a complex reaction/ the operating condition (% pro2ile* 8ithin a chemical reactor 8ill a22ect the con.ersion/ reaction rates/ as 8ell as the product distribution! %here2ore/ reaction % is one o2 the key 2actors 8hich can be manipulated to achie.e desired product distribution/ in addition to the guidelines 2or choosing the right kind o2 reactor (Chapter 4* Hn the 2ollo8ing discussion/ the order o2 competing reactions is considered equal! %he guidelines gi.en may be help2ul to Mualitati.ely engineer the % pro2ile to maximiAe the production o2 the main productConsider parallel reactions and reaction in series/ 8ith R as the main product

"igher reaction % 8ill 2a.or the reaction 8ith higher Da/ and .ice .ersaBB/n!ustrial Reactor 0 t+$es 1 !esi#n as$ectsReaksi>reaksi dlm industri (nyata*, kesetimbangan & amak & butuh P J% tinggi & lambat butuh katalis!Hndustrial reactor umumnya catalytic reactor dengan katalis padat, 2ixed bed/ 2luidiAed bed/ slurry reactor/ riser bed! Fie! 2 Pac3e! 4e! ReactorKolom (.essel* atau pipa>pipa (tubes* yang diisi pellet katalis!$luida yang bereaksi mengalir melalui ruang kosong (.oid space* di antara pellet>pellet katalis!Reaksi berlangsung di permukaan katalis (sebagian besar berada dalam pori>pori pellet katalis*#ika diasumsikan ideal/ kelakuan P6R menyerupai sebuah P$R5onfi#urasi 5atalis;ibandingkan regular packedbed reactor (1*/ multi>tube packedbed reactor (2* dapat memberikan pertukaran panas yang lebih e2isien/ namun membutuhkan .olume reaktor yang lebih besar untuk umlah katalis yang sama!'ntuk distribusi aliran yang baik/ dalam 1 reaktor biasanya dibagi menadi beberapa segmen!Slurr+ 1 Flui!i6e! 4e! Reactor$luida yang bereaksi J katalis dicampur dan diaduk!$luida cair Slurry Reactor/ pengaduk, mekanik!$luida Cas $luidiAed 6ed Reactor/ pengaduk, aliran gasMencegah pengendapan katalis, cara dan kecepatan pengadukan yang tepat/ partikel katalis harus cukup ringan dan kecil!Katalis dalam 2luidiAed bed reactor dapat uga ditempatkan dalam tube>tube untuk mempermudah pertukaran panas (ika diperlukan luas area perpindahan panas yang besar*!Riser ReactorIariasi dari $luidiAed 6ed Reactor!Kecepatan aliran 00 partikel katalis ikut terba8abersama (terseret* 2luida dengan kecepatan yang hampir sama dengan aliran 2luida tersebut!Katalis kemudian dipisahkan dari gas keluaran reaktor (umumnya dengan cyclone*/ dan setelah diregenerasi katalis kemudian dikembalikan lagi ke dalam reaktor!Contoh dari riser reactor adalah $CC reactor di kilang minyak,Katalis (ukuran rata2 O@ : 1@@ mm* dalam reaktor di2luidisasikan dan akhirnya ikut meninggalkan reaktor bersama gas keluaran!Katalis dipisahkan dan masuk ke dalam regenerator dibakar untuk menghilangkan karbon yang menempeldi permukaannya;ari regenerator/ katalis dikembalikan lagi ke dalam reaktor! Katalis + campuran t&d ,crystalline Aeolite (19 : 9@P* dgn pusat akti2 "5/amorphous alumina sebagai matrix dan uga menyediakan pusat akti2silica (binder*J clay&kaolin (2iller* to increase physical strength/n!ustrial Reactor "esi#n &s$ectsChemistry$lo8 Pattern"eat ManagementReaction RatesCatalystChemistr+Reaksi yang diinginkan dan reaksi>reaksi lain yang mungkin terlibat!;" J ;C heat release&needed J komposisi kesetimbangan!% J P optimum untuk yield kesetimbangan!Pemilihan 3atalis !an masalah $er$in!ahan $anas meme#an# $eranan $entin# !alam memilih $ola aliran.Heat 7ana#ementMust be considered early!"eat load, calculated 2rom the estimated selecti.ity J production rates!