REAKTOR UNTUK POLIMERISASI

REAKTOR BATCH KARAKTERISTIK: Sederhana dan tidak memerlukan banyak peralatan pendukung. Ideal untuk operasi skala kecil. Operasinya berupa operasi tak tunak/unsteady- state, dengan komposisi yang bervariasi dengan waktu.

NERACA MASSA Laju alir monomer keluar reaktor Laju pengurangan monomer akibat reaksi dalam reaktor Laju alir monomer masuk reaktor Laju akumulasi monomer akibat reaksi dalam reaktor

(1) (2) Laju akumulasi monomer akibat reaksi dalam reaktor Laju pengurangan monomer akibat reaksi dalam reaktor (1) (2)

Untuk polimerisasi radikal bebas: (3) Jika f tidak dipengaruhi konsentrasi monomer dan konsentrasi inisiator konstan, maka: (4) dengan:

Jika pers. (4) dimasukkan ke pers. (2), maka: (5) (6) (7) Persen konversi (8)

CONTOH SOAL Hitung waktu yang diperlukan untuk melakukan proses 10% polimerisasi styrene murni pada 60°C dengan benzoyl peroxide sebagai inisiator yang dilangsungkan dalam suatu reaktor batch. Anggap bahwa konsentrasi inisiator konstan. Data: f = 1 kP2/kt = 0,95  10–3 l/mol-s [I] = 4,0  10–3 mol/l kd = 1,92  10–6 s–1

PENYELESAIAN: Karena konsentrasi inisiator dianggap konstan, maka persamaan (6) berlaku: = 7,3  10– 12

k = 2,7  10– 6 s Persen konversi = 10

t = 8,01 jam

PERPINDAHAN PANAS Chain-growth polymerization: Bulk polymerization Solution polymerization Masalah utama: Kenaikan viskositas dengan bertambahnya konversi Berkurangnya transfer panas dengan naiknya viskositas

Transfer panas dapat dilakukan melalui: Jaket pendingin Internal cooling loop Reflux condenser External cooling device (hanya untuk sistem dengan viskositas rendah

REAKTOR PLUG-FLOW KARAKTERISTIK: L/D >> A/V >> Dinding reaktor tidak tebal  perpindahan panas baik. Bisa mencapai konversi tinggi

KEKURANGAN: Viskositas >>  masalah kontrol temperatur Temperatur bervariasi dari pusat reaktor ke dinding Distribusi berat molekul bervariasi sesuai dengan variasi temperatur Lapisan polimer yang berada dekat dinding bergerak sangat lambat  mengurangi transfer panas.

CONTOH SOAL Produksi LDPE dengan proses tekanan tinggi dilakukan dalam reaktor tabung/plug-flow dengan diameter 2,5 cm dan panjang 1 km 250°C dan 2500 atm. Konversi per pass sama dengan 30% dan laju alirnya adalah 40.000 kg/jam. Dengan menganggap bahwa reaksi polimerisasi merupakan reaksi order satu terhadap konsentrasi ethylene, perkirakan nilai konstanta kecepatan polimerisasi.

PENYELESAIAN

Dengan  = V/v = mean residence time

Untuk konversi 30%:

Jika ethylene pada kondisi polimerisasi diasumsi sebagai gas ideal: Pv = nRT

T = 250C = 523 K = 24,55 m3/jam

Dengan menganggap bahwa laju alir konstan sepanjang reaktor, maka:

CONTINUOUS STIRRED TANK REACTOR (CSTR) KARAKTERISTIK: Reaktan diumpankan secara kontinyu ke dalam reaktor dan produk dikeluarkan secara kontinyu dari reaktor. Komposisi seragam di seluruh reaktor. Komposisi aliran yang keluar dari reaktor = komposisi di dalam reaktor. Masalah pembuangan panas sebagian teratasi dengan masuknya feed yang dingin dan pengeluaran produk yang panas.

Dalam CSTR, tiap monomer memiliki kesempatan yang sama untuk dikeluarkan dari reaktor kapan saja, tidak peduli sudah berapa lama monomer tersebut berada dalam reaktor. Oleh karena itu, residence time dalam reaktor CSTR ini bervariasi dari satu molekul ke molekul lainnya. Distribusi waktu tinggal/residence time dalam CSTR:

Proses Polimerisasi dan Reaktor yang digunakan dalam Industri