自清洁螺旋气升式内环流光生物反应器制造技术

本发明专利技术提供一种自清洁螺旋气升式内环流光生物反应器，包括反应器主体及多维立体气体分布器。所述多维立体气体分布器分为底层多排多角度环管和列管式分布管，二者互相连通，通过底层气升耦合藻液区螺旋射流，螺旋式上升流动，实现反应器内流场均匀避免死区，强化了气液混合传热传质过程；通过上述结构设计，在内外可控光源的照射下，促使微藻在径向上的一个交替流动达到明暗交替的受光效果，大大减低了遮光效应增强了闪光效应，提高了微藻培养和固定二氧化碳的效率；多角度螺旋射流很好地起到了冲刷反应器内壁，有效地解决了藻体挂壁的现象，提高了光透率，减少了藻类收集等后处理的成本，大大提高了规模化养藻的经济性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物化工领域，特别适合微藻高密度培养，特别涉及一种具有高效传质传热特性兼顾自清洁壁面功能的螺旋气升式内环流反应器。
技术介绍
微藻能够通过光合作用将CO2和水转化为我们生活需要的各种有机化合物(如色素、蛋白质、氨基酸、维生素和脂肪酸、多糖等)。由于藻类具有高效光利用率，以及从周围环境中快速高效吸收营养素(如CO2、氮、磷等)并转化成有机化合物的能力，使藻类成为拥有未来解决食品农业、能源危机的巨大经济潜力。同时，藻类养殖对于CO2固定、污水处理等改善生态环境方面具有重大意义。尽管藻类具备了较高的环境与经济价值，但要实现微藻产业的经济性利用，目前仍受限于大规模化藻类养殖的光生物反应器的设计研发。目前，微藻培养主要有开放式和封闭式两种光生物反应器。开放式光生物反应器构建简单、成本低廉及操作简便，但存在易受污染、培养条件不稳定、占地面积大等缺点。与开放式光生物反应器相比，封闭式光生物反应器具有以下优点：(1)无污染，能实现单种、纯种培养；(2)培养条件易于控制；(3)培养密度高，易收获；(4)适合于所有微藻的光自养培养，尤其适合于微藻代谢产物的生产；(5)有较高的光照面积与培养体积之比，光能和CO2利用率较高等突出优点；(6)占地面积小，可有效利用土地。因此，封闭式反应器已成为微藻规模化可控培养的主要发展方向。封闭式光生物反应器主要有：管道式、平板式、柱状气升式、浮式薄膜袋等。由于这些光生物反应器结构不同，其实际使用效果差异很大，对藻类的产量与品质的影响就更加明显。柱式光生物反应器主要分两种类型：鼓泡塔式和气升式光生物反应器，其特点是气体通过底部的气体分布器进入光生物反应器，起到混合搅拌、补加CO2、脱除溶解氧的作用。气升式光生物反应器主要由气体上升区、下降管和气液分离区三部分组成，具有结构简单，无搅拌装置，占地面积小、液体定向循环流动、混合均匀等优点，目前现有的气升式光生物反应器反面的专利主要有，专利文献ZL99213569.9、ZL01142298.X、ZL200420009076.2、ZL200510018203.4、ZL201010228703.1、等公开了不同类型的光生物反应器。中国专利ZL99213569.9号专利和ZL20042009076.2号专利公开了一种光生物反应器，其核心技术是采用流动方式为气升式内环流且内外光源结合的方法，其主要问题是采用普通日光灯做光源，不能根据微藻生长特殊需要进行光质调节；罐壁没有清除微藻的装置，粘附在罐壁的微藻容易引起光照强度下降；其热交换器处于下部，不能使温度在培养液中均匀分散。虽然气升式环流光生反应器具有诸多的优点，在规模化养藻领域具有广泛的应用前景，但在以往的研究中发现，气升式环流反应器也存在普遍的缺点：接受光照的表面积较小；反应器内部处于光抑制状态无法进行光合作用；简单的气升使藻液受光照时间不均匀，微藻之间遮光效应严重，光能利用率低；藻体挂壁降低光透率并形成死藻区等。因此，需要开发出一种自清洁高效产藻的光生反应器，通过设计多维立体气体分布器以及内外可控光源布局，来调控反应器内的多相流动的流态，实现气体与藻液之间的均匀混合，微藻受光均匀强化明暗交替及闪光效应，减弱微藻之间的遮光效应，同时利用立体气体射流解决藻体挂壁提高光透率，促进微藻的高密度定向培养。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种自清洁螺旋气升式内环流光生物反应器，用于克服现有技术中存在的接受光照的表面积较小；反应器内部处于光抑制状态无法进行光合作用；简单的气升使藻液受光照时间不均匀，微藻之间遮光效应严重，光能利用率低；藻体挂壁降低光透率并形成死藻区等问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种自清洁螺旋气升式内环流光生物反应器，包括反应器主体，所述自清洁螺旋气升式内环流光生物反应器还包括位于所述反应器主体内的多维立体气体分布器；所述多维立体气体分布器包括环管及列管式分布管；所述列管式分布管的一端与所述环管相连通；所述环管及所述列管式分布管的侧壁上均开设有排气孔；所述环管位于所述反应器主体的底部，且与所述反应器主体同轴分布。作为本专利技术的自清洁螺旋气升式内环流光生物反应器的一种优选方案，所述环管侧壁上的所述排气孔呈多排多角度分布；所述环管侧壁上的所述排气孔的排数为1～8排，所述环管侧壁上的所述排气孔与所述环管所在平面的夹角为0°～360°。作为本专利技术的自清洁螺旋气升式内环流光生物反应器的一种优选方案，所述环管为单层环管或多层环管。作为本专利技术的自清洁螺旋气升式内环流光生物反应器的一种优选方案，所述环管的形状为圆环形或正多边形。作为本专利技术的自清洁螺旋气升式内环流光生物反应器的一种优选方案，所述列管式分布管的数量为2～10个，且所述列管式分布管沿所述环管均匀分布。作为本专利技术的自清洁螺旋气升式内环流光生物反应器的一种优选方案，所述列管式分布管为直管、蛇形管或螺旋形管三者中的任一者，或三者中的任意两者或两者以上的组合。作为本专利技术的自清洁螺旋气升式内环流光生物反应器的一种优选方案，所述列管分布管侧壁上的所述排气孔的排数为1～8排，所述列管式分布管侧壁上的排气孔与所述环管中轴线所在任一平面的夹角为0°～180°。作为本专利技术的自清洁螺旋气升式内环流光生物反应器的一种优选方案，所述自清洁螺旋气升式内环流光生物反应器还包括：内导流筒及外置光源；所述内导流筒位于所述列管式分布管及所述反应器主体之间，且所述内导流筒与所述反应器主体同轴分布；所述外置光源位于所述反应器主体的外壁上。作为本专利技术的自清洁螺旋气升式内环流光生物反应器的一种优选方案，所述反应器主体及所述内导流筒均为圆柱形结构；所述反应器主体的高径比为3～15；所述内导流筒与所述反应器主体的内径比为0.1～0.9。作为本专利技术的自清洁螺旋气升式内环流光生物反应器的一种优选方案，所述自清洁螺旋气升式内环流光生物反应器还包括内置光源，所述内置光源位于所述内导流筒的筒壁上。作为本专利技术的自清洁螺旋气升式内环流光生物反应器的一种优选方案，所述外置光源及所述内置光源均为可控光源。如上所述，本专利技术的自清洁螺旋气升式内环流光生物反应器，具有以下有益效果：1.多维立体气体分布器分为底层多排多角度环管和列管式分布管，互相连通，通过底层气升耦合藻液区螺旋射流，螺旋式上升流动，实现反应器内流场均匀避免死区，强化了气液混合传热传质过程。2.通过上述结构设计，在内外可控光源的照射下，促使微藻在径向上的一个交替流动达到明暗交替的受光效果，大大减低了遮光效应增强了闪光效应，提高了微藻培养和固定二氧化碳的效率。3.多角度螺旋射流很好地起到了冲刷反应器内壁，有效地解决了藻体挂壁的现象，提高了光透率，减少了藻类收集等后处理的成本，大大提高了规模化养藻的经济性。附图说明图1显示为本专利技术的自清洁螺旋气升式内环流光生物反应器的正视图。图2显示为本专利技术的自清洁螺旋气升式内环流光生物反应器的俯视图。元件标号说明1反应器主体2多维立体气体分布器21环管22列管式分布管3内导流筒4外置光源5内置光源具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自清洁螺旋气升式内环流光生物反应器，包括反应器主体，其特征在于，所述自清洁螺旋气升式内环流光生物反应器还包括位于所述反应器主体内的多维立体气体分布器；所述多维立体气体分布器包括环管及列管式分布管；所述列管式分布管的一端与所述环管相连通；所述环管及所述列管式分布管的侧壁上均开设有排气孔；所述环管位于所述反应器主体的底部，且与所述反应器主体同轴分布。

