makalah reaktor dan kolom distilasi

REAKTOR DAN KOLOM DISTILASI

Di Susun oleh : Dody Saputra

061340411637

Meilani Kharlia Putri

061340411653

Kelas 4 EG D

Dosen pembimbing : Zulkarnain, S.T.,M.T.

JURUSAN TEKNIK KIMIA PROGRAM STUDI DIV TEKNIK ENERGI POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA PALEMBANG 2015

Kata Pengantar Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa atas segala limpahan Rahmat, Inayah, Taufik dan Hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan makalah yang berjudul ‘’Reaktor dan Kolom Distilasi’’ ini meskipun banyak kekurangan di dalamnya. Dan juga kami berterima kasih kepada Bapak Zulkarnain S.T.,M.T. selaku dosen pembimbing mata kuliah Pengenalan Pabrik yang telah memberikan tugas ini kepada kami. Kami sangat berharap makalah ini dapat berguna dalam rangka menambah wawasan serta pengetahuan kita mengenai salah satu peralatan utama yang digunakan di suatu pabrik, fungsi dan mekanisme kerjanya. Semoga makalah sederhana ini dapat dipahami bagi siapapun yang membacanya. Sebelumnya kami mohon maaf apabila terdapat kesalahan kata-kata yang kurang berkenan dan kami juga menyadari sepenuhnya bahwa di dalam makalah ini terdapat kekurangan dan jauh dari kata sempurna. Oleh sebab itu, kami berharap adanya kritik dan saran yang membangun demi perbaikan di masa mendatang. Palembang, Mei 2015 Penulis

DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR.......................................................................... ii DAFTAR ISI........................................................................................ iii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang............................................................ 1 1.2 Tujuan......................................................................... 2 1.3 Rumusan Masalah....................................................... 2 BAB II PEMBAHASAN 2.1 Pengertian Reaktor.............................................................. 3 2.1.1 Definisi Reaktor......................................................... 3 2.1.2 Tujuan Pemilihan Reaktor.......................................... 3 2.1.3 Faktor yang Mempengaruhi Pemilihan Reaktor........ 3 2.1.4 Komponen Reaktor Kimia.......................................... 4 2.1.5 Aksesoris Reaktor....................................................... 4 2.2 Jenis-jenis Reaktor............................................................... 5 2.3 Reaktor Kimia...................................................................... 5 2.3.1 Jenis-jenis Reaktor Kimia.......................................... 6 2.4 Fluid-fluid Reaktor................................................................ 21 2.5 Reaktor Nuklir...................................................................... 24 2.5.1 Prinsip Kerja Reaktor Nuklir...................................... 24 2.5.2 Komponen Dasar Reaktor Nuklir............................... 25 2.5.3 Jenis-Jenis Reaktor Nuklir.......................................... 29 2.6 Pengertian Kolom Distilasi................................................... 35 2.6.1 Definisi Distilasi ......................................................... 35 2.6.2 Pembagian Distilasi..................................................... 36 2.6.3 Definisi Kolom Distilasi.............................................. 42 2.6.4 Bagian-bagian Kolom Distilasi................................... 42 2.6.5 Tipe-tipe Kolom Distilasi............................................ 42 2.6.6 Aplikasi........................................................................ 45 BAB III PENUTUP KESIMPULAN .................................................................................. DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

BAB I

46

PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Reaktor adalah suatu alat proses tempat terjadinya suatu reaksi berlangsung, baik itu reaksi kimia maupun nuklir. Dengan terjadinya reaksi inilah suatu bahan berubah ke bentuk bahan lainnya, perubahannya ada yang terjadi secara spontan (dengan sendirinya) atau bisa juga dengan bantuan energi seperti energi panas. Perubahan yang terjadi adalah perubahan kimia sehingga yang terjadi adalah bukan perubahan fase melainkan perubahan bahan, misalnya dari air menjadi uap. Secara garis besar, reaktor terbagi menjadi 2 jenis, yaitu reaktor kimia dan reaktor nuklir. Reaktor kimia adalah jenis reaktor yang umum sekali digunakan dalam industri. Hal ini dikarenakan, dalam sintesis bahan kita selalu memerlukan jenis reaktor ini. Reaktor nuklir umumnya digunakan untuk pembangkit listrik, namun sekarang penggunaannya sedah mulai luas, misalnya untuk merekayasa genetic suatu bibit agar menjadi bibit unggul. Distilasi merupakan suatu proses pemisahan dua atau lebih komponen zat cair berdasarkan pada titik didih. Secara sederhana destisi dilakukan dengan memanaskan/menguapkan zat cair lalu uap tersebut didinginkan kembali supaya jadi cair dengan bantuan kondensor. Destilasi digunakan untuk memurnikan zat cair, yang didasarkan atas perbedaan titik didih cairan. Pada proses ini cairan berubah menjadi uap. Uap ini adalah zat murni. Kemudian uap ini didinginkan pada pendingin ini, uap mengembun manjadi cairan murni yang disebut destilat. Destilat dapat digunakan untuk memperoleh pelarut murni dari larutan yang mengandung zat terlarut misalnya destilasi air laut menjadi air murni. Pada distilasi terdapat kolom-kolom yang disebut kolom distilasi. Dimana kolm distilasi ini adalah Suatu alat yang digunakan dalam proses distilasi. Kolom itu sendiri merupakan alat dengan isolasi pada ruang hampa yang sebelumnya diujicobakan pada suhu 2000C.

1.2 Tujuan Penulisan Adapun tujuan dari penulisan ini adalah : 1. Untuk mengetahui pengertian reaktor. 2. Untuk mengetahui jenis-jenis reaktor.

3. Untuk mengetahui fluida-fluid reaktor. 4. Untuk mengetahui apa itu distilasi 5. Untuk mengetahui apa itu kolom distilasi 6. Untuk mengetahui tipe-tipe kolom distilasi 1.3 Rumusan Masalah Dari latar belakang diatas, maka dapat di buat rumusan permasalahan, yaitu : 1. Apa pengertian dari reaktor? 2. Apa saja jenis-jenis reaktor? 3. Apa saja fluid-fluid reaktor? 4. Apa pengertian distilasi secara umum? 5. Apa pengertian kolom distilasi? 6. Apa saja tipe-tipe dari kolom distilasi?

BAB II PEMBAHASAN 2.1 Pengertian Reaktor 2.1.1 Definisi Reaktor Reaktor adalah satu alat proses tempat terjadinya suatu reaksi berlangsung, baik itu reaksi kimia maupun nuklir. Dengan terjadinya reaksi inilah suatu bahan berubah ke bentuk bahan lainnya, perubahannya ada yang terjadi secara spontan (dengan sendirinya) atau bisa juga dengan bantuan energi seperti energi panas. Perubahan yang terjadi adalah perubahan kimia sehingga yang terjadi adalah bukan perubahan fase melainkan perubahan bahan, misalnya dari air menjadi uap. 2.1.2 Tujuan Pemilihan Reaktor Dalam pemilihan reaktor, terdapat tujuan-tujuan sebagai berikut: 1. Mendapat keuntungan besar. 2. Biaya produksi yang rendah. 3. Modal kecil atau volume reaktor minimum.

4. Operasinya sederhana dan murah. 5. Keselamatan kerja terjamin. 6. Polusi terhadap sekelilingnya (lingkungan) dijaga sekecil-kecilnya.

2.1.3 Faktor yang Mempengaruhi Pemilihan Jenis Reaktor 1. Fase zat pereaksi dan hasil reaksi. 2. Tipe reaksi dan persamaan kecepatan reaksi, serta ada tidaknya reaksi samping. 3. Kapasitas produksi. 4. Harga reaktor dan biaya instalasinya. 5. Kemampuan reaktor untuk menyediakan luas permukaan yang cukup untuk

perpindahan panas. 2.1.4 Komponen Reaktor Kimia Secara Umum 1. Cooling Jacket Cooling jacket berfungsi sebagai batas lingkungan dengan sistem reaktor. Selain itu juga berfungsi sebagai penghalang panas agar tidak terbuang ke lingkungan. 2. Motor Motor digunakan sebagai penggerak agitator (pengaduk). Motor terdapat pada reaktor yang memiliki pengaduk. 3. Agitator Agitator adalah baling-baling pengaduk pada tangki berpengaduk. 4. Inlet Feed Inlet feed merupakan tempat dimana pereaksi (feed) dimasukkan kedalam reaktor. Inlet feed hanya terdapat pada reaktor kontinyu dan tidak terdapat pada reaktor batch. 5. Outlet Outlet merupakan produk keluaran dari reaktor. 6. Aksesoris Reaktor Aksesoris reaktor berupa pengontrol ketinggian, pengontrol volume, pengontrol suhu dan sebagainya. 2.1.5 Aksesoris Reaktor Beberapa contoh dari aksesoris reaktor adalah : 1. Level Controller (LC), suatu alat yang menjaga agar volume (isi) reaktor tetap terjaga, tidak kehabisan reaktan ataupun kelebihan yang dapat menyebabkan kenaikan tekanan. Cara kerja dari alat ini adalah dengan terus mendeteksi ketinggian permukaan bahan dalam reaktor, jika kurang

