MAKALAH REAKTOR FIXED BED TEKNIK REAKSI KIMIA

advertisement
MAKALAH REAKTOR FIXED BED
TEKNIK REAKSI KIMIA
Disusun oleh :
Kelompok 5 : 1. ‘Aisyah Nur’Aini
2. Andrian Sularso
3. Faradila Ardhining T.
4. M. Faiz Hardiansyah
I8313001
I8313003
I8313020
I8313032
PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2015
BAB I
PENDAHULUAN
Reaktor adalah suatu alat proses tempat di mana terjadinya suatu reaksi
berlangsung, baik itu reaksi kimia atau nuklir dan bukan secara fisika. Dengan
terjadinya reaksi inilah suatu bahan berubah ke bentuk bahan lainnya,
perubahannya ada yang terjadi secara spontan alias terjadi dengan sendirinya atau
bisa juga butuh bantuan energi seperti panas (contoh energi yang paling umum).
Perubahan yang dimaksud adalah perubahan kimia, jadi terjadi perubahan bahan
bukan fase misalnya dari air menjadi uap yang merupakan reaksi fisika.
Beberapa jenis reaktor kimia khusus:

Reaktor gelembung
Reaktor jenis ini banyak digunakan pada proses industri kimia
dengan reaksi yang sangat lambat, proses produksi yang menggunakan
mikroba (biorektor) dan juga pada unit pengolahan limbah secara biologis
menggunakan lumpur aktif.

Fixed bed reactor
Reaktor Fixed Bed adalah reaktor dengan menggunakan katalis
padat yang diam dan zat pereaksi berfase gas. Butiran-butiran katalisator
yang biasa dipakai dalam reaktor fixed bed adalah katalisator yang
berlubang di bagian tengah, karena luas permukaan persatuan berat lebih
besar jika dibandingkan dengan butiran katalisator berbentuk silinder, dan
aliran gas lebih lancar.
Bentuk reaktor Fixed Bed dapat dibagi menjadi :
1. Reaktor dengan satu lapis tumpukan katalisator (Single Bed)
Sebagai penyangga katalisator dipakai butir-butir alumunia (bersifat inert
terhadap zat pereaksi) dan pada dasar reaktor disusun dari butir yang besar
makin keatas makin kecil, tetapi pada bagian atas katalisator disusun dari
butir kecil makin keatas makin besar.
2. Multi bed
1
Katalisator diisi lebih dari satu tumpuk katalisator, fixed bed dengan
katalisator lebih dari satu tumpuk banyak dipakai dalam proses adiabatik.

Fluidized bed reactor
Merupakan tempat landasan suatu partikel yang pemasangan
gasnya naik melalui suatu titik pencapaian dengan peningkatan laju alir
gas pada steam sehingga menimbulkan percepatan aliran gas masuk dan
menghubungkan percepatan fluidized minimum.
Tujuan dari penggunaan reaktor ini adalah:
Untuk memprediksikan penurunan konversi pada pencampuran di dalam
reaktor.
 Slurry reactor
Reaktor slurry biasa digunakan untuk mereaksikan liquid atau
larutan yang mengandung reaktan dengan katalis padatan. Supaya transfer
massa dan pengadaan katalis efektif digunakan katalis berbentuk granular
atau serbuk antara 0,05-1mm (0,02-0,039 in), sebagai batas minimum agar
dapat difiltrasi. Diameter yang kecil digunakan dengan tujuan
memperbesar luas permukaan. Reaktor ini berisi partikel padat.

