REAKTORREAKTOR IDEAL UNTUK REAKSI TUNGGAL Reaktor batch Batch

REAKTOR-REAKTOR IDEAL UNTUK REAKSI TUNGGAL Reaktor batch (Batch Reactor) Dalam TRK 1 akan dibahas reaktor batch untuk reaksi homogen Dalam 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

BR ideal Dalam 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 = (-r. A)V= (mole A bereaksi per satuan waktu per satuan volume fluida) x volume fluida ---- satuannya menjadi mole/waktu Akumulasi A di dalam reaktor = …………. 2) Jika pers 2) diintegralkan, t (waktu reaksi) dapat dinyatakan sebagai Pers 2) dan pers 3) berlaku untuk sistem dengan densitas konstan, jika selama reaksi terjadi perubahan densitas, maka persamaan menjadi …………. 5)

Persamaan-persamaan di atas berlaku untuk proses isotermal ataupun nonisotermal dan bila digambarkan kurvanya adalah sebagai berikut :

Space time dan space velocity 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/

Hubungan s, , dengan beberapa variabel lain yang terkait • = =

Steady State Mixed Flow Reactor (RTB) CA 0 FA 0 XA 0 = 0 v 0 V, XA, CA, (-r. A) CAf = CA FA XAf = XA Vf (-r. A)f = (-r. A)

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) = FA 0 (1 - XA 0) = FA 0 Output A = A yang keluar (mole/waktu) = FA 0 (1 - XA) Sedangkan disappearance of A = (-r. A) V Sehingga pers 6) dapat dituliskan : FA 0 (XA) = (-r. A) V Dan untuk A 0, berlaku :

……… 7) = = ……… 8) = ……… 9) secara umum/general case/ untuk setiap ε dapat dituliskan : = ……… 10) ……… 11)

dan untuk A = 0, ………. . 12) = ………. . 13) Berdasarkan persamaan tersebut di atas kinerja RTB dapat dilukiskan sebagai berikut :

Untuk reaksi order 1 dan A = 0, maka : k = …. ……. . 14) sedangkan untuk sembarang nilai A, V = V 0(1+ A) dan k = …. ……. . 15) …. ……. . 16) untuk reaksi order 2 dan A = 0, k = …. ……. . 17) …. ……. . 18) atau CA =

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 + d. FA mole/waktu A yang berkurang krn bereaksi : (-r. A)d. V

……. . 17) Persamaan 17 dapat digunakan untuk menghitung volume reaktor untuk kecepatan umpan tertentu dan konversi tertentu yang ingin dicapai

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

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 :

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