dari toleransi yang diberikan (set point) maka kran keluaran (output) akan mengecil sampai ketinggian mencapai tinggi yang telah di set. Sebaliknya jika melebihi kran keluaran akan dibuka lebih lebar untuk mengurangi bahan dalam reaktor. 2. Pressure Controller (PC), suatu alat yang bertugas untuk menjaga agar tekanan dalam reaktor masih berada pada kisaran yang ditetapkan. Biasanya diterapkan pada reaktor yang memakai reaktan berfasa gas. Cara kerjanya mirip dengan LC yaitu dengan membuka dan menutup kran. 3. Temperature Controller (TC), suatu alat yang bertugas agar suhu di dalam reaktor masih berada dalam kisaran suhu operasinya. TC juga bekerja dengan membuka dan menutup kran, namun kran yang diintervensi adalah kran utilitas. Misalnya CSTR berpemanas, jika suhu drop maka kran koil uap panas (steam) akan diperbesar sehingga steam yang masuk akan lebih banyak yang akhirnya suplai panas pun bertambah dan akhirnya suhu reaktor akan bertambah dan suhu reaktor pun dapat kembali ke suhu yang normal. 2.2 Jenis-jenis Reaktor Reaktor secara garis besar terbagi menjadi 2 jenis, yaitu: 1. Reaktor kimia Reaktor kimia adalah jenis reaktor yang umum sekali digunakan dalam industri. Hal ini dikarenakan, dalam sintesis bahan kita selalu memerlukan jenis reaktor ini. 2. Reaktor nuklir Penggunaan reaktor nuklir umumnya sangat dibatasi penggunaannya, mengingat standar keselamatannya yang sangat tinggi. Reaktor nuklir umumnya digunakan untuk pembangkit listrik, namun sekarang penggunaannya sedah mulai luas, misalnya untuk merekayasa genetic suatu bibit agar menjadi bibit unggul. 2.3 Reaktor Kimia Dalam teknik

kimia,

reaktor

kimia

adalah

suatu

bejana

tempat

berlangsungnya reaksi kimia. Rancangan dari reaktor ini tergantung dari banyak variabel yang dapat dipelajari di teknik kimia. Perancangan suatu reaktor kimia harus mengutamakan efisiensi kinerja reaktor, sehingga didapatkan hasil produk dibandingkan masukan (input) yang besar dengan biaya yang minimum, baik itu

biaya modal maupun operasi. Tentu saja faktor keselamatan pun tidak boleh dikesampingkan. Biaya operasi biasanya termasuk besarnya energi yang akan diberikan atau diambil, harga bahan baku, upah operator dan lain-lain. Perubahan energi dalam suatu reaktor kimia bisa karena adanya suatu pemanasan atau pendinginan, penambahan atau pengurangan tekanan, gaya gesekan (pengaduk dan cairan), dan lain-lain. 2.3.1 Jenis-jenis reaktor kimia dapat diklasifikasikan berdasarkan beberapa faktor berikut: a. Pembagian reaktor kimia berdasarkan bentuknya Berdasarkan bentuknya, reaktor kimia diklasifikasikan menjadi: 1.

Reaktor tangki

Gambar 2.1 Reaktor dikenal

dalam

Reaktor Tangki tangki

banyak

bidang

kimia,

dimana pada bidang

yang

banyak

bersinggungan

dengan unsur dan

kontaminan-kontaminan berbahaya tersebut. Reaktor tangki digunakan untuk proses penambahan dan pencampuran bahan-bahan kimia. Reaktor tangki yang berkualitas akan memungkinkan kegiatan-kegiatan seperti oksidasi, reduksi, oil cracking, pH adjustment, metals precipitation, dan proses-proses kimia lainnya dilakukan secara aman dan maksimal. Beratnya tugas yang akan diemban oleh reaktor tangki tersebut membuat proses perancangan dan pembuatannya pun harus dilakukan secara sempurna dan se-efisien mungkin. Ada banyak variabel yang harus diperhitungkan sebelum membuat sebuah reaktor tangki. Tetapi, secara umum perancangan suatu reaktor

tangki harus benar-benar memperhatikan efisiensi kinerja dan keselamatan kerjanya. Sebuah reaktor tangki yang baik dan berkualitas harus bisa dioperasikan secara kontinyu maupun pertain (batch). Pada umumnya, reaktor tangki akan beroperasi dalam keadaan diam (steady state) walaupun tidak menutup kemungkinan untuk dioperasikan dalam keadaan transient. Saat pertama kali beroperasi, reaktor tangki biasanya akan beroperasi secara transien karena komponen produk masih berubah terhadap waktu. Seiring dengan berjalannya waktu, reaktor akan beroperasi secara steady dimana semua komponen produk dalam tangki telah berada dalam kondisi yang cukup stabil. Reaktor tangki dikatakan ideal apabila pengadukannya sempurna, sehingga komposisi dan suhu didalam reaktor setiap saat selalu seragam. Reaktor tangki dapat dipakai untuk proses batch, semi batch, dan proses alir. 2.

Reaktor pipa

Gambar 2.2 Reaktor Reaktor digunakan sehingga

jenis

ini

tanpa

pengaduk,

disebut

Dikatakan

Pipa

ideal

biasanya

reaktor alir pipa. apabila

zat

pereaksi yang berupa

gas atau cairan,

mengalir

pipa

di

dalam

arah sejajar dengan sumbu pipa. b.

Pembagian reaktor berdasarkan proses

dengan

1.

Berdasarkan prosesnya, reaktor dapat diklasifikasikan menjadi: Reaktor batch Reaktor batch merupakan reaktor dimana saat terjadinya reaksi tidak ada

reaktan yang masuk dan produk yang keluar. Dalam reaktor batch, reaksinya terjadi dalam sekali proses. Reaktor jenis ini biasanya sangat cocok digunakan untuk produksi berkapasitas kecil, seperti dalam proses pelarutan padatan, pencampuran produk, reaksi kimia, batch distillation, kristalisasi, ekstraksi caircair, polimerisasi, farmasi, dan fermentasi.

Gambar 2.3 Reaktor Batch Berikut ini beberapa

ketetapan

penggunaan  Selama

reaktor reaksi

tipe batch. berlangsung tidak

terjadi perubahan Pengadukan

temperatur. dilakukan dengan

sempurna,

konsentrasi

semua titik dalam

reaktor

sama

homogen



atau

dalam

di adalah pada

waktu yang sama. Reaktor batch bisa tersusun oleh sebuah tangki dengan pengaduk serta sistem pendingin atau pemanas yang menyatu dengan reaktor. Tangki ini memiliki ukuran yang bervariasi mulai dari kurang dari 1 L sampai lebih dari 15.000 L tergantung kebutuhan. Batch reaktor biasanya terbuat dari baja, stainless steel atau baja berlapis kaca. Padatan dan cairan yang akan masuk reaktor biasanya melalui sambungan yang terdapat pada tutup atas reaktor. Untuk uap dan gas yang keluar reaktor biasanya juga melalui bagian atas, sedangkan untuk cairan keluar melalui bagian bawah. Mekanisme kerja reaktor batch

Reaktan dimasukkan ke dalam reaktor, sehingga terjadi reaksi dalam waktu tertentu. Setelah itu, produk (hasil) akan dikeluarkan dari reaktor. Pada saat reaksi berlangsung, tidak ada reaktan yang masuk dan produk yang keluar. Didalam reaktor terjadi pengadukan yang sempurna, sehingga konsentrasi disetiap titik dalam reaktor sama pada waktu yang sama. 2.

Reaktor alir Reaktor alir disebut reaktor ideal jika zat-zat pereaksi dan hasil reaksi

mengalir dengan kecepatan yang sama diseluruh penampang pipa. Pada reaktor, komposisi suhu dan tekanan diseluruh penampang reaktor selalu sama. Perbedaan komposisi suhu dan tekanan hanya terjadi di sepanjang dinding reaktor. Reaktor jenis ini banyak digunakan dalam industri dengan zat pereaksi atau reaktan berupa fase gas atau cair dengan kapasitas produksi yang cukup besar. Reaktor alir terbagi menjadi 2 jenis, yaitu: 1. Reaktor alir tangki berpengaduk (RATB)

Gambar 2.4 Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) Reaktor alir tangki berpengaduk (RATB) merupakan reaktor yang paling sering dijumpai dalam industri kimia. Reaktor ini termasuk sistem reaktor kontinyu untuk reaksi-reaksi sederhana. Berbeda dengan sistem operasi batch dimana selama reaksi

berlangsung tidak ada aliran yang

masuk

meninggalkan

atau

maka

(kontinyu) baik umpan

maupun produk akan mengalir

secara terus-menerus.

Sistem seperti ini memungkinkan

kita

pada

bekerja

operasi berjalan secara

dalam

secara

berkesinambungan,

untuk

di

sistem

suatu

keseluruhan

reaktor

alir

keadaan

dimana

daripada

sistem

berada dalam kondisi stasioner. Ini berarti bahwa baik aliran yang masuk, aliran keluar, maupun kondisi operasi reaksi di dalam reaktor tidak lagi berubah oleh

waktu. Pengertian waktu reaksi tidak lagi sama dengan lamanya operasi berlangsung, tetapi ekivalen dengan lamanya reaktan berada dalam reaktor. Pernyataan ini biasa disebut waktu tinggal campuran di dalam reaktor, yang besarnya ditentukan oleh laju alir campuran yang lewat serta volume reaktor dimana reaksi berlangsung. Reaktor tipe ini bisa terdiri dari satu tangki atau lebih. Biasanya tangkitangki ini dipasang vertical

dengan

sempurna.

pada masing-masing

tangki

Pengadukan

dilakukan

diperoleh

suatu

secara

pengadukan

kontinyu

keadaan

sehingga

dimana

komposisi

campuran di dalam reaktor

benar-benar seragam.