Reaktor membran
Reaktor membran adalah sistem reaktor baru yang mengkombinasikan
pemisahan dengan membran dan reaksi kimia. Reaktor membran memiliki
dua tipe, yaitu reaktor membran packed-bed dan reaktor membran
katalitik. Reaktor membran dengan katalis packed-bed memiliki area
pemisahan yang terpisah dari area reaksi, sedangkan pada reaktor
membran katalitik, reaksi dan pemisahan terjadi secara simultan.
2
BAB II
TEORI
II.1 Pengertian Reaktor Fixed Bed
Reaktor Fixed Bed merupakan suatu reaktor yang mana katalis berdiam di
dalam reaktor bed. Di dalam reaktor, katalis ditopang oleh suatu struktur catalyst
support berupa perforated tray dengan tambahan lapisan inert semacam ceramic
balls dengan diameter bervariasi sesuai dengan ukuran partikel katalis baik di sisi
terbawah maupun di lapisan teratas bed katalisator.
Secara spesifik, reaktor fixed bed yang ada di unit pengolahan minyak
bumi dirancang oleh vendor berdasarkan kebutuhan proses. Struktur internal
reaktor pun berbeda dari vendor satu dengan lainnya. Karena sifatnya yang sangat
spesifik, perancangan reaktor itu sendiri biasanya juga terkait dengan lisensor
prosesnya, misalnya perancangan reaktor fixed bed untuk unicracking akan
berbeda dengan perancangan reaktor fixed bed untuk MSDW Lube Catalytic
Dewaxing. Hal ini terkait dengan kebutuhan proses, terutama terkait dengan
kebutuhan katalis yang sangat spesifik tergantung pada vendornya masingmasing. Meskipun demikian, secara umum bagian-bagian internal reaktor tetap
sama, hanya saja tiap lisensor proses maupun vendor reaktor tersebut memiliki
typical design masing-masing yang diharapkan mampu mengoptimalkan fungsi
dari reaktor tersebut.
Bagian utama dari sebuah reaktor fixed bed adalah reaktor vessel, reaktor
internals, katalisator, inert dan graded katalisator.
1.
Reaktor vessel
Merupakan bagian yang menyediakan tempat bagi katalis dan tempat
berlangsungnya kontak antara minyak umpan dan katalis yang kemudian
terjadi reaksi. Reaktor vessel dirancang dengan dasar perancangan pressure
vessel (ASME BPVC Section VIII Division 2). Kunci dari perancangan
reaktor vessel ini adalah pemilihan material, allowable working pressure,
3
dimensi dan ketebalan dinding vessel. Reaktor fixed bed biasanya digunakan
untuk umpan (pereaktan) yang mempunyai viskositas kecil.
2.
Reaktor Internal
Selain reaktor vessel, struktur internal reaktor juga sangat menunjang
optimalnya kinerja dari sistem reaksi yang terjadi di dalam reaktor tersebut.
Beberapa kata kunci seperti distribusi umpan, distribusi panas, fouling,
distribusi lapisan katalisator, dan juga temperatur reaksi merupakan beberapa
hal yang mewakili peran dari struktur internal reaktor tersebut. Secara umum
struktur internal terdiri atas feed distributor, distribution tray, scale basket,
quench distributor, collector ring, inert and catalyst graded.
3.
Katalisator
Katalisator merupakan salah satu hal vital dalam sistem reaksi di dalam
reaktor. Pasalnya, pada perancangan reaktor semua variabel proses ditentukan
oleh physical properties dan kebutuhan reaksi dari katalisator. Misalnya
batasan pressure drop untuk reaksi maupun regenerasi tidak boleh melebihi
crushing strength dari partikel katalisator. Begitu halnya dengan temperatur.
Temperatur dibatasi dengan melting point komponen penyusun katalisator.
4.
Inert dan Catalytst Graded
Pada bed katalisator, inert balls diletakkan di bagian atas dan bawah
katalisator. Di bagian atas katalisator, inert balls berfungsi meredam energi
tumbukan dari aliran umpan guna menjaga distribusi katalisator di dalam bed
katalisator. Di bagian bawah bed katalisator, inert balls berfungsi sebagai
support untuk menopang katalisator dan juga menjaga agar katalisator tidak
ikut mengalir keluar bed katalisator bersama aliran umpan.
Graded katalisator merupakan partikel-partikel yang ditambahkan di atas
ataupun di bawah katalisator di dalam bed katalisator yang memiliki fungsifungsi tertentu sesuai komposisinya. Fungsi graded katalisator antara lain
sebagai treatment awal, menahan deposit, menyerap logam, dan lain-lain.
Beberapa jenis graded katalisator ditambahkan ke dalam bed katalisator guna
mengoptimalkan aktivitas katalisator.
