Gambar 7.4 skema trickle bed reactor Gambar 7. 5 Skema Slurry Reactor Gambar 7.6 plug flow reactor yang dirangkai serie
Reaktor tersebut dapat saja dioprasikan dalam rangkaian seri atau paralel. Dalam sistem reaktor paralel, aliran yang ada terbagi dalam sub-stream. Masing-masing adalah harus sesuai untuk sebuah reaktor. Aliran dari semua reaktor lalu dikumpulkan dan dicampur secara bersama. Diasumsikan dalam masing-masing kasus bahwa semua reaktor beroprasi pada tempratur yang sama. I. Reaktor Serie a. Reaktor aliran plug dalam susunan seri Gambar 7.6 menunjukan sebuah sistem susunan seri rektor aliran plug, dimana tidak terdapat sisa aliran antara reaktor berikutnya. Pada gambar tersebut terdapat 3 reaktor seri, tapi ada beberapa kasus yang jumlah reaktornya lebih sedikit atau lebih banyak. Jumlah volme pada susunan seri untuk N reaktor, diekspresikan dalam bentuk keseimbangan mol untuk masing-masing reaktor. Dengan kata lain, jumlah volume untuk semua reaktor diperoleh dengan mengintegralkan persamaan neraca mol input pada reaktor pertama dan cabang dari yang terakhir. Keseimbangan mol pada beberapa reaktr mungkin dapat dikalkulasikan pada bentuk sebuah konversi fraksi masukan (input) pada reaktur pertama. b. CSTR dalam susunan seri Sebuah sistem CSTR dalam susunan seri diilustrasikan pada Gambar 7.9. Dalam hal ini,cabang dari satu reaktor membentuk aliran yang ada pada reaktor yang berikutnya dalam susunan lainnya. Dalam bagian ini kita anggap bahwa tidak ada perubahan sistem antara reaktor. Persamaan konversi dapat diselesaikan untuk masing-masing reaktor secara berurutan untuk menghitung konversi tambahan dari masing-masing reaktor secara berurutan untuk menghitung konversi tambahan dari masing-masing reaktor dalam susunan seri. Total volume rektor minimum untuk CSTR dalam susunan seri adalah dideterminasikan dari volume reaktor total minimum yang dibutuhkan untuk memperoleh konversi pada kondisi yang ada pada reaktor pertama. Persamaan keseimbangan mol data ditulis untuk masing-masing CSTR, dengan konversi dalam beberapa reaktor yang ditentukan dalam bentuk nilai aliran molar A ada pada reaktor pertama. Nilai aliran inlet dan outlet dibagi dengan nilai reaksi dapat di plot sebagai sebuah fungsi konversi untuk sistem reaktor ini. Minimisasi massa dapat ditunjukkan dalam bentuk nilai XAi yang meminimumkan volume reaktor total.
Volume total minimum ditemukan dengan mengambil turunan volume total dengan mengikuti pada XAI. Dan menyusun hasil yang sama dengan nol. Lalu, ambil hasil penurunannya dengan mengikuti pada XAI dan susun hasil dengan sama dengan nol. Susun ulang persamaan tersebut untuk memberikan kondisi yang memberikan volume minimum. Konstanta kesetimbangan untuk semua reaksi dalam bentuk konsentrasi adalah dengan mengasumsikan gas ideal. Keuntungan dan Kekurangan dari Rangkaian Seri a. Keuntungan Menghasilkan produk yang sempurna Feed (umpan)diteruskan secara kontinyu Memberikan konversi produk yang lebih tinggi b. Kerugian Kapasitas produk yang dihasilkan sedikit Membutuhkan waktu lama untuk operasi II. Reaktor Paralel a. Reaktor aliran plug dalam susunan paralel Dalam sistem paralel reaktor aliran plug, sebuah aliran bertekanan dibagi dalam beberapa bentuk,masing-masing masukan pada sebuah reaktor aliran plug, seperti yang diilusrasikan pada Gambar 7.7. Konversi keselurusan dari sistem reaktor dapat didetermenasikan dengan pembentukan sebuah keseimbangan mol pada titik konvergen aliran cabang. Hal ini dapat ditunjukkan oleh temperatur dan total nilai aliran molar, dimana konversi keseluruhan tertinggi yang diperoleh adalah sama pada masing-masing reaktor. Pada industri, umumnya reaktor tubular terdiri dari banyak (mungkin ratusan)pipa yang paralel dengan ukuran yang sama, dimana masing-masing reaktor mempunyai kondisi operasi yang sama.
Gambar 7.7.plug flow reactor dirangkai paralel Gambar 7.8 CSTR yang dirangkai paralel Gambar 7.9 skema CSTR dirangkai serie
b. SCTR dalam susunan paralel Gambar 7.8 menunjukkan CSTR dalam susunan paralel dimana analisis sistem ini mirip pada analisis sistem paralel PFR, yang pada masing-masing reaktor dapat dianalisa secara terpisah. Untuk sebuah sistem paralel CSTR, konversi keseluruhan tertinggi didapat ketika konversi sama pada masing-masing reaktor. Dengan kata lain, total nilai aliran dibagi berdasarkan reaktor-reaktor menurut volume yang ada. Sebuah sistem N paralel CSTR pada ruang dan waktu yang sama, akan memberikan konversi keseluruhan sama sebagai sebuah CSTR tunggal dengan sebuah volume (V t ) sama untuk sejumlah volume total CSTR dalam susunan paralel. Keuntungan dan Kekurangan dari Rangkaian Paralel a. Keuntungan Menghasilkan produk yang homogen Memperbesar kapasitas produk Waktu pengoperasinya lebih cepat b. Kerugian Produk yang dihasilkan belum begitu sempurna Menghasilkan konversi produk yang sama 7.3. Neraca Massa pada Reaktor Keseimbangan material adalah penting dalam analisa reaktor karena mereka memberikan informasi tentang komposisi khusus dan bagaimana keadaan konsentrasi pada reaktor. Distribusi reaktan, produk antara (intermediale) dan produk mungkin semuanya penting. Keseimbangan material juga memungkinkan nilai rekasi menjadi kualifikasi dan demikian juga tranfer energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Keseimbangan material mengikuti nilai aliran molar dari salah satu reaktan. Contoh soal : Daur ulang dengan terjadinya reaksi
Glukosa isomerase yang dimobilisasi digunakan sebagai katalis dalam memproduksi fruktosa dari glukosa dalam sebuah reactor fixed-bed (air sebagai pelarut). Untuk system yang diperlihatkan dalam, berapa persen konversi dari glukosa yang dihasilkan pada sekali lewat melalui reactor ketika rasio dari aliran keluar terhadap aliran daur ulang dalam satuan massa=8,33? Jawaban : 0,40 W S.G W S.G =? W R,G =? 0,60 W S,W W S,W =0,04 W R,F =? 1,00 W R,W =? W R,c =? 1,00 1,00