RATB sering atau biasa

digunakan

reaksi

homogen

yang

dalam

satu

(reaksi

fase

saja),

untuk

berlangsung

misalnya

fase cair-

cair atau gas-gas Untuk reaksi fase gas (non katalitik), reaksinya berlangsung cepat tetapi akan mudah terjadi kebocoran sehingga dinding reaktor harus dibuat tebal, misalnya pada reaksi pembakaran. Untuk reaksi fase cair (katalitik), reaksinya berlangsung dalam sistem koloid. Pada RATB, kecepatan volumetrik umpan yang masuk sama dengan kecepatan

volumetrik

akumulasinya

sama

hasil dengan

(produk) nol.

yang

Adanya

keluar

sehingga

pengadukan

yang

kecepatan sempurna

menyebabkan komposisi di dalam reaktor sama dengan komposisi yang keluar dari reaktor, begitu pula dengan parameter lain seperti kosentrasi, konversi reaksi, dan kecepatan reaksi. Mekanisme kerja RATB Pada RATB prosesnya berlangsung secra kontinyu, pengadukan adalah yang terpenting dalam reaktor ini karena dengan adanya pengadukan akan menjadikan reaksinya menjadi homogen. 2.

Reaktor alir pipa (RAP)

Gambar 2.5 Reaktor Alir Pipa Reaktor alir pipa adalah reaktor dimana cairan bereaksi dan mengalir dengan cara melewati tube (tabung) dengan kecepatan tinggi, tanpa terjadi pembentukan arus putar pada aliran cepat. Reaktor alir pipa sering disebut juga sebagai reaktor alir sumbat atau continuous tubular reactors (CTRs). Reaktor ini biasanya dilengkapi dengan selaput membrane untuk menambah yield produk pada reaktor. Produk secara selektif ditarik dari reaktor sehingga keseimbangan dalam reaktor secara kontinyu bergeser membentuk lebih banyak produk. Pada umumnya, reaktor alir pipa dilengkapi dengan katalisator. Dalam RAP, satu atau lebih reaktan dipompakan ke dalam suatu pipa. Biasanya reaksi yang digunakan pada reaktor ini adalah reaksi fase gas. Reaksi kimia berlangsung sepanjang pipa sehingga semakin panjang pipa maka konversi yield akan semakin tinggi. Namun, tidak mudah untuk menaikkan konversi karena di dalam RAP konversi terjadi secara gradient. Pada awalnya, kecepatan reaksi berlangsung secara cepat namun setelah panjang pipa tertentu atau pipa bertambah panjang maka jumlah reaktan akan berkurang dan kecepatan reaksi berlangsung lebih lambat seiring panjangnya pipa. Di dalam RAP, fluida mengalir dengan perlakuan yang sama sehingga waktu tinggal sama untuk semua elemen fluida. Fluida sejenis yang mengalir melalui reaktor ideal ini disebut dengan plug. Saat plug mengalir sepanjang RAP, fluida bercampur sempurna dalam arah radial bukan dalam arah axial (dari arah depan atau belakang). Setiap plug dengan volume berbeda dinyatakan sebagai kesatuan yang terpisah-pisah ( hampir seperti reaktor batch) dimana plug mengalir turun melalui pipa reaktor ini. Beberapa hal penting mengenai RAP: 1. Perhitungan dalam model RAP mengasumsikan tidak terjadi pencampuran, dan reaktan bergerak secara aksial bukan radial. 2. Katalisator dapat dimasukkan melalui titik yang berbeda dari titik masukan, diharapkan reaksi lebih optimal dan terjadi penghematan.

3. Biasanya, RAP memiliki konversi yang lebih besar dibanding RATB dalam volume yang sama. Artinya, dengan waktu tinggal yang sama RAP memberikan hasil yang lebih besar dibanding RATB. 3. Reaktor semi batch

Gambar 2.6 Reaktor Semi Batch Reaktor semi batch mungkin adalah jenis yang paling sering ada dalam industri kimia, terutama di cabang biokimia, di laboratorium kimia organik dan dalam proses bioteknologi. Reaktor ini biasanya berbentuk tangki berpengaduk. Reaktor semi batch berlangsung secara batch dan kontinyu secara bersamaan. Contoh paling sederhana misalnya pada tangki fermentor, ragi dimasukkan sekali ke dalam tangki (secara batch) namun CO2 yang dihasilkannya dikeluarkan secara kontinyu. Contoh lainnya adalah pada proses klorinasi, pada suatu reaksi cair-gas, gas digelembungkan secara kontinyu dari dasar tangki agar bereaksi dengan cairan di tangki yang diam (batch). Reaktor semi batch beroperasi seperti reaktor batch namun, reaktor ini dimodifikasi adanya

sehingga penambahan

penghapusan

produk

dapat pereaksi

memperkenankan dan

atau

dalam suatu waktu.

Pemilihan reaktor Baik reaktor batch

maupun reaktor semi batch

lebih cocok untuk reaksi

fase cair dan produksi skala

kecil,

biasanya

karena

mereka

membutuhkan

biaya modal yang lebih rendah daripada operasi reaktor alir pipa, tetapi akan dikenakan biaya yang lebih besar per unit jika produksi ingin ditingkatkan. c.

Pembagian reaktor berdasarkan keadaan operasinya Berdasarkan keadaan operasinya, reaktor terbagi menjadi:

1.

Reaktor isotermal

Gambar 2.7 Reaktor Isotermal Reaktor isotermal adalah reaktor yang beroperasi secara isotermal, jika umpan yang masuk ke reaktor, campuran dalam reaktor dan cairan yang keluar dari reaktor selalu seragam dan suhunya sama dan keadaan awal secara operasional

sulit

dilaksanakan

sebab

perpindahan panas yang

terjadi harus selalu dapat

mengimbangi panas reaksi

yang terjadi (untuk reaksi

eksoterm)

diperlukan

atau

panas

untuk

reaksi

reaktor

yang

tidak

ada

endoterm. 2.

Reaktor adiabatis

Gambar 2.8 Reaktor Adiabatis Reaktor

adiabatis

adalah

beroperasi secara adiabatis

dimana

perpindahan panas antara

reaktor

sekelilingnya. Ditinjau dari

segi

reaktor

yang

paling sederhana, cukup

dengan menyekat reaktor,

sehingga tidak ada panas

adiabatis

dengan operasionalnya,

yang hilang ke sekelilingnya. Jika reaksi yang terjadi adalah reaksi eksotermis,

maka panas yang terjadi karena reaksi dapat dipakai untuk menaikkan suhu campuran di reaktor. 3.

Reaktor

Non-

Adiabatis Reaktor

non

adiabatis yang

adalah

reaktor

beroperasi

non

secara

adiabatis

dimana

terdapat perpindahan

panas

antara

dengan

reaktor

sekelilingnya. d. 1.

Pembagian reaktor khusus (Reaktor dengan katalis padat) Packed/Fixed bed reaktor (PBR)

Gambar 2.9 Reaktor Fixed Bed 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. Reaktor jenis ini terdiri dari satu pipa atau lebih yang berisi tumpukan katalis stasioner dan dioperasikan vertikal. Reaktor fixed bed biasanya dioperasikan secara adiabatis. Bentuk reaktor fixed bed 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 Katalisator diisi lebih dari satu tumpuk katalisator, fixed bed dengan katalisator lebih dari satu tumpuk banyak dipakai dalam proses adiabatis. 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 reaktor dapat digunakan untuk pemanas gas reaksi. Pemilihan katalisator Untuk menentukan katalisaor mana yang sebaiknya digunakan dapat dipakai pertimbangan sebagai berikut :  Harga katalisator. Dipilih harga katalisator yang murah, untuk menghemat investasi dan biaya 

operasi Mudah atau tidaknya diregenerasi. Jika katalisator dapat diregenerasi tanpa harus merusak aktivitasnya dapat

 

mengurangi biaya pembelian katalisator baru Dapat diproduksi dalam jumlah yang besar Tahan terhadap racun. Jika katalisator tahan terhadap racun akan berumur panjang dan tidak mudah



kehilangan aktivitasnya. Sebaiknya dipakai katalisator yang berumur panjang dengan maksud untuk menghemat dana untuk membeli katalisator baru, untuk mengurangi waktu produksi yang hilang guna penggantian katalisator.

2.

