Tinjauan pustaka membahas beberapa jenis reaktor kimia seperti CSTR, PFR, dan reaktor seri. Reaktor CSTR memiliki konsentrasi yang seragam namun waktu tinggal terbatas. PFR memiliki waktu tinggal yang sama untuk setiap umpan namun terjadi penyebaran konsentrasi. Reaktor seri dapat meningkatkan konversi dengan menggabungkan beberapa reaktor. Reaksi saponifikasi etil asetat dengan Na

1. II-1
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Reaktor adalah suatu alat proses tempat di mana terjadinya suatu reaksi berlangsung, baik
itu reaksi kimia atau nuklir dan bukan secara fisika. Reaktor kimia adalah segala tempat
terjadinya reaksi kimia, baik dalam ukuran kecil seperti tabung reaksi sampai ukuran yang besar
seperti reaktor skala industri. Reaktor CSTR beroperasi pada kondisi steady state dan mudah
dalam kontrol temperatur, tetapi waktu tinggal reaktan dalam reaktor ditentukan oleh laju alir
dari feed masuk dan keluar, maka waktu tinggal sangat terbatas sehingga sulit mencapai
konversi reaktan per volume reaktor yang tinggi, karena dibutuhkan reaktor dengan volume
yang sangat besar (Smith, 1981: 325).
Ada dua model teoritis paling populer yang digunakan dalam pereaksian kimia yang
beroperasi dalam keadaan tunak (steady-state), yaitu CSTR (Continuos Stirred Tank Reactor)
dan plug Flow Reaktor (PFR). Perbedaannya adalah pada dasar asumsi konsentrasi komponen-
komponen yang terlibat dalam reaksi. CSTR merupakan reaktor model berupa tangki
berpengaduk dan diasumsikan pengaduk yang bekerja dalam tangki sangat sempurna sehingga
konsentrasi tiap komponen dalam reaktor seragam sebesar konsentrasi aliran konsentrasi tiap
komponen dalam reaktor seragam sebesar konsentrasi aliran yang keluar dari reaktor. Model
ini biasanya digunakan pada reaksi homogen di mana semua bahan baku dan katalis cair
(Nauman, 2002: 23).
Reaktor tangki berpengaduk yang ideal beroperasi secara isotermal pada kecepatan alir
yang konstan. Bagaimanapun kesetimbangan energi diperlukan untuk memprediksi temperatur
agar konstan pada saat panas dari reaksi cukup (atau pertukaran panas antara lingkungan dengan
reaktor tidak mencukupi) untuk membuat perbedaan antara suhu umpan dengan reaktor. Tangki
berpengaduk dapat memberikan pilihan yang lebih baik atau bahkan lebih buruk daripada
tubular flow unit pada sistem reaksi ganda. Biasanya hal terpenting adalah nilai relatif atau
energi aktivas (Smith,1981: 327).
2.1 Reaktor Tangki Berpengaduk
Reaktor Tangki Berpengaduk merupakan salah satu jenis reaktor yang sering digunakan dalam
industri proses yang menggunakan bahan berfasa liquid sebagai bahan baku utama. Reaktor ini
dapat dioperasikan pada kondisi steady state dengan laju reaktan dan prodak yang kontinyu
serta pencampuran dianggap sempurna. Umpan yang dimasukkan dan berada di dalam reaktor
dianggap uniform atau seragam dan dengan asumsi pengadukan dianggap homogen maka aliran
keluaran memiliki komposisi dan konsentrasi yang sama dengan konsentrasi di dalam reaktor.

2. II-2
Penggunaan reaktor jenis Tangki Berpengaduk biasa digunakan apabila suatu proses
membutuhkan pengadukan atau agitasi dan pada pengaturan yang membutuhkan konfigurasi
secara seri untuk aliran konsentrasi yang berbeda. Selain itu, keunggulan dari Reaktor Tangki
Berpengaduk adalah control suhu yang lebih baik dibandingkan dengan reaktor jenis lain,
mudah digunakan untuk reaksi dua fasa, biaya operasi rendah, dan mudah dirawat dan
dibersihkan. Tetapi, Reaktor Tangki Berpengaduk juga memiliki kekurangan, yaitu nilai
konversi yang rendah per satuan unit volume dan membutuhkan volume yang besar untuk
mendapatkan konversi yang diinginkan. Apabila nilai konversi yang tinggi diinginkan, maka
beberapa reaktor Tangki Berpengaduk dapat dirangkai secara seri untuk mencapai nilai
konversi yang diinginkan. Semakin banyak reaktor Tangki Berpengaduk yang digunakan, maka
performa reaktor Tangki Berpengaduk akan semakin mendekati reaktor Pipa.
Gambar 2.1 Reaktor Tangki Berpengaduk
(Sumber: Rosadi, 2000)
2.2 Reaktor Pipa
Menurut Nauman (2002) Reaktor Pipa merupakan suatu reaktor yang memiliki bentuk
menyerupai pipa yang beroperasi secara kontinyu. Di dalam reaktor Pipa, selama operasi
berlangsung bahan baku akan dimasukkan secara terus menerus dan produk reaksi akan
dikeluarkan secara terus menerus sehingga tidak terjadi pencampuran ke arah aksial dan semua
umpan memiliki waktu tinggal yang sama. Umpan berupa fluida yang masuk ke dalam Reaktor
Pipa dapat di analogikan seperti sebuah reaktor yang disusun secara seri dengan bentuk
“sumbat” yang koheren, dimana setiap sumbat ini mengalir kearah aksial dan di dalam
“sumbat” ini komposisi dianggap sama. Setiap sumbat memiliki komposisi yang berbeda satu
sama lain, sehingga reaktor PFR dapat dianalogikan sebagai Reaktor Tangki Berpengaduk
dengan jumlah yang banyak. Selama umpan mengalir di dalam Reaktor Pipa, residence time
atau waktu tinggal dari sumbat ditentukan oleh persamaan dan posisi dari sumbat.