4
II.2 Kelebihan dan Kekurangan Reaktor Fixed Bed
Kelebihan Reaktor Fixed Bed
o Dapat digunakan untuk mereaksikan dua macam gas sekaligus,
o Kapasitas produksi cukup tinggi,
o Pemakaian tidak terbatas pada kondisi reaksi tertentu (eksoterm atau
endoterm) sehingga pemakaian lebih fleksibel,
o Aliran fluida mendekati plug flow, sehingga dapat diperoleh hasil konversi
yang tinggi,
o Pressure drop rendah,
o Oleh karena adanya hold-up
yang tinggi, maka menghasilkan
pencampuran radial yang lebih baik dan tidak ditemukan pembentukan
saluran (channeling),
o Pemasokan katalis per unit volume reaktor besar,
o Hold up liquid tinggi,
o Katalis benar-benar dibasahi,
o Kontrol temperature lebih baik,
o Transfer massa gas-liquid lebih tinggi daripada reaktor trickle bed karena
interaksi gas-liquid lebih besar.
Kekurangan Reaktor Fixed Bed
o Resistansi difusi intra partikel sangat besar,
o Nilai transfer massa dan transfer panas rendah,
o Pemindahan katalis sangat sulit dan memerlukan shut down alat,
o Konversi lebih rendah,
o Ada kemungkinan terjadi reaksi samping homogen pada liquid.
II.3 Macam-macam Reaktor Fixed Bed
5
Bentuk reaktor fixed bed dapat dibagi menjadi
:
1. Single Bed
Sebagai penyangga katalisator dipakai butir-butir alumunia (bersifat inert
terhadap zat pereaksi) dan pada dasar reaktor disusun dari butir yang besar makin
keatas makin kecil, tetapi pada bagian atas katalisator disusun dari butir kecil
makin keatas makin besar.
2. Multi tube
Katalisator diisi lebih dari satu tumpuk katalisator, fixed bed dengan
katalisator lebih dari satu tumpuk banyak dipakai dalam proses adiabatik. Jika
reaksi yang terjadi sangat eksotermis pada konversi yang masih kecil suhu gas
sudah naik sampai lebih tinggi dari suhu maksimum yang diperbolehkan untuk
katalisator, maka gas harus di dinginkan terlebih dahulu kedalam alat penukar
panas diluar reaktor 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 kea lat penukar panas kedua kemudian di kembalikan ke reaktor
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. Multi bed
Reaksi katalitik umumnya dilakukan dalam reaktor unggun tetap, karena
kesederhanaan teknologi dan operasi. Kesederhanaan ini jelas untuk adiabatik
reaktor, tetapi ketika panas penting dari reaksi yang terlibat, pertukaran panas
mungkin lebih, untuk operasi yang optimal, untuk menghindari landasan pacu dan
deaktivasi katalis. Jadi perpindahan panas sangat sering masalah utama yang
dihadapi dalam desain reaktor unggun tetap.
Tiga kelas penting dari reaktor non adiabatik adalah sebagai berikut:
 Multiband reaktor adiabatik dengan pertukaran panas antara mengarah ke
profil suhu gelombang non-sinusoidal.
 Reaktor dengan internal yang penukar panas multitublar..
Dua terakhir umumnya lebih disukai6untuk reaktor adiabatik multibed saat
sangat reaksi eksotermik atau endotermik berlangsung, atau ketika optimum
profil suhu yang diinginkan. Aspek lain adalah penurunan tekanan melalui tempat
tidur. Dalam rangka untuk membatasi, lebih besar partikel katalis dapat
digunakan, namun keterbatasan difusi juga akan meningkat.
Klasifikasi model:
Reaktor unggun tetap pada dasarnya dijelaskan oleh kontinum jenis model, tetapi
sel model telah dikembangkan untuk menjelaskan struktur dua fase reaktor.
Kebanyakan reaksi katalitik adalah reaksi aliran aksial klasik, paling. Model
diandalkan adalah model kontinum klasik.
7
BAB III
DESAIN UMUM
single bed – fixed bed reactor
Multitube fixed bed reactor
8
BAB IV
CONTOH KASUS
Bahan bakar minyak, dewasa ini telah menjadi kebutuhan primer bagi
masyarakat. Bahan bakar minyak yang dijual yang dapat digunakan oleh
masyarakat biasanya dalam beberapa komponen nafta yang memiliki nilai
oktan yang rendah. Untuk meningkatkan nilai oktan digunakan beberapa
senyawa seperti TEL dan MTBE. TEL sudah tidak digunakan lagi karena
kandungan timbal yang dapat membahayakan jaringan otak. Seiring dengan
meningkatnya perkembangan dan tuntutan kesehatan dan lingkungan hidup,
penelitian yang bertujuan meningkatkan bilangan oktan dengan mengindahkan
unsur
safety
dan
lingkungan
menghasilkan
sebuah
senyawa
yang
mempunyai potensi meningkatkan bilangan oktan yaitu ETBE (Ethyl ter-butyl
