REAKTOR MIKRO KECIL

Meningkatkan dan Mempercepat Produksi

1
4
Instalasi reaktor mikro di dalam sebuah fasilitas produksi. (sumber foto/@: Fraunhofer ICT)

Unsur berbahaya seperti nitrogliserin dapat dibuat lebih cepat dan aman di dalam reaktor mikro ketimbang metode konvensional. Proses reaktor mikro digunakan di sektor industri seperti bahan peledak, obat-obatan, pewarna, polimer, bahan pelapis, zat adesif, dan bahan kimia untuk pertanian.

Instalasi reaktor mikro di dalam sebuah fasilitas produksi. (sumber foto/@: Fraunhofer ICT)
Instalasi reaktor mikro di dalam sebuah fasilitas produksi. (sumber foto/@: Fraunhofer ICT)

Banyak pasien yang berterima kasih kepada nitrogliserin yang berkualitas terbaik karena peranannya sebagai penangkal racun yang bekerja dengan segera terhadap rasa sakit dan perasaan yang menyesakkan di dada. Sebagai suatu obat, nitrogliserin digunakan untuk mencegah dan mengobati angina pektori (rasa kejang pada jantung). Bahan aktifnya memperlebar pembuluh darah arteri dan vena, menurunkan tekanan darah, dan menghilangkan stres pada jantung sebagai suatu hasil akhirnya. Penderitaan yang akut pun berkurang.

Nitrogliserin dalam bentuk yang sangat cair digunakan sebagai obat dan juga merupakan bahan peledak yang berbahaya. Getaran sekecil apa pun bisa menyebabkan nitrogliserin meledak. Produksi nitrogliserin membutuhkan perhatian yang sangat cermat, sehingga dijaga sedemikian rupa agar jangan sampai terjadi ledakan di ruang laboratorium. Karena proses produksinya menghasilkan panas, maka prosesnya sudah pasti lambat, di mana unsur dasar gliserin dimasukkan tetes demi tetes ke suatu wadah penyampuran yang mengandung asam campuran sulfanitrat. Pengerjaannya haruslah sangat berhati-hati. Jika penyampurannya terlalu panas, bisa menyebabkan terjadinya ledakan. Panas yang dihasilkan tidak diperbolehkan untuk melebihi panas yang bisa dibuang.

Advertisement

Sebuah metode untuk memroduksi nitrogliserin secara lebih aman dan lebih cepat telah dikembangkan oleh para peneliti di Fraunhofer Institute for Chemical Technology ICT di Pfinztal. Metode tersebut berupa suatu proses dengan reaktor mikro, yang disesuaikan pada reaksi ini. Keamanan yang lebih besar dihasilkan dari volume-volume reaktor yang sangat kecil, yang berarti bahwa panas yang dihasilkan bisa berkurang, sedangkan rasio antara area permukaan berbanding volume pada reaktor-reaktor kecil tersebut sangat besar, yang memengaruhi sistem pendinginannya menjadi lebih efektif.

Reaktor mikro berada dalam pekerjaan yang terus-menerus

Keuntungan lainnya adalah bahwa sebuah reaktor yang kecil bisa menghasilkan unsur yang berbahaya itu dengan jauh lebih cepat. Sementara sebuah wadah penyampuran harus diisi sebelum dijalankannya reaksi yang berlangsung dengan lambat, suatu reaktor mikro tetap beroperasi secara terus-menerus.

 

Penyampuran pasif menghasilkan perpindahan massa yang intensif di dalam reaktor-reaktor mikro. (sumber   foto/@: Fraunhofer ICT)
Penyampuran pasif menghasilkan perpindahan massa yang intensif di dalam reaktor-reaktor mikro. (sumber
foto/@: Fraunhofer ICT)

Unsur-unsur dasar mengalir melalui saluran-saluran yang sangat kecil ke dalam suatu ruangan reaksi, di mana reaksi unsur-unsur tersebut berlangsung selama beberapa detik. Namun, produknya masih mengandung zat-zat tidak murni yang harus dibuang. Dengan maksud untuk memurnikannya, produk mentah tersebut mengalir melalui saluran-saluran lain ke dalam suatu reaktor mikro sekunder, di mana produk tersebut disaring dan dibersihkan.

“Tidak ada seorang pun sebelumnya yang berpikir untuk menggunakan reaktor-reaktor mikro di dalam sebuah proses yang melibatkan sintesis dari suatu unsur dan pengolahan pada bagian akhirnya,” kata Dr. Stefan Löbbecke, Deputi Kepala Departemen di ICT. Proses reaktor mikro tersebut telah siap sedia untuk digunakan di dalam berbagai sektor industri. Di samping untuk bahan peledak dan obat-obatan, penggunaan ini termasuk juga untuk menghasilkan bahan pewarna, polimer, bahan pelapis, zat-zat adesif dan bahan kimia untuk pertanian. Teknologi tersebut terutama sangat tepat untuk unsur-unsur bervolume kecil dengan nilai yang tinggi, di mana produksi yang berdasarkan pada metode-metode konvensional menghadapi berbagai keterbatasannya.

Para peneliti mengadaptasikan reaktor-reaktor tersebut sesuai dengan kebutuhan akan reaksi-reaksi tertentu yang dipersyaratkan oleh para mitra industri mereka. Mereka memiliki banyak pertanyaan untuk dijawab, seperti: Seberapa besar seharusnya ukuran saluran yang digunakan untuk memfasilitasi pergantian panas yang baik? Pada bagian saluran yang mana seharusnya dilekatkan rintangan-rintangan agar cairan-cairan bisa bercampur dengan baik dan reaksinya pun berlangsung sesuai dengan yang diinginkan?

