Mengenal Apa itu Reaktor aliran laminar

Dipublikasikan oleh Dias Perdana Putra

22 Maret 2024, 15.43

Sumber: wikipedia.org

Reaktor aliran laminar

Reaktor aliran laminar (LFR) adalah jenis reaktor kimia yang mengandalkan aliran laminar untuk mengendalikan laju reaksi dan/atau distribusi reaksi. LFR biasanya berbentuk tabung panjang dengan diameter tetap yang dipertahankan pada suhu yang konsisten. Reaktan dimasukkan ke dalam tabung dari satu ujung, sementara produk reaksi dikumpulkan dan dipantau di ujung lainnya. Reaktor aliran laminar sering digunakan untuk mempelajari reaksi elementer terisolasi atau mekanisme reaksi multi-langkah.

Gambaran Umum

Reaktor aliran laminar memanfaatkan sifat aliran laminar untuk mencapai berbagai tujuan penelitian. Misalnya, LFR dapat digunakan untuk menyelidiki dinamika fluida dalam reaksi kimia, atau untuk menghasilkan struktur kimia khusus seperti tabung nano karbon. Salah satu fitur penting dari LFR adalah waktu tinggal bahan kimia di dalamnya, yang dapat diubah dengan mengatur jarak antara titik masukan reaktan dan tempat pengambilan produk/sampel, atau dengan mengatur kecepatan gas/cairan. Oleh karena itu, keuntungan dari penggunaan reaktor aliran laminar adalah kemampuannya untuk mengontrol dan menyesuaikan berbagai faktor yang mungkin memengaruhi suatu reaksi selama percobaan.

Sarana menganalisis reaktan dalam LFR

Salah satu cara untuk menganalisis reaksi adalah dengan menggunakan probe yang dimasukkan ke dalam reaktor. Atau, dalam beberapa kasus, metode optik non-intrusif dapat digunakan, seperti spektrometer untuk mengidentifikasi dan menganalisis isi reaktor. Selain itu, mengambil sampel gas/cairan di ujung reaktor dan mengumpulkan data juga bisa bermanfaat. Dengan menggunakan metode ini, berbagai data seperti konsentrasi, kecepatan aliran, dan sebagainya dapat dipantau dan dianalisis.

Kecepatan aliran dalam LFR

Cairan atau gas mengalir melalui reaktor aliran laminar dengan kecepatan yang terkendali melalui aliran laminar. Ini berarti bahwa aliran fluida atau gas bergerak satu sama lain seperti lapisan-lapisan kartu yang meluncur. Ketika menganalisis fluida dengan viskositas yang sama tetapi kecepatan yang berbeda, biasanya ada dua jenis aliran yang dibedakan: aliran laminar dan aliran turbulen. Aliran laminar umumnya memiliki kecepatan yang lebih rendah dan biasanya memiliki bilangan Reynolds yang lebih rendah dibandingkan dengan aliran turbulen. Di sisi lain, aliran turbulen bergerak tidak teratur dan dengan kecepatan yang lebih tinggi. Oleh karena itu, kecepatan aliran dalam aliran turbulen sering dianggap konstan atau "datar". Namun, kecepatan aliran dalam aliran laminar tidak datar, yang membantu menjelaskan mekanisme reaktor aliran laminar. Dalam aliran fluida atau gas di dalam reaktor aliran laminar, kecepatan di dekat pusat pipa lebih tinggi daripada di dekat dinding pipa. Akibatnya, distribusi kecepatan reaktan cenderung menurun dari pusat ke dinding reaktor.

Distribusi waktu tinggal (RTD)

Kecepatan fluida dekat pusat pipa lebih tinggi daripada di sekitar dinding pipa. Akibatnya, distribusi kecepatan reaktan cenderung lebih tinggi di bagian tengah dan lebih rendah di sisi-sisinya. Misalnya, jika fluida dipompa melalui reaktor aliran laminar dengan kecepatan konstan dari saluran masuk, dan konsentrasi fluida diamati di saluran keluar, grafik distribusi waktu tinggal akan menunjukkan kecenderungan negatif dengan bagian tengahnya membentuk cekungan positif. Model grafik ini dapat dijelaskan dengan fungsi matematika: E(t) = 0 jika waktu kurang dari setengah waktu tinggal (τ/2); E(t) = τ^2/2t^3 jika waktu lebih besar atau sama dengan setengah waktu tinggal (τ/2). Perlu diperhatikan bahwa pada awalnya grafik memiliki nilai nol karena zat membutuhkan waktu untuk melewati reaktor. Ketika materi mulai mencapai saluran keluar, konsentrasinya meningkat secara tajam, dan kemudian secara bertahap menurun seiring berlalunya waktu.

Karakteristik

Aliran laminar dalam reaktor aliran laminar memiliki sifat yang unik di mana fluida atau gas mengalir sejajar tanpa saling mengganggu. Secara alami, kecepatan fluida atau gas akan berkurang saat mendekati dinding dan meningkat saat menjauhi pusat. Akibatnya, reaktan memiliki waktu tinggal yang berbeda di reaktor aliran laminar, dengan waktu tinggal yang semakin lama dari pusat ke samping. Peningkatan bertahap dalam waktu tinggal memberikan gambaran yang jelas bagi para peneliti tentang reaksi pada berbagai waktu. Selain itu, ketika mengkaji reaksi dalam reaktor aliran laminar, gradien radial dalam kecepatan, komposisi, dan suhu menjadi penting. Dengan kata lain, dalam reaktor lain di mana aliran laminarnya tidak signifikan, seperti dalam reaktor aliran sumbat, kecepatan benda diasumsikan sama di seluruh penampang karena mayoritas aliran bersifat turbulen. Namun, dalam reaktor aliran laminar, perbedaan kecepatan yang signifikan terjadi pada berbagai titik dalam penampang yang sama. Oleh karena itu, perbedaan kecepatan di seluruh reaktor harus dipertimbangkan saat menggunakan reaktor aliran laminar.

Disadur dari: https://en.wikipedia.org/wiki/Laminar_flow_reactor