ether).
ETBE diperoleh dari hasil reaksi antara TBA (tert-butyl alcohol)dan
etanol. Reaktor berjalan pada fase cair dalam sebuah fixed bed reactor.
Persamaan reaksi pebuatan ETBE adalah sebagai berikut :
TBA
+
Etanol 
ETBE
+
Water
Pada pembuatan Ethyl Tertiary Butyl Ether (ETBE) dari isobutylene dan ethanol
di pabrik berdasarkan Tugas Akhir Perancangan Pabrik Ethyl Tertiary Butyl Ether
(ETBE) Dari Isobutylene dan Ethanol dengan Kapasitas 100.000 Ton per Tahun
oleh Citra Kartika Asri (I 1505008) dan Robert Ari Kristanto (I 1505019)
digunakan reaktor fixed bed multitube. Reaktor tipe fixed bed multitube digunakan
untuk tempat berlangsungnya reaksi antara isobutylene dan ethanol membentuk
ETBE. Kondisi operasi pada suhu 50 oC dan tekanan 7 atm.
9
Secara umum, proses pembuatan ETBE dari ethanol dan isobutylene melalui 4
tahapan :
1.
Tahap penyimpanan bahan baku
Bahan baku isobutylene yang terkandung dalam campuran C4 disimpan dalam
tangki isobutylene yang berbentuk silinder horizontal pada kondisi cair
dengan suhu 30oC dan tekanan 5 atm. Sedangkan bahan baku ethanol
disimpan dalam tangki ethanol yang berbentuk silinder tegak pada konsdisi
cair dengan suhu 30oC.
2. Tahap penyaluran bahan baku
Isobutylene dipompa menuju preheater untuk dipanaskan. Kemudian ethanol
feed dan ethanol recycle dari menara destilasi dipompa menuju preheater
untuk dipanaskan. Ethanol dan isobutylene dengan perbandingan 1:1
mengalir menuju reaktor.
3.
Tahap pembentukan produk
Reaksi terjadi pada fase cair pada suhu 50oC dan tekanan 7 atm dengan
katalis amberlyst 15 wet. Reaksi yang terjadi bersifat eksotermis cair-cair
dengan katalis padat karena itu digunakan reaktor fixed bed multitube (R)
dengan pendingin isotermal non adiabatis. Produk keluaran berupa cairan
dengan komposisi ETBE dengan konversi mencapai 90%, sisa reaktan, dan
campuran C4.
4.
Tahap pemurnian produk
Produk dari reaktor fixed bed multitube dialirkan ke menara destilasi untuk
dipisahkan dari fraksi ringan sisa reaktan dan campuran C4. Hasil atas menara
destilasi berupa sisa reaktan isobutylene, campuran C4, dan sedikit ETBE.
Sedangkan hasil bawah menara destilsi adalah ETBE, ethanol, dan air. Hasil
bawah ini akan diturunkan tekanannya menjadi 1 atm dengan throtling valve
kemudian dialirkan ke menara destilasi kedua. Di menara destilasi kedua,
ETBE dipisahkan dengan etanol. Hail atas dari menara destilasi kedua adalah
ETBE. Sedangkan hasil bawah berupa ethanol, air, dan sedikit ETBE lalu
10
dialirkan ke menara destilasi ketiga. Di menara destilasi ketiga, ETBE
dipisahkan dari ethanol dan air. Hasil atas berupa ethanol yang akan di
recycle ke aliran menuju reaktor. Hasil bawah berupa air dan sedikit ethanol.
Spesifikasi reaktor fixed bed multitube :
Diameter luar tube
: 0,0381 m
Diameter dalam tube : 0,0312 m
Jumlah tube
: 1391 buah
Triangular pitch
: 0,0476 m
Diameter dalam shell : 2 m
Tinggi
:5,9292 m
Tebal shell
: 0,01 m
Tebal head
: 0,022 m
Jarak baffle
: 0,5 m
Waktu tinggal reaktor : 7,81 detik
Jumlah
:1
Spesifikasi Produk :
Ethyl Tertiary Butyl Ether (ETBE)
Fase
: cair
Kemurnian
: 97,5 %
Impuritas %
: ethanol 2,2% dan n-C4H10 0,0006 %
Suhu
: 30OC
Tekanan
: 1 atm
Spesifikasi Bahan Pembantu (Katalis)
Katalis Amberlist-15wet
Bentuk
: porous spherical beads
Diameter
: 0,06 cm
Bulk density
: 0,875 g/cm3
Porositas
: 0,36
11
Diagram Alir Proses Pembuatan ETBE
12
DAFTAR PUSTAKA
Asri,Kartika Citra dkk. 2010. “Tugas Akhir Perancangan Pabrik Ethyl Tertiary
Butyl Ether(ETBE) Dari Isobutylene dan Ethanol dengan Kapasitas 100.000 Ton
per Tahun”.
NN. 2012. “Fixed Bed Reaktor”. Diakses di (http://refinersnotes.blogspot.com/2012/11/fixed-bed-reactor-basic-design.html).
David. 2014. “Perbedaan fludized bed dan fix bed”. Diakses
(http://davitchemicalz.blogspot.com/2014/03/perbedaan-fludized-bed-dan-fixbed.html).
Download
Random flashcards
hardi

0 Cards oauth2_google_0810629b-edb6-401f-b28c-674c45d34d87

sport and healty

2 Cards Nova Aulia Rahman

Nomor Rekening Asli Agen De Nature Indonesia

2 Cards denaturerumahsehat

Secuplik Kuliner Sepanjang Danau Babakan

2 Cards oauth2_google_2e219703-8a29-4353-9cf2-b8dae956302e

Create flashcards