Download - Reaktor Reaktor Ideal1
Reaktor batch (Batch Reactor)
Dalam TRK 1 akan dibahas reaktor batch untuk reaksi homogenDalam BR pereaksi-pereaksi dimasukkan ke dalam sebuah tangki yang dilengkapi dengan pengaduk, dibiarkan dalam satu periode tertentu sehingga terjadi reaksi yang dikehendaki, kemudian hasil-hasil yang didapat dikeluarkan.Reaktor batch beroperasi secara unsteady karena komposisi berubah sebagai fungsi waktu.Dalam industri, BR biasanya digunakan untuk fase larutan, jarang untuk fase gas, karena dengan adanya pengaduk resiko kebocoran cukup tinggi Reaktor disebut ideal jika pada setiap posisi di dalam reaktor pada suatu saat tertentu komposisinya uniform/seragam
REAKTOR-REAKTOR IDEAL UNTUK REAKSI TUNGGAL
BR idealDalam reaktor batch tidak ada fluida yang masuk ke
ataupun yang keluar dari reaktor, maka neraca massa untuk komponen A dapat dituliskan :
Input = output + disappearance +accumulation
Atau secara matematis dapat dinyatakan sebagai:
Kecepatan berkurangnya zat A sesuai dengan reaksi yang terjadi = - kecepatan akumulasi A di dalam reaktor
Berkurangnya zat A sesuai dengan reaksi yang terjadi = (-rA)V= (mole A bereaksi per satuan waktu per satuan volume fluida) x volume fluida ---- satuannya menjadi mole/waktuAkumulasi A di dalam reaktor =
dtAXd
ANdt
AXANd
dtANd
0 )]1(0[
......4) t
AC
ACArAdC
ArAdXAX
ACVArAdXAX
ANt
0)(
00)3......
)(0
0
Pers 2) dan pers 3) berlaku untuk sistem dengan densitas konstan, jika selama reaksi terjadi perubahan densitas, maka persamaan menjadi
)1)((0
0)1(0)(0
0 AXArAdXAX
ACAXVAr
AdXAX
ANt
………….5)
………….2)
Jika pers 2) diintegralkan, t (waktu reaksi) dapat dinyatakan sebagai
Persamaan-persamaan di atas berlaku untuk proses isotermal ataupun nonisotermal dan bila digambarkan kurvanya adalah sebagai berikut :
Jika waktu reaksi digunakan untuk mengukur kinerja sebuah reaktor batch, maka untuk reaktor-reaktor alir performance diukur dengan space time atau space velocity
Space time : waktu yang diperlukan untuk mengumpankan sejumlah tertentu zat/pereaksi pada suatu kondisi tertentu ke dalam reaktor sehingga proses reaksi dapat berjalan , satuannya :------ [waktu]
= 1/s Space velocity : jumlah reaktor dengan volume tertentu per satuan waktu yang dapat menerima umpan pada kondisi tertentu sehingga reaksi dapat berlangsung, satuannya : ------[waktu -1]
s = 1/
Space time dan space velocity
Hubungan s, , dengan beberapa variabel lain yang terkait
=
reaktor] [Volume
waktumasuk A moleumpan volume
masuk A yangmole
0AF
V0AC
s
1
volumetrik kecepatanreaktor volume
0vV
Steady State Mixed Flow Reactor (RTB)
CA0
FA0
XA0 = 0v0
V, XA, CA, (-rA)
CAf = CA
FA
XAf = XA
Vf
(-rA)f = (-rA)
Perhitungan seharusnya didasarkan pada tinjauan elemen volume tertentu, tetapi karena komposisi di dalam reaktor dapat dianggap uniform pada setiap titik dan setiap waktu, maka neraca massa secara keseluruhan dapat diberlakukan, sehingga untuk komponen A dapat dituliskan:
Input = output + disappearance by reaction + accumulation ------ 6)
Input A = A yang masuk (mole/waktu) = FA0 (1 - XA0) = FA0
Output A = A yang keluar (mole/waktu) = FA = FA0 (1 - XA)
Sedangkan disappearance of A = (-rA) V
Sehingga pers 6) dapat dituliskan : FA0 (XA) = (-rA) V
Dan untuk A 0, berlaku :
secara umum/general case/ untuk setiap ε dapat dituliskan :
ArAX
ArAΔX
A0Cτ
A0FV
= reaktor] [Volume
waktumasuk A moleumpan volume
masuk A yangmole
0AF
V0AC
s1
= volumetrik kecepatan
reaktor volume
0v
V =
ArAXA0C
fAriAXfAX
ArAX
A0C
A0F
V)()(
f
………11)
………7)
………8)
………9)
=
0AF
V0AC
0V
V
s
1
fAriAXfA(X0AC
)(
)
………10)
=
dan untuk A = 0,
)( Ar0AC
AC0AC
ArAX
A0F
V
)( Ar
AC0AC
Ar
AX0AC
s1
Berdasarkan persamaan tersebut di atas kinerja RTB dapat dilukiskan sebagai berikut :
………..12)
………..13)
k = A
AC0AC
C
….……..14)
Untuk reaksi order 1 dan A = 0, maka :
sedangkan untuk sembarang nilai A,
V = V0(1+A) dan )Aε (1
AX1
A0CAC
….……..15)
k =
AX1
)Aε (1 A
X
untuk reaksi order 2 dan A = 0,
2AC
AC0AC
….……..18)
atau CA =
k2
A0Ck411
….……..17)k =
….……..16)
Steady state plug flow reactor
Di dalam plug flow reactor komposisi dari fluida berubah dari titik ke titik sepanjang aliran. Persamaan NM untuk komp A disusun berdasarkan :
A yang masuk : FA mole/waktu
A yang keluar : FA + dFA mole/waktu
A yang berkurang krn bereaksi : (-rA)dV
elemen volfluida) l(waktu)(vo
bereaksi A mol
……..17)
fAX
0 ArAdX
0AC0AF0AVC
0v
Vτ
fAX
0 ArAdX
0AC0AF
V
fAX
0 ArAdX
V
0 0AF
dV
Persamaan 17 dapat digunakan untuk menghitung volume reaktor untuk kecepatan umpan tertentu dan konversi tertentu yang ingin dicapai
fAX
iAX ArAdX
0AC fAX
iAX ArAdX
0AF
V
Persamaan 17 dapat digunakan pula untuk menghitung volume plug flow reactor dan space time nya dengan konversi tertentu ( yang ≠ 0) pada posisi umpan
…..18)
Pada keadaan khusus yaitu untuk sistem dengan densitas konstan
0ACAdC
AdX dan 0AC
AC1AX
fAC
0AC ArAdCfAX
0 ArAdX
0AC0AF0AVC
0v
V
fAC
0AC ArAdC
0AC
1fAX
0 ArAdX
0AC0AF
V
Persamaan 19) berikut menunjukkan kinerja PFR untuk A = 0
Dalam bentuk grafik dapat digambarkan sebagai berikut :
Untuk reaksi-reaksi sederhana dan homogen dengan sembarang nilai εA :
.......23)AX1
AX2)Aε(1AX2Aε )AX-(1 ln )Aε(1Aε 2kτA0C
hasil2A reaksi atau equimolar yang umpan dengan
hasilBA:balikbolak tidak 2 orde reaksi d)untuk
2).........2AXAε)AeXAX
)ln(1AeXAε1(-rM
XAeM1k
Ae Xankeseimbang konversi dengan dan RC2kAC1kAr: reaksinya kinetika persamaan
M,A0C
R0C dengan rR,A :balikbolak 1 orde aksi c)
21)..........AXAε)AX)ln(1Aε(1k
hasil Abalikbolak tidak 1 order Reaksi b)
.....20)..........A X0AC0AF
V0AkCk 0 orde Reaksi a)
Re
Catatan :
untuk sistem dengan densitas konstan persamaan kinerja untuk PFR analog dengan persamaan kinerja reaktor batch, karena (space time) pada PFR = t (waktu tinggal) pada reaktor batch
Tabel 5.1 pers kinerja PFR dan MFR untuk reaksi orde n dan densitas konstan (εA = 0)
Tabel 5.2 pers kinerja PFR dan MFR untuk reaksi orde n dan densitas εA ≠ 0