Fluidized

bed

reaktor (FBR)

Gambar 2.10

Reaktor Fluidized Bed

Fluidized Bed Reaktor adalah adalah jenis reaktor kimia yang dapat digunakan untuk mereaksikan bahan dalam keadaan banyak fasa. Reaktor jenis ini menggunakan fluida (cairan atau gas) yang dialirkan melalui katalis padatan (biasanya berbentuk butiran-butiran kecil) dengan kecepatan yang cukup sehingga katalis akan terolak sedemikian rupa dan akhirnya katalis tersebut dapat dianalogikan sebagai fluida juga. Proses ini, dinamakan fluidasi. Fluidized Bed Reaktor dapat digunakan untuk pencampuran dan pemisahan antar fasa. Perbedaan fluidized bed dengan Fixed bed: Pada fluidized bed jumlah katalis lebih sedikit dan katalis bergerak sesuai kecepatan aliran gas yang masuk serta memberikan luas permukaan yang lebih besar.

e.

Reactor Berdasarkan Susunannya  Reaktor Seri 1. Reaktor aliran plug susunan seri Pada gambar menunjukkan sebuah sistem susunan seri reaktor aliran plug,

dimana tidak terdapat sisa aliran antara reaktor berikutnya. Pada gambar tersebut terdapat tiga reaktor seri, tetapi ada beberapa kasus yang jumlah reaktornya lebih sedikit atau lebih banyak. Jumlah volume pada susunan seri untuk N reaktro, diekspresikan dalam bentuk keseimbangan mol untuk masing – masing reaktor.

Dengan kata lain, jumlah volume untuk semua reaktor diperoleh dengan mengintegralkan persamaan neraca mol input pada reaktor pertama dan cabang dari yang terakhir. Keseimbangan mol pada beberapa reaktor mungkin dapat dikalkulasikan pada bentuk sebuah konversi fraksi masukan (input) pada reaktor pertama.

2.11Reaktor aliran plug susunan seri

1. CSTR dalam susunan seri Sebuah sistem CSTR dalam susunan seri diilustrasikan pada gambar. Dalam hal ini, cabang dari satu reaktor membentuk aliran yang ada pada reaktor yang berikutnya dalam susunan seri lainnya. Dalam bagian ini kita anggap bahwa tidak ada perubahan sistem antara reaktor. Persamaan konversi dapat diselesaikan untuk masing – masing reaktor dalam susunan seri.

2.12 CSTR dalam susunan seri

Total volume reaktor minimum untuk CSTR dalam susunan seri adalah dideterminasikan dari volume reaktor minimum yang dibutuhkan untuk memperoleh konversi pada kondisi yang ada pada reaktor pertama. Persamaan

keseimbangan mol data ditulis untuk masing – masing CSTR, dengan konversi dalam beberapa reaktor yang ditentukan dalam bentuk nilai aliran molar A ada pada reaktor pertama. Nilai aliran Inlet dan outlet dibagi dengan nilai reaksi dapat di plot sebagai sebuah fungsi konversi untuk sistem reaktor ini. Minimisasi masssa dapat ditunjukan dalam bentuk nilai XAi yang meminimumkan volume reaktor total. Volume total minimum ditemukan dengan mengambil turunan volume total dengan mengikuti pada XA1, dan menyusun hasil yang sma dengan mol. Lalu, ambil hasil penurunannya dengan mengikuti pada X A1 dan susun hasil dengan sama dengan nol. Susunan ulang persamaan tersebut untuk memberikan kondisi yang memberikan volume minimum. Konstanta kesetimbangan untuk semua reaksi dalam bentuk konsentrasi adalah dengan mengasumsikan gas ideal. Keuntungan dan Kekurangan dari rangkaian seri Keuntungan 

Menghasilkan produk yang sempurna



Feed ( umpan ) diteruskan secara kontinyu



Memberikan konversi produk yang lebih tinggi

Kerugian 

Kapasitas produk yang dihasilkan sedikit



Membutuhkan waktu lama untuk operasi

 Reaktor Paralel 1. Reaktor aliran plug dalam susunan paralel Dalam sistem paralel reaktor aliran plug, sebuah aliran bertekanan dibagi dalam beberapa bentuk, masing – masing masukan pada sebuah reaktor aliran plug, seperti yang diilustrasikan pada gambar. Konversi keseluruhan dari sistem reaktor dapat didetermenasikan dengan pembentukan sebuah keseimbangan mol pada titik konvergen aliran cabang. Hal ini dapat ditunjukkan oleh temperatur dan

total nilai molar, dimana konversi keseluran tertinggi yang diperoleh adalah sama pada masing – masing reaktor. Pada industri, umumnya reaktor tubulal terdiri dari banyak ( mungkin ratusan ) pipa yang paralel dengan ukuran yang sama, dimana masing – masing reaktor mempunyai kondisi operasi yang sama.

2.13 Reaktor aliran plug dalam susunan paralel

1. CSTR dalam susunan paralel Pada gambar menunjukkan CSTR dalm susunan paralel dimana analisis sistem ini mirip pada analisis sistem paralel PFR, yang pada masing – masing reaktor dapat dianalisa secara terpisah. Untuk sebuah sistem paralel CSTR, konversi keseluran tertinggi didapat ketika konversi dimana pada masing-masing reaktor. Dengan kata lain, total nilai aliran dibagi berdasarkan reaktor-reaktor menurut volume yang ada. Sebuah sistem N paralel CSTR pada ruang dan waktu yang sama, akan memberikan konversi keseluran sama sebagai sebuah CSTR tunggal dengan sebuah volume (Vt) sama untuk sejumlah volume total CSTR dalam susunan paralel.

2.14 CSTR dalam susunan paralel Keuntungan dan kerugian dari rangkaian paralel Keuntungan

o Menghasilkan produk homogen o Memperbesar kapasitas produk o Waktu pengoperasiannya lebih cepat Kerugian o Produk yang dihasilkan belum begitu sempurna o Menghasilkan konversi produk yang sama 2.4

Fluid-fluid Reaktor Biasa digunakan untuk reaksi gas-cair dan cair-cair. 1. Bubble tank. Bubble tank adalah jenis reaktor kimia yang dapat digunakan untuk mereaksikan bahan dalam keadaan banyak fasa. Reaktor jenis ini menggunakan fluida (cairan atau gas) yang dialirkan melalui katalis padatan (biasanya berbentuk butiran-butiran kecil) dengan kecepatan yang cukup sehingga katalis akan terolak sedemikian rupa dan akhirnya katalis tersebut dapat dianalogikan sebagai fluida juga.

Gambar 2.15 : Bubble Tank

2.

Agitate tank Agitate tank adalah digunakan untuk menyediakan reservoir penyimpanan untuk batch campuran dari mixer kecepatan geser tinggi. Tiga fungsi utama dari agitate tank :

 

Persamaan gelembung udara terjebak selama proses pencampuran. Agitate bertindk sebagai reservoir penyimpanan untuk batch campuran yang memungkinkan kelangsungan penyediaan dipertahankan untuk



pompa. Agitate dari dayung khusus bebentuk menjaga campuran dalam suspensi sebelum pemompaan.

Gambar 2. 14 : Agitate Tank

3. Spray Tower Spray tower adalah perangkat kontrol terutama digunakan untuk pengkondisian gas (pendingin dan pelembab) atau untuk tahap pertama atau penghapus partikel gas. Mereka juga digunakan di banyak gas cerombnong desulfurisasi sistem untuk mngurangi penumpukan plugging dan skala oleh polutan.

Gambar 2.15 : Spray Tower

Spray tower terdiri dari chamber-chamber besar di mana phase gas mengalir dan masuk serta kontak dengan likuid di dalam spray nozzles. Berikut ini menunjukan aliran phase di dalam spray tower, likuid masuk dalam spray dan jatuh karena gaya gravitasi, serta kontak secara counter curent dengan aliran gas yang masuk. Untuk ketinggian yang rendah, efisiensi ruang spray kira-kira mendekati packed powder, tetapi untuk ketinggian yang melebihi 4 ft efisiensi spray turun dengan cepat. Sedangkan kemungkinan berlakunya interfase aktif yang sangat besar dengan terjadinya sedikit penurunan, panda prakteknya ditemukan ketidakmungkinan untuk mencegah hubungan ini, dan selama permukaan interfase efektif berkurang dengan ketinggian, dan spray tower tidak digunakan secara luas. Spray tower digunakan untuk transfer massa larutan gas yang tinggi dimana dikontrol laju perpindahan masa secara normal pada phase gas. Tipe dari kolom absorber memiliki klasifikasi dan pemakaian yang berbeda-beda pada operasinya. Hal ini harus dipahami secara seksama agar kita dapat lebih memahami lagi sistem absober jenis ini Persyaratan pokok yang diperlukan untuk isian menara ialah: 1. Harus tidak bereaksi kimia dengan fluida di dalam menara 2. Harus kuat, tetapi tidak terlalu berat. 3. Harus mengandung cukup banyak laluan untuk kedua arus tanpa terlalu banyak zat cair yang terperangkap atau menyebabkan penurunan tekanan terlalu tinggi. 4. Harus memungkinkan terjadinya kontak yang memuaskan antara zat cair dengan gas. 5. Harus tidak terlalu mahal. 2.5

