bab ii reaktor fix
DESCRIPTION
Energy EngineeringTRANSCRIPT
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
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:
3
1. Reaktor tangki
Gambar 2.1 Reaktor Tangki
Reaktor tangki banyak dikenal dalam 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 kinerjanya, sehingga akan
didapatkan rasio output (produk) banding input yang besar dengan biaya yang
seminimal mungkin. Selain itu, faktor keselamatan juga harus benar-benar
diperhitungkan, mengingat dalam satu kali proses kimia akan ada banyak
perubahan energi dalam reaktor tangki tersebut seperti penambahan atau
pengurangan tekanan, pemanasan, pendinginan, gesekan, dan lain-lain. Oleh
karena itu, pengurangan biaya operasional dengan cara memangkas biaya
keselamatan justru akan menyebabkan membengkaknya pengeluaran karena
kejadian-kejadian yang tidak diinginkan.
4
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 Pipa
Reaktor jenis ini biasanya digunakan tanpa pengaduk, sehingga disebut
reaktor alir pipa. Dikatakan ideal apabila zat pereaksi yang berupa gas atau cairan,
mengalir di dalam pipa dengan arah sejajar dengan sumbu pipa.
b. Pembagian reaktor berdasarkan proses
Berdasarkan prosesnya, reaktor dapat diklasifikasikan menjadi:
1. Reaktor batch
Reaktor batch merupakan reaktor dimana saat terjadinya reaksi tidak ada
reaktan yang masuk dan produk yang keluar. Dalam reaktor batch, reaksinya
5
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 cair-
cair, polimerisasi, farmasi, dan fermentasi.
Gambar 2.3 Reaktor Batch
Berikut ini beberapa ketetapan dalam penggunaan 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 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.
Kelebihan dari reaktor tipe batch
1. Harga instrumentasi rendah
2. Penggunaannya fleksibel, dimana dapat dihentikan secara mudah dan cepat,
kapan saja diinginkan.
6
3. Penggunaan yang multifungsi
4. Dapat digunakan untuk reaksi yang menggunakan campuran kuat dan beracun
5. Mudah dibersihkan
6. Dapat menangani reaksi dalam fase gas, cair, dan cair-padat.
7. Pada reaktor batch dengan volume yang berubah, maka perubahan volume
dapat dianggap linier terhadap konversi.
Kelemahan reaktor tipe batch
1. Biaya buruh dan handling yang tinggi
2. Terkadang waktu untuk mengosongkan, membersihkan, dan mengisi kembali
reaktor besar.
3. Pengendalian kualitas dari produk jelek atau susah
4. Skala produksi yang kecil
5. Tidak begitu baik untuk reaksi fase gas karena mudah terjadi kebocoran pada
lubang pengaduk
6. Tidak dapat dijalankan pada proses-proses yang sulit, karena harus diubah
menjadi proses kontinyu.
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.
Dalam industri kimia, reaktor batch digunakan untuk keperluan antara lain
pada industri dengan skala kecil, yaitu:
1. Mencoba proses baru yang belum sepenuhnya dikembangkan
2. Memproduksi produk yang mahal
3. Proses-proses yang sulit diubah menjadi proses kontinyu.
7
Alasan dipilihnya reaktor batch
1. Proses yang terjadi membutuh proses yang lama
2. Jika bahan atau hasilnya perlu pembersihan
3. Untuk reaksi dengan fase cair
4. Jika prosesnya dalam kapasitas yang kecil
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 atau meninggalkan
sistem secara berkesinambungan, maka di dalam reaktor alir (kontinyu) baik
umpan maupun produk akan mengalir secara terus-menerus. Sistem seperti ini
8
memungkinkan kita untuk bekerja pada suatu keadaan dimana operasi berjalan
secara keseluruhan 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 tangki-
tangki ini dipasang vertical dengan pengadukan sempurna. Pengadukan pada
masing-masing tangki dilakukan secara kontinyu sehingga diperoleh suatu
keadaan dimana komposisi campuran di dalam reaktor benar-benar seragam.