【技术特征摘要】
1.一种自清洁螺旋气升式内环流光生物反应器，包括反应器主体，其特征在于，所述自清洁螺旋气升式内环流光生物反应器还包括位于所述反应器主体内的多维立体气体分布器；所述多维立体气体分布器包括环管及列管式分布管；所述列管式分布管的一端与所述环管相连通；所述环管及所述列管式分布管的侧壁上均开设有排气孔；所述环管位于所述反应器主体的底部，且与所述反应器主体同轴分布。2.根据权利要求1所述的自清洁螺旋气升式内环流光生物反应器，其特征在于：所述环管侧壁上的所述排气孔呈多排多角度分布；所述环管侧壁上的所述排气孔的排数为1～8排，所述环管侧壁上的所述排气孔与所述环管所在平面的夹角为0°～360°。3.根据权利要求1所述的自清洁螺旋气升式内环流光生物反应器，其特征在于：所述环管为单层环管或多层环管。4.根据权利要求1所述的自清洁螺旋气升式内环流光生物反应器，其特征在于：所述环管的形状为圆环形或正多边形。5.根据权利要求1所述的自清洁螺旋气升式内环流光生物反应器，其特征在于：所述列管式分布管的数量为2～10个，且所述列管式分布管沿所述环管均匀分布。6.根据权利要求1所述的自清洁螺旋气升式内环流光生物反应器，其特征在于：所述列管式分布管为直管、蛇形...

【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