Reaktor Nuklir

Reaktor nuklir adalah suatu alat untuk mengendalikan reaksi fisi berantai dan sekaligus menjaga kesinambungan reaksi itu. Reaktor nuklir ditetapkan sebagai "alat yang menggunakan materi nuklir sebagai bahan bakarnya Materi fisi yang digunakan sebagai bahan bakar misalnya uranium, plutonium dan lain-lain. Untuk uranium digunakan uranium alam atau uranium diperkaya. Jadi secara umum reaktor nuklir adalah tempat berlangsungnya reaksi nuklir yang terkendali. Untuk

mengendalikan operasi dan menghentikannya digunakan bahan penyerap neutron yang disebut batang kendali. Jenis reaktor nuklir dibedakan berdasarkan besarnya energi kinetik neutron yang merupakan faktor utama dalam reaksi fisi berantai, yaitu reaktor neutron panas, reaktor neutron cepat dan lain-lain. Berdasarkan jenis materi yang digunakan sebagai moderator dan pendingin, reaktor diklasifikasikan menjadi reaktor air ringan, reaktor air berat, reaktor grafit dan lain-lain. Berdasarkan tujuannya, diklasifikasikan menjadi reaktor riset, reaktor uji material, reaktor daya dan lain-lain. 2.5.1 Prinsip kerja Reaktor Nuklir Energi yang dihasilkan dalam reaksi fisi nuklir dapat dimanfaatkan untuk keperluan yang berguna. Untuk itu, reaksi fisi harus berlangsung secara terkendali di dalam sebuah reaktor nuklir. Sebuah reaktor nuklir paling tidak memiliki empat komponen dasar, yaitu elemen bahan bakar, moderator neutron, batang kendali, dan perisai beton. Elemen bahan bakar menyediakan sumber inti atom yang akan mengalami fusi nuklir. Bahan yang biasa digunakan sebagai bahan bakar adalah uranium U. Elemen bahan bakar dapat berbentuk batang yang ditempatkan di dalam teras reaktor. Neutron-neutron yang dihasilkan dalam fisi uranium berada dalam kelajuan yang cukup tinggi. Adapun, neutron yang memungkinkan terjadinya fisi nuklir adalah neutron lambat sehingga diperlukan material yang dapat memperlambat kelajuan neutron ini. Fungsi ini dijalankan oleh moderator neutron yang umumnya berupa air. Jadi, di dalam teras reaktor terdapat air sebagai moderator yang berfungsi memperlambat kelajuan neutron karena neutron akan kehilangan sebagian energinya saat bertumbukan dengan molekul-molekul air. Fungsi pengendalian jumlah neutron yang dapat menghasilkan fisi nuklir dalam reaksi berantai dilakukan oleh batang-batang kendali. Agar reaksi berantai yang terjadi terkendali dimana hanya satu neutron saja yang diserap untuk memicu fisi nuklir berikutnya, digunakan bahan yang dapat menyerap neutronneutron di dalam teras reaktor. Bahan seperti boron atau kadmium sering digunakan sebagai batang kendali karena efektif dalam menyerap neutron. 2.5.2 Komponen Reaktor Nuklir

Reaktor nuklir pertama kali dibangun oleh Enrico Fermi pada tahun 1942 di Universitas Chicago. Hingga saat ini telah ada berbagai jenis dan ukuran rekator nuklir, tetapi semua reaktor atom tersebut memiliki lima komponen dasar yang sama, yaitu: elemen bahan bakar, moderator netron, batang kendali, pendingin dan perisai beton. a. Elemen Bahan Bakar Elemen bahan bakar ini berbentuk batang-batang tipis dengan diameter kirakiri 1 cm. Dalam suatu reaktor daya besar, ada ribuan elemen bahan bakar yang diletakkan saling berdekatan. Seluruh elemen bahan bakar dan daerah sekitarnya dinamakan teras reaktor. Umumnya, bahan bakar reaktor adalah uranium-235. oleh karena isotop ini hanya kira-kira 0,7% terdapat dalam uranium alam, maka diperlukan proses khusus untuk memperkaya (menaikkan prosentase) isotop ini. Kebanyakan reaktor atom komersial menggunakan uranium-235 yang telah diperkaya sekitar 3%. b. Moderator Netron Netron yang mudah membelah inti adalah netron lambat yang memiliki energi sekitar 0,04 eV (atau leih kecil), sedangkan netron-netron yang dilepaskan selama proses pembelahan inti (fisi) memiliki energi sekitar 2 MeV. Oleh karena itu, sebuah raktor atom harus memiliki materaial yang dapat mengurangi kelajuan netron-netron yang energinya sangat besar sehingga netron-netron ini dapat dengan mudah membelah inti. Material yang memperlambat kelajuan netron dinamakan moderator. Moderator yang umum digunakan adalah air. Ketika netron berenergi tinggi keluar dari sebuah elemen bahan bakar, netron tersebut memasuki air di sekitarnya dan bertumbukan dengan molekul-molekul air. Netron cepat akan kehilangan sebagian energinya selama menumbuk molekula air (moderator) terutama dengan atom-atom hidrogen. Sebagai hasilnya netron tersebut diperlambat. Syarat bahan moderator : 1. Atom dengan nomor massa kecil.

2. Memiliki tampang lintang serapan neutron (keboleh-jadian menyerap neutron) yang kecil. 3. Memiliki tampang lintang hamburan yang besar. 4. Memiliki daya hantar panas yang baik. 5. Tidak korosif, Contoh : H2O, D2O, grafit, berilium, dll. c. Batang Kendali Jika keluaran daya dari sebuah reaktor dikehendaki konstan, maka jumlah netron yang dihasilkan harus dikendalikan. Sebagaimana diketahui, setiap terjadi proses fisi ada sekitar 2 sampai 3 netron baru terbentuk yang selanjutnya menyebakan proses berantai. Jika netron yang dihasilkan selalu konstan dari waktu ke waktu (faktor multiplikasinya bernilai 1), maka reaktor dikatakan berada pada kondisi kritis. Sebuah reaktor normal bekerja pada kondisi kritis. Pada kondisi ini reaktor menghasilkan keluaran energi yang stabil. Jika netron yang dihasilkan semakin berkurang (multiplikasinya kurang dari 1), maka reaktor dikatakan berada pada kondisi subkritis dan daya yang dihasilkan semakin menurun. Sebaliknya jika setiap saat netron yang dihasilkan meningkat (multiplikasinya lebih besar dari 1), reaktor dikatakan dalam keadaan superkritis. Selama kondisi superkritis, energi yang dibebaskan oleh sebuah reaktor meningkat. Jika kondisi ini tidak dikendalikan, meningkatnya energi dapat mengakibatkan mencairkan sebagain atau seluruh teras reaktor, dan pelepasan bahan radioaktif ke lingkungan sekitar. Jelas bahwa sebuah mekanisme kendali sangat diperlukan untuk menjaga reaktor pada keadaan normal atau kondisi kritis. Kendali ini dilakukan oleh sejumlah batang kendali yang dapat bergerak keluarmasuk teras reaktor. Batang kendali terbuat dari bahan-bahan penyerap netron, seperti boron dan kadmium. Jika reaktor menjadi superkritis, batang kendali secara otomatis bergerak masuk lebih dalam ke dalam teras reaktor untuk menyerap kelebihan netron yang menyebabkan kondisi itu kembali ke kondisi kritis. Sebaliknya, jika reaktor menjadi subkritis, batang kendali sebagian ditarik menjauhi teras reaktor sehingga lebih sedikit netron yang diserap. Dengan demikian, lebih banyak netron

tersedia untuk reaksi fisi dan reaktor kembali ke kondisi kritis. Untuk menghentikan operasi reaktor (misal untuk perawatan), batang kendali turun penuh sehingga seluruh netron diserap dan reaksi fisi berhenti. d. Pendingin reaktor Pendingin reaktor berfungsi sebagai sarana pengambilan panas hasil fisi dari dalam elemen bakar untuk dipindahkan /dibuang ke tempat lain/lingkungan melalui perangkat penukar panas. Energi yang dihasilkan oleh reaksi fisi meningkatkan suhu reaktor. Suhu ini dipindahkan dari reaktor dengan menggunakan bahan pendingin, misalnya air atau karbon dioksida. Bahan pendingin (air) disirkulasikan melalui sistem pompa, sehingga air yang keluar dari bagian atas teras reaktor digantikan air dingin yang masuk melalui bagin bawah teras reaktor. Bahan yang baik sebagai pendingin adalah fluida yang koefisien perpindahan panasnya sangat bagus, memiliki tampang lintang serapan neutron yang kecil, dan tampang lintang hamburan yang besar serta tidak korosif. Contoh : H2O, D2O, Na cair, gas He dll. e. Perisai Beton Inti-inti atom hasil pembelahan dapat menghasilkan radiasi. Untuk menahan radiasi ini (radiasi sinar gamma, netron dan yang lain), agar keamanan orang yang bekerja di sekitar reaktor terjamin, maka umumnya reaktor dikungkungi oleh perisai beton. f. Perangkat detector Detektor adalah komponen penunjang yang mutlak diperlukan di dalam reaktor nuklir. Semua informasi tentang kejadian fisis di dalam teras reaktor, yang meliputi popularitas neutron, laju pembelahan, suhu dan lain-lain hanya dapat dilihat melalui detektor yang dipasang di dalam teras. g. Reflektor

