BAB I GAMBARAN UMUM
1.1 Tinjauan Umum Reaktor
Pada  dasarnya,  reaktor  gelembung  adalah  reaktor  dua  fasa,  yaitu  gas  dan  cairan, yang berbentuk  vessel  silinder  dengan  distributor  gas  sparger  di  bagian  bawah  reaktor.
Fluida  berfasa  gas  didispersikan  melalui  sparger,  sehingga  terbentuk  gelembung  gas  yang kemudian  bergerak  melalui  fluida  berfasa  cair  yang  berada  di  dalam  vessel.  Pada
pengembangan  reaktor  gelembung  selanjutnya,  gelembung  gas  bergerak  melalui  suspensi yang  merupakan  campuran  fluida  berfasa  cair  dan  padatan.  Reaktor  gelembung  model
ini  dinamakan  dengan  reaktor  gelembung  tiga  fasa  atau  slurry  bubble  column  reactor SBC.
Reaktor  kolom  gelembung  diaplikasikan  secara  luas  sebagai  kontaktor  dan reaktor  mutifasa  di  industri  kimia,  biokimia,  petrokimia,  dan  juga  metalurgi  material.
Reaktor  ini  memiliki  keuntungan  selama  proses  operasi  dan  perawatan  seperti  laju  transfer panas  dan  massa  yang  tinggi,  kepadatan  yang  tinggi,  dan  rendahnya  harga  operasi  dan
perawatan  reaktor.  Reaktor  kolom gelembung  tiga fasa digunakan  dan  dioperasikan  dalam teknik  reaksi,  yaitu  dengan  adanya  katalis  dan  aplikasi  biokimia  di  mana  mikroorganisme
yang digunakan  sebagai  suspensi  padat untuk  menghasilkan  bioproduk dalam  skala  industri. Investigasi  parameter  disain  karakteristik  untuk  operasi  dan  peristiwa  perpindahan  dari
reaktor  kolom  gelembung  telah  menyebabkan  pemahaman  yang  lebih  baik  tentang  sifat hidrodinamika,  mekanisme  transfer  massa  dan  transfer  panas  serta  sifat  aliran  yang  berjalan
selama  proses  operasi.  Selain  itu,  saat  ini  terdapat  beberapa  studi  ilmiah  yang  meneliti  dan mengembangkan  simulasi  komputasi  dinamika  fluida  dan  model  matematika  untuk
menggambarkan fenomena yang terjadi pada reaktor kolom gelembung.
Gambar 1. Reaktor Kolom Gelembung
Sumber: Anil, 2007
Ada tiga kategori utama  dari  reaktor  multifasa,  yaitu  trickle bed  reactor  fixed atau packed  bed,  fluidized  bed  reactor,  dan  reaktor  kolom  gelembung.  Reaktor  kolom
gelembung  pada  dasarnya  adalah  sebuah  bejana  berbentuk  silinder  dilengkapi  dengan distributor  gas  pada  bagian  bawah.  Gas  tersebut  disemprotkan  dalam  bentuk  gelembung
menjadi  baik  fasa  cair maupun  suspensi  cair-padat.  Reaktor  ini  umumnya  disebut  sebagai reaktor  kolom
gelembung “bubur” apabila terdapat fasa padat yang ada di dalamnya. Reaktor  kolom  gelembung  tiga  fasa  diaplikasikan  dalam  proses  industri
yang  melibatkan  reaksi  seperti  oksidasi,  klorinasi,  alkilasi,  polimerisasi,  dan  hidrogenasi, dalam  proses  pembuatan  bahan  bakar  sintesis  dengan  konversi  gas  serta  fermentasi  dan
pengolahan  air  limbah  biologis  dalam  proses  biokimia.  Beberapa  proses  aplikasi  kimiawi yang terkenal adalah proses Fischer-Tropsch  yang  merupakan  proses  pencairan  batu  bara
secara  tidak  langsung  untuk menghasilkan  bahan  bakar  tansportasi,  sintesis  metanol,  dan pembuatan  bahan  bakar  sintesis  lainnya  yang  lebih  ramah  lingkunga dibandingkan  dengan
bahan bakar turunan minyak yang ada. Aplikasi  penting  untuk  reaktor  kolom  gelembung  adalah  penggunaannya  sebagai
bioreaktor  di mana  mikroorganisme  terlibat  untuk  menghasilkan  produk  industri  seperti enzim,  protein,  antibiotik,  dan  lain  sebagainya.  Beberapa  studi  biokimia  terbaru  yang
menggunakan  kolom gelembung sebagai bioreactor dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Aplikasi Biokimia Reaktor Kolom Gelembung
Produk Biokatalis
Thienamycin Streptomyces cattleya
Glukoamilase Aureobasidium pullulans
Asam Asetat Acetobacter aceti
Antibodi Monoklonal Hybridoma cells
Metabolit sekunder tumbuhan Hyoscyamus muticus
Taksol Taxus cuspidate
Asam Organik asetat, butirat Eubacterium limosum
Low Oxygen Tolerance Arabidopsis thaliana
Fermentasi Etanol Saccharomyces cerevisiae
Reaktor  gelembung tiga
fasa memiliki
beberapa keuntungan apabila
diimplementasikan  dalam  dunia  industri  dalam  proses  operasinya  dibandingkan:   Keuntungan  pertama  yaitu  reaktor  jenis  ini  memiliki  karakteristik  transfer
panas  dan  massa  yang  lebih  unggul,  yang  artinya  koefisien  transfer  panas  dan massa  yang  nilainya  kekurangan  bagian  yang  bergerak  dan  kepadatan;
durabilitas  katalis  dan  material kemasan yang lain lebih lama.   Kemampuan  penambahan  dan  pengurangan  katalis  dan  operasi  yang  bebas
penyumbat sebagai pilihan reaktor.   Tidak membutuhkan proses pemisahan fasa solid dari fasa liquidnya
  Meningkatkan konversi dan selektivitas.   Lebih  mudah  dalam  proses  scale-up  dikarenakan  hidrodinamika-nya  hanya
dipengaruhi oleh channel yang terbentuk dalam katalis.   Cocok  digunakan  untuk  reaksi-reaksi  yang  eksotermis  karena  slurry  yang
melewati reaktor dapat berperan sebagai penyerap panas.   Menghilangkan  kemungkinan  terjadinya  hot  spot  dalam  reaktor  karena  slurry
juga  bisa berfungsi sebagai distributor suhu sehingga suhu dalam reaktor menjadi seragam.
