振荡射流微气泡光生物反应器制造技术

本发明专利技术提供一种振荡射流微气泡光生物反应器，包括反应器主体、气体分布器、培养液外循环管路、供气管、振荡射流混合器及进气管路。通过增设振荡射流混合器，培养液和气体先被引入所述振荡射流混合器内充分混合，再经过气体分布器在振荡射流作用下产生大量微气泡，由于微气泡在同等进气量下可以显著提高气液接触面积，从而起到强化相间传递过程的重要作用，到达高效固碳及微藻培养的目的；本发明专利技术的振荡射流混合器相比普通的常压进气，可以显著降低供气能耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及藻类培养及CO2固定的生物工程
，特别是涉及一种高效混合的振荡射流微气泡光生物反应器。
技术介绍
在微藻培养领域，考虑到微藻对机械搅拌比较敏感，通常选择气升或鼓泡式光生物反应器，虽然这两种光生物反应器采用气液循环混合的方法避免了机械搅拌对藻类细胞的伤害，但是仍然存在气液混合、传质、传热效率较低的问题，为强化气液混合和相间传递过程，技术人员作了各种改进，如在申请号为200420009076.2，名称为“气升式光生物反应器”的专利技术专利中，对气体分布器的喷嘴数量及形状作了改进，以期更利于气体在培养液中的分散，消除死角。但是实际应用中，无论对气体分布器的结构如何设计，其气液混合效率改善并不明显，主要是因为气体和液体只在反应器内进行一次气液混合，传质面积受气泡大小限制，从而影响传质效率。中国专利申请号为200910062087.4使用循环水泵将培养液引出反应罐外再经过文丘里管与二氧化碳气体混合送入反应罐内，该使用文丘里管收缩段将气体引射如管路内，取得了较高的二氧化碳转化率。但是，该专利所述的文丘里管引射混合实际上与常规的引射泵相同，且文丘里管仍属于常压供气，在能耗方面没有任何改变。振荡气液预混合器利用流体附壁效应和扩压管的扩压作用，无需任何运动部件，就可以产生高频的振荡射流，具有易于制造，可靠性高，无需维护等诸多优点。这种振荡气液预混合器可以应用于各种气升的反应器，使用特定的气体分布器可在液体中可以产生20～100μm的微气泡(Zimmerman,W.B.,Zandi,M.,Bandulasena,H.C.H.,Tesar,V.,Gilmour,D.J.,Ying,K.,2011.DesignofanairliftbioreactorandpilotscalestudieswithfluidicoscillatorinducedmicrobubblesforgrowthofamicroalgaeDunaliellasalina.AppliedEnergy88,335.)。本专利技术结合振荡射流的技术思路，自主研发了振荡射流混合器，结构新颖，制造简单，成本低，能有效地在微藻光生反应器中产生微气泡，结合振荡混合，起到强化气液混合和传质过程，降低固碳能耗，有效提高规模化培养微藻的经济性，从而一定程度上解决了目前光生反应器中普遍存在气液混合不均匀，传质效率低，供气能耗较高等缺点。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的是提供一种结构简单、操作方便、节约能耗、高效固碳和藻类培养的微气泡光生物反应器。通过结合引射原理和振荡射流技术提供一种更高效的气液混合器来对气体和液体进行预混合。经过振荡射流混合器的高频振荡气泡在气体分布孔处产生收缩及加速脱离现象，从而产生微气泡，可以极大的提高气液接触面，促进气液传质及光合作用。