Neutron yang keluar dari pembelahan bahan fisil, berjalan dengan kecepatan tinggi ke segala arah. Karena tidak bermuatan listrik maka gerakan neutron tsb bebas menembus medium dan tidak berkurang bila tidak menumbuk inti atom medium. Sebagian neutron tsb dapat lolos keluar teras reaktor, atau hilang dari sistem. Kondisi demikian merugikan. Untuk mengurangi kejadian tsb, maka sekeliling teras reaktor dipasang bahan pemantul neutron yang disebut “Reflektor”, sehingga neutron-neutron yang lolos akan bertahan dan dikembalikan ke dalam teras untuk dimanfaatkan lagi pada proses fisi berikutnya. Bahan reflektor yang baik adalah unsur-unsur yg mempunyai tampang lintang hamburan neutron yang besar, dan tampang lintang seraapan yg sekecil mungkin serta tidak korosif. Contoh : Berilium, Grafit, Parafin, H2O, D2O.

h. Perangkat penukar panas Perangkat penukar panas (Heat Exchanger) merupakan komponen penunjang yang berfungsi sebagai sarana pengalihan panas dari pendingin primer, yang menerima panas dari elemen bakar, untuk diberikan pada fluida pendingin yang lain (sekunder). Dengan sistem pengambilan panas tsb maka integritas komponen teras akan selalu terjamin. Pada jenis reaktor tertentu, terutama PLTN heat exchanger juga berfungsi sebagai fasilitas pembangkit uap. 2.5.3 Jenis-Jenis Reaktor Nuklir 1. Jenis Reaktor Nuklir Berdasarkan Tipe Reaksi a. Reaktor Fisi Reaktor fisi merupakan instalasi yang menghasilkan daya panas secara konstan dengan memanfaatkan reaksi fisi berantai. Istilah ini dibedakan dengan reaktor fusi yang memanfaatkan panas dari reaksi fusi. Dimungkinkan adanya reaktor yang memadukan kedua jenis tersebut (reaktor hibrid).

b. Reaktor Fusi Reaktor fusi adalah suatu instalasi untuk mengubah energi yang terjadi pada reaksi fusi menjadi energi panas atau listrik yang mudah dimanfaatkan. Reaksi fusi merupakan reaksi penggabungan inti atom ringan, misalnya reaksi antara deuterium dan tritium. 2.Jenis Reaktor Nuklir Berdasarkan Penggunaannya a. Reaktor Riset Sesuai dengan namanya, reaktor ini dipergunakan untuk kepentingan riset/penelitian. Selain itu, reaktor riset juga dipergunakan untuk memproduksi isotop-isotop radioaktif yang nantinya digunakan pada bidang kedokteran, material, pertanian, dan lain-lain. Reaktor riset ini diusahakan agar daya yang dihasilkan sekecil mungkin. Indonesia sendiri memiliki 3 buah reaktor riset yakni reaktor TRIGA 2000 Bandung, Reaktor Kartini Yogyakarta dan Reaktor G.A. Siwabessy, Serpong). Pada reaktor riset energi hasil reaksi fisi dibuang ke lingkungan karena pada dasarnya hasil reaksi yang diambil dari reaktor riset ini adalah partikel neutronnya saja agar bisa digunakan untuk produksi isotop radioaktif, analisis material, dan lain-lain. b. Reaktor Daya Reaktor daya merupakan reaktor nuklir yang digunakan untuk kepentingan komersial. Reaktor ini memanfaatkan energi hasil dari reaksi fisi untuk menguapkan air sehingga uap tersebut dapat memutar turbin, dan turbin akan memutar generator listrik. 3.Jenis Reaktor Nuklir Berdasarkan Energi Neutron yang Digunakan Neutron merupakan partikel yang memicu terjadinya reaksi fisi nuklir. Besar kecilnya energi neutron dapat mempengaruhi parameter neutronik bahan bakar reaktor nuklir karena besarnya cross section amat dipengaruhi oleh energi atau kecepatan neutron yang digunakan. Oleh karena itu, reaktor nuklir pun dibedakan berdasarkan energi neutron yang digunakannya.

Gambar 2.18 : Jenis-Jenis Neutron 4.Jenis Reaktor Nuklir Berdasarkan Pendingin Reaktor nuklir membutuhkan pendingin agar suhu yang dicapai oleh reaktor tidak melebihi suhu batas yang ditentukan. Ada banyak macam pendingin yang digunakan misalnya air ringan, air berat, gas, garam cair (molten salt), logam cair (liquid metal) dan lain-lain. Berikut ini beberapa jenis reaktor yang populer diketahui saat ini. a. Reaktor Air Ringan / Light Water Reactor (LWR) Light Water Reactor (LWR) merupakan reaktor termal yang menggunakan air ringan sebagai pendingin sekaligus moderator. Yang dimaksud air ringan disini adalah H2O dengan isotop hidrogen H-1. LWR merupakan tipe reaktor yang paling banyak digunakan di dunia. Reaktor tipe LWR yang paling populer selama ini adalah Pressurized Water Reactor (PWR) dan Boiling Water Reactor (BWR). Pada BWR, panas yang dihasilkan oleh fisi mengubah air menjadi uap yang langsung dialirkan untuk menggerakkan turbin pembangkit listrik. Lain halnya dengan PWR, pada reaktor tipe ini panas yang dihasilkan oleh fisi ditransfer ke loop sekunder melalui penukar panas. Uap dihasilkan di loop sekunder, dan uap di loop sekunder ini dialirkan untuk menggerakkan turbin pembangkit listrik. Pada kedua reaktor ini, setelah uap mengalir melalui turbin, uap berubah kembali menjadi air di kondensor. Skema transfer panas untuk reaktor tipe BWR dapat dilihat pada gambar 2. Sedangkan untuk tipe PWR bisa dilihat pada gambar berikut ini.

Gambar 2.19: Skema transfer panas pada PWR (wikipedia) Reaktor PWR menggunakan pressurizer untuk mengatur tekanan pendingin primer agar tetap stabil.

b. Reaktor Air Berat / Heavy Water Reactor (HWR) Reaktor tipe ini menggunakan air berat sebagai pendingin. Air berat yang dimaksud adalah D2O, D adalah deutrium yang merupakan isotop hidrogen dengan nomor masa 2 (H-2). Reaktor ini umumnya menggunakan uranium alam tanpa pengayaan sebagai bahan bakarnya. Pendingin air berat terjaga oleh tekanan, memungkinkan untuk dipanaskan sampai suhu yang lebih tinggi tanpa mendidih, seperti halnya PWR. Reaktor beroperasi tanpa pengayaan bahan bakar dan umumnya meningkatkan kemampuan reaktor agar secara efisien memanfaatkan siklus bahan bakar di dalamnya. Salah satu jenis HWR adalah CANDU (Canadian Deuterium Uranium) yang merupakan reaktor nuklir di Kanada. CANDU menghasilkan listrik dengan cara yang sama seperti pembangkit listrik bahan bakar fosil. Panas dihasilkan dari “pembakaran” bahan bakar dan digunakan untuk menggerakkan turbin uap yang biasanya terletak di “power hall” terpisah. Bahan bakar tersebut dikeluarkan dari reaktor dan disimpan sebagai limbah radioaktif tingkat tinggi. Berikut ini skema pengoperasian reaktor nuklir jenis CANDU yang dari wikipedia.

Gambar 2.20: Skema pengoperasian CANDU (wikipedia)

3.Reaktor Berpendingin Gas / Gas Cooled Reactor (GCR) Gas Cooled Reactor adalah pembangkit listrik yang menggunakan gas sebagai pendingin reaktor. Panas diambil oleh gas selama proses pendinginan reaktor yang kemudian digunakan secara tidak langsung untuk menghasilkan uap dimana uap tersebut digunakan untuk menggerakan turbin, atau pada kasus lain pendingin yang mengambil panas ini dapat digunakan secara langsung sebagai fluida kerja dari turbin gas sehingga tidak memerlukan sirkuit uap terpisah. Tentu saja kedua pendekatan ini memiliki kelebihan dan kekurangannya masing-masing. Moderator yang digunakan pada jenis reaktor ini adalah grafit yang memiliki kelebihan tetap stabil di bawah kondisi radiasi tinggi serta suhu tinggi. Contoh reaktor berpendingin gas adalah Gas Cooled Fast Reactor (GCFR). Berikut ini diperlihatkan skema sirkuit dari GCFR.

Gambar 2.21: Skema sirkuit GCFR (oektg.at) Seperti ditunjukkan pada gambar di atas, GCFR menggunakan spektrum neutron cepat dengan pendingin helium. Menggunakan siklus bahan bakar tertutup. Bahan bakar merupakan komposit keramik yang terbungkus dengan rapih, dilapisi (U, Pu)C. Reaktor ini didesain memiliki suhu output 850 ° C yang memungkinkan untuk menghasilkan hidrogen atau memproses panas dengan efisiensi konversi yang tinggi.

4.Reaktor Berpendingin Logam Cair / Liquid Metal Cooled Reactor (LMCR) Reaktor Berpendingin Logam Cair merupakan tipe reaktor cepat, digunakan logam cair untuk menjaga agar neutron tetap berada pada spektrum neutron cepat. Reaktor ini biasanya sangat kompak dan bisa juga berpotensi digunakan untuk sumber energi kapal angkatan laut. Meskipun pada saat ini ada reaktor berpendingin logam cair yang digunakan sebagai pembangkit listrik, sebagian besar contoh merupakan prototipe yang telah dibangun di seluruh dunia sebagai reaktor eksperimental. Contoh dari reaktor tipe ini antara lain adalah Sodium Cooled Fast Reactor (SCFR) dan Lead Cooled Fast Reactor (LCFR). Berikut ini ditampilkan skema sirkuit dari kedua reaktor tersebut.

