Reaktor Batch

I.            Pendahuluan

Reaktor kimia adalah sebuah alat industri kimia , dimana terjadi reaksi bahan mentah menjadi hasil jadi yang lebih berharga. Menurut wikipedia, reaktor kimia adalah suatu bejana tempat berlangsungnya reaksi kimia. Perancangan suatu reaktor kimia harus mengutamakan efisiensi kinerja reaktor, sehingga didapatkan hasil produk lebih besar dibandingkan masukan (input) yang besar dengan biaya yang minimum, baik itu biaya modal maupun operasi.

v  Tujuan pemilihan reaktor adalah :

1. Mendapat keuntungan yang besar
2. Biaya produksi rendah
3. Modal kecil/volume reaktor minimum
4. Operasinya sederhana dan murah
5. Keselamatan kerja terjamin
6. Polusi terhadap sekelilingnya (lingkungan) dijaga sekecil-kecilnya

v  Pemilihan jenis reaktor dipengaruhi oleh :

1. Fase zat pereaksi dan hasil reaksi
2. Tipe reaksi dan persamaan kecepatan reaksi, serta ada tidaknya reaksi samping
3. Kapasitas produksi
4. Harga alat (reactor) dan biaya instalasinya
5. Kemampuan reactor untuk menyediakan luas permukaan yang cukup untuk perpindahan panas

v  Jenis-jenis reaktor

A.   Berdasarkan bentuknya

1.      Reaktor tangki

2.      Reaktor pipa

B.   Berdasarkan prosesnya

1.      Reaktor Batch

2.      Reaktor Alir (Continous Flow)

3.      Reaktor semi batch

C.    Jenis reaktor berdasarkan keadaan operasinya

1.      Reaktor isotermal.

2.      Reaktor adiabatis.

3.      Reaktor Non-Adiabatis

II.         Definisi Batch Reactor

Batch Reactor adalah tempat terjadinya reaksi, dimana tidak ada massa masuk dan keluar selama reaksi. Jadi bahan dimasukkan, direaksikan beberapa waktu / hari (residence time) dan dikeluarkan sebagai produk dan selama proses tidak ada umpan-produk mengalir.

Reaktor batch umumnya digunakan : 

1.      Fase cair

2.      Skala proses yang kecil

3.      Mencoba proses baru yang belum sepenuhnya dikembangkan

4.      Memproduksi produk yang mahal

5.      Proses-proses yang sulit diubah menjadi proses kontinyu

6.      Jika bahan atau hasilnya perlu pembersihan

7.      Proses memerlukan waktu lama

III.       Karakteristik

Karakteristik Reaktor Batch yaitu:

a.             Sederhana dan tidak memerlukan banyak peralatan pendukung.

b.             Ideal untuk operasi skala kecil.

c.              Operasinya berupa operasi tak tunak/unsteady-state, dengan komposisi yang bervariasi dengan waktu.

Beberapa ketetapan menggunakan reaktor tipe Batch :

● Selama reaksi berlangsung tidak terjadi perubahan   temperatur

● Pengadukan dilakukan dengan sempurna,   konsentrasi di semua titik dalam reaktor adalah   sama atau homogen pada waktu yang sama

● Reaktor ideal

-Penggunaan Batch Reactor Reaktor jenis ini biasanya sangat cocok digunakan untuk produksi berkapasitas kecil misalnya dalam proses pelarutan padatan, pencampuran produk, reaksi kimia, Batch distillation, kristalisasi, ekstraksi cair-cair, polimerisasi, farmasi dan fermentasi.

Keuntungannya :

1.      Lebih murah dan ongkos atau harga instrumentasi rendah.

2.      Lebih mudah pengoperasian dan pengontrolan (penambahan bahan per volume) atau Penggunaannya fleksibel, artinya dapat dihentikan secara mudah dan cepat kapan saja diinginkan.

3.      Terjadi pengadukan sempurna sehingga konsentrasi disetiap titik dalam reaktor sama pada waktu yang sama.

4.      Pada reaktor batch dengan volume berubah, maka perubahan volume dapat dianggap linier terhadap konversi.

5.      Penggunaan yang multifungsi dan reaktor ini dapat digunakan untuk reaksi yang menggunakan campuran kuat dan beracun.

6.      Mudah dibersihkan.

Kerugiannya :

1.      Pengendalian suhu bermasalah dan pengendalian kualitas dari produk jelek atau susah.

2.      Lebih banyak pekerja, karena diperlukan utk pengawasan kondisi & prosedur yg berubah terus dari awal sampai akhir sehingga biaya buruh dan handling tinggi.

