旋轉(zhuǎn)內(nèi)循環(huán)氣升式膜生物反應(yīng)器及其工藝系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種旋轉(zhuǎn)內(nèi)循環(huán)氣升式膜生物反應(yīng)器，包括反應(yīng)釜主體、一級(jí)膜分離裝置和濾液收集裝置；一級(jí)膜組件均布在導(dǎo)流筒的外圓壁四周，一級(jí)膜組件的兩端分別可拆卸式固定在上下排布的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)架上，旋轉(zhuǎn)架固定在密封軸承上，密封軸承套裝在導(dǎo)流筒上；濾液收集裝置包括濾液收集器和濾液收集管；濾液收集器內(nèi)可根據(jù)工藝選擇安裝二級(jí)膜組件。旋轉(zhuǎn)內(nèi)循環(huán)氣升式膜生物反應(yīng)器集氣升反應(yīng)與膜分離于一體，整個(gè)過(guò)程所需的能量大都由壓縮氣體提供，膜組件數(shù)量、角度、啟用與否、膜通量都可以人工進(jìn)行調(diào)節(jié)，以適應(yīng)氣升式反應(yīng)器的不同操作，很好的實(shí)現(xiàn)了二者的耦合，具有能耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作靈活、反應(yīng)條件溫和等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】旋轉(zhuǎn)內(nèi)循環(huán)氣升式膜生物反應(yīng)器及其工藝系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及膜生物反應(yīng)器【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種旋轉(zhuǎn)內(nèi)循環(huán)氣升式膜生物反應(yīng)器及其工藝系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]在生化反應(yīng)過(guò)程中，隨著反應(yīng)進(jìn)行，發(fā)酵產(chǎn)物不斷積累，產(chǎn)物抑制作用逐漸突出，如在大眾化學(xué)品如乙醇生產(chǎn)中，對(duì)一般釀酒酵母，單級(jí)罐批次發(fā)酵末期乙醇濃度達(dá)到18% -20%時(shí)菌體活性嚴(yán)重被抑制甚至出現(xiàn)菌體大量死亡。在酶法降解生物多糖制備活性寡糖的過(guò)程中，胞外酶往往受底物誘導(dǎo)和產(chǎn)物抑制雙重作用，如卡拉膠或褐藻膠生產(chǎn)中，底物被酶切獲得的二糖單位過(guò)多積累會(huì)影響菌體繼續(xù)產(chǎn)酶。
[0003]另一方面，產(chǎn)物消耗作用也經(jīng)常存在，如靈芝多糖深層發(fā)酵過(guò)程中，發(fā)酵所得的靈芝多糖可以被發(fā)酵菌體利用，不及時(shí)移除系統(tǒng)會(huì)造成收率極大的降低。
[0004]因此，為了提高反應(yīng)得率和生產(chǎn)強(qiáng)度，利用膜生物反應(yīng)器耦合反應(yīng)與分離操作的特性，來(lái)“邊反應(yīng)邊移走”體系中的產(chǎn)物是很好的解決方案之一。這類生物反應(yīng)器將微生物發(fā)酵和產(chǎn)物分離相結(jié)合，常用于解決發(fā)酵產(chǎn)物抑制、底物選擇供給等問(wèn)題，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)發(fā)酵，達(dá)到微生物的高密度生長(zhǎng)和增加發(fā)酵產(chǎn)物產(chǎn)率的目的，細(xì)胞密度或代謝產(chǎn)物產(chǎn)率通?？梢赃_(dá)到間歇發(fā)酵的十倍甚至一百倍以上。在該過(guò)程中，發(fā)酵液進(jìn)過(guò)膜過(guò)濾后，將發(fā)酵產(chǎn)物有效地移出發(fā)酵罐，減輕甚至消除了產(chǎn)物的抑制和消耗作用，而剩余的殘液與被截留的細(xì)胞繼續(xù)返回發(fā)酵罐中，從而保持了發(fā)酵罐中的高細(xì)胞濃度，同時(shí)很方便的實(shí)現(xiàn)了罐內(nèi)液位平衡。