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种振荡射流微气泡光生物反应器，所述振荡射流微气泡光生物反应器包括：反应器主体、气体分布器、培养液外循环管路、供气管、振荡射流混合器及进气管路；所述振荡射流混合器包括：藻液喷管、气体吸入腔、喉管、进气腔道、反馈管道、振荡腔、扩压管、反馈流管路及三通接头；藻液喷管的出口经由气体吸入腔的入口插入气体吸入腔内；气体吸入腔的出口与喉管的入口相连通，喉管的出口与扩压管的入口相连通；所述进气腔道位于所述气体吸入腔的一侧，且进气腔道的出口与所述气体吸入腔相连通；反馈管道位于所述喉管的两侧，且反馈管道的出口与喉管的出口相连通；所述振荡腔与扩压管的入口相连通；所述反馈流管路的一端经由所述三通接头与扩压管的出口相连通，另一端与反馈管道的入口相连通；所述藻液喷管、气体吸入腔、喉管、反馈管道、振荡腔及扩压管形成轴对称腔体结构；所述气体分布器位于所述反应器主体的内部，且位于所述反应器主体的底部；所述培养液外循环管路的一端经由所述反应器主体的侧壁与所述反应器主体的内部相连通，另一端与藻液喷管的入口相连通；所述供气管与进气腔道的入口相连通；所述进气管路一端经由所述三通接头与所述扩压管的出口相连通，另一端与所述气体分布器相连通。作为本专利技术的振荡射流微气泡光生物反应器的一种优选方案，所述反馈管道、所述扩压管及所述反馈流管路的数量均为两个，所述振荡腔位于所述两个扩压管之间。作为本专利技术的振荡射流微气泡光生物反应器的一种优选方案，所述藻液喷管的入口的宽度与所述喉管的宽度之比为1～5，所述藻液喷管的出口的宽度与所述喉管的宽度之比为0.2～0.8，所述藻液喷管的长度与所述喉管的宽度之比为2～10。作为本专利技术的振荡射流微气泡光生物反应器的一种优选方案，所述气体吸入腔的侧壁为倾斜面，相对的两侧壁形成的夹角为10°～60°；所述气体吸入腔的出口与所述藻液喷管的出口位于同一平面内。作为本专利技术的振荡射流微气泡光生物反应器的一种优选方案，所述喉管的宽度大于微藻的尺寸，所述喉管的长度与宽度之比为2～10。作为本专利技术的振荡射流微气泡光生物反应器的一种优选方案，所述进气腔道的出口位于所述藻液喷管的入口与出口之间；所述进气腔道的入口为圆形，所述进气腔道入口的直径与所述喉管的宽度之比为1～5，所述进气腔道的出口的宽度与所述喉管的宽度之比为0.5～5。作为本专利技术的振荡射流微气泡光生物反应器的一种优选方案，所述反馈管的入口的宽度与所述喉管的宽度之比为2～10，所述反馈管的出口的宽度与所述喉管的宽度之比为0.1～2。作为本专利技术的振荡射流微气泡光生物反应器的一种优选方案，所述振荡腔包括位于两侧的平面侧壁及与所述平面侧壁相连接的圆弧形凹槽底部；所述位于两侧的平面侧壁自所述喉管的出口、所述两个反馈管道的出口及所述两个扩压管的入口的结合处延伸至所述扩压管内；所述位于两侧的平面侧壁形成20°～90°的夹角。作为本专利技术的振荡射流微气泡光生物反应器的一种优选方案，所述振荡腔为轴对称结构，所述圆弧形凹槽底部与所述喉管的出口正对；所述圆弧形凹槽底部至所述喉管出口的距离与所述喉管的宽度之比为5～15；所述圆弧形凹槽底部的弧线长度与所述喉管的宽度之比为1～5。作为本专利技术的振荡射流微气泡光生物反应器的一种优选方案，所述扩压管包括外侧壁及内侧壁，所述内侧壁靠近所述轴对称腔体结构的对称轴；所述内侧壁包括相互连接的第一部分及第二部分，所述第一部分靠近所述扩压管的入口，且与所述外侧壁相平行，所述第二部分靠近所述扩压管的出口，且与所述外侧壁形成5°～20°的夹角；所述扩压管的入口的宽度与所述喉管的宽度之比为2～10，所述扩压管的出口的宽度与所述喉管的宽度之比为2～10。作为本专利技术的振荡射流微气泡光生物反应器的一种优选方案，所述藻液喷管、气体吸入腔、喉管、进气腔道、反馈管道、振荡腔、扩压管构成所述振荡射流混合器的腔体，所述腔体的高度与所述喉管的宽度之比为0.5～10。作为本专利技术的振荡射流微气泡光生物反应器的一种优选方案，所述振荡射流微气泡光生物反应器还包括：培养液进口、培养液出口、排气口、内光源管、及循环水泵；所述培养液进口及所述排气口位于所述反应器主体的顶部；所述培养液出口位于所述反应器主体的底部；所述内光源管自所述反应器主体的顶部垂直插入所述反应器主体的内部；所述循环水泵连接于所述培养液外循环管路上。