3. II-3
Gambar 2.2 Reaktor Pipa
(Sumber: Nauman, 2002)
2.3 Reaktor Seri
Reaktor dengan jenis yang berbeda dapat dirangkai secara seri, misalnya apabila kita
merangkai reaktor seri yang diikuti dengan reaktor atau sebaliknya.
Gambar 2.3 Reaktor yang disusun seri
(Sumber: Schmidt, 1998)
Menurut Schimdt (1998) untuk Reaktor Pipa yang diikuti Reaktor Tangki Berpengaduk
secara seri maka persamaan adalah sebagai berikut:
𝐶𝐴2 =
𝐶𝐴1
1+𝑘𝜏2
=
𝐶𝐴0
1+𝑘𝜏2
𝑒−𝑘𝜏1
Apabila Reaktor Tangki Berpengaduk diikuti dengan Reaktor Pipa maka persamaan
adalah sebagai berikut:
𝐶𝐴2 = 𝐶𝐴1𝑒−𝑘𝜏2 =
𝐶𝐴0
1+𝑘𝜏1
𝑒−𝑘𝜏2

4. II-4
2.4 Reaksi Saponifikasi
Menurut Ikhzuangbe (2015) Hidrolisis merupakan suatu reaksi kimia yang mengurai
suatu bahan termasuk memutus suatu ikatan dengan penambahan air. Hidrolisis dari suatu
minyak atau trigliserida dengan menggunakan suatu basa atau antacid dikenal dengan reaksi
saponifikasi. Natrium asetat (CH3COONa) dan etanol (C2H5OH) dapat dihasilkan melalui
hidrolisis etil asetat dengan Natrium hidroksida (NaOH). Reaksi saponifikasi dari etil asetat ini
merupakan reaksi orde dua menurut berbagai literatur mengenai kinetika laju reaksi kimia.
C2H5CO2CH3 + NaOH ↔ CH3COONa + C2H5OH ΔH = -444,8 kj/mol
(Etil Asetat) (Na-Asetat) (Etanol)
2.5 Bahan dan produk reaksi saponifikasi
Bahan yang digunakan dan produk yang dihasilkan dari reaksi saponifikasi adalah
sebagai berikut :
2.5.1 Etil Asetat
Etil Asetat atau etil etanoat adalah senyawa anorganik dengan rumus kimia CH3-
COO-CH2-CH3, atau dapat disederhanakan menjadi C4H8O2, senyawa ini biasanya
memilki ciri berupa cairan yang tidak berwana dan beraroma manis seperti buah.
Senyawa ini sering ditemukan pada minuman beralkohol serta jus buah-buahan. Etil
asetat sering digunakan pada pembuatan lem atau perekat, penghilang cat kuku, sebagai
pewarna untuk menandai buah dan sayur, dan rokok. Etil asetat tergolong kedalam Ester
Asam karboksilat yang merupakan turunan dari asam karboksilat dengan atom karbon
pada gugus karbonilnya menempel pada gugus alkil melalui atom oksigen. Senyawa ini
memiliki titik nyala pada 24°F, dan memiliki ciri fisik mirip dengan air namun sedikit
lebih kental.
2.5.2 Natrium Hidroksida
Natrium hidroksida (NaOH) atau lebih dikenal dengan soda kaustik merupakan
senyawa anorganik. Pada suhu kamar, Natrium Hidroksida berbentuk padatan berwarna
putih sehingga sering ditemui di pasaran berupa padatan berwarna putih dengan beragam
bentuk seperti: flake, butiran, granul, atau pellet. Natrium Hidroksida dapat larut dalam
pelarut berupa air, etanol, dan methanol. Natrium hidroksida juga memiliki sifat mudah
menyerap uap air yang terkandung dalam udara sehingga harus disimpan pada tempat
tertutup. Natrium Hidroksida sangat banyak digunakan dalam berbagai industri.
Umumnya natrium hidroksida digunakan sebagai basa kuat pada pembuatan kertas dan
pulp, tekstil, air minum, sabun dan deterjen.