例如采用膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)進(jìn)行靈芝多糖的連續(xù)發(fā)酵，可溶性靈芝多糖可被連續(xù)滲透通過(guò)膜生物反應(yīng)器的濾膜。通過(guò)連續(xù)補(bǔ)充新鮮料液，改善了糖源，減少了菌絲體對(duì)多糖的利用，提高了菌絲體的得率和靈芝多糖的產(chǎn)量，菌絲體生長(zhǎng)則隨稀釋率的增大而增大，總的菌絲體干重可比間歇發(fā)酵增加20%以上。
[0005]但在膜反應(yīng)器運(yùn)行過(guò)程中，料液經(jīng)泵輸送之后在膜表面進(jìn)行分離，膜的污染極為嚴(yán)重，而經(jīng)過(guò)膜分離出來(lái)的產(chǎn)物濃度與反應(yīng)罐中產(chǎn)物濃度相同，后續(xù)處理比較麻煩；同時(shí)，由于泵的使用，該過(guò)程能耗較高，而且流體的湍動(dòng)劇烈容易惡化反應(yīng)條件，不利于菌體生長(zhǎng)。
[0006]為了克服這些問(wèn)題，ZL01108189.9、ZL200520075139.9、ZL 200910026442.2 先后提出了以壓縮氣體作為膜生物反應(yīng)器的動(dòng)力，取代傳統(tǒng)的泵。但是前者通過(guò)普通管道將反應(yīng)器與膜組件連接，致使反應(yīng)器結(jié)構(gòu)較為分散，流體循環(huán)線路較長(zhǎng)，從而使得氣液傳質(zhì)效果受到影響，較難滿足大規(guī)模反應(yīng)的需求。中者在前者的基礎(chǔ)上提出了外環(huán)流氣升式膜反應(yīng)器，在該反應(yīng)器中，膜組件與反應(yīng)器很好的耦合，但是在該反應(yīng)器中回流口位于反應(yīng)釜體上部的擴(kuò)大段處，回流口位于液面之上或者位于液面下的深度很小，同時(shí)回流口處沒(méi)有導(dǎo)流管，大量壓縮氣體在循環(huán)結(jié)束后立即逸出排掉，只起到了循環(huán)動(dòng)力的作用，未得到合理利用，造成能量損失。后者在前兩者的基礎(chǔ)上提出了外環(huán)流氣提式膜生物反應(yīng)器，該反應(yīng)器在不改變氣升式反應(yīng)器基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上引進(jìn)膜組件，同時(shí)具備氣升式反應(yīng)器、膜生物反應(yīng)器和氣提的功能。但該反應(yīng)器中氣提單元的存在，限制了該反應(yīng)器的應(yīng)用范圍，即對(duì)抑制性產(chǎn)物有揮發(fā)特性的要求。同時(shí)，由于該類反應(yīng)器的膜組件位于循環(huán)管內(nèi)，增加了氣升式反應(yīng)器的循環(huán)阻力，容易造成反應(yīng)釜內(nèi)細(xì)胞與營(yíng)養(yǎng)成分分布不均勻。上述這些發(fā)明在一定程度解決了膜反應(yīng)器反應(yīng)單元-分離單元耦合的問(wèn)題，但為了進(jìn)行耦合引入了其他復(fù)雜結(jié)構(gòu)而不利于放大，且存在能源利用率低、適用范圍較窄、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、膜易受污染等問(wèn)題和缺陷。
[0007]由此可見(jiàn)，開(kāi)發(fā)出一種新型的應(yīng)用范圍廣闊的一體式膜生物反應(yīng)器，特別是開(kāi)發(fā)出一種適用于發(fā)酵領(lǐng)域的一體式膜生物反應(yīng)器，將膜分離與氣升式反應(yīng)器的優(yōu)勢(shì)同時(shí)發(fā)揮出來(lái)，并具有高能量利用效率，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是:為了解決上述在發(fā)酵領(lǐng)域所存在的產(chǎn)物抑制和產(chǎn)物消耗作用問(wèn)題，根據(jù)膜分離反應(yīng)器和氣升式反應(yīng)器的優(yōu)勢(shì)以及它們所具有的互相彌補(bǔ)缺點(diǎn)的特征，而提供一種旋轉(zhuǎn)內(nèi)循環(huán)氣升式膜生物反應(yīng)器及其工藝系統(tǒng)。