作为本专利技术的振荡射流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种振荡射流微气泡光生物反应器，其特征在于，所述振荡射流微气泡光生物反应器包括：反应器主体、气体分布器、培养液外循环管路、供气管、振荡射流混合器及进气管路；所述振荡射流混合器包括：藻液喷管、气体吸入腔、喉管、进气腔道、反馈管道、振荡腔、扩压管、反馈流管路及三通接头；藻液喷管的出口经由气体吸入腔的入口插入气体吸入腔内；气体吸入腔的出口与喉管的入口相连通，喉管的出口与扩压管的入口相连通；所述进气腔道位于所述气体吸入腔的一侧，且进气腔道的出口与所述气体吸入腔相连通；反馈管道位于所述喉管的两侧，且反馈管道的出口与喉管的出口相连通；所述振荡腔与扩压管的入口相连通；所述反馈流管路的一端经由所述三通接头与扩压管的出口相连通，另一端与反馈管道的入口相连通；所述藻液喷管、气体吸入腔、喉管、反馈管道、振荡腔及扩压管形成轴对称腔体结构；所述气体分布器位于所述反应器主体的内部，且位于所述反应器主体的底部；所述培养液外循环管路的一端经由所述反应器主体的侧壁与所述反应器主体的内部相连通，另一端与藻液喷管的入口相连通；所述供气管与进气腔道的入口相连通；所述进气管路一端经由所述三通接头与所述扩压管的出口相连通，另一端与所述气体分布器相连通。...

【技术特征摘要】
1.一种振荡射流微气泡光生物反应器，其特征在于，所述振荡射流微气泡光生物反应器包括：反应器主体、气体分布器、培养液外循环管路、供气管、振荡射流混合器及进气管路；所述振荡射流混合器包括：藻液喷管、气体吸入腔、喉管、进气腔道、反馈管道、振荡腔、扩压管、反馈流管路及三通接头；藻液喷管的出口经由气体吸入腔的入口插入气体吸入腔内；气体吸入腔的出口与喉管的入口相连通，喉管的出口与扩压管的入口相连通；所述进气腔道位于所述气体吸入腔的一侧，且进气腔道的出口与所述气体吸入腔相连通；反馈管道位于所述喉管的两侧，且反馈管道的出口与喉管的出口相连通；所述振荡腔与扩压管的入口相连通；所述反馈流管路的一端经由所述三通接头与扩压管的出口相连通，另一端与反馈管道的入口相连通；所述藻液喷管、气体吸入腔、喉管、反馈管道、振荡腔及扩压管形成轴对称腔体结构；所述气体分布器位于所述反应器主体的内部，且位于所述反应器主体的底部；所述培养液外循环管路的一端经由所述反应器主体的侧壁与所述反应器主体的内部相连通，另一端与藻液喷管的入口相连通；所述供气管与进气腔道的入口相连通；所述进气管路一端经由所述三通接头与所述扩压管的出口相连通，另一端与所述气体分布器相连通。2.根据权利要求1所述的振荡射流微气泡光生物反应器，其特征在于：所述反馈管道、所述扩压管及所述反馈流管路的数量均为两个，所述振荡腔位于所述两个扩压管之间。3.根据权利要求1所述的振荡射流微气泡光生物反应器，其特征在于：所述藻液喷管的入口的宽度与所述喉管的宽度之比为1～5，所述藻液喷管的出口的宽度与所述喉管的宽度之比为0.2～0.8，所述藻液喷管的长度与所述喉管的宽度之比为2～10。4.根据权利要求1所述的振荡射流微气泡光生物反应器，其特征在于：所述气体吸入腔的侧壁为倾斜面，相对的两侧壁形成的夹角为10°～60°；所述气体吸入腔的出口与所述藻液喷管的出口位于同一平面内。5.根据权利要求1所述的振荡射流微气泡光生物反应器，其特征在于：所述喉管的宽度大于微藻的尺寸，所述喉管的长度与宽度之比为2～10。6.根据权利要求1所述的振荡射流微气泡光生物反应器，其特征在于：所述进气腔道的出口位于所述藻液喷管的入口与出口之间；所述进气腔道的入口为圆形，所述进气腔道入口的直径与所述喉管的宽度之比为1～5，所述进气腔道的出口的宽度...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙予罕，李晋平，赵陆海波，韩伟，唐志永，吕敏，赵权宇，汪靓，肖亚宁，王东飞，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：发明
国别省市：上海;31