KAJIAN NUMERIK DAN EICSPERIMENTAL REAKSI ESTERIFIKASI PADA REAKTOR UNGGUN TETAP KATALITIK

Abstract

Catalytic packed bed reactor is greatly used in chemical process industrial. The flow maldistribution and hot spot is frequentlTt occurred in the operation. These phenomena are very complicated and decrease the performance of reactor. Ethyl acetate is one of kind industry which using this reactor. Ethyl acetate is produced with react acetic acid with ethanol using zeolite catalyst. The research is consisting of numerical and experimental studies. The experimental studies use the reactor from glass and catalyst from zeolite, which it is has activated with sulfate acid. The wall of reactor is cooled by water. Variable of experiment are rate of reactant: 40 — 70 cc/mnt and feed temperature: 313 — 343 K. The data of experiment are conversion of reaction that calculated use acid-alkalimeter method, and temperature profile along the reactor that measure use thermometers. The numerical studies are simulation of model use computer. The model is consist of mass conservation, heat conservation, momentum conservation, and kinetic model. Model is solved using finite difference and range-kutta methods. Therefore the model is calculated using MATLAB language program. The results of experimental show good agreement with experimental data by another researchers. The validation of model gives good agreement with experimental data. The flow maldistribution is occurred due to in-homogeny of bulk porosity distribution. The hot spot is occurred due to all reactant not yet react perfectly until out from reactor. The conversion of reaction is not homogeny due to the rate of reaction in the spatial regions in-homogeny. Simulation of operation condition show that (i) the increasing feed flow rate will decrease the conversion, output temperature, and value unii,„ (ii) the increasing of feed temperature will increase the conversion and output temperature, but not response to value u/uu, (iii) the increasing of ratio of acetic acid concentration to ethanol concentration in feed will decrease the conversion and output temperature, but not response to value u/m„, This research needs to develop with to measurement superficial velocity and use three-dimensional model of catalytic packed bed reactor. Reaktor unggun tetap katalilik merupaksui jenis reaktor yang paling banyak digunak an dalam industri proses kimia. Dalai)) peugoperasiannya seringkali dijumpai fenomena distribusi aliran tidak merata (flow nialdistribution) dan panas terlokalisir (hot spot). ICedua fenomena ini dapat mengakibatkan banyak masalah operasi dan menurunkan kinerja reaktor. Salah satu industri kinna yang menggunakan jenis reaktor ini adalah reaksi pembusitan ester melalui reaksi esterifikasi. Etil Asetat merupakan salah satu jenis ester yang cukup banyak penggunaannya dan diproduksi melalui reaksi esterifikasi antara asam asetat dan etanol. Penclitian ini melakukan kajian cksperimental dan nurnerik. Kajian eksperimental dilakukan dengan melakukan percobaan di laboratorium. Reaktor dirancang dan dibuat dari kaca dengan sistem pendingin yang menyelimuti selundi pemmkaan luar reaktor. Sedangkan katalis dibuat dari zeolit yang telah diaktivasi menggunakan asam asetat. Percobaan dilakukan dengan memvariasikan laju alir umpan 40 — 70 cc/runt dan temperatur umpan 313 — 343 K. Data eksperimen yang dihasilkan berupa konversi asam asetat yang diukur menggunakan metoda titrasi acidi-akalimetri, dan data temperatur yang diukur menggunakan tennometer yang terpasang di sepanjang reaktor. Sedangkan kajian munerik dilakukan melalui proses simulasi model menggunakan komputer. Model tersusun atas model konservasi massa, panas clan momentum, serta model kinetika rcaksi. Model diselcsaikan secara simultan menggunakan metoda becla hingga dan diintregasi menggunakan metoda runge-kutta orde 4. Selanjutnya ditulis dalam bahasa pemograman MATLAB. Basil eksperimen memberikan kecenderungan secara kualitatif sama dengan basil¬hasil eksperimen oleh para peneliti lain. Demikian juga, hasil validasi model dengan pengukuran eksperimen memberikan kesesuaian yang cukup baik. Fenomena distribusi aliran tidak merata terjadi karena distribusi porositas unggun yang tidak seragam.hingga 2:Hiatt kcluar dari reaktor. Konversi reaksi disetiap titik tidak seragam karena laju reaksi di setiap titik tidak seragam. Selain itu simulasi terhadap variabel kondisi operasi menunjukkan bahwa (i) sernakin tinggi laju atir massa umpan, maka akan menurunkan konversi, temperatur keluarak reaktor dan harga ukb,„ semakin tinggi temperatur umpan, maka akan menaikkan konversi dan temperatur keluaran rcaktor, tetapi tidak mempengaruhi harga u/u,„, (iii) scmakin tinggi rasio konscntrasi asam asetat terhadap konsentrasi etanol pada umpan, maka akan menurunkan konversi dan temperatur keluaran reaktor, tetapi tidak mempengaruhi harga u/u,„. Kegiatan ini perlu dikembangkan dengan pemasangan alat ukur kecepatan superficial fluida dan penggunaan model tiga dirnensi reaktor unggun tetap katalitik.