Macam-Macam Reaktor, Natural Gas Reforming, Downstream Process

RESUME TEKNIK REAKSI KIMIA MACAM-MACAM REKTOR, NATURAL GAS REFORMING, DOWNSTREAM PROCESS

DISUSUN OLEH :

NAMA

: RIZKA RACHMANIAR

NIM

: I8313055

PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2015

RIZKA RACHMANIAR – I8313055 2015 D-III TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA Macam-Macam Reaktor, Natural Gas Reforming, Downstream Process

RIZKA RACHMANIAR – I8313055 2015 D-III TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA Macam-Macam Reaktor, Natural Gas Reforming, Downstream Process Reaktor untuk Reaksi Homogen A. Reaktor Batch  Mekanisme Kerja Umpan yang dimasukkan ke dalam reaktor diproses selama beberapa waktu atau hari lalu dikeluarkan sebagai produk dengan catatan ketika proses terjadi tidak ada umpan atau produk yang mengalir.  Keuntungan  Lebih murah dibanding reactor alir  Lebih mudah pengoperasiannya  Lebih mudah dikontrol  Kerugian  Tidak begitu baik untuk reaksi fase gas (mudah terjadi kebocoran pada lubang pengaduk)  Waktu yang dibutuhkan lama, tidak produktif (untuk pengisian, pemanasan zat pereaksi, pendinginan zat hasil, pembersihan reactor, waktu reaksi)  Aplikasi Fermentasi pembuatan alkohol

Gambar: Batch-reactor

RIZKA RACHMANIAR – I8313055 2015 D-III TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA Macam-Macam Reaktor, Natural Gas Reforming, Downstream Process B. Reaktor Kontinyu RATB 

Mekanisme Kerja

Reaktan yang diumpankan ke dalam suatu tangki berpengaduk lalu akan dilakukan pengadukan dengan perangkat pengaduk dan menghasilkan produk secara kontinyu. Pada reaktor ini pengaduk dirancang sehingga campuran teraduk dengan sempurna dan diharapkan reaksi berlangsung secara optimal. Biasanya untuk mendapatkan konversi yang besar maka rekator disusun secara seri. Reaktor Alir Tangki Berpengaduk sebenarnya sama dengan rekator batch namun yang membedakan adalah pada reaktor ini terjadi masukan reaktan dan keluaran produk secara kontinyu.  Keuntungan  Suhu dan komposisi campuran dalam reaktor sama  Volume reactor besar, maka waktu tinggal juga besar, berarti zat pereaksi lebih lama bereaksi di reaktor.  Kerugian  Tidak effisien untuk reaksi fase gas dan reaksi yang bertekanan tinggi.  Kecepatan perpindahan panas lebih rendah dibanding RAP  Untuk menghasilkan konversi yang sama, volume yang dibutuhkan RATB lebih besar dari RAP  Aplikasi  Industri farmasi  Pengolahan

air

limbah

hidrokarbon (bioremediasi)

yang

mengadung

banyak

RIZKA RACHMANIAR – I8313055 2015 D-III TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA Macam-Macam Reaktor, Natural Gas Reforming, Downstream Process

Gambar: RATB pada Aplikasi Fermentor

Gambar: Contoh Pengaduk pada RATB

RAP RAP (Reaktor Alir Pipa) adalah reaktor yang cocok untuk reaksi fasa gas. Reaksi ini berlangsung di sepanjang pipa. Oleh karena itu semakin panjang pipa, maka konversi yang dihasilkan semakin besar.  Mekanisme Kerja Umpan dimasukkan ke dalam reaktor alir pipa. Reaksi akan terjadi dan akan terjadi perbedaan komposisi, suhu, dan tekanan

RIZKA RACHMANIAR – I8313055 2015 D-III TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA Macam-Macam Reaktor, Natural Gas Reforming, Downstream Process di sepanjang dinding pipa. Produk dan reaktan yang tidak bereaksi mengalir keluar reaktor.  Keuntungan  Memberikan volume yang lebih kecil daripada RATB, untuk perolehan konversi yang sama  Kerugian:  Harga alat dan biaya instalasi tinggi.  Memerlukan waktu untuk mencapai kondisi steady state.  Untuk reaksi eksotermis kadang-kadang terjadi “Hot Spot” (bagian yang suhunya sangat tinggi) pada tempat pemasukan .  Dapat menyebabkan kerusakan pada dinding reaktor.  Aplikasi  Produksi gasoline  Oil Cracking  Oksidasi sulfur dioksida menjadi sulfur trioksida  Oksidasi komponen nitrogen  Bioreaktor untuk skala kecil (Produksi Algae)

Gambar: RAP sebagai Bioreaktor untuk Produksi Alga

RIZKA RACHMANIAR – I8313055 2015 D-III TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA Macam-Macam Reaktor, Natural Gas Reforming, Downstream Process

