Hasil Pencarian  ::  Simpan CSV :: Kembali

"ABSTRAKDalam penelitian ini dikembangkan model reaktor unggun tetap (fixed bed) untuk proses oksidasi parsial katalitik, yaitu berupa model heterogen satu dimensi dengan kondisi adiabatis. Pengaruh dispersi aksial massa dalam reaktor dipertimbangkan dengan menggunakan pendekatan koefisien difusivitas efektif aksial, dan dispersi aksial energi dengan pendekatan koefisien konduktivitas efektif panas. Model heterogen ini membedakan kedua fasa pada reaktor, yaitu fasa solid berupa pelet katalis, dan fasa gas pada ruang antar pelet. Model ini juga mempertimbangkan adanya batasan transfer massa dan panas antar fasa, juga batasan difusi pori dalam pelet katalis. Model reaktor ini menggunakan mekanisme reaksi oksidasi parsial langsung ('direct oxidation') dari Hickman dan Schmidt, yang melibatkan 19 reaksi elementer dari adsorpsi, desorpsi dan reaksi permukaan.Penyelesaian problema difusi-reaksi dalam partikel katalis skala pelet dilakukan dengan metoda kolokasi ortogonal. Sedangkan persamaan-persamaan diferensial parsial eliptik skala reaktor diselesaikan dengan menggunakan `formulasi control volume' atas persamaan neraca massa, panas dan momentum.Proses oksidasi parsial katalitik dipelajari dengan melalui pemodelan reaktor beserta proses reaksi yang terjadi dan dengan melakukan simulasi komputer. Model reaktor unggun tetap tersebut disimulasikan pada beberapa kondisi proses, dengan melakukan variasi tekanan masuk reakor, diameter partikel katalis pada kondisi tekanan atmosfir sesuai dengan Hikman dan Schmidt. Selanjutnya dicoba melakukan simulasi pada kondisi tekanan tinggi untuk mendekati ke kondisi reaktor industri.Hasil secara menyeluruh menunjukkan bahwa problema proses oksidasi parsial katalitik yang kompleks itu dapat digambarkan dengan baik melalui model heterogen yang dikembangkan tersebut. Model tersebut menghasilkan profil konsentrasi intrapartikel skala pelet, serta profil konsentrasi dan temperatur pada koordinat aksial skala reaktor, yang menggambarkan kinerja reaktor.Hasil-hasil yang diperoleh terlihat sesuai dengan Hickman dan Schmidt, diperoleh bahwa H2 dan CO merupakan produk primer dari `proses langsung', serta dihasilkan sedikit produk H2O dan CO2. Simulasi menunjukkan bahwa oksidasi parsial katalitik merupakan proses dengan reaksi yang berlangsung cepat, dengan fluks produksi maupun konsumsi komponen terutama terjadi di awal reaktor (sekitar seperempat bagian dan masukan reaktor), untuk selanjutnya manumit dengan cepat. Ini menghasilkan profil yang curam pada awal reaktor dan selanjutnya mengarah ke profil mendatar. Dengan reaksi yang cepat tersebut, didapatkan bahwa reaksi berlangsung hanya pada zone reaksi yang tipis dari permukaan partikel katalis (10%). Bagian selanjutnya dari katalis tidak lagi terjadi reaksi, profil menjadi mendatar yang disebut dengan zone `burn out'.Model ini selanjutnya dapat digunakan untuk penelitian yang lebih jauh terhadap proses oksidasi parsial katalitik dan untuk mendisain reaktor unggun tetap berskala industri, dengan melakukan lebih banyak studi variasi variabel proses, serta didukung dengan studi verifikasi atas model ini. Dengan model reaktor ini juga dimungkinkan.

---

ABSTRACT

A fixed bed reactor model for catalytic partial oxidation is developed by applying a heterogeneous one dimensional model with adiabatic condition. The axial dispersion of mass is taken into account by axial effective diffusion coefficient, and the axial dispersion of enthalpy by axial effective thermal conductivity. The heterogeneous model distinguishes between the two phases in the reactor; a solid phase consists of the catalyst pellets in the reactor, and the fluid phase consists of void phase between the pellets. The model considers interphase mass and heat transfer limitation, also the pore diffusion limitation in catalyst pellet.

