气升式光生物反应器制造技术

本实用新型专利技术属于光源集成的封闭式光生物反应器，特别涉及一种用于藻类及其它光合生物细胞悬浮培养的气升式光生物反应器。本实用新型专利技术的气体分布器采用圆形多孔气体分布板式气体分布器，气体分布器的下端为锥面或球面。并且将内光源密封管设计成具有一段凸起或两个凸环的结构，使内光源密封管能够更加稳固；在反应器罐体（１）的外面安装一圈灯罩，使外光源（４）能集成在灯罩（６）内。采用内外光源相结合的照光方式，适用于光合生物细胞培养及相关代谢产物的生产。该反应器具有照光面积大，液体混合好，气液传质强度高，剪切力低、操作简便等特点，可广泛适用于各种光合细胞的培养。可以大幅度提高产量，缩短培养周期，降低成本。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于光源集成的封闭式光生物反应器，特别涉及一种用于藻类及其它光合生物细胞悬浮培养的气升式光生物反应器。
技术介绍
目前，封闭式光生物反应器尚处于研究开发阶段，种类和形式多种多样，但还没有定型的商业产品。实验研究阶段的封闭式光生物反应器主要有管道式和板箱式两种。管道式光生物反应器一般采用直径较小的透明硬质材料弯曲成不同形状并连接起来形成，有水平放置蛇型管道式反应器、双层排列管道式反应器、多支路并行流管道式反应器、α型管道式反应器、螺旋盘绕管道式反应器等。板箱式光生物反应器主要有水平放置的板式光生物反应器、垂直嵌槽板式光生物反应器、多层平行排列板式光生物反应器、倾斜鼓泡板式光生物反应器等。其共同特点是把数个薄板式光生物反应器单元连接在一起，达到一定的培养规模。为了提高受光表面积，板式光生物反应器板面趋向于空间放置。管道式和板箱式光生物反应器中，培养液的循环采用泵驱动或气升两种方式。由于气升式循环对细胞的剪切作用较小，动力消耗也不大，在提供藻液流动动力的同时，还有助于气体交换，因此大多数选用气升式循环混合方式。在现有的光生物反应器中，管道式反应器由于采用较小的管径(25～50mm)而具有较大的面积体积比值，光照面积大，可获得较高的面积产率。但管径的减小限制了总体积的增加。同时，在又小又长的管道中维持良好的混合极其困难，造成反应器效率降低。此外，管道式光生物反应器中光合作用产生的氧的积累问题较为严重。在微藻培养过程中，大多数管道式反应器的溶氧水平超过200％，对细胞生长产生抑制。板箱式反应器结构虽然简单，但放大过程中将许多操作单元连接起来却相当复杂。而且板箱式光生物反应器要求的光路长度太短。这些都限制了它的放大潜力。中国专利ZL99213569.9号专利报道的气升式光生物反应器能够较好地满足光合生物的生长要求，大幅度提高光合细胞的产率，缩短培养周期。同时具有结构简单、加工费用低、总耗能低、操作方便的特点，可对培养基进行彻底的蒸汽灭菌；由于采用气升式混合方式，形成的剪切力很低，适合于较低剪切力耐受性的细胞的生长，同时又可获得良好的物料混合、较高的气液传质强度，减少了光合作用产生的氧对细胞的伤害。该技术采用内外光源结合从而提高了照光面积与体积的比值，使光合效率得到提高。已成功用于鱼腥藻7120、聚球藻7002的高密度培养。但专利ZL99213569.9公开的气升式光生物反应器在结构上还存在一些缺陷。
技术实现思路
本技术的目的是针对ZL99213569.9号专利公开的气升式光生物反应器在结构上存在的问题，提供一种改进的气升式光生物反应器，以解决气体提升管的固定、安装时使气体提升管与罐体保持同轴、内光源管的密封、气体分布器下方消除死角、外光源的安装和更换方便等问题。本技术的气升式光生物反应器，主要包括带有pH、溶氧探头7、加料接种口9、排气口10、排料口12的培养罐体1、以及罐体1中的气体提升管2、气体分布器5、热交换装置、内光源密封管11和内光源3、外光源4；其特征是所述的气体分布器5为圆形多孔气体分布板式气体分布器，气体分布器的下端为锥面或球面。所述的罐体1的下法兰上固定有三个气体提升管支柱13，所述的三个气体提升管支柱的夹角为120度，每个支柱设计成椅子形状，椅座设计成一个半圆形平台，以使放置在上面的气体提升管定位。平台上设有聚四氟乙烯(或其它具有缓冲作用的材料)垫19，可以起缓冲和保护玻璃气体提升管的作用。在支柱立面(椅背)的上部装有带有聚四氟乙烯端头的不锈钢顶丝18，起径向紧固并定位玻璃气体提升管的作用。