Definisi Reaktor Fixed Bed

 

Reaktor fixed bed adalah jenis reaktor yang sering digunakan untuk berbagai aplikasi industri, seperti katalisis heterogen, reformasi gas, dan proses adsorpsi. Di dalam wadah reaktor, material padat, seperti katalis, disusun dalam bentuk tetap, sementara fluida reaktan, yang dapat berupa gas atau cairan, mengalir melewati material padat tersebut.

Ciri utama reaktor fixed bed adalah:

  1. Susunan material katalis yang tetap selama operasi.
  2. Fluida mengalir melalui celah di antara partikel padatan, memungkinkan reaksi terjadi pada permukaan katalis.
  3. Umumnya digunakan dalam reaksi endotermik dan eksotermik dengan kontrol suhu yang baik.

Prinsip Kerja Reaktor Fixed Bed

Reaktor fixed bed beroperasi dengan aliran fluida (gas atau cairan) melalui lapisan padatan, biasanya katalis, yang disusun tetap dalam wadah reaktor. Ini adalah prinsip-prinsip utama yang mendasari operasinya:

  1. Pengaliran Fluida Reaktan. Fluida reaktan dimasukkan ke dalam reaktor dan mengalir melalui celah di antara partikel katalis. Aliran ini bisa atas-bawah atau bawah-atas, tergantung pada desain dan fungsinya.
  2. Interaksi dengan Katalis Padat. Fluida reaktan berinteraksi dengan katalis padat. Di permukaan katalis terjadi reaksi kimia. Ada beberapa bagian yang terlibat dalam proses ini, seperti adsorpsi reaktan ke permukaan katalis. melakukan reaksi kimia di situs aktif katalis; dan kemudian menyerap produk reaksi ke dalam fluida.
  3. Transfer panas dan massa adalah aspek krusial dalam reaksi eksotermik, di mana distribusi panas yang merata diperlukan untuk mencegah terjadinya hot spot yang dapat merusak katalis dan menurunkan efisiensi proses
  4. Produksi produk dikeluarkan dari reactor setelah melewati lapisan katalis, biasanya bersama fluida pembawa, dan dalam beberapa kasus, produk tersebut dapat dikeluarkan lebih lanjut untuk pemurnian.
  5. Pengaturan parameter operasional seperti suhu,tekanan, dan laju aliran fluida sangat penting untuk menjamin efisiensi

 

Keunggulan Reaktor Fixed Bed

  1. Struktur reaktor bed tetap relatif mudah dirancang, dioperasikan, dan dipelihara.
  2. Reaktor Fixed Bed sangat baik untuk reaksi yang membutuhkan katalis mahal karena katalis tetap di tempatnya selama operasi.
  3. Reaktor ini menangani reaksi eksotermik dengan baik, terutama ketika dilengkapi dengan sistem pendingin tambahan untuk menghindari hot spots.
  4. Banyak digunakan dalam berbagai proses katalisis termasuk konversi gas alam, pengolahan limbah, dan pembuatan bahan kimia tertentu.
  5. Katalis tahan lama dapat bertahan lebih lama di reaktor bed tetap tanpa perlu diganti secara teratur, terutama jika reaksi tidak menghasilkan banyak zat pengotor yang dapat menyumbat katalis.

 

Kekurangan Reaktor Fixed Bed

  1. Ada kemungkinan munculnya titik panas karena distribusi panas yang tidak merata. Ini dapat merusak katalis atau menyebabkan ketidakseimbangan reaksi.
  2. Penurunan Tekanan (Penurunan Tekanan): Aliran fluida melalui bed katalis dapat menghasilkan penurunan tekanan yang signifikan. Akibatnya, proses aliran fluida membutuhkan lebih banyak energi.
  3. Kesulitan Regenerasi Katalis: Ketika katalis tidak aktif, regenerasi dapat menjadi sulit karena seluruh lapisan katalis harus diganti atau diregenerasi in situ.
  4. Reaktor ini tidak cocok untuk reaksi cepat karena mereka mungkin kurang efisien daripada reaktor bed fluidisasi dalam reaksi dengan waktu kontak yang sangat singkat.
  5. Ukuran partikel katalis yang tidak seragam dapat menyebabkan aliran fluida didistribusikan secara tidak merata, yang dapat mengurangi efisiensi proses.

 

Aplikasi di Industri

  1. Produksi Biogas

Reaktor fixed bed digunakan untuk mengolah limbah organik, seperti kotoran ternak dan limbah pertanian, menjadi biogas. Proses ini melibatkan mikroorganisme yang memecah bahan organik menjadi metana dan karbon dioksida, yang dapat digunakan untuk energi

 

  1. Reaksi Hidrogenasi

Dalam proses hidrogenasi, reaktor ini digunakan untuk menambahkan hidrogen ke senyawa organik, seperti mengubah asam maleat menjadi asam suksinat. Katalis diperlukan untuk meningkatkan efisiensi pada suhu tinggi.

 

  1. Produksi 1,3-Butadiena

Reaktor fixed bed multitube digunakan dalam industri kimia untuk mengubah n-butena menjadi 1,3-butadiena dengan bantuan katalis tertentu. Proses ini dilakukan pada kondisi tekanan dan suhu tertentu untuk memaksimalkan konversi dan selektivitas produk.

 

  1. Pembuatan Sulfur Trioksida

Sejak tahun 1831, reaktor fixed bed telah digunakan dalam pembuatan sulfur trioksida melalui reaksi pembakaran sulfur di atas katalis padat.

 

  1. Pengolahan Limbah Industri

Reaktor ini juga diterapkan dalam industri untuk mengolah limbah organik dari proses produksi, menghasilkan energi terbarukan dan mengurangi dampak lingkungan

 

Referensi

Catalano, S, et al., 2012. “Encyclopedia of Chemical Engineering: Fixed Bed Reactor”

Amundson, N. R. (1956). Solid-Fluid Interactions in Fixed and Moving Beds. Industrial & Engineering Chemistry, 49(1), 26-43.

Foumeny, E. A., & Ma, J. (1991). Design Correlations for Heat Transfer Systems. Dalam Heat Exchange Engineering: Volume 1. Ellis Horwood Limited.

Thermopedia. Fixed Beds. Diakses dari Thermopedia.

Heggs, P. J. (1994). Transfer of Heat and Mass in Fixed Beds. Journal of Chemical Engineering Research & Design.

Sumber gambar : canva