This model uses a step model reaction scheme involving 19 elementary reaction of adsorption, desorption and surface reaction proposed by Hickman and Schmidt, which known as a direct partial oxidation process.

Method of orthogonal collocation is used to discretize the diffusion-reaction problem in intraparticle pellet scale, and a set of elliptic partial differential equation in reactor scale is solved using finite volume formulation over the balance equations of mass, heat and momentum.

The process of catalytic is studied through numerical modeling and computer simulation. The fixed bed reactor model is simulated at several processes conditions by making variation on reactor inlet temperature, catalyst particle diameter at atmospheric pressure reactor according to Hickman and Schmidt. Then it is tried to simulate at higher pressure closing to the condition of industrial reactor.

The overall results show that this complex catalytic partial oxidation process can be well described by this heterogeneous model. The model results on both intraparticle pellet scale profile of concentration, and the axial reactor scale temperature and concentration profile.

The results are in satisfy agreement with Hickman and Schmidt, since H2 and CO are primary product of direct oxidation process, and less H2O and CO2 produced. The simulations show that catalytic partial oxidation is a fast reacting system, which most reacting components production fluxes resulted at the beginning part of reactor and the rest part are very low. This makes a steep profile at the beginning part of reactor and become flat toward the end of reactor. Since the reaction is very fast, it is founded that in catalyst particle pore there is a thin reaction zone where reaction takes place. The other part of the particle is called `bum-out' zone, with no reaction take place anymore, there will be no concentration profile in this zone.

This model can be used for further investigation of catalytic partial oxidation process and in designing a fixed bed industrial reactor scale, by making more process variation study, also making a verification study of this model. It is also possible to apply other kinetics of catalytic partial oxidation which implement more complete and complex reaction mechanism."

"Vanadial Titania banyak dipakai sebagai katalis oksidasi selektif hidrokarbon dan reduksi NOx. Sifat yang dikehendaki dalam penggunaan itu adalah luas permukaan yang besar dan berfasa anatase. Pembuatan katalis dengan metode sol-gel memiliki keunggulan berupa homogenitas yang tinggi dan aerogel memiliki luas permukaan yang besar. Dalam penelitian ini dipelajari peluang pembuatan oksida campuran Vanadia/Titania melalui metode sol-gel dan kemudian menemukan prosedur yang tepat dalam pembuatan oksida campuran tersebut menjadi aerogel dengan fasa anatase.Pada tahap preparasi, dibuat gel alkoksida campuran dengan kandungan Vanadia 4 % dan 10 % berat. Ekstraksi C02 superkritis dilakukan untuk penghilangan pelarut dari gel sehingga diperoleh padatan porous yang disebut aerogel. Untuk mendapatkan fasa anatase, aerogel dihaluskan sampai berukuran 100 mesh dan diberi perlakuan panas, meliputi : pemvakumkan pada 383 K dan dilanjutkan pada 573 K masing-masing selama 3 jam, serta kalsinasi dengan aliran oksigen dalam tanur selama 2 jam pada 773 K.Pengukuran luas permukaan dengan BET Autosorb dilakukan pada sampel hasil ekstraksi dan hasil setiap perlakuan panas untuk memantau perubahan luas permukaan sampel akibat perlakuan panas. Pengujian dengan Analisis Panas Diferensial (DTA) dilakukan pada sampel awal hasil ekstraksi untuk mengetahui perubahan yang terjadi pada sampel akibat perubahan temperatur, terutama untuk mengetahui temperatur kristalisasinya. Analisis Difraksi Sinar-X (XRD) dilakukan terhadap sampel hasil kalsinasi pada 773 K untuk mengetahui fasa sampel.Dengan komposisi yang tepat gel oksida VanadialTitania berhasil dibuat. Kualitas gel dipengaruhi oleh kadar Vanadia. Pada proses ekstraksi gel, arah aliran CO2 berpengaruh pada aerogel yang dihasilkan terutama pada kadar aerogel yang tinggi (10 % berat Vanadia/Titania). Aliran naik (upward flow) menghasilkan luas permukaan 2 kali lebih besar dibanding aliran turun (downward flow). Peningkatan kandungan Vanadia akan meningkatkan temperatur kristalisasi dan menurunkan luas permukaan padatan yang dihasilkan. Hasil analisa XRD menunjukkan semua sampel yang dikalsinasi pada 773 K memiliki fasa anatase."

