SEMESTER GENAP TAHUN AKADEMIK 2009/2010
PERANCANGAN REAKTOR
Dr. Ir. I Gusti S. Budiaman, MT.
JURUSAN TEKNIK KIMIA – FTI UPN “VETERAN” YOGYAKARTA 2009
TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS MAHASISWA MEMPUNYAI KEMAMPUAN MENTERJEMAHKAN DAN MEMAHAMI PERANCANGAN BERBAGAI TIPE REAKTOR MELIPUTI BENTUK REAKTOR, PROSES, KONDISI OPERASI DAN SUSUNAN REAKTOR OPERASI, REAKTOR, SERTA PEMILIHAN TIPE REAKTOR
TUJUAN INSTRUKSIONAL UMUM MAHASISWA MEMPUNYAI KEMAMPUAN MERANCANG BERBAGAI TIPE REAKTOR UNTUK REAKSI-REAKSI HOMOGEN DAN HETEROGEN
PUSTAKA
Missen, R.W., Mims, C.A., and Saville, B.A., 1999, “Introduction to Chemical Reaction Engineering and Kinetics” Fogler, H.S., 1992, “Element of Chemical Reaction Engineering” g g Levenspiel, O., 1999, “Chemical Reaction Engineering” g g Hill JR, C.G., 1977, “An Introduction to Chemical Engineering Kinetics & Reactor Design Design”
MATERI C
C
Pendahuluan: meliputi review posisi MKA Reaktor dalam Teknik Kimia, bagaimana merancang reaktor, definisi laju reaksi, reaksi panas reaksi reaksi, konversi konversi, yield yield, dan selektivitas Reaktor Homogen ¾ ¾ ¾ ¾
C
Reaktor Batch (RB) Reaktor Semi Batch (RSB) RATB RAP
Reaktor Heterogen ¾ ¾ ¾ ¾ ¾
Reaktor R k Fi Fixed dB Bed d Reaktor Fluidized Bed Reaktor Moving g Bed Reaktor Gelembung Reaktor Slurry
REAKTOR MERUPAKAN MKA YANG TERGABUNG DALAM KELOMPOK ENGINEERING SCIENCE, SCIENCE MEMPELAJARI PERANCANGAN BERBAGAI TIPE REAKTOR UNTUK REAKSI-REAKSI REAKSI REAKSI HOMOGEN DAN HETEROGEN MELIPUTI BENTUK REAKTOR, PROSES, KONDISI OPERASI, DAN SUSUNAN REAKTOR, SERTA PEMILIHAN TIPE REAKTOR
REAKTOR KIMIA REAKTOR REAKTOR NUKLIR
ILUSTRASI SISTEM PROSES KIMIA SAFETY SYSTEM
FEED
REAKTOR
CONTROL SYSTEM FC/ FRC, TC/ TRC, LC, PC, CC, …
CHEMICAL PROCESS SYSTEM
UTILITY SYSTEM •WATER AND STEAM •ELECTRICAL •PRESS AIR •REFRIGERANT •INERT
PRODUCT
OFFSITE SYSTEM •STORAGE •DERMAGA •REL/ JALAN •WASTE TREATMENT
CHEMICAL PROCESS SYSTEM
PRODUCT
FEED UNIT OPERATION
REAKTOR
UNIT PEMROSESAN
RECYCLE
UNIT OPERATION
Data Kinetik
Dasar-Dasar Perancangan Reaktor Reaksi Homogen Reaksi Heterogen Reaktor Batch Reaktor Semi Batch RATB RAP
Reaktor Fixed Bed R kt Fluidized Reaktor Fl idi d B Bed d Reaktor Moving Bed Reaktor Gelembung Reaktor Slurry
Memilih Tipe Reaktor dan Menentukan Kondisi Operasi
Menghitung Ukuran Reaktor
Rancangan Reaktor
DEFINISI KECEPATAN REAKSI moli terbentuk dni Kecepatan reaksi ekstensif: Ri = = satuanwaktu dt Kecepatan reaksi intensif: 1. Berdasarkan satuan volume fluida reaksi
d i moll i terbentuk t b t k 1 dn ri = = (volumefluida)(waktu) V dt 2. Berdasarkan satuan massa padatan (dalam sistem fluida-padat)
mol i terbentuk 1 dni ri' = = (massa padatan)(waktu) W dt
Kecepatan p reaksi intensif (lanjut) ( j ) 3.
Berdasarkan satuan (interfasial area)
luas
permukaan
antar
mol i terbentuk 1 dni ri ' '= = (luas permukaan)(waktu) S dt 4. Berdasarkan satuan volume padatan (dalam sistem i t gas-padat): d t)
mol i terbentuk 1 dni ri ' ' '= = (volumepadatan)(waktu) Vs dt
fasa
Kecepatan p reaksi intensif ((lanjut) j ) 5.
Berdasarkan satuan volume reaktor
d i moll i terbentuk t b t k 1 dn ri ' ' ' '= = (volumereaktor)(waktu) Vr dt Catatan: Dalam sistem reaksi homogen, volume fluida dalam reaktor = volume reaktor atau, V = Vr Hubungan antara kecepatan reaksi ekstensif dan intensif:
Ri = V ri =W ri ' = S ri ' ' = Vs ri ' ' ' = Vr ri ' ' ' '
Konversi:
0≤X≤1
K Konversi i suatu reaktan k A di dinyatakan k d dengan: mol A yang terkonversi mol A yang bereaksi X A= = moll A awall moll A awall
Reaktor Batch: X A= R kt Alir: Reaktor Ali
X A=
n A ,0− n A n A, 0
F A ,0 − F A F A ,0
Volume tetap:
X A=
C A , 0− C A C A ,0
Dengan g n dalam mol,, F dalam mol per p waktu, C = n/V atau F/Fv pada awal dan pada akhir reaksi
Yield ((Perolehan): )
0≤ YP/ A≤ 1
Perolehan sebuah produk P terhadap reaktan A (YP/A) dapat dinyatakan sebagai
mol A yang bereaksi membentuk P YP/ A= mol A awal mol A yang bereaksi membentuk P mol P yang terbentuk YP/ A= x mol P yang terbentuk mol A awal Reaktor Alir:
Reaktor Batch:
YP / A =
|νA|P νP
nP − nP0 nA0
Reaktor Volume tetap:
YP / A = YP / A =
|νA |P νP
|νA |P νP
CP − CP0 CA0
FP − FP0 FA0
Selektivitas (Fractional Yield)
0≤ SP/ A≤ 1
Selektivitas overall sebuah produk P terhadap reaktan A (SP/A) dapat dinyatakan sebagai:
mol A yang bereaksi membentuk P SP/ A= mol A yang bereaksi moll A yang bereaksi b k i membentuk b t k P moll P yang terbentuk t b t k SP/ A= x mol P yang terbentuk mol A yang bereaksi Selektivitas reaktor batch: SP / A = Selektivitas reaktor alir:
|νA|P νP
nP − nP0 nA0 − nA
SP / A =
|νA |P νP
FP − FP0 FA0 − FA
Selektivitas reaktor volume tetap:
SP / A =
|νA |P νP
CP − CP0 CA0 − CA
Hubungan antara perolehan, konversi, dan selektivitas:
YP/ A= X A . SP/ A Instantaneous fractional yield sebuah produk P terhadap reaktan A (SP/A) dapat dinyatakan sebagai:
kecepa tan pembentukan P r P = s P/ A= kecepa tan berkurangnya A − r A