[0009]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是:旋轉(zhuǎn)內(nèi)循環(huán)氣升式膜生物反應(yīng)器，包括反應(yīng)釜主體、一級(jí)膜分離裝置和濾液收集裝置；反應(yīng)釜主體包括導(dǎo)氣管、導(dǎo)流筒、釜體和氣體分布器，釜體的頂部安裝有壓力表并設(shè)有進(jìn)液口、排氣口、通氣口，排氣口與排氣控制閥相連，通氣口與通氣閥相連，釜體的外圓壁上設(shè)有視窗、循環(huán)液入口，釜體的底部設(shè)有排液口，釜體的內(nèi)部安裝有導(dǎo)流筒，導(dǎo)流筒的內(nèi)部安裝有導(dǎo)氣管，導(dǎo)氣管的上部與通氣口相連，下部與氣體分布器相連，氣體分布器為階梯多環(huán)形；一級(jí)膜分離裝置包括旋轉(zhuǎn)架、密封軸承和一級(jí)膜組件，一級(jí)膜組件為馬蹄形截面的彎管式中空結(jié)構(gòu)，若干根所述的一級(jí)膜組件均布在導(dǎo)流筒的外圓壁四周，一級(jí)膜組件的兩端分別可拆卸式固定在上下排布的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)架上，旋轉(zhuǎn)架固定在密封軸承上，密封軸承套裝在導(dǎo)流筒上；濾液收集裝置包括濾液收集器和濾液收集管，濾液收集器包括密封軸承、上旋蓋和罐體，上旋蓋與罐體連接，密封軸承套裝在上旋蓋上，濾液收集器通過(guò)上旋蓋安裝在釜體的底部且位于氣體分布器的正下方，濾液收集器與位于下部的旋轉(zhuǎn)架通過(guò)濾液收集管相連，罐體的底部設(shè)有濾液口，濾液口與真空控制閥相連，罐體外圓壁的下部設(shè)有循環(huán)液出口，循環(huán)液出口與循環(huán)調(diào)節(jié)閥相連。
[0010]進(jìn)一步的，濾液收集器內(nèi)安裝有二級(jí)膜組件。
[0011]進(jìn)一步的，釜體的外圓壁上開(kāi)設(shè)有視窗。
[0012]進(jìn)一步的，兩個(gè)旋轉(zhuǎn)架的間距為導(dǎo)流筒長(zhǎng)度的0.1-1。
[0013]進(jìn)一步的，反應(yīng)釜主體的高徑比為3-10。
[0014]進(jìn)一步的，一級(jí)膜組件的傾斜角度為20-90度。
[0015]進(jìn)一步的，釜體的側(cè)面安裝有溫度計(jì)、pH計(jì)、溶氧電極、液位探頭并設(shè)有取樣口。
[0016]進(jìn)一步的，濾液收集器與位于下部的旋轉(zhuǎn)架通過(guò)3根濾液收集管呈120度間距相連。
[0017]旋轉(zhuǎn)內(nèi)循環(huán)氣升式膜生物反應(yīng)器的工藝系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)內(nèi)循環(huán)氣升式膜生物反應(yīng)器的通氣閥依次與氣體流量計(jì)、鋼瓶、壓縮空氣機(jī)相連；旋轉(zhuǎn)內(nèi)循環(huán)氣升式膜生物反應(yīng)器的真空控制閥依次與濾液收集罐、真空泵相連；旋轉(zhuǎn)內(nèi)循環(huán)氣升式膜生物反應(yīng)器的循環(huán)調(diào)節(jié)閥依次與循環(huán)泵、旋轉(zhuǎn)內(nèi)循環(huán)氣升式膜生物反應(yīng)器的循環(huán)液入口相連。
[0018]進(jìn)一步的，旋轉(zhuǎn)內(nèi)循環(huán)氣升式膜生物反應(yīng)器的濾液收集器內(nèi)安裝有二級(jí)膜組件。
[0019]進(jìn)一步的，氣體流量計(jì)依次與反沖控制閥、真空控制閥相連。
[0020]本發(fā)明的有益效果:
[0021]1.一級(jí)膜分離裝置采用旋轉(zhuǎn)式一級(jí)膜組件，利用氣升式反應(yīng)器內(nèi)流體動(dòng)能帶動(dòng)一級(jí)膜組件旋轉(zhuǎn)，無(wú)需額外的能量輸入，同時(shí)達(dá)到增加了膜與反應(yīng)器液體接觸面積、提高膜通透量的作用；同時(shí)利用流體沖洗膜表面，降低膜污染；一級(jí)膜組件的數(shù)量與安裝角度可調(diào)節(jié)，適用不同氣含率反應(yīng)和不同分離性質(zhì)產(chǎn)物，擴(kuò)大了此反應(yīng)器的應(yīng)用范圍；
[0022]2.濾液收集器內(nèi)可依據(jù)需要設(shè)置二級(jí)膜組件，進(jìn)行二次膜分離，二級(jí)膜分離過(guò)程可以通過(guò)循環(huán)泵將濾液收集器中的一級(jí)濾液泵入釜體中循環(huán)，循環(huán)泵可根據(jù)生產(chǎn)工藝選擇開(kāi)啟，擴(kuò)大反應(yīng)器適用范圍，提高產(chǎn)物純度；
[0023]3.膜分離時(shí)可選擇采用正壓操作或者負(fù)壓抽吸，在進(jìn)行正壓過(guò)濾時(shí)，可以調(diào)小反應(yīng)釜頂部的通氣口處閥門，從而增大釜內(nèi)壓力，實(shí)現(xiàn)膜分離；當(dāng)釜內(nèi)壓力為常壓或負(fù)壓時(shí)則打開(kāi)真空泵進(jìn)行負(fù)壓操作；還可以調(diào)節(jié)釜內(nèi)壓力來(lái)調(diào)節(jié)膜分離裝置的工作與否，如當(dāng)釜內(nèi)為常壓時(shí)，膜分離裝置處于關(guān)閉狀態(tài)，這樣同時(shí)可以調(diào)節(jié)通氣量以及膜通量來(lái)改變產(chǎn)物的移出量，從而可以根據(jù)反應(yīng)速率進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，可適用于對(duì)氧需求量不同的反應(yīng)過(guò)程，操作更具靈活性；
[0024]綜上，旋轉(zhuǎn)內(nèi)循環(huán)氣升式膜生物反應(yīng)器打破傳統(tǒng)膜反應(yīng)器中膜組件區(qū)域化概念，集氣升反應(yīng)與膜分離于一體，將一級(jí)膜組件均勻分散安置在內(nèi)循環(huán)氣升式反應(yīng)器的降液區(qū)，實(shí)現(xiàn)膜反應(yīng)器與氣升式反應(yīng)器在生物發(fā)酵領(lǐng)域中的有效耦合，整個(gè)過(guò)程所需的能量大都由壓縮氣體提供，膜組件數(shù)量、角度、啟用與否、膜通量都可以人工進(jìn)行調(diào)節(jié)，以適應(yīng)氣升式反應(yīng)器的不同操作，很好的實(shí)現(xiàn)了二者的耦合，具有能耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作靈活、反應(yīng)條件溫和等優(yōu)點(diǎn)，為發(fā)酵生產(chǎn)多糖、寡糖等產(chǎn)物、底物分子量差別大的過(guò)程提供新的反應(yīng)設(shè)備與工藝。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是旋轉(zhuǎn)內(nèi)循環(huán)氣升式膜生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2是一級(jí)膜分離裝置俯視圖；
[0027]圖3是一級(jí)膜組件截面示意圖；
[0028]圖4是一級(jí)膜組件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖5是濾液收集器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖6是旋轉(zhuǎn)內(nèi)循環(huán)氣升式膜生物反應(yīng)器工藝系統(tǒng)圖。
[0031]其中:1.進(jìn)液口，2.導(dǎo)氣管,3.導(dǎo)流筒,4.爸體,5.氣體分布器,6.排液口，7.二級(jí)膜組件，8.濾液口，9.真空控制閥，10.循環(huán)調(diào)節(jié)閥，11.濾液收集器，12.濾液收集管，13.旋轉(zhuǎn)架，14.密封軸承，15.—級(jí)膜組件，16.視窗，17.循環(huán)液入口，18.排氣口，19.排氣控制閥，20.通氣閥，21.通氣口，22.上旋蓋，23.循環(huán)泵，24.罐體，25.濾液收集罐，26.真空泵，27.反沖控制閥，28.鋼瓶，29.壓縮空氣機(jī)，30.氣體流量計(jì)，31.循環(huán)液出口。