"Penggunaan reaktor membran dalam memproduksi gas sintesis melalui reaksi oksidasi parsial metana memiliki keuntungan dimana oksigen yang digunakan pada reaksi tersebut dapat Iangsung diambil dari udara. Namun demikian, pengoperasian reaktor membran memiliki beberapa kendala yang terutama disebabkan karena temperatur pengoperasiannya yang relatif tinggi yaitu antara 700-1000 0C. Kendala utama dari penggunaan reaktor membran tersebut adalah melakukan pengeleman antara material membran dengan material penyusun dari reaktornya, kendala lainnya adalah membuat membran yang memiliki permeabilitas oksigen tinggi disamping juga memiliki stabilitas fisik dan termal yang baik. Hasil penelitian menunjukan bahwa reaktor membran dengan berbahan dasar quartz yang terdiri atas satu buah pipa berukuran 32 x 28 mm, satu buah pipa berukuran 15 x 12 mm , satu buah pipa berukuran 8 x 6 mm, satu buah pipa berukuran 5 x 3 mm, sepasang (male dan female) joint tipe standard taper, dua buah joint tipe flat-O-ring, serta memiliki panjang efektif keseluruhan 80 cm, memiliki kinerja yang cukup baik untuk dioperasikan pada rentang temperatur 700-1000 0C. Pengeleman dengan komposisi 80 % bubuk pyrex dan 20 % bubuk perovskite LaFe0.8Ni0.2O3-6 memberikan hasil yang sangat baik dimana lem tidak mengalami kebocoran gas selama reaktor dioperasikan selama lebih dari 20 jam. Lem yang dihasilkan juga dapat dengan mudah dilepas dari reaktor tanpa merusak quartz atau membrannya. Membran perovskite LaFe0.8Ni0.2O3-6 yang dipreparasi menggunakan metode Santo(44) memiliki permebilitas (fluks) terhadap oksigen yang sangat baik yaitu sebesar 2x10-4 mol/cm.s. Untuk pengujian secara semi-batch, konversi metana yang diperoleh sebesar 70 %, selektivitas membran terhadap CO pada 5 menit pertama reaksi sebesar 5 % dan terus berkurang sampai nol, selektivitas terhadap H2 sebesar 100 % pada 1O menit pertama dan terus menurun sampai 30 % setelah reaksi dilangsungkan selama 45 menit, dan selektivitas terhadap CO2 kurang dari 1 %. Untuk pengujian secara kontinu, konversi metana yang diperoleh sebesar 60 %, selektivitas terhadap CO sebesar 30 %, selektivitas terhadap CO2 sebesar 40 %, dan selektivitas terhadap H2 kurang dari 10 %."

"Dekomposisi katalitik metana merupakan salah satu metode yang paling sering digunakan dalam memproduksi carbon nanotube (CNT). Penggunaan reaktor unggun tetap untuk reaksi dekomposisi katalitik metana cukup banyak diminati karena desainnya yang sederhana dan ekonomis. Agar kinerja reaktor yang optimal dapat diperoleh, perlu dilakukan serangkaian uji coba terhadap pengaruh dari berbagai kondisi operasi melalui pemodelan dan simulasi.Pada penelitian ini, dibentuk suatu pemodelan dan simulasi reaktor unggun tetap untuk reaksi dekomposisi katalitik dengan memvariasikan berbagai parameter operasi yang dapat mempengaruhi kinerja reaktor. Konversi metana dan yield hidrogen yang dapat dicapai pada saat reaksi 60 menit adalah sebesar 34.4% dan 42.7%. Kenaikan pada tekanan, laju alir, komposisi umpan dan radius partikel akan memperkecil konversi dan yield, sementara kenaikan pada temperatur umpan berlaku sebaliknya. Kondisi operasi yang memberikan konversi dan yield terbesar, yaitu 43.3% dan 51.5%, adalah pada saat temperatur umpan sebesar 1023 K dengan radius partikel sebesar 0.10 mm.

---

Catalytic decomposition of methane (CDM) is one of the most popular method used in producing carbon nanotube (CNT). The use of fixed bed reactor in catalytic reaction is common for its simple design and low prices. In order to get an optimal condition to the reactor, observing which parameters gives influence most to the reactor is needed to be done by modelling and simulation.

