Reaktor kimia tidak diragukan lagi adalah bagian terpenting dari proses pembuatan bahan kimia, biokimia, polimer, dan proses minyak bumi. Reaktor kimia adalah wadah pengubah bahan mentah menjadi bahan kimia yang akan kita jadikan sebagai produk. Berbagai macam produk yang berguna dan penting dihasilkan melalui reaksi yang mengubah reaktan menjadi produk. Keamanan, ekonomis, dan pengoperasian reaktor kimia yang konsisten adalah faktor utama yang menunjang reaktor kimia menjadi lebih baik.Hampir semua industri kimia dan bahan menggunakan reaktor untuk mengubah bahan dasar atau bahan mentah menjadi produk. Banyak bahan yang digunakan untuk pakaian, perumahan, mobil, peralatan, konstruksi, elektronik, dan perawatan kesehatan berasal dari proses yang memanfaatkan reaktor. Reaktor penting bahkan dalam industri makanan dan minuman atau pengolahan produk pertanian. Produksi pupuk amonia untuk menumbuhkan tanaman menggunakan reaktor kimia yang mengkonsumsi hidrogen dan nitrogen. Pestisida dan herbisida yang digunakan di ladang tanaman juga ditunjang dengan reaktor kimia
Beberapa obat yang menjadi dasar pengobatan modern diproduksi melalui fermentasi reaktor. Masuk akal bahwa masyarakat modern sekarang menjadi lebih baik menggunakan reaktor kimia secara ekstensif.Reaktor dapat beroperasi pada suhu rendah (misalnya reaktor alkilasi asam sulfat C4 bekerja pada
108 C) dan pada suhu tinggi (reaktor hidrodealkilasi toluena berjalan pada 6008 C). Beberapa reaktor beroperasi dalam berbagai macam.
Jenis-jenis Reaktor Kimia
Batch Reactor
Reaktor batch adalah bejana di mana reaktan diisikan pada awalnya dan reaksi berlangsung seiring waktu. Reaktan ditempatkan ke dalam reaktor dan kemudian dibiarkan bereaksi, dan produk terbentuk di dalam reaktor. Produk dan reaktan yang tidak bereaksi kemudian dikeluarkan dan proses diulangi.Reaktor batch berisi port untuk menginjeksi reaktan dan mengeluarkan produk, dan dilengkapi dengan heat exchanger atau sistem pengadukan. Meskipun reaktor batch umumnya memiliki volume konstan, beberapa reaktor dirancang untuk mempertahankan tekanan konstan dengan memvariasikan volume reaktor.Reaktor batch digunakan dalam berbagai macam aplikasi. Biasanya, mereka digunakan untuk reaksi fase cair yang membutuhkan waktu reaksi yang cukup lama. Reaktor batch sering dijumpai di industri minuman dan farmasi.
| Kelebihan | Kekurangan |
| Konversi yang tinggi dapat diperoleh dengan meninggalkan reaktan dalam reaktor untuk waktu yang lama. | Biaya tenaga kerja yang tinggi per unit produksi. |
| Jaket reaktor batch mengizinkan sistem untuk mengubah daya pemanasan atau pendinginan pada fluks panas jaket yang konstan. | Sulit mempertahankan produksi skala besar. |
| Serbaguna, dapat digunakan untuk membuat banyak produk secara berurutan. | Waktu henti yang lama untuk pembersihan menyebabkan periode tidak ada produksi. |
| Baik untuk memproduksi produk dalam jumlah kecil saat masih dalam tahap pengujian. | |
| Mudah dibersihkan |
Continuous Stirred Tank Reactors (CSTR)
Continuous stirred tank reactors ( CSTR ) reaktor kontinu yang paling dasar yang digunakan dalam proses kimia. (CSTR) adalah sistem terbuka, di mana material bebas masuk atau keluar dari sistem, yang beroperasi pada kondisi steady, di mana kondisi di dalam reaktor tidak berubah seiring waktu. Reaktan secara kontinyu dimasukkan ke dalam reaktor, sementara produk dikeluarkan secara kontinyu.CSTR tercampur dengan sangat baik, sehingga isinya memiliki sifat yang relatif seragam seperti suhu, kepadatan, dan lain-lain secara keseluruhan. Selain itu, kondisi aliran keluar reaktor sama dengan kondisi di dalam tangki.CSTR terdiri dari tangki, biasanya dengan volume konstan, dan