【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于化工，具体涉及一种管式连续亚微通道微气泡生物反应器。
技术介绍
1、生物制品在百姓生活、医药、材料、军工、通讯、能源等领域的应用越来越广泛，可以说直接关系到国家安全，然而，生物反应器是生物制品生产的核心设备；生物反应器的先进与否直接影响到产品的质量与成本，也就影响到产品的推广与应用。目前，生物反应器有搅拌式、气升式、自吸式和鼓泡式，大部分是间隙化、大型化的，并且是属于压力容器；因此，当前的生物反应器不仅制造成本高同时设备操作的危险性也比较高。如何将生物反应设备做成连续化、小型化，这可能是受不同微生物本身特有属性影响，但最主要的因素可能是受生物反应器的传质传热影响；特别是气液、气液固等多相传质传热的影响。
2、对于大部分气液传质反应来说，传质过程贯穿整个传质-反应的控制过程，气液传质主要阻力来自于液膜和气泡内压，若气泡直径小，内压高，可以强化气液传质速率，同时直径小的气泡不仅可以增大气液反应的比表面积，还能延长气泡在溶液中的停留时间，延长反应时间；另外，强化液相湍动将有助于减小传质阻力。
3、传统的鼓泡反应器一般采用简单管式打孔型气体分布器，这种气体分布器容易产生几厘米甚至十几厘米直径的气泡，虽然可以用于慢速反应体系，但反应体系内液体会返混严重，气泡易产生聚并，反应效率低。对于慢速反应体系，化学反应速率比扩散速率低，化学反应主要在液相中进行，为动力学控制。
4、同时，由于现在的生物反应器体系都比较大，传质传热主要通过机械搅拌或气体搅拌，这不仅需要消耗大量的能耗，而且还会造成反应体系
5、因此，目前急需寻求一种既能解决当前生物反应器传质传热，又能降低生产设备的制造成本和产品的生产成本。本申请提出了一种连续化、小型化的设备能解决此问题。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种管式连续亚微通道微气泡生物反应器，其不仅能连续反应也能间隙反应，还利用一种新式结构的旋转叶轮来制备微气泡，同时，本反应器还利用流体振荡器和亚微管道静态混合器来加强流体混合并防止流体出现返混从而阻止气泡聚并，提高传质传热效率降低生产成本；本专利技术的体量小，制造成本低且安全性能高。该反应器具有气液混合效果好，结构简单，维修方便，操作灵活等特点。
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：
3、一种管式连续亚微通道微气泡生物反应器，包括沿料液流动方向呈闭环依次连接的控制罐、料液循环蠕动泵、微气泡发生器、流体振荡器、亚微管道静态混合器，所述控制罐上设有尾气出口、控制罐进料口、控制罐出料口和控制罐料液循环口，所述控制罐的出料口通过管道与料液循环蠕动泵的进料口连接，亚微管道静态混合器的出料口与料液循环口连通，在位于亚微管道静态混合器和控制罐之间的管道上设有系统取样及出料口；所述微气泡发生器连接有气体或蒸汽进料管，微气泡发生器包括旋转叶轮，所述旋转叶轮包括叶轮盖和叶轮主体，所述叶轮主体包括一体成型的微气泡发生板和环形侧板，所述微气泡发生板的上端面上设有气液流道，在气液流道外周侧设有填料槽，填料槽与气液流道连通，环形侧板箍设在微气泡发生板上，在环形侧板上均布有多个通孔，通孔与填料槽连通；在微气泡发生板和叶盖上相对设有多个螺栓孔，所述叶轮盖和叶轮主体通过螺栓连接，叶轮盖的中部向上凸起形成环形凸台，在环形凸台中部设有与气体或蒸汽进口。
4、进一步的，所述气液流道由垂直设有微气泡发生板上的多个隔壁分隔而成，多个所述隔壁包括多个第一弧形隔壁和多个第二弧形隔壁，所述第一弧形隔壁和第二弧形隔壁沿周向交替设置，第一弧形隔壁的一端与环形凸台的外侧壁固定连接，第二弧形隔壁靠近环形凸台的一端与环形凸台的外侧壁间隔设置，第一弧形隔壁和第二弧形隔壁远离环形凸台的一端位于同一圆的外缘，第二弧形隔壁和第一弧形隔壁之间形成气液强制混合及甩出流道。