Gambar : Varian Diameter Pipa (Pemilihan diameter pipa tergantung pada kecepatan alir yang diinginkan, bila diinginkan kecepatan alir yang tinggi maka dipilih diamter pipa yang kecil begitu sebaliknya)

C. Reaktor Semi-Batch  Mekanisme Kerja Reaktor jenis ini bekerja secara batch dan kontinyu secara bersamaan. Pada reaktor ini, dapat terjadi penambahan reaktan ataupun pengeluaran produk dalam waktu tertentu.  Keuntungan  Tepat untuk digunakan pada reaksi eksotermis  Meminimalisir reaksi samping  Kerugian  Biaya mahal untuk menghasilkan satu unit produk  Sulit untuk menghasilkan produk dalam skala yang besar  Aplikasi  Tangki fermentor, ragi dimasukkan sekali ke dalam tangki (secara batch) namun CO2 yang dihasilkannya dikeluarkan secara kontinyu.  Klorinasi, suatu reaksi cair-gas, gas digelembungkan secara kontinyu dari dasar tangki agar bereaksi dengan cairan di tangki yang diam (batch).

RIZKA RACHMANIAR – I8313055 2015 D-III TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA Macam-Macam Reaktor, Natural Gas Reforming, Downstream Process

Gambar: Reaktor Slurry Semi-Batch pada Proses Metalosenakatalis Polimerisasi Alkena

Reaktor untuk Reaksi Heterogen A. Fixed Bed Reactor  Mekanisme Kerja Reaktor yang telah dilengkapi katalis heterogen yang telah dipadatkan sehingga katalis tidak akan terpengaruh oleh arus dari umpan. Fixed Bed Reactor terdiri dari beberapa jenis: Single Bed Reactor  Konsep: Katalis ditempatkan pada vessel sebanyak satu tumpukan  Keuntungan Konstruksinya sangat mudah Cukup murah

RIZKA RACHMANIAR – I8313055 2015 D-III TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA Macam-Macam Reaktor, Natural Gas Reforming, Downstream Process Sangat tepat untuk penggunaan pada kondisi yang tidak terlalu eksotermik maupun endotermik

Gambar: Single-Bed Reactor

Multiple Bed Reactor  Konsep: Katalisator diisi lebih dari satu tumpuk katalisator.  Mekanisme Kerja Jika reaksi yang terjadi sangat eksotermis pada konversi yang masih kecil sedangkan suhu gas sudah naik sampai lebih tinggi dari suhu maksimum yang diperbolehkan untuk katalisator, maka gas harus di dinginkan terlebih dahulu kedalam heat exchanger diluar reactor untuk di dinginkan dan selanjutnya dialirkan kembali ke reaktor melalui tumpukan katalisator kedua, bila keadaan yang sama terjadi maka dilakukan hal yang sama yangitu pendinginan dengan heat exchanger.  Keuntungan Sangat tepat untuk penggunaan pada kondisi yang tidak terlalu eksotermik maupun endotermik  Aplikasi 

Reaksi amonia



Reaksi cumene

RIZKA RACHMANIAR – I8313055 2015 D-III TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA Macam-Macam Reaktor, Natural Gas Reforming, Downstream Process

Gambar: Multiple-Bed Reactor

Multiple Tube Reactor  Konsep Pipa-pipa(tubes) diisi oleh partikel kecil yang berperan sebagai katalis. Pemilihan rekator ini digunakan di mana reaktor membutuhkan transfer panas.  Mekanisme Kerja Reaksi berjalan di dalam tube-tube yang berisi katalis sedangkan pemanas maupun pendingin berada di luar tube di dalam shell.  Keuntungan  Luas area permukaan tempat terjadi pertukaran panas sangat baik  Tepat untuk penggunaan pada keadaan reaksi yang sangat eksotermik maupun endotermik  Kerugian Harganya mahal  Aplikasi  Preparation of phthalic anhydride (PA)  Acrylic acid  Methacrylic acid (MAA)

RIZKA RACHMANIAR – I8313055 2015 D-III TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA Macam-Macam Reaktor, Natural Gas Reforming, Downstream Process  Acrolein  Maleic anhydride (MA)

Gambar: Multi Tube Reactor

Gambar: Fixed-Bed (umum)

Secara general Fixed Bed Reactor memiliki batasan-batasan atau hambatan, yakni: 

Kontrol temperature



Penurunan tekanan 

Gesekan antaragas dan partikel menyebabkan pressure drop



Semakin

besar

penurunan

tekanan

maka

biaya

pemeliharaan semakin besar pula 

Beberapa sistem tidak dapat mentolerir akan terjadinya pressure drop



Pressure drop tergantung pada panjang pipa, partikel diameter, kecepatan alir gas, fraksi void.



