Model Bioreaktor

model bioreaktor terbuat dari material plastik akrilik

Terdapat beberapa contoh model bioreaktor dasar yang secara umum digunakan dalam penelitian ilmiah ataupun telah dipraktekan dalam proyek maupun industri :

1. Bioreaktor Tetap (Fixed-Bed Bioreactor): Model ini terdiri dari kolom yang diisi dengan bahan substrat padat atau media dukungan, seperti butiran atau serat, di dalamnya. Substrat diberikan melalui aliran cairan atau gas yang melewati media dukungan tersebut. Bioreaktor tetap digunakan dalam banyak aplikasi, seperti biodegradasi limbah, pemurnian air, dan produksi bioenergi.

2. Bioreaktor Bergerak (Moving-Bed Bioreactor): Model ini mirip dengan bioreaktor tetap, tetapi media dukungan di dalamnya dapat bergerak. Gerakan media dukungan memungkinkan redistribusi yang lebih baik dari substrat dan mikroorganisme di dalam bioreaktor, yang dapat meningkatkan efisiensi reaksi. Bioreaktor bergerak umumnya digunakan dalam pengolahan limbah dan produksi bioenergi.

3. Bioreaktor Membran (Membrane Bioreactor): Bioreaktor ini menggunakan membran semipermeabel untuk memisahkan mikroorganisme dan produk dari cairan atau gas yang mengalir melaluinya. Membran dapat berupa membran mikrofiltrasi, ultrafiltrasi, atau nanofiltrasi, tergantung pada kebutuhan aplikasi. Bioreaktor membran umumnya digunakan dalam pemurnian air, pengolahan limbah, dan produksi biomassa.

4. Bioreaktor Fluidized Bed (Fluidized Bed Bioreactor): Model ini melibatkan aliran cairan atau gas yang cukup kuat untuk mengangkat partikel padat dalam bioreaktor sehingga menciptakan "fluidized bed" (tempat tidur fluida). Kecepatan aliran yang tinggi memastikan adanya kontak yang baik antara partikel padat dan mikroorganisme, sehingga meningkatkan efisiensi reaksi. Bioreaktor fluidized bed digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk fermentasi, biokonversi, dan produksi enzim.

5. Bioreaktor Anaerob (Anaerobic Bioreactor): Model ini dirancang khusus untuk mendukung pertumbuhan mikroorganisme anaerobik, yang dapat hidup dan berkembang dalam kondisi tanpa oksigen. Bioreaktor anaerobik digunakan dalam pengolahan limbah organik, produksi biogas, dan pembuatan biofertilizer.

Itu hanya beberapa contoh model bioreaktor yang digunakan dalam riset penelitian, pabrik maupun industri. Terdapat juga model-model lainnya yang diinovasikan dan disesuaikan dengan kebutuhan khusus penelitian tertentu.

Circulating cyclone fluidized sand bed reactor

Circulating cyclone fluidized sand bed (CCFSB) adalah sebuah sistem reaktor yang digunakan dalam pemrosesan gas atau fluida padat-cair. Sistem ini menggabungkan prinsip aliran berpusat pada pusat (cyclone) dan penggunaan pasir sebagai media fluidisasi.

cold model circulating cyclone fluidized sand bed

Dalam CCFSB, campuran gas dan partikel padat (misalnya, pasir) dimasukkan ke dalam sebuah tangki reaktor yang dilengkapi dengan perangkat cyclone di bagian atas. Gas dan pasir bergerak dalam aliran melingkar di dalam tangki, dengan gaya sentrifugal dari perangkat cyclone menyebabkan partikel padat terpisah dari gas dan jatuh kembali ke dasar tangki.

Proses fluidisasi terjadi ketika aliran gas mengangkat partikel pasir ke atas dan membentuk suspensi fluida. Pasir menjadi fluida dan berperilaku seperti fluida yang dapat mencampur dan berinteraksi dengan fase gas. Keuntungan dari CCFSB adalah adanya pengembalian partikel pasir kembali ke dasar tangki, yang memungkinkan kontak dan interaksi yang lebih intens antara partikel pasir dan gas.

