Reaktor adalah suatu alat proses tempat di mana terjadinya suatu reaksi berlangsung, baik itu reaksi kimia atau nuklir dan bukan secara fisika. Dengan terjadinya reaksi inilah suatu bahan berubah ke bentuk bahan lainnya, perubahannya ada yang terjadi secara spontan alias terjadi dengan sendirinya atau bisa juga butuh bantuan energi seperti panas (contoh energi yang paling umum). Perubahan yang dimaksud adalah perubahan kimia, jadi terjadi perubahan bahan bukan fasa misalnya dari air menjadi uap yang merupakan reaksi fisika.
Daftar isi[sembunyikan] |
[sunting] Jenis
Ada dua jenis reaktor:
- Reaktor kimia
- Reaktor nuklir
Kedua jenis reaktor berbeda dalam beberapa hal, yang paling mencolok adalah dalam reaktor kimia hukum kekekalan massa memegang peranan yang sangat penting, karena tidak ada massa yang hilang dalam reaksi ia hanya berubah dari satu jenis bahan ke bahan ke jenis yang lain. Sedangkan reaktor nuklir tidak seperti itu, dalam reaktor ini ada massa yang hilang untuk diubah ke bentuk energi yang memang untuk inilah reaktor nuklir dirancang.
[sunting] Reaktor kimia
-
Artikel utama untuk bagian ini adalah: Reaktor kimia
Reaktor kimia adalah jenis reaktor yang umum sekali digunakan dalam industri. Hal ini dikarenakan, dalam sintesis bahan kita selalu memerlukan jenis reaktor ini.
Umumnya reaktor kimia menggunakan dua jenis model perhitungan, yaitu:
- RATB (Reaktor Alir Tangki Berpengaduk}
- RAS (Reaktor Aliran Sumbat)
Jenis pengoperasian reaktor yang dapat dijumpai di industri:
Beberapa jenis reaktor kimia khusus:
[sunting] Reaktor nuklir
Penggunaan reaktor nuklir umumnya sangat dibatasi penggunaannya, mengingat standar keselamatannya yang sangat tinggi. Reaktor nuklir umumnya digunakan untuk pembangkit listrik, namun sekarang penggunaannya sudah mulai luas, misalnya untuk merekayasa genetik suatu bibit agar menjadi bibit unggul.
Ada dua jenis reaktor nuklir:
- Reaktor fisi (pemecahan)
- Reaktor fusi (penggabungan)
[sunting] Reaktor fisi
- Artikel utama untuk bagian ini adalah: Reaktor fisi
Reaktor fisi merupakan jenis reaktor nuklir yang pertama kali dikembangkan. Reaktor ini memanfaatkan pemecahan suatu atom berat menggunakan neutron, suatu sub-atom, yang dipercepat sehingga melepaskan suatu energi.
[sunting] Reaktor fusi
- Artikel utama untuk bagian ini adalah: Reaktor fusi
Reaktor jenis fusi baru belakangan ini mulai dikembangkan. Banyak negara mulai bekerjasama dalam pengembangan jenis reaktor ini dikarenakan mahalnya biaya riset untuk jenis reaktor fusi. Reaktor fusi menjanjikan suatu energi yang ramah lingkungan dengan bahan baku yang berlimpah. Berbeda dengan reaktor jenis fisi, reaktor ini bekerja dengan menggabungkan dua atom ringan sehingga dari penggabungannya didapatkan suatu energi.
[sunting] Aksesoris Reaktor
Untuk mendukung agar reaktor dapat berfungsi maksimal dan aman terkendali, maka diperlukan sistem pengendalian proses yang menggunakan beberapa alat tambahan.