sistem pengadukan untuk mencampurkan reaktan. Pipa umpan dan keluar tersedia untuk memasukkan reaktan dan menghilangkan produk. Pisau pengaduk, juga disebut agitator, digunakan untuk mencampur reaktan.CSTR paling umum digunakan dalam proses industri, terutama dalam reaksi aliran fase cair homogen, di mana agitasi konstan diperlukan. Mereka dapat digunakan sendiri, secara seri, atau dalam baterai. CSTR juga digunakan dalam industri farmasi sebagai reaktor loop.CSTR sering digunakan dalam proses biologis CSTR yang ditunjukkan di bawah ini dapat digunakan untuk kultur sel hewan dengan kepadatan tinggi dalam penelitian atau produksi. Bejana yang digunakan hanya untuk sekali pakai.Fermentor adalah aplikasi lain dari CSTR yang melibatkan penggunaan katalis biologis untuk menghasilkan produk. Dalam fermentor, mikroba mengkatalisis reaksi yang memecah molekul yang jauh lebih besar menjadi molekul yang lebih kecil seperti etanol, metanol, atau hidrokarbon lainnya. Produk uap dapat dikeluarkan dari atas unit tanpa pemisahan, atau produk cair dapat dikeluarkan dari bawah, menyaring dan mendaur ulang media mikroba.
| Kelebihan | Kekurangan |
| Kontrol suhu yang baik mudah dipertahankan | Konversi reaktan menjadi produk per volume reaktor lebih kecil dibandingkan dengan reaktor aliran lainnya |
| Biaya bangun yang murah | Terdapat zona mati, di mana tidak terjadi pencampuran, dapat berkembang |
| Memiliki kapasitas kalor yang besar | Reaktan dapat keluar melewati batas jika saluran keluar ditempatkan dengan tidak benar |
| Interior reaktor mudah diakses |
Plug Flow Reactors
Reaktor plug flow atau tubular terdiri dari pipa atau tabung berlubang tempat reaktan mengalir. Reaktor ini terdiri dari pipa silinder dengan bukaan di setiap ujungnya agar reaktan dan produk mengalir. Reaktor ini biasanya dioperasikan pada kondisi steady. Reaktan terus dikonsumsi saat mereka mengalir di sepanjang reaktor. Reaktan akan bergerak menyerupai gumpalan gelembung yang mengalir.Reaktor plug flow dapat dikonfigurasi sebagai satu tabung panjang atau sejumlah tabung yang lebih pendek. Diameternya berkisar dari beberapa sentimeter hingga beberapa meter. Pemilihan diameter didasarkan pada biaya konstruksi, biaya pemompaan, waktu tinggal yang diinginkan, dan kebutuhan perpindahan panas. Biasanya, tabung berdiameter kecil panjang digunakan dengan laju reaksi tinggi dan tabung berdiameter besar digunakan dengan laju reaksi lambat.Reaktor plug flow memiliki berbagai macam aplikasi baik dalam sistem fase gas atau cair. Penggunaan industri umum dari reaktor tubular adalah dalam produksi bensin, pemecahan minyak, sintesis amonia dari unsur-unsurnya, dan oksidasi sulfur dioksida menjadi sulfur trioksida.
| Kelebihan | Kekurangan |
| Mudah dirawat karena tidak ada komponen bergerak | Suhu reaktor susah dikontrol |
| laju konversi reaksi per satuan volume reaktor tinggi | Titik panas dapat terjadi di dalam reaktor bila digunakan untuk reaksi eksotermik |
| Sederhana secara mekanis | Sulit dikendalikan karena variasi suhu dan komposisi |
| Kualitas produk tidak berubah | |
| Baik untuk mempelajari reaksi cepat | |
| Penggunaan volume reaktor yang efisien | |
| Bagus untuk proses berkapasitas besar | |
| Pressure drop rendah | |
| Mudah dibersihkan |
Salah satu metode yang paling umum untuk mendesain suatu sistem proses reaktor kimia adalah menggunakan Computational Fluid Dynamics (CFD), yaitu metode menyelesaikan persamaan-persamaan mekanika fluida bahkan reaksi kimia menggunakan komputer, sehingga diperoleh hasil yang komprehensif dan detail. >> Klik di sini untuk mempelajari selengkapnya tentang CFD!. Simak video di bawah ini untuk tutorial simulasi ejector dengan CFD:
