Oscillatory flow chemical reactors

Abstract

Izvod Ekonomski i ekološki pritisci, kao što su globalna konkurencija, povećanje energetskih i drugih troškova proizvodnje, zahtevi za visokim kvalitetom proizvoda i smanjenje otpada, primoravaju farmaceutsku, finu hemijsku i biohemijsku industriju na radikalne promene u proizvodnji. Jedan od efikasnih načina za sveobuhvatno poboljšanje proizvodnje (smanjenje troškova i bolju kontrolu reakcije) je prelazak sa tradicionalno šaržnih procesa na kontinualne. Međutim, reakcije od interesa za pomenute industrijske sektore su često spore, pa bi kontinualni cevni reaktori trebalo da budu nepraktično velikih dužina za režime strujanja koji obezbeđuju zadovoljavajuće prenose toplote i mase i uske raspodele vremena zadržavanja. Reaktori sa oscilirajućim tokom fluida (ROT) nude rešenje jer obezbeđuju kontinualni rad, strujanje blisko klipnom, visoke prenose mase i toplote, a pri tom se mogu koristiti male brzine strujanja, te su reaktori prihvatljivih dužina za spore reakcije. Ove pozitivne karakteristike se ostvaruju zbog jako dobrog mešanja u reaktoru, usled stvaranja vrtloga pri sudaru generisanog talasa fluida sa internim pregradama. Osim navedenih prednosti u ROT se obezbeđuju i niži smicajni naponi (za isti unos energije) u odnosu na reaktore sa mehaničkim mešalicama, što je značajno za aplikacije u biohemijskom i biomedicinskom inženjerstvu. U ovom preglednom radu je predstavljen princip rada ovih reaktora, različite konstrukcije i osnovni kriterijumi za projektovanje. Prikazani su reprezentativni rezultati istraživanja, koji jasno potvrđuju prednosti ovih uređaja u odnosu na konvencionalne i navedeni su primeri intenzifikacije procesa primenom ROT u različitim industrijskim sektorima, kao što su farmaceutski, polimerni, biogoriva, prerada otpadnih voda i dr. Ključne reči: intenzifikacija procesa, reaktori sa oscilirajućim tokom, šaržni ka kontinualnim procesima, mešanje pomoću oscilacija fluida.

Residence time distribution and Peclet number correlation for continuous oscillatory flow reactors

“…By performing reaction in continuous manner, it is possible to increase productivity, selectivity and energy consumption, owing to more precise control of chemical reactions and heat, mass and momentum transfer . However, many reactions of interest in these industries are slow and would require impractically long continuous tubular reactors for flow patterns near plug flow, which provides desirable concentration profiles for reaction rates and heat and mass transfer …”

“…In these reactors, mixing is enhanced by oscillations, leading to significant investment and operating cost savings and better control of the reactions. The continuous oscillatory baffled reactors (COBR) contain equally spaced orifice baffles in the tube. An oscillatory motion is superimposed upon the net flow of process fluid, usually liquid, which would be in laminar regime, if there were no oscillations .…”

“…2 -6 However, many reactions of interest in these industries are slow and would require impractically long continuous tubular reactors for flow patterns near plug flow, which provides desirable concentration profiles for reaction rates and heat and mass transfer. 7,8 For continuous tubular reactors oscillatory flow mixing is a highly efficient alternative to conventional mixing via high spatial velocities and related turbulence. 9 The oscillatory flow baffled reactors are successful examples of PI which already have several applications realized in process industries.…”