Beberapa contoh dari aksesoris tersebut umumnya adalah :
- Level Controller (LC), suatu alat yang menjaga agar volum (isi) reaktor tetap terjaga, tidak kehabisan reaktan ataupun kelebihan yang dapat menyebabkan kenaikan tekanan. Cara kerja dari alat ini adalah dengan terus mendeteksi ketinggian permukaan bahan dalam reaktor, jika kurang dari toleransi yang diberikan (set point) maka kran keluaran (output) akan mengecil sampai ketinggian mencapai tinggi yang telah di set. Sebaliknya jika melebihi kran keluaran akan dibuka lebih lebar untuk mengurangi bahan dalam reaktor.
- Pressure Controller (PC), Suatu alat yang bertugas untuk menjaga agar tekanan dalam reaktor masih berada pada kisaran yang ditetapkan. Biasanya diterapkan pada reaktor yang memakai reaktan berfasa gas. Cara kerjanya mirip dengan LC yaitu dengan membuka dan menutup kran.
- Temperature Controller (TC), suatu alat yang bertugas agar suhu di dalam reaktor masih berada dalam kisaran suhu operasinya. TC juga bekerja dengan membuka dan menutup kran, namun kran yang diintervensi adalah kran utilitas. Misalnya CSTR berpemanas, jika suhu drop maka kran koil uap panas (steam) akan diperbesar sehingga steam yang masuk akan lebih banyak yang akhirnya suplai panas pun bertambah dan akhirnya suhu reaktor akan bertambah dan suhu reaktor pun dapat kembali ke suhu yang normal. Sebaliknya jika suhu reaktor bertambah.
Reaktor nuklir
Dari Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas
Reaktor nuklir adalah tempat/perangkat dimana reaksi nuklir berantai dibuat, diatur dan dijaga kesinambungannya pada laju yang tetap (berlawanan dengan bom nuklir, dimana reaksi berantai terjadi pada orde pecahan detik, reaksi ini tidak terkontrol).
Reaktor nuklir digunakan untuk banyak tujuan. Saat ini, reaktor nuklir paling banyak digunakan untuk membangkitkan listrik. Reaktor penelitian digunakan untuk pembuatan radioisotop (isotop radioaktif) dan untuk penelitian. Awalnya, reaktor nuklir pertama digunakan untuk memproduksi plutonium sebagai bahan senjata nuklir.
Saat ini, semua reaktor nuklir komersial berbasis pada reaksi fissi nuklir, dan sering dipertimbangkan masalah resiko keselamatannya. Sebaliknya, beberapa kalangan menyatakan PLTN merupakan cara yang aman dan bebas polusi untuk membangkitkan listrik. Daya fusi merupakan teknologi ekperimental yang berbasi pada reaksi fusi nuklir. Ada beberapa piranti lain untuk mengendalikan reaksi nuklir, termasuk di dalamnya pembangkit thermoelektrik radioisotop dan baterai atom, yang membangkitkan panas dan daya dengan cara memanfaatkan peluruhan radioaktif pasif, seperti halnya Farnsworth-Hirsch fusor, dimana reaksi fusi nuklir terkendali digunakan untuk menghasilkan radiasi neutron.
Daftar isi[sembunyikan] |
[sunting] Aplikasi
- Daya nuklir:
- Panas untuk pembangkit listrik
- Panas untuk perumahan dan pemanas industri
- Desalinasi
- Propulsi nuklir:
- Transmutasi unsur:
- Produksi plutonium, yang biasa digunakan dalam senjata nuklir
- Produksi beragam isotop radioaktif, seperti americium yang digunakan dalam detektor asap, dan cobalt-60, molybdenum-99 dan lainnya yang digunakn untuk pencitraan dan perawatan medis
- Aplikasi penelitian :
- Penyediaan sumber neutron dan radiasi positron (misalnya Analisis Aktivasi Neutron dan Penanggalan potassium-argon)
- Pengembangan teknologi nuklir
[sunting] Sejarah
Meskipun umat manusia telah menguasai daya nuklir baru-baru ini, reaktor nuklir yang pertama muncul dikendalikan oleh alam. Lima belas reaktor fissi nuklir alami telah ditemukan di tambang Oklo, Gabon, West Africa. Pertama ditemukan pada tahun 1972 oleh ahli fisika Perancis Francis Perrin. Reaktor alami ini dikenal dengan sebutan Reaktor Fossil Oklo. Reaktor-reaktor ini diperkirakan aktif selama 150 juta tahun, dengan daya keluaran rerata 100 kW. Bintang-bintang juga mengandalkan fusi nuklir guna membangkitkan panas, cahaya dan radiasi lainnya. Konsep reaktor nuklir alami diajukan pertama kali oleh Paul Kuroda pada tahun 1956 saat di Universitas Arkansas [1].