RATB sering atau biasa digunakan untuk reaksi homogen (reaksi yang
berlangsung dalam satu fase saja), 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 hasil (produk) yang keluar sehingga kecepatan
akumulasinya sama dengan nol. 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.
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.
9
Keuntungan penggunaan RATB:
1. Suhu dan komposisi campuran dalam reaktor sama
2. Pengontrolan suhu mudah sehingga kondisi operasi yang isotermal bisa
terpenuhi.
3. Mudah dalam melakukan pengontrolan secara otomatis sehingga produk lebih
konsisten dan biaya operasi lebih rendah.
Kerugian penggunaan RATB:
1. Tidak efisien untuk reaksi fase gas dan reaksi yang bertekanan tinggi.
2. Kecepatan perpindahan panas lebih rendah dibanding RAP.
3. Untuk menghasilkan konversi yang sama, volume yang dibutuhkan RATB
lebih besar dari RAP.
4. Volume reaktor besar, maka waktu tinggal juga besar, berarti zat pereaksi
lebih lama bereaksi di reaktor.
5. Reaksinya berlangsung isotermal sehingga dipakai katalisator yang
aktifitasnya rendah dan butir katalisator kecil sehingga tidak ada tahanan
perpindahan panas.
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
10
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.
Umpan dalam reaktor alir pipa biasanya umpan dalam skala besar. Oleh
karena itu, reaktor ini banyak digunakan dalam industri – industri besar seperti :
petrokimia gresik, pertamina dan lain-lain. Reaktor ini biasanya digunakan dalam
fase gas pada tekanan tinggi dan dalam suhu tinggi.
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.
11
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.
Keuntungan penggunaan RAP:
1. Memberikan volume yang lebih kecil daripada RATB, untuk konversi yang
sama
2. Hasil konversi yang cukup tinggi
3. Waktu yang relatif lebih singkat dibandingkan dengan reaktor lain seperti
RATB.
Kerugian penggunaan RAP:
1. Harga alat, biaya instalasi, dan perawatannya tinggi.
2. Memerlukan waktu untuk mencapai kondisi steady state.
3. Untuk reaksi eksotermis kadang-kadang terjadi “Hot Spot” (bagian yang
suhunya sangat tinggi) pada tempat pemasukan sehingga dapat menyebabkan
kerusakan pada dinding reaktor.
3. Reaktor semi batch
Gambar 2.6 Reaktor Semi Batch
12
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 sehingga dapat memperkenankan adanya penambahan pereaksi dan
atau penghapusan produk dalam suatu waktu.
Kelebihan reaktor semi batch:
1. Peningkatan selektivitas reaksi.
Sering kali reaktan tertentu bisa melalui jalur paralel yang menghasilkan dua
produk yang berbeda namun hanya satu yang diinginkan.
2. Kontrol yang lebih baik dari reaksi eksotermis.
Reaksi eksotermis adalah reaksi yang melepaskan panas. Reaksi yang sangat
eksotermis dapat menyebabkan masalah dalam hal keamanan. Reaktor semi
batch memungkinkan untuk penambahan reaktan secara lambat untuk
mengontrol panas yang dilepaskan dan juga temperatur yang ada di dalam
reaktor.
3. Penghapusan produk melalui aliran pembersihan.
Dalam rangka meminimalkan reversibilitas reaksi, maka konsentrasi produk
harus diminimalkan. Hal ini dapat dilakukan dalam reaktor semi batch dengan
menggunakan aliran pembersihan untuk menghilangkan produk dan
meningkatkan laju reaksi.
13
Pemilihan reaktor
Baik reaktor batch maupun reaktor semi batch lebih cocok untuk reaksi fase
cair dan produksi skala kecil, karena mereka biasanya 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) atau panas
diperlukan untuk reaksi endoterm.
