Kebanyakan proses kimia dirancang untuk beroperasi pada kondisi tunak (steady state).
Reaktor yang sering digunakan secara luas dalam industri kimia pun
biasanya dioperasikan pada kondisi tunak. Variabel proses pada reaktor
dijaga pada kondisi konstan (tertentu) yang merupakan kondisi optimal
untuk mendapatkan selektivitas dan konversi maksimal. Namun, dalam
kenyataan beberapa variabel proses bervariasi seiring dengan waktu, dan
rancangan keadaan tunak didasarkan pada nilai rata-rata dari kuantitas
variabel yang berubah-ubah ini.
Kajian
terbaru dari para peneliti menunjukkan bahwa operasi reaktor dinamik
(tak tunak) pada beberapa kasus bisa menghasilkan produk reaksi yang
lebih banyak atau distribusi produk yang lebih berarti dibanding reaktor
keadaan tunak (Silveston, 1998). Pada kondisi tunak, katalis yang
digunakan cenderung mengalami penjenuhan sehingga laju reaksi katalitik
pada permukaan katalis menurun. Pada kondisi ini, selektivitas dan
konversi reaksi mengalami penurunan. Fakta ini tentunya membuka jalan
baru dalam pengembangan sebuah operasi proses kimia. Sebuah penemuan
yang tentunya mampu menenggelamkan persepsi banyak orang yang cenderung
lebih menyukai operasi tunak dalam proses kimia.
Perubahan variabel proses terutama
temperatur terhadap waktu dapat mempertahankan laju reaksi di permukaan
katalis pada kondisi optimal. Silveston (1998) mengemukakan bahwa
peningkatan konversi dan selektivitas berawal dari perubahan secara
temporer pada luas permukaan katalis yang aktif. Pada reaksi
multiproduk, luas permukaan mempengaruhi distribusi produk yang
dihasilkan. Situasi yang sangat diharapkan adalah luas permukaan katalis
yang aktif sesuai dengan stoikiometri reaksi yang diinginkan terjadi
ketika reaksi berlangsung (Budhi, 2005).
Pada reaksi fasa gas berkatalis heterogen
dalam unggun diam, kelakuan transien (tak tunak) memberikan kesempatan
untuk menimbulkan perubahan dinamis permukaan katalis sehingga
mempengaruhi laju reaksi katalitik. Prinsip ini telah dikembangkan
melalui penggunaan siklus umpan (feed cycling) untuk
meningkatkan konversi atau selektivitas reaktor (Silveston,1998).
Reaktor tak tunak juga telah diaplikasikan dalam beberapa proses,
seperti oksidasi parsial metan dalam reverse flow reactor pada Gambar 1, oksidasi zat aromatik seperti o-xylen dan toluen, reduksi VOC (volatile organic compound) dalam gas buang, dan sebagainya (Budhi, 2005).
Gambar 1. Reverse-flow oxidation catalyst reactor
Pengubahan secara periodik beberapa
parameter kondisi reaktor seperti temperatur dan konsentrasi umpan juga
dapat mengatasi keterbatasan operasional reaktor dari segi
terrmodinamika dan kinetika reaksi.
Faktor terpenting dalam pengoperasian reaktor tak tunak adalah skala waktu pemberian gangguan (switching time). Switching time (ST)
merupakan salah satu variabel operasi yang berpengaruh terhadap kinerja
reaktor. Reaktor-reaktor tak tunak dapat dikategorikan menjadi tiga
daerah operasi, yaitu (1) daerah operasi quasi steady state, adalah daerah di mana ST jauh lebih besar daripada waktu yang dibutuhkan sistem untuk merespon gangguan (tr), sehingga sistem akan mudah merespon gangguan yang diberikan dan mencapai kondisi tunak; (2) relaxed steady state atau biasa disebut daerah sliding, adalah daerah di mana ST jauh lebih kecil dari tr,
gangguan yang diberikan tidak akan mempengaruhi sistem karena dinamika
proses sangat lambat dan sistem seolah-olah berada dalam kondisi tunak;
dan (3) daerah dinamik, ST hampir mendekati tr,
dengan demikian variabel sistem akan berubah-ubah tiap waktu sehingga
sistem tidak akan pernah mencapai kondisi tunak (adanya efek resonansi
akibat gangguan). Kondisi (3) adalah kondisi yang cukup menarik untuk
diamati karena sifat tidak tunak sistem terus berlangsung selama proses
(Habibi, 2010).
Sumber:
- Budhi, Y.W., (2005): Reverse Flow Reactor Operation for Control of Catalyst Surface Coverage, Ph.D. Dissertation, Eindhoven University of Technology
- Habibi, M. (2010): Kelakuan Dinamik Konverter Katalitik Kendaraan Bermotor untuk Oksidasi CO Menggunakan Katalis Pt/g-Al2O3 pada Kondisi Hot-Run, Laporan Penelitian, Program Studi Teknik Kimia, Institut Teknologi Bandung
- Sia,S. dan Wangsa, A., (2011): Pengolahan Emisi Gas Buang Mesin Biodiesel Secara Dinamik Menggunakan Konverter Katalitik. Laporan Finalis Lomba Inovasi Sains dan Teknologi. Institut Teknologi Bandung
- Silveston, P.L., (1998): Composition Modulation of Catalytic Reactors, Gordon and Breach, Ontario
0 comments:
Posting Komentar