Gambar 2.22: Skema sirkuit SFR

Gambar 2.23: Skema sirkuit LFR 5.Reaktor Garam Cair / Molten Salt Reactor (MSR) Molten Salt Reactor (MSR) merupakan reaktor fisi nuklir dimana pendingin primer, atau bahkan bahan bakar itu sendiri merupakan campuran garam cair. MSRs dijalankan pada suhu yang lebih tinggi dari reaktor berpendingin air untuk efisiensi termodinamika yang lebih tinggi, namun tekanan uap rendah. Proyek penelitian MSR sudah dilakukan sejak tahun 60-an, namun sampai saat ini belum digunakan untuk keperluan komersial. Salah satu alasannya adalah bahwa banyak modal penelitian nuklir berasal dari militer, dan teknologi MSR skala besar biasanya kurang diminati untuk keperluan sumber energi kapal selam

dan kapal induk dibandingkan LWR yang berukuran relatif lebih kecil. selain itu, MSR membutuhkan fasilitas terpisah untuk menyaring campuran inti (bahan bakar). Namun, untuk keperluan produksi listrik secara massal, desain MSR memiliki beberapa keuntungan, terutama berkaitan dengan dua isu utama yakni aspek keselamatan dan aspek ekonomi. Berikut ini adalah gambar skema sirkuit Molten Salt Reactor.

Gambar 2.24: Skema sirkuit MSR (wikipedia)

2.6. Pengertian Kolom Distilasi 2.6.1 Definisi Distilasi Distilasi atau penyulingan adalah suatu metode pemisahan bahan kimia berdasarkan perbedaan kecepatan atau kemudahan menguap (volatilitas) bahan atau didefinisikan juga teknik pemisahan kimia yang berdasarkan perbedaan titik didih. Dalam penyulingan, campuran zat dididihkan sehingga menguap, dan uap ini kemudian didinginkan kembali ke dalam bentuk cairan. Zat yang memiliki titik didih lebih rendah akan menguap lebih dulu. Metode ini merupakan termasuk unit operasi kimia jenis perpindahan massa. Penerapan proses ini didasarkan pada teori bahwa pada suatu larutan, masing-masing komponen akan menguap pada titik didihnya. Model ideal distilasi didasarkan pada Hukum Raoult

Gambar 2.25 Distilasi

2.6.2. Pembagian Destilasi 1. Distilasi berdasarkan prosesnya terbagi menjadi dua, yaitu :  Distilasi kontinyu  Distilasi batch 2. Berdasarkan basis tekanan operasinya terbagi menjadi tiga, yaitu :  Distilasi atmosferis  Distilasi vakum  Distilasi tekanan 3. Berdasarkan komponen penyusunnya terbagi menjadi dua, yaitu :  Destilasi system biner  Destilasi system multi komponen 4. Berdasarkan system operasinya terbagi menjadi dua, yaitu :  Single-stage Distillation  Multi stage Distillation 5. Selain pembagian macam destilasi, dalam referensi lain menyebutkan macammacam destilasi, yaitu :  Destilasi sederhana  Destilasi bertingkat ( fraksional )  Destilasi azeotrop  Destilasi vakum  Refluks / destruksi  Destilasi kering

A. Distilasi Sederhana

Tekanan uap suatu cairan akan meningkat seiring dengan bertambanya temperatur, dan titik dimana tekan uap sama dengan tekanan eksternal cairan disebut sebagai titk didih. Proses pemisahan campuran cairan biner A dan B menggunakan distilasi dapat dijelaskan dengan hukum Dalton dan Raoult. Menurut hukum Dalton, tekanan gas total suatu campuran biner, atau tekanan uap suatu cairan (P), adalah jumlah tekanan parsial dari masing-masing komponen A dan B (PA dan PB) P = PA + PB Hukum Raoult menyatakan

(1)

bahwa pada suhu dan tekanan tertentu,

tekanan parsial uap komponen A (PA) dalam campuran sama dengan hasil kali antara tekanan uap komponen murni A (PAmurni) dan fraksi molnya XA PA = PAmurni . XA

(2)

Sedang tekanan uap totalnya adalah Ptot = PAmurni . XA + PBmurni . XB

(3)

Dari persamaan tersebut di atas diketahui bahwa tekanan uap total suatu campuran cairan biner tergantung pada tekanan uap komponen murni dan fraksi molnya dalam campuran. Hukum Dalton dan Raoult merupakan pernyataan matematis yang dapat menggambarkan apa yang terjadi selama distilasi, yaitu menggambarkan perubahan komposisi dan tekanan pada cairan yang mendidih selama proses distilasi. Uap yang dihasilkan selama mendidih akan memiliki komposisi yang berbeda dari komposisi cairan itu sendiri. Komposisi uap komponen yang memiliki titik didih lebih rendah akan lebih banyak (fraksi mol dan tekanan uapnya lebih besar). Komposisi uap dan cairan terhadap suhu tersebut dapat digambarkan dalam suatu grafik diagram fasa berikut ini.

Jika uap dipindahkan dari campuran cairan, maka pada suatu waktu tertentu, komposisi campuran cairan akan berubah. Fraksi mol cairan yang memiliki titik didih lebih tinggi akan meningkat di dalam campuran. Karena komposisi campuran cairan berubah, maka titik didih akan berubah. Biasanya yang diukur adalah suhu uap. Plot berbagai jenis kurva pemanasan ditunjukkan pada grafik di bawah ini

Untuk memperoleh distilasi sederhana yang efektif diperlukan suatu kurva seperti lurva C. Kita akan mengamati suhu uap yang konstan, sangat dekat dengan titik didih cairan yang memiliki titik didih lebih rendah. Jika suhu uap mulai naik dengan cepat, maka kita dapat menghentikan pengumpulan distilat. Pada prakteknya, kebanyakan campuran sukar untuk dimurnikan melalui satu distilasi sederhana.

Gambar 2.26. Distilasi sederhana

B. Distilasi Fraksi Distilasi sederhana yang dilakukan hanya sekali biasanya tidak akan dapat memisahkan dua cairan secara sempurna. Cairan yang berasal dari uap terkondensasi (distilat) akan mengandung komponen dengan titik didih lebih rendah dengan proporsi yang lebih besar, akan tetapi masih mengandung komponen yang memiliki titik didih lebih tinggi di dalamnya. Jika distilat ini kita distilasi sekali lagi, maka komponen dengan titik didih rendah akan makin banyak pada distilatnya. Demikian seterusmnya, hingga kita bisa mendapatkan distilat yang hampir 100% mengandung komponen dengan titik didih lebih rendah. Diagram fasa berikut ini menyatakan perubahan komposisi dari multipel distilasi ini

Melakukan multipel distilasi memerlukan banyak waktu dan kita akan kehilangan banyak sampel karena cairan yang tertinggal di dalam labu. Untuk itu kita dapat menggunakan alat yang disebut dengan kolom fraksi yang berfungsi untuk meningkatkan efek multipel distilasi ini. Prosesnya disebut sebagai distilasi fraksi. Fungsi kolom fraksi ditunjukkan pada diagram di bawah ini, Saat uap mencapai kolom, uap tersebut akan mengalami kondensasi dan membentuk cairan. Cairan tersebut memiliki komposisi sama dengan uap darimana dia berasal dan diperkaya dengan cairan dengan titik didih rendah. Cairan terkondensasi tersebut akan ditahan pada kolom dan menetes secara pelahan-lahan. Uap campuran akan terus terbentuk dan bergerak ke arah bagian atas kolom. Ketika uap tersebut bertemu dengan tetesan cairan, maka uap akan terkondensasi dan mentransfer energi panasnya pada cairan. Energi panas ini dapat menyebabkan tetesan cairan mendidih, membentuk uap baru. Uap yang baru terbentuk ini akan makin banyak pada cairan bertitik didih rendah dibanding uap pada bagian awal. Uap baru ini akan bergerak ke atas dan berkondensasi lagi. Proses ini berulang sehingga uap/cairan mengalir pada kolom fraksi. Uap cairan yang keluar pada bagian atas kolom sebagain besar mengandung cairan dengan titik didih rendah, kadang-kadang sampai 100%, tergantung panjang kolom. Uap ini berkondensasi dan ditampung.

Gambar 2.27 Distilasi fraksi

Gambar 2.28. Distilasi uap dan distilasi vakum

2.6.3. Definisi Kolom Distilasi

Suatu alat yang digunakan dalam proses distilasi. Kolom itu sendiri merupakan alat dengan isolasi pada ruang hampa yang sebelumnya diujicobakan pada suhu 2000C.

Gambar 2.29 Kolom Distilasi 2.6.4. Bagian-bagian utama dalam kolom destilasi : 

Sebuah Shell vertikal dimana pemisahan komponen liquid terjadi, terdapat pada bagian dalam kolom (internal column) seperti tray atau plate dan packing yang digunakan untuk meningkatkan derajat pemisahan komponen.