Enrico Fermi dan Leó Szilárd, pertama kali membangun reaktor nuklir Chicago Pile-1 saat mereka di Universitas Chicago pada 2 Desember, 1942.
Reaktor nuklir generasi pertama digunakan untuk menghasilkan plutonium sebagai bahan senjata nuklir. Selain itu, reaktor nuklir juga digunakan oleh angkatan laut Amerika (lihat Reaktor Angkatan Laut Amerika Serikat) untuk menggerakkan kapal selam dan kapal pengangkut pesawat udara. Pada pertengahan 1950-an, baik Uni Sovyet maupun negara-negara barat meningkatkan penelitian nuklirnya termasuk penggunaan atom di luar militer. Tetapi, sebagaimana program militer, penelitian atom di bidang non-militer juga dilakukan dengan rahasia.
Pada 20 Desember 1951, listrik dari generator yang digerakkan oleh tenaga nuklir pertama kali dihasilkan oleh Experimental Breeder Reactor-I (EBR-1) yang berlokasi di Arco, Idaho. Pada 26 Juni 1954, pukul 5:30 pagi, PLTN pertama dunia utnuk pertama kalinya mulai beroperasi di Obninsk, Kaluga Oblast, USSR. PLTN ini menghasilkan 5 megawatt, cukup untuk melayani daya 2,000 rumah. [2][3].
PLTN skala komersial pertama dunia adalah Calder Hall, yang mulai beroperasi pada 17 Oktober 1956 [4]. Reaktor generasi pertama lainnya adalah Shippingport Reactor yang berada di Pennsylvania (1957).
Sebelum kecelakaan Three Mile Island pada 1979, sebenarnya permintaan akan PLTN baru di Amerika Serikat sudah menurun karena alasan ekonomi. Dari tahun 1978 sampai dengan 2004, tidak ada permintaan PLTN baru di Amerikat Serikat [5], meskipun hal itu mungkin akan berubah pada tahun 2010 ( lihat Masa depan industri nuklir).
Tidak seperti halnya kecelakaan Three Mile Island, kecelakaan Chernobyl pada tahun 1986 tidak berpengaruh pada peningkatan standar reaktor nuklir negara barat. Hal ini dikarenakan memang reaktor Chernobyl dikenal mempunyai desain yang tidak aman , menggunakan reaktor jenis RBMK, tanpa kubah pengaman (containment building) dan dioperasikan dengan tidak aman, dan pihak barat memetik pelajaran dari hal ini [6].
Pada tahun 1992 topan Andrew menghamtam Turkey Point Nuclear Generating Station. Lebih dari US$90 juta kerugian yang diderita, sebagian besar menimpa tangki penampungan air dan cerobong asap pembangkit listrik berbahan bakar fossil (minyak/batubara) yang ada dilokasi, tapi containment building tidak mengalami kerusakan [7][8].
[sunting] Masa depan industri nuklir
Hingga tahun 2006, Watts Bar 1, yang akan beroperasi pada tahun 1997, adalah PLTN komersial Amerika Serikat terakhir yang akan beroperasi. Hal ini biasanya dijadikan bukti berhasilnya kampanye anti PLTN/nuklir dunia. Tetapi, penolakan politis akan nuklir hanya berhasil terjadi di sebagian Eropa, Selandia Baru, Filipina dan USA. Bahkan di USA dan seluruh Eropa, investasi pada penelitian daur bahan bakar nuklir terus berlanjut, dan dengan prediksi beberapa ahli akan kelangkaan listrik , peningkatan harga bahan bakar fossil dan perhatian akan emisi gas rumah kaca akan memperbarui kebutuhan PLTN.
Banyak negara yang tetap aktif mengembangkan energi nuklirnya termasuk diantaranya Jepang, China dan India, kesemuanya aktif mengembangkan teknolgi reaktor thermal dan reaktor cepat. Korea Selatan dan USA hanya mengembangkan teknolgi reaktor thermasSouth, Afrika Selatan dan China mengembangkan versi baru Pebble Bed Modular Reactor (PBMR). Finlandia dan Perancis aktif mengembangkan energi nuklir; Finladia mempunyai European Pressurized Reactor yang sedang dibangun oleh Areva. Jepang membangun unit yang beroperasi pada tahun 2005.
Pada 22 September 2005 telah diumumkan dua lokasi baru di USA yang telah dipilih sebagai lokasi PLTN.
[sunting] Tipe-tipe reaktor
Fuel cell atau sel tunam adalah sel elektrokimia yang secara sinambung mengkonversi energi kimia suatu bahan bakar dan suatu oksidator menjadi energi listrik dengan proses yang melibatkan sistem elektroda–elektrolit. Fuel cell merupakan suatu bentuk teknologi sederhana seperti baterai yang dapat diisi bahan bakar untuk mendapatkan energinya kembali. Kebutuhan bahan bakar fuel cell bergantung pada jenis elektrolit yang digunakan. Beberapa sel tunam, dengan oksigen dan hidrogen sebagai bahan bakarnya, membutuhkan hidrogen yang murni. Pemenuhan kebutuhan bahan bakar hidrogen murni ini semakin mengalami perkembangan, salah satunya dengan penggunaan reformer metanol.
Reaktor Membran untuk Reforming Metanol
Reaktor membran adalah sistem reaktor baru yang mengkombinasikan pemisahan dengan membran dan reaksi kimia. Reaktor membran memiliki dua tipe, yaitu reaktor membran packed-bed dan reaktor membran katalitik. Reaktor membran dengan katalis packed-bed memiliki area pemisahan yang terpisah dari area reaksi, sedangkan pada reaktor membran katalitik, reaksi dan pemisahan terjadi secara simultan. Membran dalam reaktor ini merupakan penghalang yang hanya dapat melewatkan komponen tertentu. Selektivitas pada membran ini dikontrol oleh ukuran diameter pori membran.
Membran Reaktor
Pada reaktor membran, kombinasi reaksi dan pemisahan dilakukan untuk meningkatkan konversi. Salah satu produk hasil reaksi dipisahkan dari reaktor melalui membran. Hal ini akan menyebabkan kesetimbangan reaksi bergerak ke kanan (menurut Prinsip Le Chatelier), sehingga produk yang dihasilkan semakin banyak.
Membran reaktor banyak digunakan pada reaksi dehidrogenasi (misalnya reaksi dehidrogenasi etana). Pada reaksi ini, hanya salah satu produk, yaitu hidrogen, yang cukup kecil sehingga dapat melewati membran. Hasilnya, desain yang lebih padat dan konversi yang semakin tinggi membuat reaktor tipe ini menunjukkan proses yang lebih efisien. Pemisahan produk akan meningkatkan waktu tinggal untuk volume reaktor yang digunakan sehingga membawa reaksi yang terbatas pada kesetimbangan semakin mendekati penyelesaian reaksi.
Keuntungan yang lebih jauh lagi, reaktor membran dapat meningkatkan rentang temperatur dan tekanan yang diperbolehkan untuk reaksi. Reaktor membran secara fundamental mengubah ketergantungan konversi reaksi dekomposisi fasa gas terhadap tekanan sehingga reaksi lebih disukai jika dilakukan pada tekanan tinggi daripada tekanan rendah. Kondisi tekanan tinggi akan membutuhkan ukuran reaktor yang lebih kecil dan pemurnian yang lebih efisien. Reaktor membran juga berguna bagi reaksi endotermik dan eksotermik yang berurut, dengan menggunakan ekstraksi produk untuk meningkatkan perpindahan panas. Hasilnya adalah reaktor yang lebih kecil, biaya yang lebih rendah, dan reaksi samping yang lebih sedikit.