CCFSB biasanya digunakan dalam aplikasi pemrosesan gas atau fluida padat-cair, seperti pengolahan limbah, pembuatan bahan kimia, dan proses reduksi atau pembakaran. Sistem ini memungkinkan transfer massa dan panas yang efisien antara fase gas dan padatan, serta memungkinkan reaksi kimia atau pemisahan yang efektif.

Pemilihan ukuran partikel pasir yang tepat, aliran gas yang optimal, dan pengaturan desain cyclone yang sesuai sangat penting dalam CCFSB. Hal ini memastikan efisiensi reaksi, pengendalian aliran padatan, dan pencapaian tujuan proses yang diinginkan.

Slurry Column Bubble Reactor

Slurry bubble column reactor adalah jenis reaktor gelembung yang digunakan untuk reaksi atau pemrosesan cairan yang mengandung partikel-padat kecil, yang dikenal sebagai slurries. Pada reaktor ini, gas dialirkan ke dalam kolom dan membentuk gelembung-gelembung yang mencampurkan cairan dan partikel-padat dalam bentuk suspensi atau slurry.

Dalam reaktor gelembung slurry, gas umumnya diinjeksikan melalui distributor gas di dasar kolom. Gelembung gas yang naik ke atas mempertemukan partikel-padat dalam suspensi, mencampurnya secara intensif, dan meningkatkan transfer massa antara gas, cairan, dan partikel-padat. Proses ini dapat memfasilitasi reaksi kimia, absorpsi, adsorpsi, atau pemisahan partikel dari cairan.

prototype design slurry column bubble reactor

Keuntungan dari reaktor gelembung slurry meliputi:

1. Peningkatan transfer massa: Kehadiran gelembung gas yang mencampurkan cairan dan partikel-padat dalam slurry meningkatkan transfer massa antara fase gas, cairan, dan padatan. Hal ini mempercepat reaksi kimia atau pemisahan partikel dari cairan.

2. Kontak yang intensif: Gelembung gas yang terbentuk memastikan kontak yang baik antara partikel-padat dan cairan, sehingga memaksimalkan transfer massa dan reaksi kimia.

3. Distribusi partikel yang merata: Reaktor gelembung slurry dapat menghasilkan distribusi partikel yang merata dalam cairan, yang penting dalam reaksi kimia atau pemrosesan partikel yang seragam.

4. Peningkatan efisiensi: Dengan meningkatkan transfer massa, reaktor gelembung slurry dapat meningkatkan efisiensi keseluruhan proses, mengurangi waktu reaksi, dan menghasilkan hasil yang lebih baik.

Reaktor gelembung slurry biasanya digunakan dalam berbagai aplikasi seperti pemrosesan limbah, hidrometalurgi, produksi bahan kimia, dan pemisahan partikel dari cairan. Namun, perhatian khusus perlu diberikan pada desain reaktor gelembung slurry untuk memastikan distribusi yang baik, mencegah penyumbatan atau pengendapan partikel, dan mengoptimalkan transfer massa dan panas di dalam sistem.

Jacketed Vessel Tank

Jacketed vessel adalah jenis wadah atau tangki yang digunakan dalam proses industri untuk mengontrol suhu reaksi atau perpindahan panas dalam sistem. Jacketed vessel terdiri dari dua lapisan dinding, yaitu dinding internal dan dinding eksternal.

Dinding internal merupakan wadah utama yang menampung bahan atau campuran yang akan direaksikan atau dipanaskan. Sementara itu, dinding eksternal berbentuk mantel atau jacket yang mengelilingi dinding internal. Mantel ini biasanya diisi dengan cairan pemanas, seperti air atau minyak pemanas, yang dapat dipanaskan atau didinginkan sesuai kebutuhan.