5、进一步的，所述气液流道由垂直设有微气泡发生板上的多个隔壁分隔而成，多个所述隔壁包括多个第一长方形隔壁，多个所述第一长方形隔壁沿周向均布在环形凸台的周侧，且第一长方形隔壁靠近环形凸台的一端与环形凸台间隔设置；在相邻两个第一长方形隔壁之间沿镜像自内向外依次间隔设有第一菱形隔壁和第二长方形隔壁，第一菱形隔壁的两侧与两个第一长方形隔壁间隔设置，且第一菱形隔壁和第二长方形隔壁沿径向的中心轴线与两个第一长方形隔壁的对称线重合；在第二长方形隔壁的两个对称设有两个第二菱形隔壁，两个所述第二菱形隔壁的左右两侧与第一长方形隔壁和第二长方形隔壁均间隔设置；第一长方形隔壁、第二长方形隔壁和第二菱形隔壁远离环形凸台的一端位于同一圆的外缘，第二弧形隔壁和第一弧形隔壁之间形成气液强制混合及甩出流道。
6、进一步的，所述微气泡发生器还包括筒体、磁流体密封件、电机和叶轮罩，所述叶轮罩和旋转叶轮设于筒体内部，叶轮罩悬挂于筒体顶板的内侧壁上，在叶轮罩顶板上设有开口，旋转叶轮置于叶轮罩内，旋转叶轮的环形凸台设在开口内，所述筒体顶板上设有安装口，侧壁上设有微气泡发生器料液出口和微气泡发生器料液进口，磁流体密封件置于筒体的上端面上，磁流体密封件中导磁传动轴的上端与电机的输出轴连接，在导磁传动轴内部沿其长度方向设有进料道，在磁流体密封件上设有与进料道垂直相交设置的气体或蒸汽流道，气体或蒸汽进料管与气体或蒸汽流道连通，进料道的下端口自安装口伸入筒体内部与旋转叶轮的进料端口对接连接。
7、进一步的，所述叶轮罩包括自下而上依次间隔设置的环形顶板、环形支撑板和环形底板，在所述环形底板和环形支撑板之间均布有多个支撑柱，在所述环形支撑板和环形底板之间连接有多个沿径向设置的导流板；所述环形凸台开设在环形顶板上，在环形底板中部的开口为料液进口；在环形顶板上均布有多个固定螺栓孔，叶轮罩通过穿设固定螺栓孔的螺栓与筒体连接。
8、进一步的，所述流体振荡器的内腔包括进口渐缩段、扩散腔、导流凸台及出口扩散段，所述微气泡发生器料液出口与进口渐缩段连通，所述进口渐缩段与扩散腔相连，所述导流凸台置于扩散腔内，扩散腔与出口扩散段相连，出口扩散段与亚微管道静态混合器进料口连通。
9、进一步的，所述亚微管道静态混合器包括多个静态混合器管体，在所述静态混合器管体内部设有强化混合元器件，在静态混合器管体外部套设有换热夹套，沿液体流动方向，前一静态混合器管体的出口端和后一静态混合器管体的进口端通过u型弯管连接，且相邻两个静态混合器管体上的换热夹套通过管道连通，在靠近流体振荡器的换热夹套上设有蒸汽冷凝水出口和冷却水进口在靠近控制罐的换热夹套上设有蒸汽进口和冷却水出口。
10、进一步的，所述强化混合元器件为180°或270°正反螺旋片、相邻单元双孔道的方位错位90°的螺旋片和由互相交叉的横条组成长度单元中的一种或多种，横条与管壳的轴线呈45°。
11、进一步的，多个所述静态混合器管体和u型弯管通过法兰、卡套、卡箍中的一种或多种连接。
12、进一步的，在所述控制罐上设有补料口和控制罐视镜，控制罐本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种管式连续亚微通道微气泡生物反应器，其特征在于，包括沿料液流动方向呈闭环依次连接的控制罐、料液循环蠕动泵、微气泡发生器、流体振荡器、亚微管道静态混合器，所述控制罐上设有尾气出口、控制罐进料口、控制罐出料口和控制罐料液循环口，所述控制罐的出料口通过管道与料液循环蠕动泵的进料口连接，亚微管道静态混合器的出料口与料液循环口连通，在位于亚微管道静态混合器和控制罐之间的管道上设有系统取样及出料口；所述微气泡发生器连接有气体或蒸汽进料管，微气泡发生器包括旋转叶轮，所述旋转叶轮包括叶轮盖和叶轮主体，所述叶轮主体包括一体成型的微气泡发生板和环形侧板，所述微气泡发生板的上端面上设有气液流道，在气液流道外周侧设有填料槽，填料槽与气液流道连通，环形侧板箍设在微气泡发生板上，在环形侧板上均布有多个通孔，通孔与填料槽连通；在微气泡发生板和叶盖上相对设有多个螺栓孔，所述叶轮盖和叶轮主体通过螺栓连接，叶轮盖的中部向上凸起形成环形凸台，在环形凸台中部设有与气体或蒸汽进口。
