4 Reaktor tangki Isotermal (batch dan kontinyu) 1

PERTEMUAN IV: Reaktor
Tangki Isotermal (batch
dan kontinyu)
MATAKULIAH REAKTOR
OLEH DR. FIRDAUS, MT.

DOSEN JURUSAN TEKNIK KIMIA
UNIVERSITAS BUNG HATTA
2016

REAKTOR BATCH/CSTR

REAKTOR ISOTHERMAL DENSITAS
TETAP/VOLUME TETAP
– Tidak terjadi perubahan volume/densitas selama
reaksi berlangsung. Untuk sistem batch fasa gas:
 vessel tertutup dan dipasang alat pengukur
tekanan dan temperatur, volume dalam reaktor
tidak berubah.
 jumlah mol produk sama dengan jumlah mol
reaktan

• Untuk reaksi fasa cair, reaksi berlangsung
dalam larutan dan pearut (solvent) biasanya
mendominasi situasi, sehingga perubahan
densitas solute (akibat pembentukan produk
dari reaktan) tidak berpengaruh secara
significant.
• Untuk reaktor batch, konversi meningkat
terhadap waktu yang dihabiskan dalam
reaktor.

REAKTOR TANGKI
BATCH
Kinds of
Phases
Present

Usage

1. Gas phase

1. Small scale
2. Liquid phase
production
3. Liquid-solid
2. Intermediat
e or one
shot
production
3. Pharmaceuti
cal
4. Fermentatio
n

Advantages

Disadvanta
ges

1. High
1. High

conversion per
operating
unit volume for
cost
one pass
2. Product
2. Flexibility of
quality
operation-same
more
reactor can
variable
produce one
than with
product one
continuous
time and a
operation
different
product the

next
3. Easy to clean

REAKTOR BATCH DIGUNAKAN
UNTUK:
Operasi skala kecil
Pengujian proses baru yang belum
dikembangkan
Untuk proses yang sukar dilakukan
secara kontinyu
Digunakan untuk fase cair
Memproduksi beberapa jenis produk
di satu alat
Untuk kapasitas rendah proses
berdasarkan reaktor batch
biasanya membutuhkan capital
instrument yang rendah.

KERUGIAN:
 Biaya buruh per batch tinggi

 Kualitas produk dapat berubah-ubah dari
batch ke batch
 Biaya buruh dan material handling tinggi,
meliputi:
 Pengisian
 Pemanasan isi reaktor sampai ke
temperatur reaksi
 Mendinginkan sampai ke kondisi yang
sesuai untuk pengeluaran
 Pengosongan
 Pembersihan Reaktor

General Mole Balance Equation
Input = output + reaktan yang
bereaksi + akumulasi
Pada reaktor batch tidak ada aliran
reaktan masuk atau produk keluar selama
input
= 0; output = 0; reaktan
reaksi berlangsung

yang bereaksi = (-rA)

General Mole Balance Equation

Microsoft
Equation 3.0

NA = NAo (1 - XA)

dNA = d(NAo (1 - XA))
= - NAo dXA

General Mole Balance Equation
input = 0; output = 0; reaktan yang bereaksi = (-rA)

0 = 0 + v (-rA) +

NA = NAo (1 - XA)

0 = Vi (-rA) +

dNA = d(NAo (1 - XA))
= - NAo dXA

t = N Ao

UNTUK REAKTOR BATCH
VOLUME KONSTAN
CA = CAo(1-XA)
dCA = -CAo.dXA
Laju reaksi komponen i

Untuk gas ideal:

Contoh 1

Contoh 2
Produksi etil asetat dalam reactor batch. Etil asetat dibuat dengan
esterifikasi asam asetat dengan etanol dalam sebuah reactor batch

isothermal. Laju produksi etil asetat yang dibutuhkan 10 ton per hari
CH3COOH + C2H5OH CH3COOC2H5 + H2O
A
B
M
N
Reactor akan dimuat/diisi dengan campuran 500 kg/m3 etanol dan 250
kg/m3 asam asetat, menyisakan air dan sejumlah kecil asam
hydrochloric yang bekerja sebagai katalis. Densitas campuran 1045
kg/m3 yang diasumsi konstan terhadap reaksi. Reaksi reversible
dengan laju reaksi :
Ra = kf CaCb – kr Cm Cn
Pada temperature operasi 100 C, nilai konstanta laju :
Kf = 8 x 10-6 m3/kmol.s
Kr = 2.7 x 10-6 m3/kmol.s
Campuran reaksi akan dikeluarkan jika konversi asam asetat 30%.
Waktu yang dibutuhkan diantara batch untuk pengeluaran,
pembersihan, dan pembuatan kembali 1800 s. Tentukan volume
reactor yang dibutuhkan.