Fungsi dari jacketed vessel adalah untuk mempertahankan suhu yang diinginkan di dalam wadah utama. Dengan mengalirkan cairan pemanas atau pendingin melalui mantel, panas dapat ditransfer dari atau ke dinding internal, sehingga menjaga suhu reaksi atau perpindahan panas secara efisien. Hal ini memungkinkan penggunaan jacketed vessel dalam berbagai proses, seperti reaksi kimia, fermentasi, distilasi, ekstraksi, dan proses pemurnian.

Jacketed vessel umumnya dilengkapi dengan sistem pengontrol suhu, seperti penukar panas atau pemanas dan pendingin yang terhubung dengan mantel, serta sensor suhu untuk mengawasi dan mengatur suhu secara tepat. Desain jacketed vessel dapat bervariasi, mulai dari tangki vertikal hingga tangki horizontal, tergantung pada aplikasi dan kebutuhan proses yang diinginkan.

Apakah jacketed vessel dapat dibuat menggunakan tabung acrylic ?

Pada umumnya, jacketed vessel tidak dibuat menggunakan tabung akrilik karena tabung akrilik biasanya digunakan untuk aplikasi yang tidak melibatkan perpindahan panas aktif. Tabung akrilik memiliki sifat yang transparan dan tahan terhadap korosi, tetapi tidak memiliki konduktivitas panas yang baik.

jacketed vessel acrylic

Jacketed vessel biasanya dibuat menggunakan material yang memiliki konduktivitas panas yang baik, seperti stainless steel atau kaca borosilikat. Material tersebut memungkinkan perpindahan panas yang efisien antara dinding internal dan cairan pemanas atau pendingin di mantel.

Namun, jika Anda memiliki kebutuhan khusus dan skala yang kecil, masih memungkinkan untuk membuat jacketed vessel dengan tabung akrilik. Namun, penting untuk mempertimbangkan keandalan, kekuatan, dan konduktivitas panas yang lebih rendah dari tabung akrilik dibandingkan dengan material yang umumnya digunakan untuk jacketed vessel.

Algae Reaktor FBR (Foto Bio Reaktor)

Algae reaktor adalah perangkat atau sistem yang digunakan untuk membudidayakan alga secara kontrol dan efisien. Alga adalah organisme mikroskopis atau makroskopis yang melakukan fotosintesis untuk menghasilkan energi dengan menggunakan sinar matahari dan mengubah karbon dioksida menjadi oksigen.

Algae reaktor digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk penelitian ilmiah, produksi biomassa alga, pemurnian air, pengolahan limbah, dan produksi bioenergi. Reaktor ini biasanya dirancang dengan menggunakan teknologi yang memungkinkan pengaturan cahaya, suhu, nutrisi, dan aliran gas atau cairan yang masuk dan keluar.

Prinsip kerja algae reaktor melibatkan kultivasi alga dalam lingkungan yang terkontrol. Alga diberi nutrisi yang diperlukan, seperti garam, nitrogen, fosfor, dan elemen mikro lainnya, sambil diberikan cahaya matahari atau sumber cahaya buatan. Reaktor ini dapat memiliki desain yang berbeda, seperti kolam terbuka dengan pengendalian aliran air atau sistem tertutup dengan pencahayaan buatan.

Manfaat utama dari algae reaktor adalah kemampuannya dalam menghasilkan biomassa alga yang dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan. Alga memiliki potensi untuk dijadikan sumber pakan ternak, pakan ikan, bahan baku industri, bahan baku biofuel, dan bahkan sebagai penyerap karbon dioksida dari udara. Selain itu, penggunaan algae reaktor dalam pemurnian air atau pengolahan limbah dapat membantu menghilangkan polutan dan memperbaiki kualitas air.

Penggunaan algae reaktor dalam penelitian juga memungkinkan ilmuwan untuk mempelajari sifat alga, memahami pertumbuhan dan metabolismenya, serta mengeksplorasi potensi aplikasi alga dalam berbagai bidang.

Algae reaktor telah menjadi bidang penelitian yang aktif, dan pengembangan teknologi ini terus dilakukan untuk meningkatkan efisiensi produksi dan pemanfaatan alga secara berkelanjutan.