Baca juga :   Membuat Struktur Komponen Pesawat, Apa Rahasia Teknologinya?

Parameter penting yang lainnya adalah kecepatan yang seharusnya dari cairan-cairan tersebut untuk mengalir melewati saluran-salurannya. Cairan-cairan itu harus mempunyai waktu yang cukup untuk bereaksi dengan satu sama lain. Lebih jauh lagi, reaksinya juga harus segera berhenti ketika produk telah jadi, untuk menghindarkan terjadinya sintesis apabila terlalu banyak produk yang tidak diinginkan.

Sistem pekerjaan yang teratur di laboratorium (kiri atas). Melalui saluran-saluran mikro, proses pekerjaan bisa berlangsung secara terus-menerus (kanan atas). (sumber foto/@: Fraunhofer ICT)
Sistem pekerjaan yang teratur di laboratorium (kiri atas). Melalui saluran-saluran mikro, proses pekerjaan bisa berlangsung secara terus-menerus (kanan atas). (sumber foto/@: Fraunhofer ICT)

Ketidaksempurnaan di dalam polimer untuk LED organik

“Yang seringkali ditakutkan adalah begitu banyaknya jumlah tahapan reaksi yang penting untuk dapat mencapai hasil yang benar. Dengan reaktor-reaktor mikro, kami bisa menawarkan sebuah teknologi yang hemat biaya dan aman. Keuntungan yang lainnya adalah bahwa reaktor-reaktor mikro itu bisa diintegrasikan ke dalam proses-proses otomatisasi tanpa membutuhkan modifikasi-modifikasi tertentu,” kata Löbbecke.

Salah satu contoh adalah manufakturing polimer untuk LED organik (OLED), yang pada umumnya digunakan untuk layar-layar tampilan dan layar monitor. Polimer yang digunakan untuk membuat OLED itu memancarkan warna. Dengan mudah bisa terjadi ketidaksempurnaan di dalam sintesisnya, yang mengurangi sebagian dari jumlah sinar yang dipancarkan.

“Melalui pengendalian proses yang tepat, kami bisa meminimalisir jumlah ketidaksempurnaan itu,” imbuh Löbbecke.

Para peneliti terlebih dahulu melakukan suatu analisis yang terperinci sehubungan dengan reaksi tersebut, sehingga menemukan jawaban atas pertanyaan seperti: kapan ketidaksempurnaan tersebut terjadi? Seberapa cepat seharusnya proses tersebut berjalan?

“Banyak parameter reaksi yang digunakan secara rutin di dalam skala yang besar atau sekumpulan proses yang berubah menjadi tidak sesuai dengan reaktor-reaktor mikro. Reaksi unsur-unsur dasar tersebut seringkali tidak membutuhkan waktu berjam-jam, melainkan cukup beberapa detik saja,” tambah peneliti tersebut.

Pengerjaan proses yang menghabiskan waktu lama bisa menyebabkan kerusakan pada produk, atau berubah menjadi unsur-unsur yang tidak diinginkan. Untuk mengembangkan dan mengoptimalisasikan sebuah reaktor mikro terhadap suatu reaksi yang baru, para peneliti mengamati berlangsungnya reaksi tersebut, untuk meninjau langsung ke dalam reaktornya.

Reaksi fotokimia di dalam reaktor-reaktor mikro (kiri atas). Proses pengendalian secara jarak jauh (kanan atas).  (sumber foto/@: Fraunhofer ICT)
Reaksi fotokimia di dalam reaktor-reaktor mikro (kiri atas). Proses pengendalian secara jarak jauh (kanan atas). (sumber foto/@: Fraunhofer ICT)

Teknik-teknik analisis proses yang berbeda memberikan suatu bantuan yang diperlukan. Beberapa metode memerlihatkan unsur-unsur mana yang berkembang di dalam reaktor mikro tersebut, misalnya metode-metode spektrokopis. Mereka juga memerlihatkan bagaimana caranya meningkatkan hasil secara khusus dari produk yang diinginkan, dan untuk kepentingan tertentu juga. Bagaimana caranya terutama sekali untuk menghindarkan dihasilkannya produk-produk yang tidak diinginkan?

Teknik-teknik analitis lainnya, seperti kalorimetri, memberikan informasi kepada para ilmuwan tentang panas yang dihasilkan selama berlangsungnya suatu reaksi. Metode-metode pengukuran ini memerlihatkan seberapa cepat dan lengkapnya suatu reaksi berlangsung. Mereka juga memberikan penekanan-penekanan pada kondisi proses tertentu yang seharusnya dipilih untuk menjadikan suatu reaksi dapat berjalan dengan aman.

Para pakar telah menguasai sepenuhnya tentang reaksi kimia berskala kecil ini, dan bisa menyelaraskannya sesuai dengan kebutuhan yang berkembang. Mereka memodifikasi kondisi-kondisi proses tersebut hingga mereka menemukan parameter-parameter yang ideal untuk produk yang diinginkan, misalnya obat-obatan untuk jantung. (Diolah dari Small reactors, faster production tulisan  Janine van Ackeren and Marion Horn, Fraunhofer.de/magazine)

 

 

 

Advertisement

1 KOMENTAR

Tulis Opini Anda