makalah alat industri kimia dan alat ukur reaktor kimia

8/18/2019 Makalah Alat Industri Kimia Dan Alat Ukur Reaktor Kimia

1/18

MAKALAH ALAT INDUSTRI KIMIA DAN ALAT UKUR

REAKTOR KIMIA

Disusun oleh:

Andri Heri K 1314017

Deddy Wahyu Priyatmono 1414904

Defrizal Rizki Pradana 1414909

Ferry Setiawan 1314048

Nungki Merinda Sari 1514030

Prima Anggraini 1514904

JURUSAN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI NASIONAL MALANG

2016


2/18

KATA PENGANTAR

Segala Puji syukur kepada Allah SWT, atas rahmat dan hidayah-Nya, sehingga

kami masih diberi kesehatan dan kesempatan untuk menyusun Makalah “ Alat Industri

Kimia dan Alat Ukur (Reaktor Kimia) ” . Makalah ini dibuat untuk memahami materi

tersebut, sehingga kita dapat mengaplikasikan pengetahuan tersebut dalam kehidupan

sehari-hari.

Pada kesempatan yang berbahagia ini kami menyampaikan terima kasih kepada

Dwi Ana Anggorowati, ST, MT. selaku Dosen Pembimbing mata kuliah Alat Industri

Kimia dan Alat Ukur, dan semua pihak yang telah meluangkan waktunya serta turut

berperan dalam menyelesaikan makalah ini. Semoga jasa yang demikian besar ini,

mendapat balasan yang seimbang dari Allah yang Maha Esa.

Makalah yang kami buat ini masih banyak kesalahan dan kekurangan karena kami

masih dalam tahap pembelajaran, maka dari itu kami mengharapkan kritik dan saran

bagi pembaca demi kesempurnaan dalam penyusunan makalah ini. Semoga makalah ini

dapat bermanfaat bagi kita semua. Aamiin.

Malang, April 2016

Penulis


3/18

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Industri dapat diartikan sebagai suatu kegiatan yang menghasilkan produk dari

proses pengolahan bahan dengan menggunakan suatu teknologi sehingga dapat

menghasilkan suatu produk yang bernilai ekonomis dan dapat dimanfaatkan lebih

lanjut. Proses pengolahan bahan untuk memperoleh produk dapat berlangsung secara

fisik dan kimia. Untuk menunjang kegiatan industri dibutuhkan suatu bagian produksi

yang bertugas menjalankan proses suatu pabrik.

Reaktor adalah suatu alat proses tempat dimana terjadinya suatu reaksi

berlangsung baik itu reaksi kimia atau nuklir bukan secara fisika. Dengan terjadinya

reaksi kimia inilah suatu bahan berubah ke bentuk bahan lainnya. Perubahan yang ada

terjadi secara spontan yaitu terjadi dengan sendirinya atau bisa juga membutuhkan

energi seperti panas. Perubahan yang dimaksud adalah perubahan kimia. Reaktor kimia

adalah jenis reaktor yang umum digunakan dalam industri.

Rancangan reaktor kimia merupakan tahap terpenting dari seluruh rancangan

dalam proses. Setiap zat (material) mempunyai karakteristik yang berbeda – beda.

Untuk mereaksikan suatu zat (material) yang perlu diperhatikan adalah fase dari zat

tersebut (padat, cair, atau gas), kondisi operasi dari zat itu pada suhu dan tekanan

tertentu dimana zat tersebut akan bereaksi, sifat reaksi endoterm dan eksoterm, serta

kecepatan reaksinya. Kondisi – kondisi inilah yang diperlukan untuk memilih tipe

reaktor yang tepat sehingga proses dan produk yang dihasilkan bernilai ekonomis.

1.2

Tujuan

- Dapat mengetahui pengertian reaktor

- Dapat mengetahui pengertian reaktor kimia

- Dapat mengetahui pemilihan jenis reaktor dan tujuannya

-

Dapat mengetahui jenis dan klasifikasi reaktor

- Dapat mengetahui jenis reaksi dan katalis pada reaktor


4/18

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

1.1 Reaktor

Reaktor adalah suatu alat proses tempat di mana terjadinya suatu reaksi

berlangsung, baik itu reaksi kimia, nuklir, dan biologis, dan bukan secara fisika. Reaktor

dibagi menjadi 2 yaitu sebagai berikut:

-

Reaktor kimia : tidak ada perubahan massa selama reaksi dan hanya berubah dari satu

bahan ke bahan lain.