Tabung akrilik dapat digunakan sebagai bahan untuk membuat algae reaktor. Algae reaktor umumnya terdiri dari tangki atau kolam yang digunakan untuk mengkultivasi alga dalam lingkungan yang terkontrol. Tabung akrilik merupakan pilihan yang umum digunakan karena memiliki sifat transparan yang memungkinkan masuknya cahaya matahari atau sumber cahaya buatan yang diperlukan untuk fotosintesis alga.

Keuntungan menggunakan tabung akrilik dalam pembuatan algae reaktor meliputi:

1. Transparansi: Tabung akrilik yang transparan memungkinkan cahaya untuk menembus dan mencapai alga di dalam reaktor. Ini penting karena alga membutuhkan cahaya matahari atau sumber cahaya buatan untuk melakukan fotosintesis.

2. Kekuatan dan Tahan Lama: Tabung akrilik memiliki kekuatan yang baik dan tahan terhadap kerusakan mekanis. Ini memastikan bahwa reaktor dapat bertahan dalam jangka waktu yang lama dan tahan terhadap tekanan atau gaya eksternal.

3. Kemampuan Penyesuaian: Tabung akrilik dapat dengan mudah dipotong atau dibentuk sesuai dengan kebutuhan desain reaktor. Hal ini memungkinkan fleksibilitas dalam menciptakan ukuran dan bentuk reaktor yang sesuai dengan kebutuhan spesifik.

4. Ketahanan Terhadap Lingkungan: Akrilik memiliki ketahanan yang baik terhadap korosi dan pengaruh lingkungan. Ini penting dalam konteks reaktor alga yang mungkin terpapar dengan larutan nutrisi atau media kultivasi yang berpotensi korosif.

Namun, penting untuk memperhatikan bahwa desain dan konstruksi algae reaktor melibatkan faktor-faktor lain seperti sistem pemompaan, pengaturan suhu, nutrisi alga, dan pengaturan aliran air atau gas.

acrylic tabung untuk riset FBR

Apakah sudah ada perusahaan yang mengadopsi kultivasi algae secara massal dalam kolom kolom tabung acrylic ?

Ya, ada beberapa pabrik yang telah mengadopsi teknologi kultivasi alga secara massal dalam bioreaktor akrilik. Teknologi ini digunakan untuk produksi biomassa alga dalam skala industri.

Contoh penerapan kultivasi alga dalam bioreaktor akrilik secara massal adalah sebagai berikut:

1. Produksi Biofuel: Beberapa pabrik telah menggunakan bioreaktor akrilik untuk mengkultivasi alga dengan tujuan memproduksi biofuel, seperti biodiesel. Alga memiliki potensi tinggi sebagai sumber bahan baku biofuel karena dapat menghasilkan minyak nabati yang dapat diubah menjadi biodiesel.

2. Pemurnian Air dan Pengolahan Limbah: Alga juga dapat digunakan dalam pemurnian air dan pengolahan limbah. Beberapa pabrik menggunakan bioreaktor akrilik untuk mengkultivasi alga yang dapat menghilangkan zat-zat terlarut dan kontaminan dari air atau limbah, seperti logam berat atau nutrisi yang berlebihan.

3. Produksi Produk Pangan dan Pakan: Alga dapat digunakan dalam produksi produk pangan dan pakan, seperti suplemen makanan, makanan fungsional, atau pakan ikan. Pabrik-pabrik tertentu menggunakan bioreaktor akrilik untuk mengkultivasi alga dengan kualitas gizi yang tinggi dan kemudian mengolahnya menjadi produk yang dapat dikonsumsi manusia atau hewan.

Pabrik-pabrik ini biasanya menggunakan bioreaktor akrilik yang dirancang khusus untuk menciptakan kondisi optimal bagi pertumbuhan alga, seperti pengaturan cahaya, suhu, nutrisi, dan aliran gas atau cairan. Desain dan parameter operasional bioreaktor tersebut didasarkan pada penelitian dan pengalaman yang berkaitan dengan budidaya alga secara massal.

