Macam Macam Reaktor Natural Gas Reformin

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’,