Непрерывный колебательный реактор с перегородками (COBR) — это специально разработанный химический реактор для достижения поршневого потока в условиях ламинарного потока . Достижение поршневого потока ранее было ограничено либо большим количеством последовательных реакторов с непрерывным перемешиванием (CSTR), либо условиями с высоким турбулентным потоком. Технология включает кольцевые перегородки в трубчатом каркасе реактора для создания завихрений, когда жидкость проталкивается вверх по трубе. Аналогично, когда жидкость движется вниз по трубе, завихрения создаются по другую сторону перегородок. Образование вихрей по обе стороны перегородок создает очень эффективное смешивание, при этом сохраняя поршневой поток. Используя COBR, можно получить потенциально более высокий выход продукта с большим контролем и меньшими отходами. [1]
.jpg/1280px-Continuous_oscillatory_baffled_reactor_(diagram).jpg)
Стандартный COBR состоит из трубки с внутренним диаметром 10-150 мм с равномерно расположенными перегородками. Обычно в COBR есть два насоса; один насос возвратно-поступательный для создания непрерывного колебательного потока, а второй насос создает чистый поток через трубку. Такая конструкция обеспечивает контроль над интенсивностью смешивания, чего не могут достичь обычные трубчатые реакторы. [2] Каждая перегородчатая ячейка действует как CSTR, и поскольку вторичный насос создает чистый ламинарный поток, можно достичь гораздо более длительного времени пребывания по сравнению с системами с турбулентным потоком. [3]
В обычных трубчатых реакторах смешивание осуществляется посредством перемешивающих механизмов или условий турбулентного потока, которые трудно контролировать. Изменяя переменные значения, такие как расстояние между перегородками или их толщина, COBR могут работать с гораздо лучшим контролем смешивания. Например, было обнаружено, что расстояние в 1,5 раза больше диаметра трубки является наиболее эффективным условием смешивания; кроме того, деформация вихря увеличивается с увеличением толщины перегородки более 3 мм. [2]
Низкая скорость сдвига и улучшенный массоперенос, обеспечиваемые COBR, делают его идеальным реактором для различных биологических процессов. Что касается скорости сдвига, то было обнаружено, что COBR имеют равномерно распределенное пятикратное снижение скорости сдвига по сравнению с обычными трубчатыми реакторами; это особенно важно для биологических процессов, учитывая, что высокие скорости сдвига могут повредить микроорганизмы.
В случае массопереноса механика жидкости COBR позволяет увеличить время пребывания газообразного кислорода. Кроме того, вихри, создаваемые в COBR, вызывают разрыв пузырьков газа и, таким образом, увеличение площади поверхности для переноса газа. Для аэробных биологических процессов, следовательно, COBR снова представляют преимущество. Особенно многообещающим аспектом технологии COBR является ее способность масштабировать процессы, сохраняя при этом преимущества в скорости сдвига и массопереносе.
Хотя перспективы применения COBR в таких областях, как биопереработка, весьма многообещающие, необходимо внести ряд необходимых усовершенствований перед более глобальным использованием. Очевидно, что конструкция COBR имеет дополнительную сложность по сравнению с другими биореакторами, что может привести к осложнениям в эксплуатации. Кроме того, для биопереработки возможно, что загрязнение перегородок и внутренних поверхностей станет проблемой. Возможно, наиболее существенным необходимым шагом вперед является дальнейшее комплексное исследование того, что технология COBR действительно может быть полезна в промышленности. В настоящее время COBR не используются на промышленных биоперерабатывающих заводах, и доказательства его эффективности, хотя и весьма многообещающие и теоретически являющиеся улучшением по сравнению с текущими реакторами в промышленности, ограничены экспериментами в небольших лабораторных масштабах. [3]