14
2. Reaktor adiabatis
Gambar 2.8 Reaktor Adiabatis
Reaktor adiabatis adalah reaktor yang beroperasi secara adiabatis dimana
tidak ada perpindahan panas antara reaktor dengan sekelilingnya. Ditinjau dari
segi operasionalnya, reaktor adiabatis yang paling sederhana, cukup dengan
menyekat reaktor, sehingga tidak ada panas 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 adalah reaktor yang beroperasi secara non adiabatis
dimana terdapat perpindahan panas antara reaktor dengan sekelilingnya.
d. Pembagian reaktor khusus (Reaktor dengan katalis padat)
1. Packed/Fixed bed reaktor (PBR)
15
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
16
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.
Kelebihan fixed bed reaktor
Dapat digunakan untuk mereaksikan dua macam gas sekaligus
Kapasitas produksi cukup tinggi
17
Pemakaian tidak terbatas pada kondisi reaksi tertentu (eksoterm atau
endoterm) sehingga pemakaian lebih fleksibel
Aliran fluida mendekati plug flow, sehingga dapat diperoleh hasil konversi
yang tinggi
Pressure drop rendah
Oleh karena adanya hold-up yang tinggi, maka menghasilkan pencampuran
radial yang lebih baik dan tidak ditemukan pembentukan saluran (channeling)
Pemasokan katalis per unit volum reaktor besar
Hold up liquid tinggi
Katalis benar-benar dibasahi
Kontrol temperatur lebih baik
Transfer massa gas-liquid lebih tinggi daripada reaktor trickle bed karena
interaksi gas-liquid lebih besar
Kekurangan fixed bed reaktor
Resistansi difusi intra partikel sangat besar
Rate transfer massa dan transfer panas rendah
Pemindahan katalis sangat sulit dan memerlukan shut down alat
Konversi lebih rendah
Ada kemungkinan terjadi reaksi samping homogen pada liquid
2. Fluidized bed reaktor (FBR)
18
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.
Kelebihan penggunaan FBR:
Terjadinya regenerasi secara kontinyu.
Reaksinya memiliki efek panas yang tinggi.
Suhunya konstan sehingga mudah dikontrol.
Kekurangan penggunaan FBR:
Partikel mengalami keausan yang dapat menyebabkan mengecilnya ukuran
partikel yang berada di dalam reaktor dan ikut mengalir bersama aliran gas
sehingga perlu digunakan alat cyclone separators dan aliran listrik yang
disambungkan pada garis antara reaktor dan generator.
19
Adanya peningkatan keabrasivan dimana penyebabnya adalah partikel padat
di dalam proses cracking pada fluidized bed.
Tidak mempunyai fleksibilitas terhadap perubahan panas.
Rancang-Bangun kompleks sehingga biaya mahal
Jarang digunakan di (dalam) laboratorium
Alasan pemilihan reaktor fluidized bed:
Partikel fluidized sangat kecil
Konsentrasi intra partikel dan gradien temperaturnya diabaikan
Ketika terjadi regenerasi katalis dan reaksinya memiliki efek panas yang
tinggi. Biasanya diameter reaktor 10-30 ft.
Reaktor dimana katalisnya terangkat oleh aliran gas reaktan.
Operasinya isotermal.
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
20
dikalkulasikan pada bentuk sebuah konversi fraksi masukan (input) pada reaktor
pertama.
2.11 Reaktor 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
21
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 XA1 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.
22
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
23
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.
24
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.
25
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 nozzles didesain untuk aliran likuid yang mempunyai bilangan
presure drop besar maupun kecil, untuk aliran likuid yang mempunyai flow
rate yang kecil, maka cross area kontaknya harus besar. Laju aliran yang
mempunyai drop fals menentukan waktu kontak dan sirkulasinya. Disertai
dengan influensasi mass transfer antara dua phase dan harus kontak terus-
menerus. Hambatan pada transfer yaitu pada phase gas dikurangi dengan
gerakan swirling dari falling likuid droplets. Spray tower digunakan untuk
26
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.
27
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 neutron-
neutron 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
28
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 kira-
kiri 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.
29
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 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
30
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.
31
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).
32
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 neutron-
nya 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.
33
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.
34
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.
35
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.
36
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.
37
Gambar 2.22: Skema sirkuit SFR
Gambar 2.23: Skema sirkuit LFR
38
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)
39
BAB III
KESIMPULAN
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.
40