#ackets & cooling coils "eat trans2er rate determine the needed "D area J con2iguration!Reaction RatesKinetika reaksi, simple po8er la8 & more complicatedhal yang harus diperhatikan dalam menalankan reaksi N 2asa,'kuran katalisD2isiensi kontak gas>cairPerpindahan massa gas>cair ke permukaan padatan (katalis*&$li3asi Te3ni3 Rea3si 5imia !alam rea3tor in!ustri 0 Stu!i 3asus Rea3tor &monia5atalisActi.e side, $e as magnetite ($eN44* Membentuk senya8a nitrogen di permukaan katalis dengan ikatanlemah memudahkan desorpsi saat amonia telah terbentuk!Promoter, Al/ Mg memperkecil kristal $e saat proses 2usi di pembuatan katalis area & unit .olume 000R K24 untuk mempermudah dissosiasi 77R J alumina utk memperkuatstruktur (P 2@@ atmBB*&monia ConverterCo-CurrentSerupa dengan C>Current/ hanya pertukaran panas antara umpan dengan gas yang bereaksi (segmen berkatalis* teradi secara counter>current! Heat 8chan#e!'mpan dipanaskan di antara unggun katalis dan shell reaktor!Setelah itu/ umpan mengalir melalui unggun katalis yang berselang dengan "D!Auenche!Sebagian umpan dile8atkan di antara shell reaktor dan bagian dalam untuk dipanaskan sebelum memasuki unggun katalis!Sebagian lagi langsung dialirkan melalui unggun katalis teradi pertukaran panas antara gas yang bereaksi dengan umpan!Summar+2 aspek penting dalam merancang reaktor amonia, % optimum J P 00 (sekitar 2@@ atm merupakan Pterbaik & kompromi antara kon.ersi kesetimbangan J harga alat*Menaga reaksi pada % optimum, pertukaran panas antara umpan dan 2asa reaksi.&P?/5&S/ T85-/5 R8&5S/ 5/7/& ,R8&5S/-R8&5S/ bahan P&"&T&- 0 rotar+ 5/?- 1H8&RTH F9R-&C85iln0 u$ to 1*(( oCFurnace0 u$ to 22(( oC;apat ber2ungsi sebagai reaktor untuk reaksi & pembakaran pada temperatur extrimKonstruksi umum, Steel>lined 8ith ceramics as Sre2ractoryE materialsBertical 5iln'tk material yg tidak melunakCth aplikasi, pembakaran limestone CaC4N (Timestone* 5 U42 Ca4(Time* 5 C42 Mirip mo.ing bed reactor 'mumnya, ; + V>19 2t/ T + 9@>V@ 2t %emperatur reaksi dekomposisi, 1V9@o$ %emperatur peak kalsinasi lime, 22@@o$ 6ahan bakar biasanya coke dapat langsung dicampur dengan limestone ika produk lime tidak harus murni!?ime 5ilnRotar+ 5iln 'tk material yg melunak ataupun tidak Cth aplikasi, semen/ kalsinasi limestone/ kalsinasi dolmite/ alumina/ barium sul2ida/ dll!Tong narro8 cylinder T&; + 1@>2@Rotasi @!29>2 rpmSuhu tinggi pemanas, gas bakarSuhu rendah pemanas, aket pemanasS$ace Belocit+ berba#ai $roses !alamrotar+ 3ilnHearthFurnaceCood 2orcontinuoushandling o2solids thatexhibit a limited amount o2 W2usion J sinteringF!Cth aplikasi, 7a>sul2at dari salt cake/ pengolahan biih bauksit (utk mendapatkan Al24N*/ mengakti.asi clay adsorbent untuk industri petroleum!"$ dengan X tray/ ; + 1O 2t/ T + N92t mampu menangani 129@ lb&hr iron pyrite dengan 8aktu tinggal 4>9 am"$ terdiri dari 1 atau lebih loyang datar yang bisa diam/ bisa uga bergerak! 6iasanya uga dilengkapi dengan scrapper>stirrers 7ulti$le Hearth FurnaceScrapper berotasiMaterial masuk dari atas/ bergerak mengikuti scrapper sampai ke ba8ahReaktan gas pembakaran masuk berla8anan arah dari ba8ah ke atasHearth Furnace C -a-Sulfat from salt ca3e Toyang dengan ukuran ; + 11>1V 2t bisa untuk menangani O>1@ ton garam & hariSiements-7artinD Furnace 1 Heat Re#enerator "earth 2urnace berukuran1Nx4@ 2t2 mampu memproduksi baa 1@ ton&amdengan 8aktu tinggal 1@ am5esim$ulanReaksi>reaksi 2asa padat & semi>padat dan pembakarandilakukan dalam 2urnace ataupun kiln sehingga 2urnace J kiln termasuk reaktorCeometri&layout alat dan cara pengoperasian 2urnace Jkiln berbeda>beda tergantung bahan yang ditangani!