BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Reaktor sebagai tempat berlangsungnya suatu reaksi kimia, sering dinyatakan
sebagai pusat suatu proses kimia. Berbagai jenis reaktor dapat dibedakan atas dasar
bentuk reaktor yang digunakan, proses yang berlangsung, atau kondisi operasinya.
Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) atau dikenal sebagai Continuous Stirred
Tank Reactor (CSTR) merupakan salah satu jenis reaktor, umumnya berbentuk bejana
dan bekerja secara kontinu (alir), dan banyak digunakan untuk reaksi-reaksi homogen
fase cair tanpa katalis maupun dengan katalis, serta reaksi yang terjadi di dalamnya
berlangsung secara isotermal.
Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR) adalah salah satu alat penting dalam
suatu industri kimia. CSTR ini selain merupakan tempat berlangsungnya reaksi, juga
dapat digunakan untuk menentukan besarnya konversi reaksi yang terjadi. Banyak
industri kimia yang menggunakan CSTR ini, selain mudah digunakan dan biaya
operasinya murah, kualitas produk yang bagus, kontrol yang otomatis dan tidak
membutuhkan banyak tenaga operator. Karakteristik dari reaktor ini adalah
beroperasi pada kondisi steady state dengan aliran reaktan dan produk secara kontinu.
Dalam industri, CSTR digunakan karena beroperasi dalam skala yang besar. Reaktor
ini digunakan untuk reaksi fasa cair dan biasanya digunakan dalam industri kimia
organik seperti pabrik pembuatan etil asetat, industri farmasi dan industri makanan
dan minuman.
Dengan dilakukannya percobaan ini diharapkan praktikan dapat lebih
mengenal prinsip kerja dari reaktor tangki alir berpengaduk secara langsung serta
mengetahui proses-proses kimia yang terjadi dalam suatu reaksi kimia.
1.2 Tujuan Percobaan
Untuk menentukan konstanta kecepatan reaksi pada reaktor CSTR.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Reaktor
Reaktor adalah suatu alat proses tempat dimana terjadinya suatu reaksi
berlangsung, baik itu reaksi kimia atau reaksi nuklir dan bukan secara fisika. Reaktor
kimia adalah segala tempat terjadinya reaksi kimia, baik dalam ukuran kecil seperti
tabung reaksi sampai ukuran yang besar seperti reaktor skala industri. Reaktor CSTR
beroperasi pada kondisi steady state (tidak terjadi perubahan volume maupun
komposisi terhadap waktu) dan mudah dalam control temperatur, tetapi waktu
tinggal reaktan dalam reaktor ditentukan oleh laju alir dari umpan yang masuk (feed)
dan keluar, maka waktu tinggal sangat terbatas sehingga sulit mencapai konversi
reaktan per volume reaktor yang tinggi karena dibutuhkan reaktor dengan volume
yang sangat besar (sumarni, 2009).
Continuous Stirred Tank Reactor adalah reaktor yang dirancang untuk
mempelajari proses-proses penting dalam ilmu kimia. Reaktor jenis ini merupakan
salah satu dari tiga tipe reaktor yang bisa bersifat interchangeable pada
unit service reaktor. Reaksi dimonitor oleh probe konduktivitas dari larutan yang
berubah dengan konversi dari reaktan menjadi produk. Artinya ini merupakan proses
titrasi yang tidak akurat dan tidak efisien dimana ini digunakan untuk memonitor
perkembangan reaksi yang tidak begitu penting. Reaksi yang terjadi adalah
reaksi safonifikasi etil asetat dengan menggunakan NaOH yang dilakukan pada
kondisi tekanan dan temperatur yang aman.
Keberhasilan operasi suatu proses pengolahan sering kali bergantung pada
efektifnya pengadukan dan pencampuran zat cair dalam proses itu. Istilah
pengadukan dan pencampuran sebenarnya tidak sinonim satu sama lain. Pengadukan
(agitation) menunjukkan gerakan yang tereduksi menurut cara tertentu pada suatu
bahan di dalam bejana, dimana gerakan itu biasanya mempunyai semacam pola
sirkulasi. Pencampuran (mixing) ialah peristiwa menyebarnya bahan-bahan secara
acak, dimana bahan yang satu menyebar ke dalam bahan yang lain dan sebaliknya,
sedang bahan-bahan itu sebelumnya terpisah dalam dua fase atau lebih. Istilah
pencampuran digunakan untuk berbagai ragam operasi, dimana derajat homogenitas
bahan yang bercampur itu sangat berbedas-beda. Tujuan dari pengadukan antara lain
adalah untuk membuat suspense partikel zat padat, untuk meramu zat cair yang
mampu cair (miscible), untuk menyebar (dispersi) gas di dalam zat cair dalam bentuk
gelembung-gelembung kecil. Untuk menyebarkan zat cair yang tidak dapat
bercampur dengan zat cair yang lain, sehingga membentuk emulsi atau suspense
butiran-butiran halus, dan untuk mempercepat perpindahan kalor antara zat cair
dengan kumparan atau mantel kalor. Kadang-kadang pengaduk (agitator) digunakan
untuk beberapa tujuan sekaligus, misalnya dalam hidrogenasi, gas hidrogen
didispersikan melalui zat cair dimana terdapat partikel-partikel katalis padat dalam
keadaan suspense, sementara kalor reaksi diangkat keluar melalui kumparan atau
mantel.
Agitator (pengaduk) biasanya juga digunakan untuk beberapa tujuan sekaligus,
misalnya dalam hidrogenasi katalitik pada zat cair. Dalam bejana hidrogenasi, gas
hidrogen didispersikan melalui zat cair dimana terdapat pertikel-partikel katalis padat
dalam keadaan suspensi, sementara kalor reaksi diangkut keluar melalui kumparan
atau mantel. Adanya pengadukan yang 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. (McCabe
dkk, 2003).
Ada dua model teoritis paling populer yang digunakan dalam pereaksian kimia
yang beroperasi dalam keadaan tunak (steady-state), yaitu CSTR (Continuos Stirred
Tank Reactor) dan Plug Flow Reaktor (PFR). Perbedaannya adalah pada dasar
asumsi konsentrasi komponen-komponen yang terlibat dalam reaksi. CSTR
merupakan reaktor model berupa tangki berpengaduk dan diasumsikan pengaduk
yang bekerja dalam tangki sangat sempurna sehingga konsentrasi tiap komponen
dalam reaktor seragam sebesar konsentrasi aliran konsentrasi tiap komponen dalam
reaktor seragam sebesar konsentrasi aliran yang keluar dari reaktor. Model ini
biasanya digunakan pada reaksi homogen di mana semua bahan baku dan katalis cair
(Hill, 1977).
Reaktor industri kimia merupakan peralatan yang komplek dalam transfer
panas, transfer massa, difusi dan friksi yang mungkin ditemui selama reaksi kimia, ini
harus dijaga dan terkontrol. Continous stirred tank reactor sering digunakan secara
multiply dan secara seri. Reaktan secara terus-menerus dimasukkan ke dalam vessel
pertama dan overflow diantara masing-masing saat terjadi pencampuran dalam
masing-masing vessel. Biasanya komposisi uniform dalam individual vessel, tapi ada
gradient konsentrasi dalam sistem secara keseluruhan (Charles, 1987).
Gambar 2.1. Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR)
Keberhasilan operasi suatu proses pengolahan sangat bergantung pada aktifnya
pengadukan dan pencampuran zat cair dalam proses itu. Istilah pengadukan dan
pencampuran sebetulnya tidak sama satu sama lain. Pengadukan (agitator)
menunjukkan gerakan yang tereduksi menurut cara tertentu. Pada suatu bahan
didalam bejana, dimana gerakan ini biasanya mempunyai semacam pola sirkulasi.
Pencampuran (mixing) ialah peristiwa menyebarnya bahan secara acak, dimana bahan
yang satu menyebar kedalam bahan yang lain dan sebaliknya, sedang bahan-bahan itu
terpisah dalam dua fase atau lebih. Istilah pencampuran digunakan untuk berbagai
ragam operasi, dimana derajat homogenitas bahan yang ”bercampur” tersebut sangat
berbeda-beda. Tujuan dari pengadukan antara lain adalah untuk membuat suspensi
partikel zat padat, untuk meramu zat cair yang mampu bercampur (miscible), untuk
menyebar (dispersi) gas di dalam zat cair yang lain, sehingga membentuk emulsi atau
suspensi butiran-butiran halus, dan untuk mempercepat perpindahan kalor antara zat
cair dengan kumparan atau material kalor. Kadang-kadang pengaduk digunakan
untuk beberapa tujuan sekaligus, misal dalam hidrogenasi katalitik pada zat cair.
Dalam bejana hidrogenasi gas hidrogen didispersikan melalui zat cair dimana
terdapat partikel-partikel katalis padat dalam keadaan suspensi, sementara kalor
dikeluarkan melalui kumparan atau mantel (McCabe dkk , 2003).
Reaktor tangki berpengaduk yang ideal beroperasi secara isotermal pada
kecepatan alir yang konstan. Bagaimanapun kesetimbangan energi diperlukan untuk
memprediksi temperatur agar konstan pada saat panas dari reaksi cukup (atau
pertukaran panas antara lingkungan dengan reaktor tidak mencukupi) untuk membuat
perbedaan antara suhu umpan dengan reaktor. Tangki berpengaduk dapat
memberikan pilihan yang lebih baik atau bahkan lebih buruk daripada tubular flow
unit pada sistem reaksi ganda. Biasanya hal terpenting adalah nilai relatif atau energi
aktivasi (Smith,1981).
Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR) bisa berbentuk dalam tangki satu atau
lebih dari satu dalam bentuk seri. Reaktor ini digunakan untuk reaksi fase cair dan
biasanya digunakan dalam industri kimia organik. Keuntungan dari reaktor ini adalah
kualitas produk yang bagus, kontrol yang otomatis dan tidak banyak membutuhkan
banyak tenaga operator. Karakteristik dari reaktor jenis ini adalah beroperasi pada
kondisi steady state dengan aliran reaktan dan produk secara kontinu. Continuous
Stirred Tank Reactor (CSTR) adalah reaktor yang dirancang untuk mempelajari
proses-proses pening dalam ilmu kimia. Reaktor jenis ini merupakan salah satu dari
3 tipe reaktor yang bisa bersifat interchangble pada unit service reaktor (CEX Mk
II). Reaksi dimonitor oleh probe konduktivitas sebagai konduktivitas dari larutan
yang berubah dengan konversi dari reaktan menjadi produk. Artinya, ini merupakan
proses titrasi yang tidak akurat dan tidak efisien di mana ini digunakan untuk
memonitor perkembangan reaksi yang tidak begitu penting (Alex, 2013).
Gambar 2.2 Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR) dalam susunan seri
Coil stainless didalam reaktor CSTR berguna sebagai pemindah panas
permukaan untuk memanaskan atau mendinginkan reaktan kimia. Coil itu
dihubungkan untuk memanaskan sirkulator air atau disebut juga CW-16 chiller. Coil
inlet ini berada pada posisi didepan reaktor dan return reaktor itu berada pada bagian
belakang dari reaktor. Agitator (pengaduk) turbin bekerja pada sambungan dengan
mengatur baffle (suatu alat untuk mencegah aliran) untuk menghasilkan pengadukan
dan perpindahan panas yang sempurna. Agitator ini bekerja dengan menggunakan
motor listrik yang ditaruh pada penutup reaktor. Motor ini dijalankan dengan variable
speed unit yang ditaruh didepan sevice unit. Tombol untuk plug motor listrik ini
diletakkan pada bagian belakang service unit.
Agitator (pengaduk) biasanya juga digunakan untuk beberapa tujuan sekaligus,
misalnya dalam hidrogenasi katalitik pada zat cair. Dalam bejana hidrogenasi, gas
hidrogen didispersikan melalui zat cair dimana terdapat pertikel-partikel katalis padat
dalam keadaan suspensi, sementara kalor reaksi diangkut keluar melalui kumparan
atau mantel Dengan reaksi sebagai berikut (McCabe dkk, 2003).
NaOH + CH3COOC2H5 CH3COONa + C2H5OH
Reaksi ini terjadi berasarkan persamaan molar dan reaksi orde pertama yang
bergantung kepada larutan Natrium hidroksida dan etil asetat. Konsentrasi yang
digunakan berkisar antara 0 sampai 0.1 M dengan temperature berkisar 20-40 oC.
Reaksi ini berlangsung dalam reaktor CSTR atau reaktor tubular yang bisa mencapai
keadaan steady state ketika konversi dan konsentrasi reagen telah tercapai. Keadaan
steady state akan bervariasi berdasarkan konsentrasi reagen, flowrate, dan volume
reaktor secara temperature reaksi. Kecepatan reaksi dihitung dengan mengonversikan
reaktan menjadi produk dalam waktu tertentu. Agar reaksi bisa terjadi, partikel dari
reaktan-reaktan tersebut harus berkontak agar menghasilkan suatu interaksi.
Kecepatan reaksi bergantung pada frekuensi tumbukan dan efffisiensi tumbukan
partikel dari larutan yang bereaksi. Faktor-faktor ini didukung dengan pengadukan
reaktan dengan menggunakan stirred (pengaduk) dan baffle di dalam reaktor.
Pengadukan yang tidak sempurna akan menghasilkan kecepatan reaksi yang kurang
pula. Berdasarkan reaksi antara NaOH dan etil asetat, jika konsentrasi awal dari
kedua larutan tersebut sama (ao) dan konversi (xa) maka konsentrasi dari masing-
masing larutan adalah:
NaOH + CH3COOC2H5 C2H5OH + CH3COONa
(ao - xa) (ao - xa) (xa) (xa)
Dengan neraca massa pada kondisi steady state yaitu:
Input – output ± accumulation = 0 …………... (1)
Etil asetat adalah senyawa organik dengan rumus molekul CH3COOC2H5.
senyawa ini merupakan ester dari etanol dan asam asetat. Senyawa ini berwujud
cairan tak berwarna dan memiliki bau yang khas. Etil asetat adalah pelarut polar
menengah yang volatile (mudah menguap), tidak beracun dan tidak higroskopik. Etil
asetat dapat melarutkan air hingga 3% dan larut dalam air hingga kelarutan 8% pada
suhu kamar. Untuk memperoleh rasio hasil yang tinggi, biasanya digunakan asam
kuat dengan proporsi stoikiometri, misalnya natrium hidroksida (Tim Penyusun,
2015).
2.2 Kecepatan Reaksi
Menurut hukum kegiatan massa, kecepatan reaksi pada suhu tetap berbanding
lurus dengan konsentrasi pengikut-pengikutnya dan masing-masing berpangkat
sebanyak molekul dalam persamaan reaksi. Kecepatan reaksi dapat dinyatakan
dengan persamaan :
r = k.a.b....................................................(2)
Jika konsentrasi awal A (a0) sama dengan konsentrasi awal B (b0), maka persamaan
(2) Dapat disederhanakan menjadi :
r = k.a2......................................................(3)
Secara umum untuk reaksi orde n dapat dituliskan sebagai berikut :
r = k.an......................................................(4)
Reaksi orde dua arah pada persamaan (2) dapat dinyatakan dengan hubungan
konversi A(Xa) dengan waktu reaksi (t) sebagai berikut :
.........................................(5)
Pada persamaan (4) dapat diplotkan pada grafik versus t, sehingga diperoleh
slope k.a0. Dengan diketahui awal A (a0) maka nilai konstanta kecepatan (k) dapat
dihitung.
Reaksi saponifikasi Ethyl Acetate dengan sodium hydroxide merupakan
contoh reaksi order dua dengan batasan konsentrasi 0 – 0,1 M dan temperatur 20 –
40oC. adapun reaksinya sebagai berikut:
NaOH + CH3COOC2H5 CH3COONa + C2H5OH
sodium hydroxide Ethyl Acetate sodium acetate ethyl alcohol
Reaksi ini dapat dilakukan pada CSTR ataupun Tubular sampai kondisi steady
state. Kondisi steady state ini akan bervariasi tergantung pada kondisi reagen,
flowrate, volume reaktor dan temperatur reaksi (Tim Penyusun, 2015).
2.3 Mekanisme Kerja
Pada RATB prosesnya berlangsung secara kontinu, pengadukan adalah yang
terpenting dalam reaktor ini karena dengan pengadukan menjadikan reaksinya
menjadi homogen. Di RATB, satu atau lebih reaktan masuk ke dalam suatu bejana
berpengaduk dan bersamaan dengan itu sejumlah yang sama (produk) dikeluarkan
dari reaktor. Pengaduk dirancang sehingga campuran teraduk dengan sempurna dan
diharapkan reaksi berlangsung secara optimal. Waktu tinggal dapat diketahui dengan
membagi volum reaktor dengan kecepatan volumetrik cairan yang masuk reaktor.
Dengan perhitungan kinetika reaksi, konversi suatu reaktor dapat diketahui. Beberapa
hal penting mengenai RATB yaitu:
Reaktor berlangsung secara ajeg, sehingga jumlah yang masuk setara dengan
jumlah yang ke luar reaktor, jika tidak tentu reaktor akan berkurang atau
bertambah isinya.
Perhitungan RATB mengasumsikan pengadukan terjadi secara sempurna
sehingga semua titik dalam reaktor memiliki komposisi yang sama. Dengan
asumsi ini, komposisi keluar reaktor selalu sama dengan bahan di dalam
reaktor.
Seringkali, untuk menghemat digunakan banyak reaktor yang disusun secara
seri daripada menggunakan reaktor tunggal yang besar. Sehingga reaktor yang
di belakang akan memiliki komposisi produk yang lebih besar dibanding di
depannya.
Dapat dilihat, bahwa dengan jumlah RATB kecil yang tak terbatas model perhitungan
akan menyerupai perhitungan untuk RAP (Nirmala, 2013).
2.4 Pengukuran Konduktivitas
Konduktivitas larutan yang bereaksi dalam reaktor tergantung pada tingkat
konversi dan hal ini memberikan suatu metode yang cocok untuk memonitor
perkembangan reaksi. Konsentrasi umpan dapat dihitung sebagai berikut:
Konsentrasi Sodium Hydroxide dalam umpan campuran:
……………….(6)
Konsentrasi Ethyl Acetate dalam umpan campuran:
………………..(7)
Jika diberikan waktu tak hingga, reaksi akan berlangsung kontinyu sehingga salah
satu atau kedua reagen tersebut terkonversi sempurna. Sehingga, konsentrasi Sodium
Acetate dalam reaktor pada waktu tak hingga menjadi:
jika ……..(8)
atau
jika ……..(9)
dan konsentrasi sodium hydroxide dalam reaktor setelah waktu tak hingga:
jika …….(10)
atau
jika …(11)
Hubungan konduktivitas Sodium Acetate pada waktu tak hingga dengan
konsentrasinya dapat dinyatakan melalui persamaan berikut:
untuk T 294 …………….(12)
dengan cara yang sama, hubungan konduktivitas Sodium Hydroxide pada waktu tak
hingga dengan konsentrasinya dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:
untuk T 294………….(13)
Konduktivitas larutan setelah waktu tak hingga:
………...............……...(14)
dan konduktivitas Sodium Hydroxide dalam umpan campuran:
…………………………(15)
konduktivitas awal larutan dapat juga dihitung dengan asumsi bahwa Sodium Acetate
sama dengan nol:
asumsi c0 = 0 …………………………………….(16)
(Tim Penyusun, 2015)
2.5 Perhitungan Faktor Konversi
Dengan perhitungan dari persamaan-persamaan di atas maka harga
konsentrasi Sodium Hydroxide dalam reaktor pada waktu t (a1) dan konsentrasi
Sodium Acetate pada waktu t (c1) serta tingkat konversi (Xa dan Xc) untuk masing-
masing sampel konduktivitas yang dilakukan tiap periode waktu selama percobaan
dapat dihitung dengan persamaan-persamaan berikut:
Konsentrasi Sodium Hydroxide dalam reaktor pada waktu t:
………………………………..(17)
Dengan cara yang sama, konsentrasi Sodium Acetate pada waktu t adalah:
untuk c0 = 0 ……………………………(18)
dimana 1 merupakan konduktivitas pada waktu t. Konversi Sodium Hydroxide dapat
didefinisikan sebagai jumlah yang bereaksi, yang dinyatakan sebagai persentase
jumlah awal. Jumlah yang sama dapat didefinisikan untuk produksi Sodium Acetate,
sebagai jumlah yang dihasilkan yang dinyatakan sebagai persentase jumlah total yang
diharapkan setelah waktu tak hingga:
………………………………………………….(19)
untuk c0 = 0…………………………………………(20)
(Tim Penyusun, 2015)
2.6 Konstanta Laju Reaksi
Konstanta laju spesifik (k), dapat dihitung dari konsentrasi Sodium Hydroxide
pada kondisi steady state dalam reaktor (a1). Neraca massa keseluruhan untuk reaktor
dapat ditulis sebagai:
Laju perubahan dalam reaktor = Input – Output + Akumulasi .....(21)
Untuk reaktan a dalam reaktor dengan volume V, dapat ditulis:
……………………………….(22)
Untuk reaktor kontinyu yang beroperasi pada keadaan steady state, laju perubahan
dalam reaktor adalah nol dan volume dapat diasumsikan konstan, sehingga:
……………………………………………….(23)
………………………………………..(24)
2.7 Perhitungan Waktu Tinggal
Pengaruh tahap perubahan input membuat kita dapat melakukan perhitungan
waktu tinggal rata-rata jika A merupakan konsentrasi dalam tangki pada waktu t
setelah tahap perubahan dan E adalah konsentrasi input, kemudian :
……………………………………………….(25)
Maka,
…………………………………………........(26)
Sehingga dapat diplot :
……………………………………………..............(27)
Terhadap waktu untuk tiap periode waktu selama percobaan, dimana merupakan
konsentrasi Sodium Hydroxide pada waktu t1 dan adalah konsentrasi awal. Slope
merupakan rata-rata waktu tinggal yang sama dengan dimana V merupakan
volume reaktor dan F adalah laju aliran total masuk reaktor (Tim Penyusun, 2015).
2.8 Konfigurasi Reaktor Alir Tangki Berpengaduk
Reaktor Tangki Alir Berpengaduk atau yang biasa dikenal sebagai Continuous
Stirred Tank Reactor (CSTR) merupakan jenis reaktor dengan model berupa tangki
berpengaduk dan diasumsikan pengaduk yang bekerja dalam tangki sangat sempurna
sehingga konsentrasi tiap komponen dalam reaktor seragam sebesar konsentrasi aliran
yang keluar dari reaktor. Reaktor jenis ini merupakan reaktor yang umum digunakan
dalam suatu industri. Dalam operasinya, reaktor ini sering digunakan dalam jumlah
lebih dari satu dengan rangkaian reaktor disusun secara seri maupun paralel (Nirmala,
2013).
Pemilihan susunan rangkaian reaktor dipengaruhi oleh berbagai
pertimbangan, tergantung keperluan dan maksud dari operasinya. Masing-masing
rangkaian memiliki kelebihan dan kekurangan, karena di dunia ini tidak ada yang
sempurna. Semua yang ada didunia ini saling melengkapi satu sama lainnya. Secara
umum, rangkaian reaktor yang disusun secara seri itu lebih baik dibanding secara
paralel. Setidaknya ada dua sisi yang dapat menjelaskan kenapa rangkaian reaktor
secara seri itu lebih baik. Pertama, ditinjau dari konversi reaksi yang dihasilkan dan
yang kedua ditinjau dari sisi ekonomisnya (Nirmala, 2013).
Pertama, ditinjau dari konversi reaksinya. Feed yang masuk ke reaktor
pertama dalam suatu rangkaian reaktor susunan seri akan bereaksi membentuk
produk yang mana pada saat pertama ini masih banyak reaktan yang belum bereaksi
membentuk produk di reaktor pertama, sehingga reaktor selanjutnya berfungsi untuk
mereaksikan kembali reaktan yang belum bereaksi dan seterusnya sampai
mendapatkan konversi yang optimum. Secara sederhana, reaksi yang berlangsung itu
dapat dikatakan berkali-kali sampai konversinya optimum. Konversi yang optimum
merupakan maksud dari suatu proses produksi. Sementara itu jika dengan reaktor
susunan paralel, dengan jumlah feed yang sama, maka reaksi yang terjadi itu hanya
sekali sehingga dimungkinkan masih banyak reaktan yang belum bereaksi. Walaupun
pada outletnya nanti akan dijumlahkan dari masing-masing reaktor, namun tetap saja
konversinya lebih kecil, sebagai akibat dari reaksi yang hanya terjadi satu kali
(Nirmala, 2013).
Kedua, tinjauan ekonomisnya. Dalam pengadaan alat yang lain, misal jika seri
hanya memerlukan satu wadah untuk bahan baku (baik dari beton ataupun stainless
steel), dan konveyor yang digunakan juga cukup satu. Namun jika paralel mungkin
memerlukan wadah lebih dari satu ataupun konveyor yang lebih dari satu untuk
memasukkan feed ke masing-masing reaktor. Konsekuensi yang lain dari suatu
reaktor rangkain paralel adalah karena masih ada reaktan yang banyak belum bereaksi
maka dibutuhkanlah suatu recycle yang berakibat pada bertambahnya alat untuk
menampungnya, sehingga lebih mahal untuk mendapatkan konversi yang lebih besar.
Salah satu kerugian dari penggunaan reaktor tangki (CSTR) adalah bahwa reaksi
berlangsung pada konsentrasi yang realtif rendah, yaitu sama dengan konsentrasi di
dalam campuran yang meninggalkan reaktor. Akibatnya untuk reaksi-reaksi berorde
positif volume reaktor yang diperlukan menjadi besar. Salah satu cara untuk
menghindari kerugian ini adalah dengan mempergunakan beberapa reaktor tangki
yang dipasang seri, sehingga konsentrasi reaktan tidak turun secara drastis tetapi
bertahap dari satu tangki ke tangki yang berikutnya (Nirmala, 2013).
2.9 Faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan reaksi
1. Konsentrasi
Reaksi kimia akan berlangsung lebih cepat jika konsentrasi yang bereaksi
lebih besar. Makin konsentrasi, makin banyak partikel zat sehingga makin
banyak terjadi tumbukan.
2. Luas Permukaan
Makin luas permukaan sentuhan zat bereaksi, makin besar frekuensi
tumbukan yang terjadi sehingga reaksi makin cepat.
3. Suhu
Dengan kenaikan suhu, energi kinetik molekul zat yang bereaksi bertambah
sehingga reaksi akan semakin cepat.
4. Katalis
Katalis memungkinkan terjadinya penurunan energi aktivasi dan
memperbanyak tahap reaksi.
Reaktor CSTR dapat digunakan jika reaksi memelurkan pengadukan dan
konfigurasi seri untuk aliran konsentrasi yang berbeda. Fase zat yang dapat
digunakan adalah liquid, gas-liquid, maupun solid-liquid.
Kelebihan dari reaktor CSTR adalah sebagai berikut :
Operasi kontinu, sehingga memungkinkan produksi dalam jumlah besar
Pengontrolan temperatur mudah dilakukan
Mudah untuk menjalankan dua fase
Biaya operasi murah
Mudah dibersihkan
Sedangkan kelemahan reaktor CSTR, yaitu :
Konversi per unit volume rendah
Agitasi yang kecil dapat menyebabkan by-passing dan channeling
Waktu tinggal dalam reaktor sangat terbatas karena ditentukan oleh laju alir
feed yang masuk dan keluar
Dapat timbul endapan didasar akibat gaya sentrifugal
Tidak efisien untuk reaksi bertekanan tinggi
Beberapa hal penting pada CSTR adalah :
Temperatur dan komposisi diasumsikan seragam selama dalam reaktor.
Reaksi berlangsung steady-state, dengan aliran kontinu pada reaktan dan
produk sehingga jumlah yang masuk setara dengan jumlah yang keluar
reaktor.
Perhitungan mengasumsikan bahwa pengadukan terjadi secara sempurna
sehingga semua titik dalam reaktor memiliki komposisi yang sama (Fogler,
1997)
2.10 Kalibrasi
Kalibrasi merupakan perbandingan kinerja instrumen dengan suatu standar
akurat telah spakati. Kalibrasi menjamin bahwa pengukuran yang akurat dan dalam
batas spesifikasi yang disyaratkan dari instrumen proses. Kalibrasi secara singkat
dapat digambarkan sebagai suatu aktivitas pengujian instrumen dengan cara
membandingkan hasil penunjukkan instrument tersebut dengan nilai/referensi yang
telah diketahui. Referensi merupakan nilai acuan /nilai pembanding yang standarnya
sudah ditetapkan. Alasan utama untuk kalibrasi adalah bahwa instrumen yang paling
baik pun juga mengalami drift serta akan kehilangan kemampuan untuk memberikan
pengukuran yang akurat. Sumber-sumber yang mempengaruhi hasil kalibrasi:
Prosedur
Kalibrasi harus dilakukan sesuai dengan prosedur standar yang telah diakui.
Kesalahan pemahaman prosedur akan membuahkan hasil yang kurang benar dan
tidak dapat dipercaya. Pengesetan sistem harus teliti sesuai dengan aturan pemakaian
alat, agar kesalahan dapat dihindari.
Kalibrator
Kalibrator harus memenuhi standar Nasional dan atau Internasional. Jika tidak
memenuhi standar tersebut, hasil kalibrasi tidak akan diakui oleh pihak lain.
Demikian pula ketelitian, kecermatan dan kestabilan kalibrator harus setingkat lebih
baik dari pada alat yang dikalibrasi.
Tenaga pengkalibrasi
Tenaga pengkalibrasi harus memiliki keahlian dan keterampilan yang
memadai, karena hasil kalibrasi sangat tergantung kepadanya. Kemampuan
mengoperasikan alat dan kemampuan visualnya, umumnya sangat diperlukan,
terutama untuk menghindari kesalahan yang disebabkan oleh penalaran posisi skala.
Periode kalibrasi
Periode kalibrasi adalah selang waktu antara satu kalibrasi suatu alat ukur
dengan kalibrasi berikutnya. Periode kalibrasi tergantung pada beberapa faktor antara
lain pada kualitas metrologis alat ukur tersebut, frekuensi pemakaian, pemeliharaan
atau penyimpanan dan tiingkat ketelitiannya. Periode kalibrasi dapat ditetapkan
berdasarkan lamanya pemakaian alat, waktu kalender atau gabungan dari keduanya.
Alat yang dikalibrasi
Alat yang dikalibrasi harus dalam keadaan maksimal, artinya dalam kondisi
jalan dengan baik, stabil dan tidak terdapat kerusakan yang mengganggu (Hill, 1977).
2.11 Aplikasi Reaktor Alir Tangki Berpengaduk
A. SPM-2100
SPM-2100 Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR) dapat digunakan untuk
mereaksikan dua macam gas. Reaksinya dapat terjadi dalam keadaan endoterm
maupun eksoterm. Contohnya: reaksi antara etilen (reaktan A) dengan benzena
(reaktan B) yang terjadi dalam keadaan eksoterm, untuk memproduksi etilbenzena
(produk C), bahan kimia yang digunakana dalam pembuatan monomer stirena.
