발진성 배플링

Oscillatory baffled reactor

연속 진동 배플리드 원자로(COBR)는 층류 유량 조건에서 플러그 유량을 달성하도록 특수 설계된 화학 원자로다.플러그 유량을 달성하는 것은 이전에 직렬로 된 많은 연속 저온 탱크 원자로(CSTR) 또는 높은 난류 유량으로 제한되었다.이 기술은 환형 배플을 관형 원자로 골격에 통합해 액체가 관을 통해 위로 밀려올 때 에디를 만든다.마찬가지로 액체가 튜브를 통해 다운 스트로크에 있을 때 배플의 반대편에 에디가 생성된다.배플 양쪽의 에디 생성은 플러그 흐름을 유지하면서 매우 효과적인 혼합을 만든다.COBR을 사용하면 잠재적으로 더 높은 제품 수율을 제어하고 폐기물을 줄일 수 있다.[1]

펌프 및 균일한 간격의 배플을 포함한 COBR의 표준 설계

디자인

표준 COBR은 10~150mm ID 튜브로 구성되며 배플이 전체적으로 균일한 간격으로 배치된다.COBR에는 일반적으로 두 개의 펌프가 있다. 한 펌프는 연속 진동 흐름을 생성하기 위해 왕복하고 두 번째 펌프는 튜브를 통해 순 흐름을 생성한다.이 설계는 기존 관형 원자로가 달성할 수 없는 혼합 강도를 제어한다.[2]각각의 당황한 세포는 CSR 역할을 하며, 2차 펌프가 순 층류 흐름을 생성하기 때문에 난류 유동 시스템에 비해 훨씬 더 긴 거주 시간을 달성할 수 있다.[3]null

기존의 관형 원자로에서는 교반 메커니즘이나 난류 유량 조건을 통해 혼합이 이루어지는데, 이를 제어하기 어렵다.배플 간격이나 두께와 같은 가변 값을 변경함으로써 COBR은 훨씬 더 나은 혼합 제어로 작동할 수 있다.예를 들어, 가장 효과적인 혼합 조건은 관 직경의 1.5배의 간격이며, 더욱이 3mm 이상의 배플 두께가 증가함에 따라 소용돌이 변형이 증가하는 것으로 밝혀졌다.[2]null

생물학적 응용

모든 출력밀도 값에 대한 표준관형 원자로의 전단률은 COBR보다 높다.

COBR이 제공하는 낮은 전단율과 강화된 질량 전달은 다양한 생물학적 과정에 이상적인 원자로가 된다.전단률의 경우 COBR은 기존 관형 원자로에 비해 균등하게 분포된 5배 감소된 전단률을 가지고 있는 것으로 확인되었으며, 이는 높은 전단률이 미생물을 손상시킬 수 있다는 점을 감안할 때 생물학적 과정에 특히 중요하다.null

질량 전달의 경우 COBR 유체 역학은 산소 가스 거주 시간의 증가를 허용한다.또한 COBR에서 생성된 소용돌이는 가스 버블 붕괴를 유발하여 가스 전달을 위한 표면적을 증가시킨다.따라서, 에어로빅 생물학적 과정의 경우, COBR은 다시 장점을 나타낸다.COBR 기술의 특히 유망한 측면은 전단율과 질량 전달의 장점을 그대로 유지하면서 공정의 스케일업 능력이다.null

제한 사항

바이오프로세싱과 같은 분야에서 COBR 애플리케이션의 전망은 매우 유망하지만, 더 글로벌하게 사용하기 전에 필요한 많은 개선들이 필요하다.분명히 COBR 설계에는 다른 생물작용제에 비해 추가적인 복잡성이 있으며, 이는 작동 시 복잡성을 야기할 수 있다.더욱이, 바이오프로세싱의 경우 배플과 내부 표면의 오염이 문제가 될 수 있다.아마도 앞으로 나아가야 할 가장 중요한 발전은 COBR 기술이 실제로 산업에서 유용할 수 있는 포괄적인 연구일 것이다.현재 산업용 바이오프로세싱 플랜트에서 사용 중인 COBR은 없으며, 그 효과의 증거는 산업 내 현재 원자로에 비해 매우 유망하고 이론적으로 개선되었지만, 소규모 실험실 규모의 실험에 한정되어 있다.[3]null

참조

  1. ^ "NiTech - Continuous Oscillatory Baffled Reactor". Retrieved 5 June 2016.
  2. ^ a b Abbott, M. S. R.; Harvey, A. P.; Perez, G. Valente; Theodorou, M. K. (2013-02-06). "Biological processing in oscillatory baffled reactors: operation, advantages and potential". Interface Focus. 3 (1). doi:10.1098/rsfs.2012.0036. ISSN 2042-8898. PMC 3638279. PMID 24427509.
  3. ^ a b Ni, Xiong-Wei. "Continuous Oscillatory Baffled Reactor Technology" (PDF). Innovations in Pharmaceutical Technology.