Deaktivasi Katalis 

Katalis akan terdeaktivasi jika terkontaminasi



Perlu regenerasi katalis

RIZKA RACHMANIAR – I8313055 2015 D-III TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA Macam-Macam Reaktor, Natural Gas Reforming, Downstream Process 

Hasil samping berupa karbon dapat menonaktifkan katalis dan menyebabkan kerusakan pada reaktor

B. Fluidized Bed Reactor  Konsep  Partikel padat akan terdispersi secara kontinyu  Partikel dapat berperan sebagai adsorben, katalis, maupun pembawa panas  Adanya aliran kontiyu dari gas maupun cairan  Katalis pada FBR biasanya berbentuk padatan, biasanya berbentuk seperti pasir. Ukuran katalis pada reaktor ini biasanya berukuran 10-300 microns, dengan tujuan agar partikel katalis dapat mudah difluidisasikan.  Mekanisme Kerja Gas dialirkan melalui distributor yaitu berupa pelat logam berlubang secara kontinyu. Kondisi bed setelah fluidisasi awal tergantung

pada

keadaan

reaktan.

Jika

reaktan

yang

diumpankan adalah cairan bed akan mengembang seragam dengan peningkatan aliran reaktan menuju atas. Keadaan Ini disebut fluidisasi homogen. Jika reaktan yang diumpankan adalah gas bed akan tidak akan seragam karena terbentuk gelembung gas pada bed, sehingga terjadi fluidisasi agregatif. Kadang-kadang gelembung pada bahan kasar bisa tumbuh lebih besar dari dua pertiga dari diameter bed, yang dapat menyebabkan timbulnya

slugging.

variabel

Slugging

tekanan,

dapat

getaran

mengakibatkan

pada

bed,

dan

pengurangan perpindahan panas. Peningkatan kecepatan gas menimbulkan adanya rezim fluidisasi di mana apabila peningkatan gas terjadi lebih lanjut dalam transportasi pneumatik, maka bed benar-benar hilang. Selama proses ini

RIZKA RACHMANIAR – I8313055 2015 D-III TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA Macam-Macam Reaktor, Natural Gas Reforming, Downstream Process reaktan bereaksi karena adanya pelet katalis, membentuk produk yang dikeluarkan terus menerus.  Keuntungan 

Menghasilkan temperature yang seragam



Pertukaran panas yang efisien



Regenerasi dapat terjadi secara kontinyu

 Kerugian  Partikel mengalami keausan yang dapat menyebabkan mengecilnya ukuran partikel yang berada di dalam reaktor dan ikut mengalir bersama aliran gas sehingga perlu digunakan alat cyclone separators dan aliran listrik yang disambungkan pada garis antara reaktor dan generator.  Adanya peningkatan keabrasivan dimana penyebabnya adalah partikel padat di dalam proses cracking pada fluidized bed.  Tidak mempunyai fleksibilitas terhadap perubahan panas.  Aplikasi  Polimerisasi

Waste combustion

 Pengeringan

Sintesis Fischer-Tropsch

 Proses cracking

Gambar: Fludized Bed Reactor

RIZKA RACHMANIAR – I8313055 2015 D-III TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA Macam-Macam Reaktor, Natural Gas Reforming, Downstream Process

Gambar: Rezim Fluidisasi C. Slurry Loop Reactor  Konsep  Jenis katalis yang biasa digunakan dalam reaktor slurry adalah katalis berbasis kobalt (Co) dan besi (Fe)  Katalis padat terdispersi dalam fase cair  Slurry disirkulasikan pada kecepatan yang tinggi dengan adanya dorongan dari pompa axial  Pola pencampuran sangat intesif dan dapat dikatakan baik  Mekanisme Kerja Reaktan (Gas) dimasukkan ke dalam reaktor. Gas diserap ke dalam cairan dari permukaan gelembung . Gas diserap kemudian berdifusi melalui cairan ke permukaan katalis , di mana titik itu berdifusi ke dalam pelet katalis dan reaksi berlangsung .  Keuntungan 

Kontrol temperatur yang baik



Pemulihan panas yang baik

RIZKA RACHMANIAR – I8313055 2015 D-III TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA Macam-Macam Reaktor, Natural Gas Reforming, Downstream Process   

Konstan aktivitas katalitik keseluruhan dipertahankan dengan mudah dengan penambahan sejumlah kecil katalis . Berguna untuk katalis yang tidak dapat dibentuk dalam bentuk pelet . Kapasitas panas dari reaktor bertindak sebagai mode keamanan terhadap ledakan