5. II-5
2.5.3 Natrium Asetat
Natrium asetat (CH3COONa) merupakan senyawa yang terbentuk dari reaksi antara
garam natrium dan asam asetat. Kegunaannya natrium asetat ini pun sangat luas. Natrium
asetat pada skala industry digunakan sebagai penetral untuk menetrlakan limbah pada
industry asam sulfat, sebagai photoresist saat menggunakan pewarna berbahan anilin,
pickling agent, pada penyamakan krom, dan salah satu bahan untuk membatu proses
vulkanisasi karet sintesis. Selain itu natrium asetat juga sering digunakan pada industri
makanan sebagai perisa makanan.
2.5.4 Etanol
Etanol juga dikenal dengan nama alkohol atau etil alkohol. Etanol dapat ditemukan
sebagai bahan utama dalam minuman beralkohol. Etanol memilki sifat volatile, mudah
terbakar, dan berfasa cair tidak berwarna serta sedikit beraroma. Rumus kimia etanol
adalah CH3-CH2-OH atau dapat disederhanakan menjadi C2H5-OH. Etanol sering
diproduksi dari fermentasi gula oleh ragi. Alkohol luas digunakan pada industry
pharmaceutical sebagai pelarut dan pengawet dan bahan utama dalam pembuatan
minuman berlakohol,
2.6 Tolak ukur penyimpangan reaktor nyata
Parameter yang digunakan sebagai tolak ukur penyimpangan reaktor ideal adalah
dengan menentukan nilai RTD dan ND pada masing-masing reaktor.
2.6.1 Residence Time Distribution
Menurut Levenspiel, RTD adalah perhitungan waktu tinggal rata-rata yang dimiliki
molekul selama tinggal dalam reaktor dan penyimpangan yang diberikan dari
karakteristik reaktor. Pengamatan RTD dapat dilakukan dengan cara pemberian tracer.
Pemberian tracer dapat dilakukan dengan dua cara yaitu:
a) Pulse
Pulse yaitu umpan dimasukan kedalam reaktor hanya satu kali saja. Metode ini
memerlukan pemasukan suatu volume yang sangat kecil dari tracer di lubang umpan
masuk dari reaktor. Jika suatu massa dari tracer, M, dimasukkan ke dalam suatu bejana
dari volume V dan suatu waktu tinggal yang diharapkan dari , hasil kurva dari C (t) dapat
diubah menjadi suatu kurva RTD yang dengan hubungan sebagai berikut:
𝜏 =
∫ 𝑡 𝐶 𝑑𝑡
∞
0
∫ 𝐶 𝑑𝑡
∞
0
............. (2.1)

6. II-6
Kurva ideal yang dihasilkan pada metoda pulse ialah sebagai berikut:
Konsentrasi (C)
Waktu (t)
Gambar 2.4 Kurva ideal metode pulse antara waktu vs konsentrasi
b) Step
Step yaitu umpan dimasukan kedalam reaktor secara kontinyu dengan konsentrasi
yang sama. Di dalam metoda step, konsentrasi tracer di lubang masuk reaktor berubah
dengan kasar dari 0 ke konsentrasi tertentu. Konsentrasi tracer di saluran keluar diukur
untuk memperoleh kurva konsentrasi terhadap waktu.
Persamaan untuk mencari waktu tinggal rata-rata dengan metode step adalah:
𝜏 =
1
𝐶𝑚𝑎𝑥
∫ 𝑡 𝑑𝐶𝑠𝑡𝑒𝑝
𝐶𝑚𝑎𝑥
0
............. (2.2)
Jika reaktor tersebut merupakan reaktor CSTR yang sempurna, maka kurva ideal
yang dihasilkan pada metoda step ialah sebagai berikut;
Konsentrasi (C)
Waktu (t)
Gambar 2.5 Kurva ideal metode step antara konsentarasi vs waktu
2.6.3 Dispersion Number
Menurut Levenspiel (1999), dispersion number merupakan bilangan tak berdimensi.
Dispersion number sering digunakan untuk mengetahui terjadinya backmixing di dalam suatu

7. II-7
reaktor jenis PFR. Dispersion number dilambangkan dengan (D/uL). Berikut ialah persamaan
yang digunakan untuk menghitung dispersion number:







L
D
2
τ
σ
2
2
u
dimana : 𝜎2
=
∫ 𝑡2
∞
0
𝐶 𝑑𝑡
∫ 𝐶 𝑑𝑡
∞
0
D = dispersion coefficient (m/s2
) ; mengacu pada proses penyebaran warna
D besar, berarti pada kurva penyebaran warna cepat
D kecil, berarti penyebaran warna lambat
D = 0 , berarti tidak ada penyebaran warna, disebut plug flow
u = kecepatan linier (m/s)
L = panjang pengukuran (m)
Jika diketahui reaktor tersebut memiliki sifat seperti reaktor PFR maka dari nilai
dispersion number dapat diketahui tingkat error atau backmixing yang terjadi pada suatu
aliran fluida di dalam reaktor jenis PFR. Berikut ialah tingkat error dan nilai dispersion
number:
Error < 5% jika






L
D
u > 0,01