Reaktor aliran sumbat

Zaky

I.

Reaktor Pipa Ideal: Reaktor Aliran Sumbat (PFR)

Reaktor Reaktor aliran sumbat (PFR), (PF R), merupakan r eaktor pipa ide ideal yang se s ering divisualisasikan memiliki be bentuk me menye nyerupai suatu pipa yang panjang. Pada r e r eaktor ini, ini, r eaktan diumpankan k e dalam r eaktor me melalui inle inlet dan produk yang dihasilkan dik eluarkan dari dalam r eaktor me melalui outle outlet. Reaksi Reaksi be berlangsung di dalam r e r eaktor k etika campuran r eaktan be berge rgerak me melewati ewati se se panjang pipa r eaktor. II.

arakteristik K arakteristik 1.

Reaktor Aliran Sumbat

Profil k ece patan datar di se s e panjang jari-jari -

Dalam aliran lamine laminer , profil k ece  patan be berbe rb entuk parabola, parabola, sehingga te t erjadi gradie gradi en k ece patan dalam arah radial.

-

Dalam arah turbule turbulen (Nr e >

10.000),

profil k ece  patan menjadi datar ³ flat ´

dalam arah radial. 2.

Tidak

ada variasi konse kons entrasi dan te t empe mperatur dalam arah radial.

3.

Tidak

ada pe pencampuran dalam arah aksial.

Dimana:  F  A adalah laju alir molar r eaktan A aktan A (dalam mol pe per w r  waktu) aktu)  F  A0 adalah laju alir molar r eaktan A aktan A di titik inle inl et (dalam mol pe per w r  waktu) aktu)  F  A f   aktan A di titik outle outlet (dalam mol pe per w r  waktu) aktu)  A f   adalah laju alir molar r eaktan A V 0 adalah laju alir volume volumetrik di titik inle inlet (dalam volume volume per w r  waktu) aktu) V  f  adalah laju alir volume volum etrik di titik outle outlet (dalam volume volume per w r  waktu) aktu) III. Evaluasi unjuk kerja Reaktor Aliran Sumbat

Persamaan rancangan untuk r e r eaktan  A dalam r eaktor PFR, PFR, diturunkan dari k es etimbangan ne neraca massa r eaktan A aktan A dalam volume volume dV suatu dV suatu campu ca mpuran ran r eaksi. K es etimbangan ne neraca massa te t erse rse but dapat dituliskan s e bagai b erikut:

Zaky

Massa A yang memasuki volume dV tiap satuan waktu = Massa A yang k eluar dari volume dV tiap satuan waktu + Akumulasi massa A dalam volume dV tiap satuan waktu + Pengurangan massa A pada waktu r eaksi dalam volume dV tiap satuan waktu Dalam k eadaan steady state, tidak ada akumulasi yang t erjadi, sehingga neraca massa diatas menjadi se bagai berikut:  F  A M   A = (F   A + dF   A ) M   A + (-r   A ) M   A dV............(1) Dimana:  F  A adalah jumlah mol A tiap satuan waktu yang memasuki volume dV  (F  A0 + dF  A ) adalah jumlah mol A tiap satuan waktu yang k eluar dari volume dV   M  A adalah massa molar r eaktan A (-r  A ) adalah laju molar pengurangan massa A pada waktu r eaksi. Sehingga mengeliminasi M  A maka didapatkan persamaan rancangan dasar untuk r eaktan  A dalam r eaktor PFR ideal adalah se bagai berikut:

................(2) -

Menghitung

Volume

V   PFR dalam terms laju alir molar reaktan A (F   A )

r eaktor PFR  yang dibutuhkan untuk mer eduksi laju alir molar r eaktan A dari

 F  A0 (mol/s) pada inlet r eaktor hingga  F  A f   (mol/s) pada outlet r eaktor , dapat dievaluasi dengan mengintegrasikan persamaan (2) diatas menjadi se bagai berikut:

...............(3) Dimana (-r  A ) harus diekspr esikan se bagai fungsi dari F  A. -

Menghitung

V   PFR dalam terms konsentrasi reaktan  A (C   A )

Konsentrasi r eaktan A dalam r eaktor PFR ideal dapat didefinisikan se bagai berikut

...(4)

Zaky

Dari persamaan (4) diatas didapatkan  F  A = C  A v . Substitusi persamaan ini k edalam  persamaan (2) akan didapatkan persamaan se bagai berikut:

......(5) Jika laju alir volumetrik  v bernilai konstan, maka integrasi persamaan (5) akan menghasilkan persamaan se bagai berikut:

.....(6) Dimana C  A0 dan C  A f   merupakan konsentrasi r eaktan A pada inlet dan outlet r eaktor , dan  juga (-r  A ) harus diekspr esikan se bagai fungsi dari C  A. -

Menghitung

V   PFR dalam terms konversi reaktan A ( x   A )

Konversi r eaktan A dalam r eaktor PFR ideal dapat didefinisikan se bagai berikut:

.....(7) Dari persamaan (7) diatas didapatkan F  A = F  A0 (1-x A ). Substitusi persamaan ini k edalam  persamaan (2) akan didapatkan persamaan se bagai berikut:

......(8) Persamaan (8) terse  but jika diintegrasikan dengan kondisi dimana  x A =

0

pada inlet

r eaktor dan  x A = x A f   pada outlet r eaktor , dan juga V = V  PFR, maka akan didapatkan  persamaan se bagai berikut:

....(9) Dimana x A0 dan x A f   merupakan konversi r eaktan A pada inlet dan outlet r eaktor , dan juga (-r  A ) harus diekspr esikan se bagai fungsi dari x A.