-

Reaktor nuklir : terdapat perubahan massa yang berubah menjadi energi yang besar.

Reaktor Kimia adalah segala tempat terjadinya reaksi kimia, baik dalam ukuran

kecil seperti tabung reaksi sampai ukuran yang besar seperti reaktor skala industri.

Tidak seperti skala kecil dalam tabung reaksi, reaktor ukuran komersil industri perlu

perhitungan yang teliti karena menyangkut jumlah massa dan energi yang besar.

1.2 Pemilihan Jenis Reaktor

Reaktor kimia memiliki berbagai macam jenis dan bentuk yang dapat

diklasifikasikan berdasarkan beberapa faktor, jenisjenis 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 reaktor untuk menyediakan luas permukaan yang cukup untuk

perpindahan panas


5/18

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 atau volume reaktor minimum

d.

Operasinya sederhana dan mudah

e. Keselamatan kerja terjamin

f.

Polusi terhadap sekelilingnya (lingkungan) dijaga sekecil - kecilnya3.

Parameter yang mempengaruhi 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

f. Koefisien perpindahan panas

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.

Sementara untuk menunjang energi yang diperlukan agar terjadinya reaksi kimia

tertentu dalam reaktor, biasanya dilakukan penambahan atau pengambilan panas dari

reaktor dengan menggunakan tipe heat exchanger tertentu, antara lain:


6/18

Gambar 1. External Heat Exchanger

Gambar 2. Cooling By Vapour Phase

1.3 Klasifikasi Reaktor

Secara umum terdapat dua jenis utama reaktor kimia yang dibedakan berdasarkan

bentuknya, antara lain:

- Reaktor tangki atau bejana

- Reaktor pipa

Kedua jenis reaktor dapat dioperasikan secara kontinyu maupun batch. Biasanya,

reaktor beroperasi dalam keadaan stabil namun terkadang bisa juga beroperasi secara

transien (berubah – ubah/tidak stabil). Keadaan reaktor yang transien adalah ketika

reaktor pertama kali dioperasikan, misalnya: setelah perbaikan atau pembelian baru, di

mana komponen produk masih berubah terhadap waktu.


7/18

Pada umumnya bahan yang direaksikan dalam reaktor kimia adalah cairan dan

gas, namun kadang-kadang ada juga padatan yang diikutkan dalam reaksi, misalnya:

katalisator, reagent inert. Tentu saja perlakuan terhadap bahan yang akan direaksikan

akan berbeda-beda bergantung pada mekanisme reaksinya. Untuk memudahkan dalam

mempelajari jenis-jenis reaktor kimia, maka jenis reaktor kimia dapat diklasifikasikan

ke dalam beberapa klasifikasi, misalnya : berdasarkan bentuk, keadaan proses, keadaan

operasi, penggunaan, dan fasa.

Gambar 3. Klasifikasi Reaktor

A. Klasifikasi reaktor berdasarkan bentuk

Reaktor dapat dibedakan yang paling sederhana adalah berdasarkan bentuknya.

Terdapat dua bentuk utama dari reaktor, antara lain:

1.

Reaktor TangkiDikatakan reaktor tangki ideal bila pengadukannya sempurna, sehingga komposisi

dan suhu didalam reaktor setiap saat selalu uniform. Dapat dipakai untuk proses

batch, semi batch, dan proses alir.

2. Reaktor pipa

Biasanya digunakan tanpa pengaduk sehingga disebut Reaktor Alir Pipa.

Dikatakan ideal bila zat pereaksi yang berupa gas atau cairan, mengalir didalam

pipa dengan arah sejajar sumbu pipa.


8/18

B. Klasifikasi reaktor berdasarkan keadaan operasi

Reaktor dapat dibedakan berdasarkan keadaan operasinya, hal ini dapat dilakukan

karena reaksi kimia biasanya disertai dengan penyerapan atau pelepasan energi

berupa panas (endotermik, dan eksotermik), sehingga dapat teramati melalui

perubahan suhu dari komponen-komponen yang terlibat dalam reaksi. Klasifikasnya

antara lain:

1. Reaktor isotermal

Dikatakan isotermal jika umpan yang masuk, campuran dalam reaktor, aliran yang

keluar dari reaktor selalu seragam dan bersuhu sama.

2.

Reaktor adiabatisDikatakan adiabatis jika tidak ada perpindahan panas antara reaktor dan

sekelilingnya. Jika reaksinya eksotermis, maka panas yang terjadi karena reaksi

dapat dipakai untuk menaikkan suhu campuran di reaktor. ( K naik dan – rA besar

sehingga waktu reaksi menjadi lebih pendek).

3. Reaktor non adiabatis

C. Klasifikasi reaktor berdasarkan keadaan proses

Keadaan proses dalam industri terdapat tiga jenis, yakni: batch, semi batch, dan

kontinyu. Berdasarkan tiga jenis proses ini juga dapat digunakan dalam membedakan

jenis reaktor yang digunakan, antara lain:

1. Reaktor Batch

Reaktor jenis ini biasanya sangat cocok digunakan untuk produksi berkapasitas

kecil misalnya dalam proses pelarutan padatan, pencampuran produk, Batch

distillation, kristalisasi, ekstraksi cair-cair, farmasi dan fermentasi.

Reaktor jenis ini memiliki ciri tidak terdapat aliran inlet atau outlet selama

operasi, memiliki pengaduk untuk mencampur reaktan, dan dalam prosesnya

harus berutan (tidak dapat dilakukan bersamaan) antara mengisi bahan baku,

operasi, pengeluaran produk, cleaning, dan conditioning untuk mengolah bahan

baku berikutnya.

Gambar 4. Reaktor Batch


9/18

2. Reaktor Semi Batch

Reaktor semi-batch umumnya berbentuk tangki berpengaduk, cara operasinya

adalah dengan jalan memasukan sebagian zat pereaksi ke dalam reaktor,

sedangkan zat pereaksi yang lain atau sisanya dimasukan secara kontinyu ke

dalam reaktor.

Ada material yang masuk selama operasi ytanpa dipindahkan. Reaktan yang

masuk bisa dihentikan, dan produk bisa dipindahkan selama operasi waktu

tertentu. Tidak beroperasi secara steady state.

Contoh paling sederhana misalnya tangki fermentor, ragi dimasukkan sekali ke

dalam tangki (secara batch) namun CO2 yang dihasilkannya dikeluarkan secarakontinyu. Contoh lainnya adalah klorinasi, suatu reaksi cair-gas, gas

digelembungkan secara kontinyu dari dasar tangki agar bereaksi dengan cairan di

tangki yang diam (batch).

3.

Reaktor Kontinyu

Reaktor kontinyu Reaktor kontinyu mempunyai aliran masukan dan keluaran

(inlet/outlet) yang terdiri dari campuran homogen/heterogen. Reaksi kontinyu di

operasikan pada kondisi steady, dimana arus aliran masuk sama dengan arus

aliran keluar. Reaktor kontinyu dibagi menjadi dua jenis utama, yaitu :

a. Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) atau Continous Striired Tank

Reactor (CSTR)

Biasanya berupa tangki berpengaduk dengan asumsi pengadukan sempurna,

konsentrasi tiap komponen dalam reaktor seragam sebesar konsentrasi aliran yang

keluar dari reaktor. Model ini biasanya digunakan pada reaksi homogen di mana semua

bahan baku dan katalisnya berfasa cair, atau reaksi antara cair dan gas dengan katalis

cair.

Reaktor CSTR dapat disusun secara seri maupun pararel. Pemasangan secara

seri akan meningkatkan kemampuan konversi reaktor CSTR, semakin banyak jumlah

yang dipasang seri maka konversinya akan semakin mendekati reaktor PFR denganh

volume yang sama. Sementara pemasangan secara paralel umumnya bertujuan untuk

meningkatkan kapasitas produsi dengan konversi yang sama.

CSTR umum digunakan pada industri proses, terutama dengan reaksi homogen

fasa cair, dimana diperlukan pengadukan yang konstan. CSTR juga banyak digunakan


10/18

pada proses biologi di industri dan dikenal dengan sebutan Fermentor. Contohnya pada

industri antibiotik, dan waste water treatment. Fermentor Mendegradasi atau

menghancurkan molekul berukuran besar menjadi berukuran lebih kecil dengan hasil

samping pada umumnya adalah alkohol.

Gambar 5. Reaktor CSTR seri

Gambar 6. Reaktor CSTR pararel

Prinsip Kerja Reaktor CSTR

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.

Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) ini dipanaskan baik

menggunakan sistim tertutup di dalam tangki atau jaket yang mengelilingi tangki. Pada

tangki pencampur yang digunakan pada reaktor kimia, dua fluida atau lebih direaksikan


11/18

bersama untuk menghasilkan suatu fluida yang berbeda dari fluida sebelumnya. Reaksi

ini terjadi pada temperatur tertentu yang harus dipertahankan tetap besarnya atau

konstans agar dapat dihasilkan temperatur dan jenis fluida keluaran yang diinginkan.

b. Reaktor Alir Pipa (RAP) atau Plug Flow Reaktor (PFR)

Merupakan suatu reaktor berbentuk pipa yang beroperasi secara kontinyu.

Dalam PFR selama operasi berlangsung bahan baku dimasukkan terus menerus dan

produk reaksi akan dikeluarkan secara terus menerus sehingga tidak terjadi

pencampuran ke arah aksial dan semua molekul mempunyai waktu tinggal di dalam

reaktor sama besar.

Seluruh reaktan masuk melalui bagian inlet reaktor, semua perhitungan dalammerancang PFR harus dengan asusmsi bahwa tidak terjadi back mixing, downstream,

dan upstream. PFR memiliki efisiensi yang lebih tinggi dibanding CSTR pada volume

yang sama.

PFR yang dipasang seri maka konversinya akan sama dengan PFR tunggal

yang panjangnya sama dengan jumlah dari panjang tiap reaktor PFR penyusun,

sementara untuk yang dipasang paralel tujuan nya sama dengan CSTR, yakni

meningkatkan kapasitas produksi dengan konversi yang sama. PFR memiliki aplikasi

yang luas, baik dalam sistem fasa gas, maupun fasa cair. Umumnya digunakan pada

sintesis amoniak dari unsur-unsur penyususnnya, dan oksidasi sulfur dioksida menjadi

sulful trioksida.

Seperti pada reaktor CSTR, reaktor PFR juga dapat disusun secara seri maupun

paralel seperti yang terlihat pada gambar berikut:

Gambar 7. Reaktor PFR


12/18

Gambar 8. PFR seri

Gambar 9. PFR pararel

1.4 Jenis Reaksi Dan Reaktor dengan Katalis

A. Jenis Reaksi Pada Reaktor

Seperti yang telah diketahui, reaktor merupakan tempat terjadinya reaksi kimia.

Jenis reaksi kimia dalam reaktor secara garis besar dibagi ke dalam beberapa jenis,

antara lain:

- Kombinasi langsung atau reaksi sintesis

A + B AB

- Dekomposisi/penguraian atau reaksi analisis

AB A + B

-

Reaksi substitusi tunggal

A + BC AC + B

- Reaksi substitusi ganda/metatesis

AB + CD CB

B. Reaktor dengan Katalis

Terkadang dengan tujuan untuk meningkatkan kinerja reaktor dengan cara

mempercepat tercapainya konversi reaksi tertentu dipergunakanlah katalis. Katalis

merupan suatu zat yang digunakan untuk mempercepat reaksi tetapi terlepas, bahkan

dapat dikatakan tidak ikut bereaksi. Berikut merupakan contoh beberapa jenis reaktoryang menggunakan katalis, antara lain:


13/18

1. Shell and Tube Reactor

Seperti reaktor pipa tetapi berupa beberapa pipa yang disusun dalam sebuah shell,

reaksi berjalan di dalam pipa pipa dan pemanas/pendingin di shell. Alat ini

digunakan apabila dibutuhkan sistem transfer panas dalam reaktor.

Gambar 11. Shell and Tube Reactor

2.

Fixed Bed Catalytic Reactor

Merupakan reaktor berbentuk pipa besar yang didalamnya berisi katalisator padat.

Bisanya digunakan untuk reaksi fasa gas dengan katalisator padat. Apabila

diperlukan proses transfer panas yang cukup besar biasanya berbentuk fixed bed

multitube, dimana reaktan bereaksi di dalam tubetube yang berisi katalisator dan

pemanas/pendingin mengalir di luar tube.

Fixed Bed Reactor katalitik dapat didefinisikan sebagai suatu tube silindrikal yang

dapat diisi dengan partikel-partikel katalis. Selama operasi, gas atau liquid ataukeduanya akan melewati tube dan partikel-partikel katalis, sehingga akan terjadi

reaksi. Fixed bed reactor adalah reaktor yang dalam prosesnya mempunyai prinsip

kerja pengontakan langsung antara pereaktan dengan partikel-partikel katalis. Fixed

bed reactor biasanya digunakan untuk umpan (pereaktan) yang mempunyai

viskositas kecil.