Reaktan A dan B dimasukkan ke dalam CSTR agar kedua reaktan tersebut tercampur
dengan sempurna menggunakan pemutar bermotor (motorized agitator) (Nirmala,
2013).
B. CSTR dengan cooling jacket
Pada CSTR disamping yang terjadi adalah reaksi tunggal dalam keadaan
eksoterm yang tidak dapat balik (irreversible), dapat dilihat bahwa aliran fluida
dimasukkan secara terus-menerus ke dalam reaktor dan aliran fluida lainnya
dikeluarkan terus-menerus dari reaktor. Sejak reaktor tersebut menggabungkan
dengan sempurna, aliran keluar memiliki konsentrasi dan temperatur yang sama
dengan fluida dalam reaktor. Menyadari bahwa lapisan disekitar reaktor juga masuk
dan keluar aliran, pelapis diasumsikan bergabung dengan sempurna dan pada
temperatur yang lebih rendah dari reaktor. Energi lalu melewati dinding reaktor
menuju pelapis, memindahkan panas yang dihasilkan oleh reaksi. Banyak contoh
reaktor yang digunakan dalam industri yang serupa dengan reaktor di atas. Contohnya
adalah tipe-tipe dari reaktor polmerisasi yang memproduksi polimer yang digunakan
dalam produk plastik seperti pendingin polistirena atau botol plastik (Nirmala, 2013).
BAB III
METODOLOGI PERCOBAAN
3.1 Bahan
1. NaOH 1 N
2. Ethyl Acetate 10 N
3. HCl 1 N
4. Phenoftalein
5. Aquades
3.2 Alat
1. Seperangkat alat reaktor CSTR
2. Gelas ukur
3. Conductivity
4. Stopwatch
5. Buret
3.3 Prosedur Percobaan
1. Kalibrasi Pompa Feed
a. Masing-masing tangki diisi dengan air
b. Pompa nomor 1 dihidupkan dan set kontrol kecepatannya dengan skala 10
c. Air yang terpompa tersebut ditampung pada dengan volume tertentu dan
dihitung waktu air tersebut ditampung
d. Volume air tersebut diukur dengan gelas ukur
e. Percobaan diatas dilakukan juga untuk setting 11 dan 12
f. Dibuat grafik hubungan flowrate vs speed setting
g. Diulangi langkah di atas untuk pompa feed no. 2.
2. Pembuatan Larutan Umpan
a. Dibuat larutan NaOH dan ethyl acetate masing-masing 0,05 M sebanyak
2 liter.
b. Dimasukkan reaktan yang telah dibuat masing-masing ke dalam tangki
reaktan sampai dengan kira-kira 5 cm dari batas atas tutup tangki reaktan.
c. Pengatur kecepatan pompa diset pada kecepatan yang menghasilkan
aliran masing-masing 40 ml/menit, 60 ml/menit dan 80 ml/menit.
d. Pengadukan diset pada setting K7.
e. Dicatat konduktivitas hasil reaksi pada konduktivitimeter setiap 3 menit
sampai tercapai keadaan steady, kemudian untuk masing-masing setting
pengadukan dilakukan dititrasi HCl 0.1 M dengan indikator phenoftalein
sampai larutan tidak berwarna .
f. Percobaan diatas dilakukan juga untuk pengadukan K8 dan K9.
DAFTAR PUSTAKA
Alex, 2013. Continous stirred tank reactor. http://alexs chemistry. blogspot.
com/2013/12/cstr.html
Fogler, H. S. 1997. Elements of Chemical Reaction Engineering, 3rd edition. New
Delhi : Prentice-Hall International, Inc.
Hill, 1977. An Introduction to Chemical Engineering Kinetika and Reactor Design.
New York.
McCabe, dkk. 2003. Unit Operations of Chemical Engineering Fourth Edition.
Nirmala, 2013. Rancangan Reaktor CSTR. http://nirmala yahdi. blogspot. com/
2013/05/ rancangan-reaktor-cstr.html
Sumarni, 2009. Pemanfaatan Metoda Newton-Raphson dalam Perancangan Reaktor
Alir Tangki Berpengaduk. Jurnal Teknologi, Volume 2 Nomor 2. Yogyakarta.
Tim Penyusun, 2015. Penuntun Praktikum Laboratorium Teknik Kimia II. Pekanbaru