当气体提升管采用不锈钢材质时，可以去掉聚四氟乙烯垫和顶丝前端的聚四氟乙烯端头。详见附图2。所述的内光源密封管11的上端有一段凸起或者两个凸环20，在凸起或者两个凸环的外侧分别套有O形橡胶圈21，所述的两个凸环20中下侧凸环的O形橡胶圈落在带外螺纹且焊接在反应器的上法兰23上的内光源插口管16的内壁的斜台上；一带内螺纹的压帽22与内光源插口管的外螺纹配合，压帽内的斜台压在上侧凸环的O形橡胶圈上。详见附图3。所述的反应器罐体1的外面有一圈外光源4，在外光源4的外面有一圈灯罩6，其是由金属门轴或合页27固定在反应器两侧的立柱30上。所述的热交换装置为安装在反应器的下法兰上的一个加热棒17和一个冷却棒8。本技术的气升式光生物反应器的结构设计是基于以下几点1)专利ZL99213569.9中气体提升管需要用支点固定于反应器底部，不能够方便地拆卸。考虑到气体提升管可以采用硅硼玻璃或者不锈钢材质，而气体提升管的外径有加工误差，尤其是采用硅硼玻璃时其外径的误差更大，所以，如果简单地采用三个上半部铣去一半形成半圆形平台并焊在反应器下法兰上的不锈钢圆柱(三个半圆形平台朝向下法兰的圆心)为支撑腿，并将气体提升管直接座在支撑腿的平台上，由于三个半圆形平台围成的圆的直径必须留出余量，将导致气体提升管没有真正固定，蒸汽灭菌和通气培养时会在强的湍流冲击下发生倾斜和晃动，并且会偏离反应器的轴线。本技术设计了一种新的支撑腿，其特征是沿与罐体1同轴的气体提升管2的外径均匀设三个圆柱形不锈钢气体提升管支柱13并焊接在反应器下法兰上，三个支柱夹角120度，每个支柱设计成椅子形状，椅座设计成一个半圆形平台，用于放置气体提升管2。平台上设有聚四氟乙烯(或其它具有缓冲作用的材料)垫19，可以起缓冲和保护玻璃气体提升管的作用。在支柱立面的上部装有带有聚四氟乙烯端头的不锈钢顶丝18，起径向紧固并定位玻璃气体提升管的作用。当气体提升管采用不锈钢材质时，可以去掉聚四氟乙烯垫和顶丝前端的聚四氟乙烯端头。详见附图2。2)专利ZL99213569.9中要求由硅硼玻璃制作的内光源密封管11与反应器上法兰23之间要密封连接，但是没有披露如何密封连接。由于内光源密封管11是细长的圆柱形，不仅要保证密封、垂直、拆卸方便和安全，还应该在气、液流的冲击下稳固、不晃动。反应器上法兰为不锈钢材质，玻璃管与不锈钢如果直接接触，会使玻璃产生局部应力而破碎，如果只有一个密封圈，这样难以保证内光源密封管的垂直和不与不锈钢接触。本技术改进了内光源密封管11的设计以及固定、安装和密封方法，其特征是在内光源密封管11的上端(开口端)设置一段凸起或者两个凸环20，一段凸起或者两个凸环的外侧分别套有O形橡胶圈(硅橡胶或者氟橡胶)21，下侧的O形橡胶圈落在带外螺纹且焊接在反应器的上法兰上的内光源插口管16内壁的斜台上，用带内螺纹的压帽22从上方旋下，压帽内的斜台压在上侧的O形橡胶圈上，这样将内光源管紧固、定位并与上法兰之间密封，而且玻璃管与不锈钢没有接触。两个O形橡胶圈的距离为内光源管外径的0.2～5倍范围内可以满足要求。详见附图3。3)专利ZL99213569.9中的气体分布器5可为具有单个或多个气体喷嘴的气体分布器，也可为圆形或环形多孔气体分布板式气体分布器。实验表明，采用圆形多孔气体分布板24比单个或多个气体喷嘴更有利于气体分散，比环形多孔气体分布板便于加工和安装。本技术改进了圆形多孔气体分布板式气体分布器的设计，使之更有利于消除气体分布器下方的死角。本设计在圆形多孔气体分布板式气体分布器与进气管之间增加了锥面或球面过渡段，结果使液体循环更顺畅。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气升式光生物反应器，主要包括带有ｐＨ、溶氧探头（７）、加料接种口（９）、排气口（１０）、排料口（１２）的培养罐体（１）、以及罐体（１）中的气体提升管（２）、气体分布器（５）、热交换装置、内光源密封管（１１）和内光源（３）、外光源（４）；其特征是：所述的气体分布器（５）为圆形多孔气体分布板式气体分布器，气体分布器的下端为锥面或球面。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：丛威，吕文华，康瑞娟，蔡昭铃，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]