Pengertian Bioreaktor Tubular

Dalam dunia rekayasa proses hayati diperlukan alat yang disebut bioreaktor. Bioreaktor ini digunakan dalam proses konversi reaktan menjadi produk yang melibatkan makhluk hidup atau sel organisme. Salah satu jenis bioreaktor jika ditinjau dari bentuknya adalah jenis bioreaktor tubular. Bioreaktor ini berbentuk vessel dengan geometri silindris. Tabung bioreaktor ini panjang dengan feed masuk di ujung yang satu dan produk keluar di ujung yang lain.

Bioreaktor Tubular

Dalam merancang reaktor ini cukup menantang karena ada perubahan variabel searah berubahnya waktu pada posisi aksial. Untuk perhitungannya diperlukan persamaan diferensial parsial. Reaktor tubular lebih sulit dikontrol daripada reaktor CSTR. Variabel suhu sangat menentukan sistem yang berlangsung pada reaktor jenis ini.

Bioreaktor Tubular

Reaktor Tubular Adiabatik

Pembeda utama untuk reaktor jenis ini adalah bahwa variabelnya akan berubah seiring perubahan dimensi secara fisik. seperti analogi prinsip pipa akan terjadi friksi dan profil variabel tertentu yang berbeda ketika panjangnya berubah. Secara klasik, dalam reaktor tubular tidak terjadi perpindahan masa dan energi secara radial dan tidak terjadi percampuran pada arah aksial.

Berdasarkan isi reaktor, reaktor tubular reaktor terdiri dari dua jenis, yaitu :

  • reaktor tubular dengan katalis dan
  • reaktor yang tidak ada katalis tau kosong.

Katalis ini biasanya berupa materi padat yang dipasang secara packed atau bed. Adanya katalis tersebut sangat mempengaruhi dinamika sistem pada reaktor. Hal itu dikarenakan katalis memiliki kapasitansi panas yang lebih besar dibandingkan dengan fluida yang melewatinya.

Jenis-jenis Bioreaktor Tubular

Berdasarkan mode atau cara pengoperasiannya, reaktor tubular dibedakan menjadi empat berikut akan dijelaskan secara singkat mengenai jenis-jenis tersebut.

  • Reaktor Tubular Adiabatik

Pada jenis ini tidak ada transfer panas dalam reaktor sehingga tidak ada gradien suhu pada arah radial. Suhu adiabatik berubah bergantung pada per-pass conversion, jumlah material dalam bahan yang masuk, dan kapasitas panasnya. Jika konversi dari reaktan menjadi produk rendah maka perubahan suhu adiabatik akan kecil. Jika ada material yang inert atau bahan merupakan bukan reaktan, bahan ini akan berfungsi sebagai pentransfer panas yang pasif sehingga dapat mereduksi perubahan suhu adiabatik.

  • Heat Exchanger

Jenis reaktor ini memiliki konstruksi yang hampir sama dengan alat penukar kalor tube-in-shell. Aliran fluida akan dipanaskan atau didinginkan oleh medium penukar kalor yang ada di sistem. Perpindahan kalor dalam proses mempengaruhi gradien suhu secara radial. Gradien tersebut sangat dipengruhi oleh diameter tabung, kecepatan fluida serta sifat-sifat fluidanya. Semakin besar diameter tabung maka gradien secara radialnya akan semakin besar pula.

  • Reaktor Tubular dengan Intermediate Heat Exchanger

Diantara vessel reaktornya digunakan reaktor adiabatik dengan pendingin atau pemanas yang dikonstrukdi secara seri.

  • Reaktor Tubular dengan Cold Scot Cooling

Reaktor tubular ini dioperasikan secara adiabatis dengan menggunakan katalis multiple beds. Pada setiap ujung beds, aliran panas dan dingin akan bertemu dan bercampur yang menyebabkan suhu menurun sehingga dapat kembali sesuai dengan suhu yang ada di inlet.

Kegunaan Bioreaktor Tubular

Reaktor tubular telah banyak digunakan dalam industri baik pada petroleum, petrokimia, farmasi, pengolahan limbah atau untuk produksi energi alternatif. Beberapa contoh penggunaanya di antaranya untuk:

  • Karbonilasi (Carbonylation)

Reaksi yang terjadi adalah perubahn substrat organik atau inorganik oleh karbon monoksida yang dituukan untuk mensintesis bahan organik. Pada bioproses salah satu reaksi ini terjadi pada proses karbonilasi protein, yaitu modifikasi ikatan asam amino pada protein dengan ikatan karbonil (aldehid dan keton).

  • Hidrogenasi

Reaksi hidrogenasi merupakan penambahan hidrogen ke substrat yang tidak jenuh dan biasnnya melibatkan katalis. Dalam industri contoh reaksi ini adalah pembuatan margarin dari minyak sayur (nabati).

  • Fermentasi dan pengolahan limbah (wastewater treatment)
  • Bioproses dengan organisme fototropik

Bioreaktor tubular juga dapat digunakan sebagai bioproses fotosintetik dimana energi matahari digunakan sebagai produksi biomassa atau metabolit yang dihasilkan dari mikroba. Bioreaktor tipe ini sebagian besar digunakan untuk kultivasi alga dan organisme fototropik lain. Pada kasus ini, bioreaktor tubular dikonstruksi sebagai tabung yang lurus, plat tipis degan dinding partisi untuk regulasi aliran medium atau tabung pengumpul sinar matahari.