Berikut ini beberapa perusahaan yang terlibat dalam kultivasi alga secara massal dalam bioreaktor akrilik:

1. Algenol: Algenol adalah perusahaan teknologi energi terbarukan yang menggunakan bioreaktor akrilik untuk mengkultivasi alga dalam skala industri. Mereka fokus pada produksi biofuel, termasuk etanol dan biodiesel, menggunakan alga sebagai sumber bahan bakunya.

2. Sapphire Energy: Sapphire Energy adalah perusahaan energi terbarukan yang berfokus pada produksi minyak nabati dari alga. Mereka menggunakan bioreaktor akrilik untuk mengkultivasi alga secara massal dan mengubah minyak nabati alga menjadi bahan bakar transportasi.

3. Cellana: Cellana adalah perusahaan bioteknologi yang mengkhususkan diri dalam produksi mikroalga komersial untuk berbagai aplikasi, termasuk nutraceuticals, pakan ikan, dan energi terbarukan. Mereka menggunakan bioreaktor akrilik untuk kultivasi alga dalam skala industri.

4. OriginOil: OriginOil adalah perusahaan teknologi yang mengembangkan sistem dan peralatan untuk pengolahan air, pemurnian limbah, dan produksi biomassa alga. Mereka menggunakan bioreaktor akrilik sebagai komponen utama dalam sistem mereka untuk kultivasi alga secara massal.

5. Heliae Development: Heliae Development adalah perusahaan yang fokus pada produksi mikroalga untuk berbagai aplikasi, termasuk produk nutraceutical, kosmetik, pakan ikan, dan bahan baku industri. Mereka menggunakan bioreaktor akrilik dalam operasional mereka.

Harap dicatat bahwa daftar ini hanya menyebutkan beberapa perusahaan yang terlibat dalam kultivasi alga secara massal dalam bioreaktor akrilik. Ada juga banyak perusahaan lain di berbagai negara yang terlibat dalam industri alga dan mungkin menggunakan bioreaktor akrilik dalam proses produksi mereka.

Computational Fluid Dynamics CFD

Computational Fluid Dynamics (CFD) adalah sebuah metode numerik yang digunakan untuk memodelkan dan menganalisis aliran fluida secara komputasional. CFD menggunakan prinsip-prinsip mekanika fluida dan persamaan-persamaan dasar yang mengatur aliran fluida untuk memprediksi dan memvisualisasikan perilaku fluida dalam berbagai sistem dan kondisi.

Dalam CFD, domain aliran fluida dibagi menjadi banyak elemen diskrit yang disebut grid atau mesh. Persamaan dasar yang menggambarkan konservasi massa, momentum, dan energi diterapkan pada setiap elemen grid untuk menghitung perubahan variabel fluida seperti kecepatan, tekanan, suhu, dan konsentrasi dalam domain tersebut. Solusi numerik dari persamaan-persamaan tersebut dihitung pada setiap titik grid untuk mendapatkan gambaran yang lebih lengkap tentang perilaku aliran fluida.

computational fluid dynamics shell tuhe heat exchanger
 (International Journal Thermal Sciences)

Metode CFD memungkinkan simulasi dan analisis aliran fluida dalam berbagai aplikasi, termasuk industri seperti otomotif, pesawat terbang, energi, manufaktur, dan lingkungan. Beberapa contoh penggunaan CFD meliputi:

1. Analisis aerodinamika: CFD dapat digunakan untuk memodelkan aliran udara di sekitar objek, seperti pesawat terbang, mobil, atau bangunan, untuk memprediksi gaya aerodinamika, kekuatan angin, dan performa keseluruhan.

2. Analisis aliran fluida dalam mesin: CFD dapat digunakan untuk memodelkan aliran fluida di dalam mesin, seperti mesin pembakaran dalam, turbin gas, atau pompa, untuk memahami dan mengoptimalkan efisiensi dan performa.