Disain dan proses scale up reaktor gelembung tiga fasa, investigasi parameter hidrodinamik, dan  parameter  karakteristik  operasi  menjadi  pertimbangan  yang  ada  karena  kepentingan
industri dan aplikasi yang luas dari reaktor jenis ini. Untuk  merancang  reaktor  kolom  gelembung,  parameter  hidrodinamika  yang  dibutuhkan
sebagai berikut : 1.
Luas antarmuka gas-cair tertentu. 2.
Koefisien dispersi padatan aksial 3.
Diameter gelembung rata-rata sauter. 4.
Koefisien dispersi aksial dari gas dan cair. 5.
Koefisien perpindahan panas menyeluruh antara lumpur dan transfer internal dari panas yang tercelup.
6. Koefisien perpindahan massa untuk semua spesi, gas yang tertahan, sifat fisika-kimia
Untuk memperkirakan
parameter-parameter disain
pada sistem,
studi eksperimental bermanfaat  secara  khusus  dalam  penghitungan  alat  dan  aksesoris.  Aliran  gas
ke  dalam  kolom  reaktor  diukur  melalui  rotameter  dan  kecepatan  superfisial  gas disesuaikan.  Gas  kemudian  didistribusikan  oleh  gas  distributor  yang  memiliki  berbagai
alternatif  seperti  jenis  cincin,  plat berlubang, atau distributor lengan. Sebuah pemanas listrik dapat  dipasang  untuk  menjaga  suhu  konstan  dalam  kolom  reaktor.  Sistem  pengukuran
tekanan  dapat  berisi  cairan  manometer  atau  pressure  transducer  pemancar  tekanan. Pengukuran  tekanan  digunakan  untuk  memperkirakan  penahanan  gas  dalam  sistem.
Termokopel  digunakan  ketika  variasi  temperatur  diperlukan  untuk  direkam.  Sensor  fluks panas  dapat  digunakan  untuk  memperkirakan  fluks  panas  dan  untuk mengukur koefisien
perpindahan panas yang sesuai antara objek panas yang tercelup dan lumpur atau  lumpur  dan dinding.  Untuk  control  dan  penyesuaian  yang  lebih  baik,  alat-alat  yang  ada  biasanya
disertai  dengan  kontroler  PID.  Sistem  akuisisi  data  dapat  digunakan  untuk  investigasi parameter  sesaat,  misalnya  untuk  merekam  fluktuasi  tekanan  dan  estimasi  penahanan  gas
sesaat serta sifat gelembung. Salah satu ilustrasi dari aliran multifasa pada reaktor kolom gelembung adalah sebagai
berikut.  Reaktor  berisi  dengan  air  dan  gelembung  gas  yang  dimasukkan  dari  bagian bawah reaktor.  Karena  adanya  gaya  apung,  gelembung  kemudian  naik  ke  bagian  atas
reaktor,  menginduksi  cairan  yang  bergerak  secara  bebas.  Lebih  jauh  lagi,  saat  gelembung naik ke atas melalui air, gas akan terlarut dari gelembung ke dalam cairan.
Pada  aliran  multifasa  dalam  reaktor  kolom  gelembung,  aliran  yang  masuk  bersifat turbulen  dan  dapat  menyebabkan  pertukaran  gas  dengan  cairan  yang  nilainya  optimal.
Kolom  reaktor  dibangun  dengan  beberapa  bentuk  konstruksi.  Proses  pencampuran  terjadi karena  adanya  semprotan  gas  dan  membutuhkan  energi  yang  lebih  sedikit  dibandingkan
dengan  pengadukan mekanis. Cairan yang dimasukkan dapat berupa aliran sejajar atau aliran menyilang.
Reaktor  kolom  gelembung  digambarkan  dengan  volume  isi  cairan  yang  nilainya tinggi  dan  permukaan  perbatasan  fasa.  Reaktor  kolom  gelembung  sangat  berguna  apabila
reaksi  gas-cairan  berjalan  lambat  yang  berhubungan  dengan  laju  absorpsi.  Hal  ini  berlaku untuk reaksi gas-cairan yang harga bilangan Hatta Ha kurang dari 0,3.
Bilangan  Hatta merupakan  parameter  tak  berdimensi  yang  membandingkan antara laju absorpsi  zat  terlarut  A  dalam  sistem  reaktif  N
A0
terhadap  laju  absorpsi  dari  zat terlarut A zat yang sama dalam kasus absorpsi fisis N
A0 phys
.
1.2 Fasa-Fasa pada Reaktor Gelembung Tiga Fasa