Fluidized Bed Reactor (FBR) [& Moving Bed Reactor] MK : Reaktor Kimia (Reaktor Heterogen) Oleh : Noprizal Chai

Sejarah Awal Pemanfaatan FBR Skala Komersial 1920  Gasifikasi Batu Bara (Menghasilkan CO dan H2) 1940  Catalytic Cracking fraksi minyak bumi (Katalis terdeaktivasi dengan cepat akibat adanya pelapisan kokas di permukaan katalis). - Dengan FBCR membutuhkan operasi yang periodik untuk regenerasi katalis. - Dengan FBR operasi bisa berlangsung kontinyu. (Pendorong utama berkembangnya FBR)

Fluid Catalytic Cracking (FCC)

Fluid Catalytic Cracking (FCC)

Beberapa Aplikasi FBR di Industri (Ranade)

Aplikasi Proses Fluidisasi Lainnya (Non – Reaksi) Pengeringan Padatan Perpindahan Panas Proses Pelapisan

Jenis – Jenis MBR yang Umum (Missen)

Jenis – Jenis FBR yang Umum (Missen) Fluidized Bed Reactor  Bubbling Bed - Sintesis Maleat Anhidrat dari Ptalat Anhidrat - Kalsinasi Bijih Sulfida Fast Fluidized Bed Reactor - Coal Combustion - Fischer-Tropsch Synthesis Pneumatic Transport / Transport Riser - Fluid Catalytic Cracking

Bubbling FBR (Ranade)

Turbulent FBR (Ranade)

Circulating FBR (Ranade)

Riser Reactor (Ranade)

Downer Reactor (Ranade)

Spouted Bed Reactor (Nauman & Ranade)

Pengaruh Gas Velocity thd Fenomena Aliran (Nauman)

Jenis Aliran Gas-Padatan (Ranade)

Klasifikasi Partikel (Geldart)

Pengaruh Gas Velocity thd Fenomena Aliran (Ranade)

Jenis Aliran = f (u, dp)

Keuntungan menggunakan FBR Mode Operasi - Kedua fase (gas dan padatan) dapat dioperasikan secara kontinyu. Thermal Control - Suhu operasi lebih seragam (derajat turbulensi tinggi) sehingga mudah dikontrol. - Menghindari terjadinya hot spot pada reaksi yang sangat eksotermis. Unjuk Kerja thd Reaksi Kimia - Ukuran padatan lebih kecil shg tahanan difusi pori dalam padatan lebih kecil.

Kerugian menggunakan FBR Mekanikal - Dapat menyebabkan erosi peralatan akibat gesekan dg partikel. - Membutuhkan alat tambahan (siklon). - Biaya operasi dan perawatan lebih tinggi. Mekanika Fluida - Membutuhkan energi yg besar krn pressure drop-nya besar. - Pola kontak yang kompleks menyebabkan operasi fluidisasi sulit di scaleup. Unjuk Kerja - Ada efek ‘bypassing’ shg kontak pdtan-gas tdk efisien. - Gelembung yg berukuran besar cenderung menghindari kontak dg pdtan.

Pengaruh Gas Velocity thd Pressure Drop (Missen)

Keterangan Gambar A – B  us < umf  Fixed Bed B  us = umf  mulai terjadi fluidisasi (incipient fluidization) B – C  us > umf  Fluidisasi C – D  padatan mulai terbawa aliran fluida (Transport Bed dg Gradient konsentrasi dlm vessel) D -  us >= ut  Transport Bed (Konsentrasi di vessel seragam, porositas ~ 1 (Dilute Phase))

Minimum Bubbling Velocity

Operational Velocity Region in Moving Bed Reactor

Model Hidrodinamika Model 1 Fase - Didekati dengan Plug Flow atau Mixed Flow Model 2 Fase (Two Region-Model) Model 3 Fase - Bubble Model - Bubble Growth Model

Referensi Gibilaro, L.G., 2001, Fluidization-dynamics. Levenspiel, O., 1999, Chemical Reaction Engineering. Missen, R.W., et al, 1999, Chemical Reaction Engineering and Kinetics. Nauman, E.B., 2002, Chemical Reactor Design, Optimization and Scaleup. Ranade, V., 2002, Computational Modeling for Chemical Reactor Engineering. Sadeghbeigi, R., 2000, Fluid Catalytic Cracking Handbook, 2ed.