Solusi :
• Setelah waktu t, x kmol/m3 asam asetat telah
bereaksi, konsentrasinya akan menjadi (Cao –
x). Cao = konsentrasi awal. Dari stoikiometri
reaksi, jika x kmol/m3 asam asetat telah
bereaksi, x kmol/m3 etanol juga akan bereaksi
dan jumlah mol yang sama ester dan air akan
terbentuk. Persamaan laju ditulis
• Ra = kf (Cao – x)(Cbo – x) – kr x(Cno + x)
• Dari komposisi awal campuran, densitasnya,
dan Berat molekul asam asetat, etanol dan air
adalah 60, 46 dan 18

• Cao = 4.2 kmol/m3
• Cbo = 10.9 kmol/m3
• Cno = 16.4 kmol/m3
 
• Dengan metode fraksi parsial diperoleh
• Karena konversi asam asetat 30%,
• Cao = 1,26 kmol/m3

• Dari persamaan di atas t = 4920 s

• 1 m3 dari volume reactor
menghasilkan 1,26 kmol etil asetat
(BM 88) waktu total 6720 s yaitu
waktu reaksi dan 1800 s waktu shut
down. Maka laju produksi rata – rata

• Karena laju produksi yang dibutuhkan
10.000 kg/hari, maka volume reactor
10.000/1420 = 7,1 m3

REAKTOR TANGKI
KONTINYU

• Tipe reaktor yang digunakan dalam industri proses adalah
tangki berpengaduk yang dioperasikan secara kontinyu;
disebut (CSTR) atau reaktor vat atau backmix dan terutama
digunakan untuk reaksi fasa cair.
• Reaktor ini secara normal dioperasikan “steady state” dan

diasumsi diaduk sempurna. Konsekuensinya, tidak ada
ketergantungan temperatur, konsentrasi, atau laju reaksi di
dalam CSTR terhadap waktu atau posisi.
• Karena temperatur dan konsentrasi identik di semua tempat
di dalam vessel reaksi, maka sama juga pada titik keluaran.
• Jadi, temperatur dan konsentrasi di aliran keluar dimodelkan
sama dengan nilainya di dalam reaktor.

REAKTOR TANGKI KONTINYU
(lanjutan)
• Untuk sistem aliran kontinyu, waktu selalu meningkat
terhadap meningkatnya volume reaktor. Makin besar
reaktor, makin lama waktu reaktan mengalir di dalam
reaktor dan maka makin lama waktu untuk bereaksi.
• Konsekuensinya, konversi X adalah fungsi volume reaktor
V. Jika FAo adalah laju alir molar speci A yang diumpankan
ke sistem yang beroperasi steady state, laju molar speci A
bereaksi dalam sistem menjadi FAo.X.

• Laju umpan molar A ke sistem minus laju
reaksi A dalam sistem sama dengan laju
alir molar A meninggalkan sistem FA.

• Laju alir molar speci A, FAo (mol/detik),
adalah hasil kali konsentrasi, CAo
(mol/dm3), dan laju alir volumetrik, vo
(dm3/detik)

CSTR

TUGAS
1. Reaktor bacth direncanakan beroperasi untuk mengkonversi
A menjadi R. Ini adalah reaksi fasa cair, dengan stoikiometri
A  R, dan laju reaksi diberi di Tabel. Berapa lama reaksi tiap
batch untuk konsentrasi turun dari C Ao = 1,3 mol/liter
menjadi CAf = 0,3 mol/liter.?
CA, mol/liter

-rA,
mol/liter.menit

0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
1,0
1,3
2,0

0,1
0,3
0,5
0,6
0,5
0,25
0,10
0,06
0,05
0,045
0,042

2. Problem no 5 chapter 5, Levenspiel, second edition