Sebuah Reboiler untuk menyediakan penguapan yang cukup pada proses destilasi.



Kondenser untuk mendinginkan dan mengkondensasikan uap yang keluar dari atas kolom.



Reflux drum untuk menampung uap yang terkondensasi dari top kolom sehingga liquid(reflux) dapat di recycle kembali ke kolom.

2.6.5 1.

Type kolom destilasi berdasarkan tipe internal column Tray dan Plate

Istilah “tray” dan “plate” adalah sama. Adabanyak tipe desain tray, tetapi yang paling umum adalah: a. Bubble cap tray Bubble-cup biasanya didesain di atas plate pada sudut equilateral triangular, denganbaris yang disesuaikan secara normal dengan arah aliran menyilang plate. Bubble cap tray mempunyai tingkat-tingkat atau cerobong yang terpasang di atas hole (lubang), dan sebuah “cap” yang menutupitingkat-tingkat. Bubble cap tray digunakan pada kondisi aliran rendah, di mana tray harus tetap basah, kecuali kondisi bentuk polymer, coking, atau fouling yang tinggi.

Gambar 2.30 Bubble cap tray b. Valve Tray Pada valve tray, perforasi (lubang-lubang kecil) ditutupi dengan valve yang mudah dilepas. Uap naik melalui perforasi pada tray, bubble pada liquid berbentuk sama. Valve yang terangkat menunjukkan uap mengalir horizontal ke dalam liquid, dengan demikian menyediakan campuran yang mungkin terjadi dalam sieve tray.

Gambar 2.31 Valve Tray. c.

Sieve Tray Adalah plate metal sederhana dengan lubang diantaranya. Vapor lewat ke atas

melalui liquid pada plate. Jumlah dan ukuran lubang menjadi parameter desain. Karena luas range operasi, kemudahan perawatan, dan factor biaya, kebanyakan aplikasinya sievedan valve tray diganti dengan bubble cup tray

Gambar 2.27 Sieve Tray

3. packed tower

Gambar 2.32 Packed Tower Packing yang digunakan pada packed tower adalah untuk memperbesar luas permukaan kontak antara gas dan liquid. Keuntungan dari penggunaan Packed Tower sebenarnya ada banyak, diantaranya sebagai berikut : a. Presure drop aliran gas rendah. b. Dapat lebih ekonomis di dalam operasi cairan korosif karena ditahan untuk packing keramik. c. Biaya column dapat lebih murah dari plate column pada ukuran diameter yang sama. d. Cairan hold up kecil.

2.7. Aplikasi Kolom Distilasi a. Salah satu penerapan terpenting dari metode distilasi adalah pemisahan minyak mentah menjadi bagian-bagian untuk penggunaan khusus seperti untuk transportasi, pembangkit listrik, pemanas, dll. Udara didistilasi menjadi komponen-komponen seperti oksigen untuk penggunaan medis dan helium untuk pengisi balon. b. Distilasi juga telah digunakan sejak lama untuk pemekatan alkohol dengan penerapan panas terhadap larutan hasil fermentasi untuk menghasilkan minuman suling. c. Selain itu ada juga dalam laboratory scale, industrial distillation dan food processing.

d. Banyak digunakan dalam proses perpindahan massa.

. BAB III PENUTUP 1. Reaktor adalah satu alat proses tempat terjadinya suatu reaksi berlangsung, baik itu reaksi kimia maupun nuklir. 2. Reaktor terbagi menjadi 2 jenis, yaitu reaktor kimia dan reaktor nuklir yang terbagi kembali berdasarkan beberapa faktor seperti bentuknya, prosesnya, reaksi yang terjadi, dan lain-lain. 3. Fluid-fluid reaktor terbagi menjadi 3, yaitu bubble tank, agitated tank, dan spray tower. 4. Distilasi atau penyulingan adalah suatu metode pemisahan bahan kimia berdasarkan

perbedaan

kecepatan

atau

kemudahan

menguap

(volatilitas) bahan atau didefinisikan juga teknik pemisahan kimia yang berdasarkan perbedaan titik didih. 5. Kolom Distilasi adalah Suatu alat yang digunakan dalam proses distilasi. Kolom itu sendiri merupakan alat dengan isolasi pada ruang hampa yang sebelumnya diujicobakan pada suhu 2000C. 6. Type kolom destilasi berdasarkan tipe internal column : Tray dan Plate serta pembagiannya, dan Packed Tower.

Daftar Pustaka Astuti, tri astute. 2011. Reactor kimia, (Online) , (http://wahyutriastuti. blogspot. Com / 2011 / 02/ tentang- reaktor- kimia-season-1.html, diunduh 24 April 2015) Anonym.2014. Fluidized Bed Reactors. (Online). (http: // encyclopedia.che.engin.umich. edu/ Pages/Reactors/FBR/FBR.html, diunduh 23 Mei 2015) Anonym. 2014. Continuous Stirred tank Reactors. (Online). (http://encyclopedia. che. engin. umich.edu/Pages/Reactors/CSTR/CSTR.html, diunduh 23 Mei 2015) Anonym. 2014. Batch. (Online), (http://encyclopedia.che.engin.umich.edu / Pages/Reactors/Batch/Batch.html, diunduh 23 Mei 2015) Anonym. 2014. Plug Flow Reactors. (Online), (http://encyclopedia.che.engin.umich.edu/ Pages/ Reactors/PFR/PFR.html, diunduh 23 Mei 2015) Anonym. 2014. Packed Bed Reactors. (Online), (http://encyclopedia.che.engin.umich.edu/ Pages/Reactors/PBR/PBR.html, diunduh 23 Mei 2015) Anonym. 2014. Semi Batch Reactors. (Online), (http://encyclopedia.che.engin.umich.edu/ Pages/Reactors/SemiBatch/Semi-Batch.html, diunduh 23 Mei 2015) Yahdi, Nirmala.2013. Reaktor Alir Pipa.(Online) (http://nirmalayahdi.blogspot.com/2013/05/ reaktor-alir-pipa.html, diunduh 23 Mei 2015) Anonym. 2012. Reactor Tangki. (Online).(http://suppliertangki.com/reaktortangki/, diunduh 23 Mei 2015)

Nunulasa. 2011. Reaktor. (Online). (https://nunulasa.wordpress.com/2011/03/10/reactor/, diunduh 23 Mei 2015) Kusuma, Masuda. 2012. Reactor Nuklir. (Online), (http://masudahkusuma.blogspot.com/ 2012/11/reaktor-nuklir.html, diunduh 23 Mei 2015) Anonym.2011. Reactor Nuklir. (Online), (http://cewebatak.blogspot.com/2011/06/reaktor-nuklir.html, diunduh 23 Mei 2015) Very, Caesar.2012. macam-macam pengaduk agitator. (Online), (http://www.caesarvery.com /2013/10/macam-macam-pengadukagitator.html, diunduh 23 Mei 2015) Anonym. 2014. Tipe-tipe reactor nuklir. (Online), (https://nuclearthinker.wordpress.com/ 2014/04/06/tipe-tipe-reaktornuklir/, diunduh 23 Mei 2015)

LAMPIRAN 1

PERTANYAAN

1. Adakah alat pengontrol agar reaksi fisi yang terjadi tidak berlebihan? (Rahmat Hidayat) Jawab Iya, ada. Jelas bahwa sebuah mekanisme kendali sangat diperlukan untuk menjaga reaktor pada keadaan normal atau kondisi kritis. Kendali ini dilakukan oleh sejumlah batang kendali yang dapat bergerak keluar-masuk teras reaktor. Batang kendali terbuat dari bahan-bahan penyerap netron, seperti boron dan kadmium. Jika reaktor menjadi superkritis, batang kendali secara otomatis bergerak masuk lebih dalam ke dalam teras reaktor untuk menyerap kelebihan netron yang menyebabkan kondisi itu kembali ke kondisi kritis. Sebaliknya, jika reaktor menjadi subkritis, batang kendali sebagian ditarik menjauhi teras reaktor sehingga lebih sedikit netron yang diserap. Dengan demikian, lebih banyak netron tersedia untuk reaksi fisi dan reaktor kembali ke kondisi kritis. Untuk menghentikan operasi reaktor (misal untuk perawatan), batang kendali turun penuh sehingga seluruh netron diserap dan reaksi fisi berhenti. 2. Faktor pemilihan reaktor secara umum? (Viki Putri Utami) Jawab  Fase zat pereaksi dan hasil reaksi.  Tipe reaksi dan persamaan kecepatan reaksi, serta ada tidaknya  

reaksi samping. Kapasitas produksi. Harga reaktor dan biaya instalasinya.



Kemampuan reaktor untuk menyediakan luas permukaan yang cukup untuk perpindahan panas

3. Apa saja indikator zat-zat pada reaktor yang sudah dapat dikatakan homogen atau belum? (Derryl Tri Jaya) Jawab  Suatu reaksi kesetimbangan dikatakan homogen jika pereaksi dan hasil reaksi memiliki fasa yang sama  Campuran mencapai warna final, dikarenakan reaksi berlangsung terus menerus dengan kecepatan sama,maka konsentrasi dan warna konstan.