Salah satu penerapan reaktor membran adalah reaksi reforming metanol yang dapat digunakan sebagai sumber hidrogen untuk fuel cell. Reaksi yang terjadi adalah:
CH3OH + H2O –>3H2 + CO2 (1)
Reaksi ini dapat dimodelkan oleh dua tahap reaksi: reaksi perengkahan endotermik irreversible, dimana satu mol metanol dikonversi menjadi tiga mol produk:
CH3OH –>2H2 + CO (2)
dan diikuti oleh water gas shift reaction,
CO + H2O –> H2 + CO2 (3)
yang merupakan reaksi eksotermik dan terbatas pada kesetimbangan.
Kedua reaksi ini biasanya dilakukan pada reaktor aliran sumbat menggunakan katalis tembaga-seng oksida dan diikuti oleh reaksi pemurnian, yaitu oksidasi parsial untuk memisahkan CO yang tak bereaksi. Tanpa reaktor membran, persyaratan kondisi pemanasan dan tekanan pada proses ini menjadi sulit, karena memerlukan reaktor yang besar dan daerah pemanasan yang signifikan. Jika mungkin, reaksi 2 akan berlangsung pada tekanan dan temperatur tinggi untuk mempercepat reaksi dan meningkatkan penggunaan katalis. Selain itu, karena reaksi ini sangat endotermik, temperatur yang digunakan harus sangat tinggi dan panas harus diberikan sepanjang reaktor.
Reaktor Membran untuk Konversi Methanol
Secara kontras, temperatur dan tekanan yang rendah justru dibutuhkan untuk menjalankan reaksi 3 karena reaksi ini bersifat eksotermik. Panas harus dihilangkan antara tahap ini dan tahap akhir, atau di sepanjang reaktor pada bagian reaksi ini. Reaksi seperti ini umumnya menggunakan pemanas internal untuk reaksi 2 dan tiga alat penukar panas eksternal yang memanaskan umpan dan menghasilkan pendinginan antar tahap pada reaksi 3. Tekanan rendah yang digunakan untuk menjalankan reaksi 3 menyebabkan kedua reaksi harus dilaksanakan pada tekanan rendah, di bawah 100 psi. Akibatnya, reaktor yang digunakan menjadi lebih besar daripada reaktor pada kondisi tekanan tinggi. Secara otomatis, biaya peralatan pun meningkat.
Salah satu reaktor membran yang sedang diteliti untuk digunakan pada reaksi konversi metanol ditunjukkan oleh gambar di samping kanan ini. Metanol dan air masuk melalui bagian bawah annulus luar dan diuapkan menggunakan panas yang didapat dari pendinginan produk hidrogen dan shift reaction. Uap ini akan bergerak ke bagian atas. Pemanasan lebih lanjut pada reformer dilakukan dengan pembakaran gas rafinat.
Beberapa inci pertama dalam reaktor tersebut merupakan area dekomposisi, yaitu area saat metanol dikonversi menjadi CO dan H2 dengan reaksi 2. Reaksi ini diikuti oleh daerah tempat terjadinya reaksi water-gas shift. Seperti yang sudah disebutkan, pemisahan hidrogen membantu melaksanakan reaksi pada tekanan tinggi dengan menjaga tekanan parsial hidrogen di bawah tekanan parsial karbon monoksida dan air. Pembakaran gas buangan juga meningkatkan efisiensi keseluruhan saat memisahkan sisa CO. Dengan membran yang sesuai, unit ini akan menghasilkan hidrogen yang lebih murni daripada hidrogen yang dihasilkan oleh oksidasi parsial.