Kelebihan Fixed Bed Reactor

- Dapat digunakan untuk mereaksikan dua macam gas sekaligus

-

Kapasitas produksi cukup tinggi


14/18

- Pemakaian tidak terbatas pada kondisi reaksi tertentu (eksoterm atau endoterm)

sehingga pemakaian lebih fleksibel

-

Aliran fluida mendekati plug flow, sehingga dapat diperoleh hasil konversi yang

tinggi

-

Pressure drop rendah

- Oleh karena adanya hold-up yang tinggi, maka menghasilkan pencampuran

radial yang lebih baik dan tidak ditemukan pembentukan saluran (channeling).

Gambar 12. Fixed Bed Catalitic Reactor

Bentuk Reaktor Fixed Bed

Bentuk reactor Fixed Bed dapat dibagi menjadi :

a. Reaktor dengan satu lapis tumpukan katalisator (Single Bed)

Sebagai penyangga katalisator dipakai butir-butir alumunia (bersifat inert

terhadap zat pereaksi) dan pada dasar reactor disusun dari butir yang besar makin keatas

makin kecil, tetapi pada bagian atas katalisator disusun dari butir kecil makin keatas

makin besar.

b. Multi bed

Katalisator diisi lebih dari satu tumpuk katalisator, fixed bed dengan katalisator

lebih dari satu tumpuk banyak dipakai dalam proses adiabatic. Jika reaksi yang terjadi

sangat eksotermis pada konversi yang masih kecil suhu gas sudah naik sampai lebih


15/18

tinggi dari suhu maksimum yang diperbolehkan untuk katalisator, maka gas harus di

dinginkan terlebih dahulu kedalam alat penukar panas diluar reactor 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 kealat penukar panas kedua kemudian di kembalikan ke

reactor 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.

Fluidized Bed ReactorFluidized Bed Reactor adalah adalah jenis reaktor kimia yang dapat digunakan untuk

mereaksikan bahan dalam keadaan banyak fasa. Reaktor jenis ini menggunakan

fluida (cairan atau gas) yang dialirkan melalui katalis padatan (biasanya berbentuk

butiran-butiran kecil) dengan kecepatan yang cukup sehingga katalis akan terolak

sedemikian rupa dan akhirnya katalis tersebut dapat dianalogikan sebagai fluida juga.

Proses ini, dinamakan fluidasi. Fluidized Bed Reaktor dapat digunakan untuk

pencampuran dan pemisahan antar fasa.

Biasanya digunakan untuk reaksi fasa gas katalisator padat dengan umur katalisator

yang sangat pendek sehingga harus cepat diregenerasi, atau padatan dalam reaktor

adalah reaktan yang bereaksi menjadi produk.

Gambar 13.a. Fludized Bed Reactor


16/18

Gambar 13.b. Schematic Of Fluidized Bed Reactor

4. Trickle Bed Reactor

Reactor trickle bed adalah reaktor dengan packing katalis dimana fasa cair dan gas

mengalir searah ke bawah yang mengalami interaksi pada katalis padatan. Reaktor

ini digunakan untuk memanaskan feed (umpan) menjadi vapour.

Gambar 14. Trickle Bed Reactor


17/18

5. Slurry Reactor

Reaktor ini menggunakan liquid sebagai reaktant dan solid sebagai katalis. Biasanya

terdiri dari liquid stirred tank, pada beberapa keadaan, gas sebagai reaktan juga

diembunkan melalui reaktan. Keberadaan katalis sebagai slurry membuat

penambahan dan pengambilan katalis dalam proses menjadi mudah.

Gambar 14. Slurry Reactor


18/18

DAFTAR PUSTAKA

Wanda.2012.Alat – Alat Industri Kimia.namikazewand.blogspot.co.id/2012/03/alat –

alat –

industri - kimia.html?m=1 (diakses tanggal 11 April 2016)

Leo.2008.Reaktor.http://reaktormm.blogspot.co.id/2008/12/reaktor – adalah – suatu –

proses – tempat.html?m=1 (diakses tanggak 11 April 2016)

Budiman Arif.2015.Makalah Alat Industri Kimia Reaktor.Fakultas Teknik, Universitas

Bandung Raya:Bandung.

Setyowati Suparni R.2008.Kimia Industri SMK Jilid 2.Direktorat Pembinaan Sekolah

Menengah Kejuruan, Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan

Menengah, Departemen Pendidikan Nasional:Jakarta.

makalah alat industri kimia dan alat ukur reaktor kimia

Documents