Bab II Reaktor Fix

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