Reaktor aliran laminar
Reaktor aliran laminar (LFR) adalah jenis reaktor kimia yang menggunakan aliran laminar untuk mengontrol laju reaksi, dan/atau distribusi reaksi. LFR umumnya berupa tabung panjang dengan diameter konstan yang dijaga pada suhu konstan. Reaktan disuntikkan di satu ujung dan produk dikumpulkan dan dipantau di ujung yang lain. Reaktor aliran laminar sering digunakan untuk mempelajari reaksi elementer yang terisolasi atau mekanisme reaksi multi-langkah.
Gambaran umum
Reaktor aliran laminar menggunakan karakteristik aliran laminar untuk mencapai berbagai tujuan penelitian. Misalnya, LFR dapat digunakan untuk mempelajari dinamika fluida dalam reaksi kimia, atau dapat digunakan untuk menghasilkan struktur kimia khusus seperti tabung nano karbon. Salah satu fitur dari LFR adalah bahwa waktu tinggal (interval waktu di mana bahan kimia berada di dalam reaktor) dari bahan kimia di dalam reaktor dapat divariasikan dengan mengubah jarak antara titik input reaktan dan titik di mana produk/sampel diambil, atau dengan menyesuaikan kecepatan gas/fluida. Oleh karena itu, manfaat dari reaktor aliran laminar adalah bahwa berbagai faktor yang dapat mempengaruhi reaksi dapat dengan mudah dikontrol dan disesuaikan selama percobaan.
Cara menganalisis reaktan dalam LFR
Cara menganalisis reaksi termasuk menggunakan probe yang masuk ke dalam reaktor; atau lebih tepatnya, terkadang seseorang dapat menggunakan metode optik non-intrusif (misalnya menggunakan spektrometer untuk mengidentifikasi dan menganalisis konten) untuk mempelajari reaksi di dalam reaktor. Selain itu, mengambil seluruh sampel gas / cairan di ujung reaktor dan mengumpulkan data mungkin berguna juga. Dengan menggunakan metode yang disebutkan di atas, berbagai data seperti konsentrasi, kecepatan aliran, dll. Dapat dipantau dan dianalisis.
Kecepatan aliran di LFR
Cairan atau gas dengan kecepatan terkontrol melewati reaktor aliran laminar dengan cara aliran laminar. Artinya, aliran fluida atau gas meluncur satu sama lain seperti kartu. Ketika menganalisis cairan dengan viskositas yang sama ("ketebalan" atau "kelengketan") tetapi kecepatannya berbeda, cairan biasanya dikarakteristikkan ke dalam dua jenis aliran: aliran laminar dan aliran turbulen. Dibandingkan dengan aliran turbulen, aliran laminer cenderung memiliki kecepatan yang lebih rendah dan umumnya memiliki bilangan Reynolds yang lebih rendah. Aliran turbulen, di sisi lain, tidak teratur dan bergerak dengan kecepatan yang lebih tinggi. Oleh karena itu, kecepatan aliran aliran turbulen pada satu penampang melintang sering diasumsikan konstan, atau "datar". Kecepatan aliran "tidak datar" dari aliran laminar membantu menjelaskan mekanisme LFR. Untuk fluida/gas yang bergerak di dalam LFR, kecepatan di dekat pusat pipa lebih tinggi daripada fluida di dekat dinding pipa. Dengan demikian, distribusi kecepatan reaktan cenderung menurun dari pusat ke dinding.
Distribusi waktu tinggal (RTD)
Kecepatan di dekat pusat pipa lebih tinggi daripada cairan di dekat dinding pipa. Dengan demikian, distribusi kecepatan reaktan cenderung lebih tinggi di bagian tengah dan lebih rendah di bagian samping. Pertimbangkan fluida yang dipompa melalui LFR dengan kecepatan konstan dari saluran masuk, dan konsentrasi fluida dipantau di saluran keluar. Grafik distribusi waktu tinggal akan terlihat seperti kemiringan negatif dengan cekungan positif. Dan grafik tersebut dimodelkan oleh fungsi: E(t) = 0 jika t lebih kecil dari τ/2; E(t) = τ^2/2t^3 jika t lebih besar dari atau sama dengan τ/2.[2] Perhatikan bahwa grafik memiliki nilai E(t) pada awalnya adalah nol, hal ini dikarenakan zat membutuhkan waktu untuk bergerak melalui reaktor. Ketika bahan mulai mencapai saluran keluar, konsentrasinya meningkat secara drastis, dan secara bertahap menurun seiring berjalannya waktu.
Karakteristik
Aliran laminar di dalam LFR memiliki karakteristik unik mengalir secara paralel tanpa mengganggu satu sama lain. Kecepatan fluida atau gas secara alami akan berkurang ketika semakin dekat ke dinding dan semakin jauh dari pusat. Oleh karena itu, reaktan memiliki waktu tinggal yang meningkat di LFR dari tengah ke samping. Waktu tinggal yang meningkat secara bertahap memberikan peneliti tata letak yang jelas dari reaksi pada waktu yang berbeda. Selain itu, ketika mempelajari reaksi dalam LFR, gradien radial dalam kecepatan, komposisi, dan suhu adalah signifikan. Dengan kata lain, dalam reaktor lain di mana aliran laminar tidak signifikan, misalnya, dalam reaktor aliran steker, kecepatan objek diasumsikan sama pada satu penampang melintang karena sebagian besar alirannya bergolak. Dalam reaktor aliran laminer, kecepatan berbeda secara signifikan di berbagai titik pada penampang yang sama. Oleh karena itu, perbedaan kecepatan di seluruh reaktor perlu dipertimbangkan ketika bekerja dengan LFR.
Penelitian
Berbagai penelitian yang berkaitan dengan pemodelan LFR dan pembentukan zat di dalam LFR telah dilakukan selama beberapa dekade terakhir. Misalnya, pembentukan tabung nano karbon berdinding tunggal diselidiki dalam LFR. Sebagai contoh lain, konversi dari metana menjadi hidrokarbon yang lebih tinggi telah dipelajari dalam reaktor aliran laminar.
Disadur dari: en.wikipedia.org