2.根据权利要求1所述的一种管式连续亚微通道微气泡生物反应器，其特征在于，所述气液流道由垂直设有微气泡发生板上的多个隔壁分
3.根据权利要求1所述的一种管式连续亚微通道微气泡生物反应器，其特征在于，所述气液流道由垂直设有微气泡发生板上的多个隔壁分隔而成，多个所述隔壁包括多个第一长方形隔壁，多个所述第一长方形隔壁沿周向均布在环形凸台的周侧，且第一长方形隔壁靠近环形凸台的一端与环形凸台间隔设置；在相邻两个第一长方形隔壁之间沿镜像自内向外依次间隔设有第一菱形隔壁和第二长方形隔壁，第一菱形隔壁的两侧与两个第一长方形隔壁间隔设置，且第一菱形隔壁和第二长方形隔壁沿径向的中心轴线与两个第一长方形隔壁的对称线重合；在第二长方形隔壁的两个对称设有两个第二菱形隔壁，两个所述第二菱形隔壁的左右两侧与第一长方形隔壁和第二长方形隔壁均间隔设置；第一长方形隔壁、第二长方形隔壁和第二菱形隔壁远离环形凸台的一端位于同一圆的外缘，第二弧形隔壁和第一弧形隔壁之间形成气液强制混合及甩出流道。
4.根据权利要求2或3所述的一种管式连续亚微通道微气泡生物反应器，其特征在于，所述微气泡发生器还包括筒体、磁流体密封件、电机和叶轮罩，所述叶轮罩和旋转叶轮设于筒体内部，叶轮罩悬挂于筒体顶板的内侧壁上，在叶轮罩顶板上设有开口，旋转叶轮置于叶轮罩内，旋转叶轮的环形凸台设在开口内，所述筒体顶板上设有安装口，侧壁上设有微气泡发生器料液出口和微气泡发生器料液进口，磁流体密封件置于筒体的上端面上，磁流体密封件中导磁传动轴的上端与电机的输出轴连接，在导磁传动轴内部沿其长度方向设有进料道，在磁流体密封件上设有与进料道垂直相交设置的气体或蒸汽流道，气体或蒸汽进料管与气体或蒸汽流道连通，进料道的下端口自安装口伸入筒体内部与旋转叶轮的进料端口对接连接。
5.根据权利要求4所述的一种管式连续亚微通道微气泡生物反应器，其特征在于，所述叶轮罩包括自下而上依次间隔设置的环形顶板、环形支撑板和环形底板，在所述环形底板和环形支撑板之间均布有多个支撑柱，在所述环形支撑板和环形底板之间连接有多个沿径向设置的导流板；所述环形凸台开设在环形顶板上，在环形底板中部的开口为料液进口；在环形顶板上均布有多个固定螺栓孔，叶轮罩通过穿设固定螺栓孔的螺栓与筒体连接。
6.根据权利要求1所述的一种管式连续亚微通道微气泡生物反应器，其特征在于，所述流体振荡器的内腔包括进口渐缩段、扩散腔、导流凸台及出口扩散段，所述微气泡发生器料液出口与进口渐缩段连通，所述进口渐缩段与扩散腔相连，所述导流凸台置于扩散腔内，扩散腔与出口扩散段相连，出口扩散段与亚微管道静态混合器进料口连通。
7.根据权利要求1所述的一种管式连续亚微通道微气泡生物反应器，其特征在于，所述亚微管道静态混合器包括多个静态混合器管体，在所述静态混合器管体内部设有强化混合元器件，在静态混合器管体外部套设有换热夹套，沿液体流动方向，前一静态混合器管体的出口端和后一静态混合器管体的进口端通过U型弯管连接，且相邻两个静态混合器管体上的换热夹套通过管道连通，在靠近流体振荡器的换热夹套上设有蒸汽冷凝水出口和冷却水进口在靠近控制罐的换热夹套上设有蒸汽进口和冷却水出口。
8.根据权利要求7所述的一种管式连续亚微通道微气泡生物反应器，其特征在...