3.      Tidak baik utk fase gas, karena rentan bocor pada masukan pengaduknya dan banyak waktu yang terbuang.

4.      Tidak efektif utk skala besar karena waktu yang lama (tidak produktif) sehingga skala produksi yang kecil.

5.      Tidak dapat dijalankan pada proses-proses yang sulit,karena harus diubah menjadi proses kontinue

6.      Saat terjadi reaksi tidak ada reaktan yang masuk dan produk yang keluar.

7.      Kadang-kadang waktu shut down nya besar, yaitu waktu untuk mengosongkan, membersihkan dan mengisi kembali.

IV.       Aplikasi Industri

a.      Persiapan Alat

ü  Penelitian Tahap I Menggunakan Reaktor Batch 

Persiapan reaktor anaerobic mengunakan reaktor batch dengan kapasitas 1 L. Reaktor berupa erlenmeyer 1 L yang ditutup dengan karet berselang yang dihubungkan ke labu erlenmeyer 250 mL yang berfungsi sebagai pengaman agar air dari wadah plastik tidak masuk ke labu erlenmeyer 1 L serta menampung slurry eceng gondok yang ikut terbawa saat gas menuju ke gelas ukur. Kemudian dihubungkan lagi ke gelas ukur 1 L untuk pengamatan penurunan air yang ada dalam gelas ukur akibat terbentuknya biogas. Gambar rangkaian reaktor biogas secara batch dapat dilihat pada Gambar 1.

b.      Persiapan Bahan

ü  Penyediaan eceng gondok. 

Eceng gondok diambil langsung dari saluran pembuangan di wilayah ITS Surabaya. Setelah itu eceng gondok (batang dan daun) dicacah hingga berukuran kecil- kecil, kemudian diblender dan ditambahkan air sesuai variabel komposisi yang akan digunakan pada penelitian pendahuluan.

c.       Reaksi Pada Pembuatan Biogas dari eceng gondok

Salah satu contoh biomassa lignoselulosa adalah eceng gondok. Ketersediaan eceng gondok di Indonesia cukup banyak karena tingkat pertumbuhan tanaman ini relatif cepat. Kecepatan pertumbuhan ini menyebabkan tertutupnya permukaan perairan sehingga kelarutan oksigen dalam air semakin berkurang. Eceng gondok memiliki kandungan selulosa yang relatif besar sehingga berpotensi untuk diolah menjadi menjadi biogas melalui proses anaerobic digestion.

Anaerobic digestion merupakan proses dekomposisi alamiah, dimana senyawa organik terurai menjadi komponen kimia yang lebih sederhana tanpa menggunakan oksigen, sehingga dihasilkan biogas yang umumnya mengandung metana (CH4) serta gas-gas yang lain. 

Tahapan Anaerobic Digestion, yaitu:

§  Proses Hidrolisa

(C6H10O5)n + n H2O  →    n (C6H12O6) glukosa 

§  Proses Asidogenesis dan Asetogenesis

C6H12O6  →2CH3CHOHCOOH → CH3COOH         

Glukosa          Asam Laktat            Asam Asetat

§  Proses Metanogenesis

CH3COOH → CH4(g) + CO2

d.      Pengoperasian Reaktor

Pengoperasian reaktor dilakukan berdasarkan urutan berikut ini : 

1.      Penelitian pendahuluan tahap 1 bertujuan untuk mengetahui komposisi eceng gondok dan air yang menghasilkan biogas paling optimum. Perbandingan komposisi yang digunakan antara eceng gondok:air, yaitu 1:2 dan 1:3. Campuran eceng gondok dan air tersebut diblender sehingga terbentuk campuran yang homogen dan merata. Komposisi yang menghasilkan biogas paling optimum akan digunakan untuk penelitian tahap selanjutnya.

2.      Penelitian pendahuluan tahap 2 bertujuan untuk mengetahui komposisi eceng gondok dan kotoran sapi yang menghasilkan biogas paling optimum. Perbandingan komposisi yang digunakan antara eceng gondok:kotoran sapi, yaitu 100%:0%, 75%:25%, dan 50%:50%. Campuran eceng gondok dan kotoran sapi tersebut diblender sehingga terbentuk campuran yang homogen dan merata. Komposisi yang menghasilkan biogas paling optimum akan digunakan untuk penelitian tahap selanjutnya.