Reaktor Katalitik Aliran Bolak-Balik (Reverse Flow Reactor)

Tentunya mahasiswa Teknik Kimia sudah cukup sering mendengar berbagai jenis reaktor dalam mata kuliah Teknik Kimia, mulai dari jenis plug flow reactor, continuous stirred tank reactor, dan lain-lain. Penelitian akhir-akhir ini mulai menganalisis penggunaan salah satu tipe reaktor yang unik, yaitu reaktor katalitik aliran bolak-balik. Reaktor katalitik aliran bolak-balik (Reverse Flow Reactor/RFR) merupakan sebuah reaktor unggun diam (fixed bed) yang khusus. Kekhasan dari jenis reaktor ini berada pada arah alirannya saat melalui reaktor. Aliran fluida yang melalui reaktor diubah arahnya secara periodik dalam selang waktu tertentu. Waktu periodik pergantian arah aliran ini dikenal dengan nama waktu ubah / switching time (Budhi, 2005).

Reaktor katalitik aliran bolak-balik (Reverse Flow Reactor/RFR) memiliki 5 bagian utama, yaitu 2 zona komponen inert, 2 zona komponen katalis, dan 1 zona penukar panas. Pembalikan arah aliran dalam RFR bertujuan untuk menjaga keberadaan zona panas dalam reaktor. Komponen yang masuk ke dalam RFR dengan suhu yang rendah akan dipanaskan oleh unggun inert hingga mencapai temperatur aktif reaksi. Unggun inert menyimpan panas dari hasil reaksi eksoterm sebelumnya, sebelum mengalami pergantian arah aliran. Ujung bagian keluaran RFR, produk gas panas hasil reaksi eksoterm mentransferkan panasnya ke unggun inert yang temperaturnya lebih rendah. Bagian masukan dan keluaran reaktor berupa komponen unggun inert berfungsi sebagai alat penukar panas (recuperative). Sebelum zona panas hasil reaksi eksoterm terdorong keluar dari reaktor karena aliran umpan yang dingin, aliran umpan dibalik ke arah sebaliknya (Effendi dan Kristianto, 2008).

Prinsip utama dari reaktor katalitik aliran bolak-balik dapat dilihat pada gambar di bawah ini Gambar tersebut menjelaskan perbandingan sistem kerja pada reaktor biasa dengan forward flow dan reverse flow. Waktu ubah / switching time akan menentukan pergantian mode operasi dari forward flow menjadi reverse flow (Salomons dkk., 2004).

Konsep RFR (a) forward flow dan (b) reverse flow (Wibisono dan Rimbualam, 2009)

Keunggulan Reaktor Katalitik Aliran Bolak-Balik:
1. Efisiensi energi tinggi

Panas yang tersimpan dalam reaktor dapat digunakan untuk pemanasan awal umpan. Apabila kondisi ototermal dapat dicapai, maka sistem reaktor tidak lagi memerlukan preheater untuk pemanasan awal umpan sehingga prosesnya memiliki efisiensi energi yang tinggi (Wibisono dan Rimbualam, 2009).

2. Konversi dan selektivitas lebih tinggi

Penggunaan RFR akan mempengaruhi luas permukaan katalis yang digunakan. Dengan RFR, katalis dapat dioperasikan pada temperatur dan komposisi umpan sedemikian rupa sehingga diperoleh konversi dan selektivitas maksimum. Dibandingkan dengan reaktor aliran sekali lewat, RFR memberikan selektivitas dan konversi yang lebih baik (Boreskov dan Matros, 1983).

3. Dinamika katalis

RFR dapat digunakan untuk menurunkan titik panas (hot spot) pada katalis dan mendapatkan distribusi temperatur yang diinginkan sepanjang bed (Ferreira dkk., 1999). Hal ini mengakibatkan katalis relatif tidak mudah jenuh.

4. Mengurangi biaya investasi

Konstruksi yang lebih efisien dalam penggunaan energi dibandingkan sistem reaktor konvensional dapat mengurangi biaya investasi yang diperlukan (Wibisono dan Rimbualam, 2009).

Daftar Pustaka :
1. Borekov, G.K.; Matros, Yu.Sh., “Unsteady State Performance of Heterogeneous Catalytic Reactor”, Catalyst Review: Science and Engineering 25, 1983.
2. Budhi, Y.W.,”Reverse Flow Reactor Operation for Control of Catalyst Surface Coverage”, Disertasi Doktor, Technische Universiteit Eindhoven, 2005.
3. Effendi, P.G.; Kristianto, J., “Reverse Flow Reactor untuk Mengkonversikan Tar dalam Gas Produser”, Laporan Penelitian S1 Teknik Kimia, ITB, 2008.
4. Ferreira, R.Q.; Costa, C.A.; Masetti, S., “Reverse Flow Reactor for a Selective Oxidation Process”, Chemical Engineering Science 54, 1999.
5. Salomons, S.; Hayes, R. E; Poirier, M.; Sapoundjiev, H., “Modelling a Reverse Flow Reactor for the Catalytic Combustion of Fugitive Methane Emissions”, Computers and Chemical Engineering 28, 1599–1610, 2004.
6. Wibisono, F.; Rimbualam, H. G., “Dinamika Reverse Flow Reactor untuk Oksidasi Emisi Gas Metana Encer”, Laporan Penelitian S1 Teknik Kimia, ITB, 2009.