This thesis is proposed a modelling and simulation of fixed bed reactor for catalytic decomposition of methane by varying the values of operating parameters which influence the reactor performance. The methane conversion dan hydrogen yield obtained at 60 minutes reaction are 34.4% dan 42.7%. The increasing feed pressure, velocity, particle radius and composition decrease conversion and yield significantly, while the decreasing feed temperature results in opposite. An optimal condition obtained when using feed temperatur at 1023 K and radius particle at 0.10 mm, which gives highest conversion and yield, 43.3% and 51.5% in result."

"Pada skripsi ini dilakukan pemodelan dan simulasi reaktor unggun tetap aliran membalik heterogen satu dimensi, adiabatik untuk reaksi oksidasi S02 (dalam arah aksial) dengan mempertimbangkan faktor-faktor hidrodinamika yang ada pada reaktor, juga perpindahan massa dan energi antar fasa ( fasa gas dan fasa padatan ), serta reaksi permukaan. Reaktor unggun tetap aliran membalik merupakan reaktor dengan arah aliran gas yang selalu berbalik untuk menjebak zona panas yang ada sehingga diperoleh pemanasan sendiri (autotermal) sehingga temperatur reaktor akan naik untuk rentang waktu yang ditentukan. Model yang dikembangkan dibagi dalam dua fasa, yaitu fasa gas dan fasa padatan. Penyelesaian persamaan untuk kedua fasa dilakukan dengan mempergunakan metoda kolokasi orthogonal tujuh titik seperti yang telah dikembangkan oleh Finlayson. Persamaan aljabar dalam bentuk matriks yang diperoleh kemudian diselesaikan secara simultan dengan menggunakan metode Runge Kutta orde empat. Hasil yang didapatkan dalam simulasi ini yaitu berupa profil temperatur dan konversi baik itu di fasa gas ataupun di fasa padat. Variasi berbagai parameter dilakukan untuk mengetahui perilaku model tersebut pada berbagai kondisi. Hasil simulasi menunjukkan bahwa konversi dan temperatur akan meningkat dengan semakin lamanya cycle time. Sedangkan peningkatan jari-jari pellet akan menurunkan temperatur dan konversi. Pertambahan panjang reaktor akan meningkatkan temperatur dan konversi sedangkan pertambahan fraksi dari umpan akan menyebabkan kenaikan temperatur, tetapi hal ini akan menyebabkan adanya penurunan pada konversi."

"Perovskite yang merupakan konduktor ion dan elektron dapat digunakan sebagai konduktor oksigen. Salah satu penggunaan perovskite adalah dalam reaktor membran perovskite yang digunakan baik sebagai pengayak udara, maupun sebagai katalis dalam reaksi oksidasi parsial metana untuk menghasilkan gas sintesis. Membran perovskite dibuat dengan menggunakan 3 metode, yaitu mengimpregnasi α-AI2O3 dengan perovskite LaFe0,8Ni0,2O0-6 kemudian dilapisi dengan sol LaFe0,8Ni0,2O0-6 dengan menggunakan teknik dip-coating (Membran PiP), melapisi penyangga α-AI2O3 komersial dengan -AI2O3 yang dibuat dengan pelarut air, kemudian diimpregnasi dengan perovskite LaFe0,8Ni0,2O0-6 (Membran AiP), serta melapisi penyangga α-AI2O3 komersial dengan -AI2O3 yang dibuat dengan pelarut etanol, kemudian diimpregnasi dengan perovskite LaFe0,8Ni0,2O0-6 (Membran EiP). Hasil uji permeabilitas oksigen mendapatkan bahwa kinerja membran hanya dipengaruhi oleh suhu. Pada suhu yang lebih tinggi, yaitu 865 °C, dihasilkan permeabilitas oksigen yang lebih tinggi daripada suhu 813 °C. Dari ketiga membran yang dipreparasi, Membran EiP menunjukkan kinerja yang paling baik dengan permeabilitas oksigen pada 865 °C sebesar 0,0005 mol/cm.detik. Hasil uji kinerja reaktor membran perovskite untuk oksidasi parsial metana menunjukkan keadaan yang belum tunak setelah dioperasikan selama 40 menit sehingga konversi dan selektivitas yang diperoleh masih fluktuatif"