3. Desain saluran dan pipa: CFD dapat digunakan untuk menganalisis aliran fluida dalam saluran atau sistem pipa untuk memahami distribusi tekanan, laju aliran, kehilangan energi, dan mengoptimalkan desain.

4. Simulasi pengadukan fluida: CFD dapat digunakan untuk memodelkan pergerakan dan pencampuran fluida dalam tangki atau reaktor, yang penting dalam industri kimia, farmasi, dan makanan.

5. Prediksi banjir dan aliran sungai: CFD dapat digunakan untuk memodelkan aliran air dalam sistem sungai atau saluran banjir untuk memprediksi risiko banjir, memahami pola aliran, dan merancang struktur perlindungan.

Computational Fluid Dynamics (CFD) memiliki berbagai jenis software yang dikhususkan untuk analisis aliran fluida. Beberapa software CFD populer antara lain:

ANSYS Fluent: Merupakan salah satu software CFD paling populer dan kuat. Fluent menyediakan berbagai algoritma numerik dan model fisika yang luas untuk mengatasi masalah aliran fluida kompleks. Walaupun membutuhkan beberapa waktu untuk mempelajarinya, namun Fluent memiliki banyak sumber daya pembelajaran dan dukungan komunitas yang tersedia. OpenFOAM: Ini adalah software CFD open-source yang sangat fleksibel dan dapat disesuaikan. OpenFOAM menyediakan kerangka kerja yang kuat untuk pemodelan aliran fluida dan transfer panas. Meskipun mempelajarinya bisa membutuhkan waktu dan upaya, banyak dokumentasi dan forum diskusi yang tersedia untuk membantu pengguna. COMSOL Multiphysics: Meskipun tidak secara khusus ditujukan untuk CFD, COMSOL Multiphysics adalah software simulasi serbaguna yang mencakup berbagai fenomena fisika, termasuk aliran fluida. COMSOL menggunakan metode elemen hingga dan dapat digunakan untuk memodelkan berbagai aplikasi yang melibatkan aliran fluida. Autodesk CFD: Software ini dirancang khusus untuk aplikasi CFD dan umumnya lebih mudah dipelajari bagi pengguna yang tidak terlalu berpengalaman. Autodesk CFD menyediakan antarmuka pengguna yang intuitif dan memiliki fitur-fitur yang berguna untuk analisis aliran fluida. Penting untuk dicatat bahwa meskipun ada software yang relatif lebih mudah dipelajari daripada yang lain, mempelajari CFD secara menyeluruh dan menguasai teknik analisis aliran fluida yang tepat memerlukan pemahaman yang mendalam tentang prinsip-prinsip fisika dan matematika yang terlibat. Dalam banyak kasus, pelatihan tambahan atau pengalaman praktis akan sangat berguna untuk memahami konsep CFD secara lebih baik.

Dengan bantuan Computational Fluid Dynamics (CFD), Anda dapat memodelkan aliran fluida secara virtual di komputer tanpa memerlukan fisik peralatan seperti tabung akrilik atau kolom fluida dari material lainnya. CFD adalah metode numerik yang memungkinkan simulasi dan analisis aliran fluida menggunakan persamaan matematika yang menggambarkan perilaku fluida.

Dalam CFD, Anda memasukkan parameter yang relevan seperti kecepatan inisial, sifat fluida, geometri, dan kondisi batas ke dalam perangkat lunak CFD. Perangkat lunak ini kemudian menggunakan metode numerik untuk memecahkan persamaan Navier-Stokes yang menggambarkan aliran fluida. Dengan demikian, Anda dapat memvisualisasikan dan menganalisis aliran fluida tanpa membutuhkan fisik peralatan seperti tabung akrilik atau lainnya.

Namun, perlu diingat bahwa hasil simulasi CFD masih memerlukan validasi dengan data eksperimental untuk memastikan keakuratan dan keandalan. Penggunaan CFD sangat bermanfaat untuk menghemat waktu dan biaya dalam mendapatkan pemahaman awal tentang aliran fluida sebelum melakukan percobaan fisik yang mahal atau kompleks.