【技术特征摘要】
1.一种管式连续亚微通道微气泡生物反应器，其特征在于，包括沿料液流动方向呈闭环依次连接的控制罐、料液循环蠕动泵、微气泡发生器、流体振荡器、亚微管道静态混合器，所述控制罐上设有尾气出口、控制罐进料口、控制罐出料口和控制罐料液循环口，所述控制罐的出料口通过管道与料液循环蠕动泵的进料口连接，亚微管道静态混合器的出料口与料液循环口连通，在位于亚微管道静态混合器和控制罐之间的管道上设有系统取样及出料口；所述微气泡发生器连接有气体或蒸汽进料管，微气泡发生器包括旋转叶轮，所述旋转叶轮包括叶轮盖和叶轮主体，所述叶轮主体包括一体成型的微气泡发生板和环形侧板，所述微气泡发生板的上端面上设有气液流道，在气液流道外周侧设有填料槽，填料槽与气液流道连通，环形侧板箍设在微气泡发生板上，在环形侧板上均布有多个通孔，通孔与填料槽连通；在微气泡发生板和叶盖上相对设有多个螺栓孔，所述叶轮盖和叶轮主体通过螺栓连接，叶轮盖的中部向上凸起形成环形凸台，在环形凸台中部设有与气体或蒸汽进口。
2.根据权利要求1所述的一种管式连续亚微通道微气泡生物反应器，其特征在于，所述气液流道由垂直设有微气泡发生板上的多个隔壁分隔而成，多个所述隔壁包括多个第一弧形隔壁和多个第二弧形隔壁，所述第一弧形隔壁和第二弧形隔壁沿周向交替设置，第一弧形隔壁的一端与环形凸台的外侧壁固定连接，第二弧形隔壁靠近环形凸台的一端与环形凸台的外侧壁间隔设置，第一弧形隔壁和第二弧形隔壁远离环形凸台的一端位于同一圆的外缘，第二弧形隔壁和第一弧形隔壁之间形成气液强制混合及甩出流道。
3.根据权利要求1所述的一种管式连续亚微通道微气泡生物反应器，其特征在于，所述气液流道由垂直设有微气泡发生板上的多个隔壁分隔而成，多个所述隔壁包括多个第一长方形隔壁，多个所述第一长方形隔壁沿周向均布在环形凸台的周侧，且第一长方形隔壁靠近环形凸台的一端与环形凸台间隔设置；在相邻两个第一长方形隔壁之间沿镜像自内向外依次间隔设有第一菱形隔壁和第二长方形隔壁，第一菱形隔壁的两侧与两个第一长方形隔壁间隔设置，且第一菱形隔壁和第二长方形隔壁沿径向的中心轴线与两个第一长方形隔壁的对称线重合；在第二长方形隔壁的两个对称设有两个第二菱形隔壁，两个所述第二菱形隔壁的左右两侧与第一长方形隔壁和第二长方形隔壁均间隔设置；第一长方形隔壁、第二长方形隔壁和第二菱形隔壁远离环形凸台的一端位于同一圆的外缘，第二弧形隔壁和第一弧形隔壁之间形成气液强制混合及甩出流道。
4.根据权利要求2或3所述的一种管式连续亚微通道微气泡生物反应器，其特征在于，所述微气泡发生器还包括筒体、磁流体密封件、电机和叶轮罩，所述叶轮罩和旋转叶轮设于筒体内部，叶轮罩悬挂于筒体顶板的内侧壁上，在叶轮罩顶板上设有开口，旋转叶轮置于叶轮罩内，旋转叶轮的环形凸台设在开口内，所述筒...
【专利技术属性】
技术研发人员：李干禄，姜洲，陈可泉，李辉，陈家俊，甘建，黎兴燕，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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