 Kerugian 

Kemungkinan terjadi penyumbatan pada reaktor



Rasio liquid lebih besar dari katalis dibandingkan dengan reaktor lain



Sulitnya

menemukan

cairan

yang

tepat

digunakan  Aplikasi  Polimerisasi  Konversi gas alam ke GTL (Gas-To-Liquid) Diesel  Hidrogenasi  Hidroformasi  Etinilasi  Sintesis metanol

Gambar: Slurry Loop Reactor

untuk

RIZKA RACHMANIAR – I8313055 2015 D-III TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA Macam-Macam Reaktor, Natural Gas Reforming, Downstream Process D. Bubble Column Reactor  Konsep  Gas terdispersi secara kontinyu di dalam fase cair  Tepat untuk reaksi dua fase yaitu liquid-gas  Atau tiga fase yaitu slurry-gas  Mekanisme Kerja Gas diumpankan dari bagian bawah kolom lalu menuju ke atas dan bereaksi dengan cairan lalu meninggalkan kolom. Penggunaan gas pada jumlah yang lebih banyak atau lebih kecil

tergantung

kepada

intensitas

reaksi

kimia

dan

perpindahan massa yang terjadi. Gas yang masih mengandung banyak reaktan akan disirkulasikan kembali sebagai umpan. Begitu seterusnya.  Keuntungan 

Biaya operasi murah



Menghasilkan panas dan perpindahan massa yang maksimal dan seragam

 Kerugian Produk yang dihasilkan kemungkinan tidak seragam apabila gas diumpankan pada kecepatan tinggi, karena kemungkinan terjadi pembentukan aliran yang heterogen. (Sesuai dengan analisis rezim pada bubble column)  Aplikasi 

Konversi gas alam



Bioproses



Pengolahan air limbah



Klorinasi



Alkilasi

RIZKA RACHMANIAR – I8313055 2015 D-III TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA Macam-Macam Reaktor, Natural Gas Reforming, Downstream Process 

Industri metalurgi Contoh proses: (pembentukan metanol)

Syngas masuk dari bagian bawah reaktor dan bereaksi dengan minyak mineral yang dipanaskan. Gas kemudian bereaksi dengan bantuan katalis untuk membentuk produk metanol . Gas yang tidak bereaksi dan metanol menguap dan keluar lewat bagian atas reaktor. Setelah keluar dari reaktor , metanol terkondensasi menjadi cairan . E. Stirred Tank Reactor 

Konsep 

Pengadukan secara paksa oleh impeller



Dapat diaplikasikan pada sistem yang sangat reaktif



Dapat digunakan untuk reaksi satu fasa (pencampuran liquid), dua fasa (liquid-gas atau liquid-partikel), dan tiga fasa (liquid-gas- partikel)



Mekanisme Kerja Mekanisme kerja stirred tank reactor sama dengan RATB.



Keuntungan: 

Temperatur seragam

RIZKA RACHMANIAR – I8313055 2015 D-III TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA Macam-Macam Reaktor, Natural Gas Reforming, Downstream Process 

Perpindahan panas yang effisien (kecuali pada slurry dengan konsentrasi yang tinggi, karena pengadukan sulit dilakukan)





Aplikasi 

Fermentor



Industri makanan dan kertas



Polimerisasi/ konversi gas alam

Faktor yang mempengaruhi pengadukan: 

Kecepatan pengadukan



Berat cairan



Design dari baffle



Ukuran dan geometri tanki



Ukuran dan geometri alat pemanas



Ukuran dan jenis impeller

Gambar: Stirred Tank Reactor

RIZKA RACHMANIAR – I8313055 2015 D-III TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA Macam-Macam Reaktor, Natural Gas Reforming, Downstream Process

RIZKA RACHMANIAR – I8313055 2015 D-III TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA Macam-Macam Reaktor, Natural Gas Reforming, Downstream Process

STEAM REFORMING

PARTIAL OXIDATION

AUTOTHERMAL REFORMING

Panas Reaksi Katalis

Endotermik

Eksotermik

Eksotermik

Tempera tur Tekanan

1100-1200 K 15-30 bar

→150 bar

20-100 bar

Rasio H2/CO Keuntun gan

>3

Neutron, Z, ‘Multi Reaction Of Fluidized Bed Membrane

Reactor’,

Nima, A, ‘Reaktor’,< https://www.academia.edu/5479938/Reaktor> NN, ‘Multi-tube fixed-bed reactor, especially for catalytic gas phase reactions US 7226567 B1’, NN,‘Chemical Reactors and Their Application’,

RIZKA RACHMANIAR – I8313055 2015 D-III TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA Macam-Macam Reaktor, Natural Gas Reforming, Downstream Process Pamungkas, G,’Pemilihan Tipe dan Ukuran Katalis dalam Reaktor Berkatalis Padatan’, Vanhallen, G, ‘Reaktor Kimia’, Winda 2010, ‘Macam-Macam Reaktor Heterogen’, Zehner, P,’Bubble Columns’,