【具體實(shí)施方式】
[0032]實(shí)施例一
[0033]如圖1-圖5所示，旋轉(zhuǎn)內(nèi)循環(huán)氣升式膜生物反應(yīng)器，包括反應(yīng)釜主體、一級(jí)膜分離裝置和濾液收集裝置；反應(yīng)釜主體包括導(dǎo)氣管2、導(dǎo)流筒3、釜體4和氣體分布器5，釜體4的頂部安裝有壓力表并設(shè)有進(jìn)液口 1、排氣口 18、通氣口 21，排氣口 18與排氣控制閥19相連，通過(guò)調(diào)節(jié)排氣量從而調(diào)節(jié)釜體4內(nèi)的壓力，通氣口 21與通氣閥20相連，釜體4的外圓壁上設(shè)有視窗16、循環(huán)液入口 17，釜體4的側(cè)面安裝有溫度計(jì)、pH計(jì)、溶氧電極、液位探頭并設(shè)有取樣口，釜體4的底部設(shè)有排液口 6，釜體4的內(nèi)部安裝有導(dǎo)流筒3，導(dǎo)流筒3的內(nèi)部安裝有導(dǎo)氣管2，導(dǎo)氣管2的上部與通氣口 21相連，下部與氣體分布器5相連，氣體分布器5為階梯多環(huán)形，反應(yīng)釜主體的高徑比為3-10 ;—級(jí)膜分離裝置包括旋轉(zhuǎn)架13、密封軸承14和一級(jí)膜組件15，一級(jí)膜組件15為馬蹄形截面的彎管式中空結(jié)構(gòu)，可減輕整體重量，更易旋轉(zhuǎn)，增大一級(jí)膜組件15與液體接觸的比表面積，一級(jí)膜組件15可根據(jù)生產(chǎn)需要更換為超濾或微濾無(wú)機(jī)膜，可耐受滅菌操作，攔截菌體和未反應(yīng)完全的多糖底物，一級(jí)膜組件15的數(shù)量可根據(jù)生產(chǎn)工藝選擇，一級(jí)膜組件15的傾斜角度可人工調(diào)節(jié)為20-90度，一級(jí)膜組件15在進(jìn)行液/固分離時(shí)進(jìn)行正壓過(guò)濾，跨膜壓差為0.01?IMPa，或采用負(fù)壓抽吸，跨膜壓差為0.01?IMPa，在氣升降液區(qū)的4根一級(jí)膜組件15軸向45度均布在導(dǎo)流筒3的外圓壁四周，一級(jí)膜組件15的兩端分別可拆卸式固定在上下排布的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)架13上，兩個(gè)旋轉(zhuǎn)架13的間距為導(dǎo)流筒3長(zhǎng)度的0.1-1，旋轉(zhuǎn)架13固定在密封軸承14上，密封軸承14套裝在導(dǎo)流筒3上；濾液收集裝置包括濾液收集器11和濾液收集管12，濾液收集器11包括密封軸承14、上旋蓋22和罐體24，上旋蓋22與罐體24連接，密封軸承14套裝在上旋蓋22上，濾液收集器11通過(guò)上旋蓋22安裝在釜體4的底部且位于氣體分布器5的正下方，濾液收集器11與位于下部的旋轉(zhuǎn)架13通過(guò)3根濾液收集管12呈120度間距相連，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，使旋轉(zhuǎn)順利進(jìn)行，同時(shí)也利于一級(jí)膜組件15被沖刷，防止污染，濾液收集器11內(nèi)可選擇安裝二級(jí)膜組件7，可根據(jù)生產(chǎn)需要更換為超濾或微濾無(wú)機(jī)膜，可耐受滅菌操作，攔截菌體和未反應(yīng)完全的多糖底物，罐體24的底部設(shè)有濾液口 8，濾液口 8與真空控制閥9相連，罐體24外圓壁的下部設(shè)有循環(huán)液出口 31，循環(huán)液出口 31與循環(huán)調(diào)節(jié)閥10相連。
[0034]如圖1-圖6所示，旋轉(zhuǎn)內(nèi)循環(huán)氣升式膜生物反應(yīng)器的工藝系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)內(nèi)循環(huán)氣升式膜生物反應(yīng)器的通氣閥20依次與氣體流量計(jì)30、鋼瓶28、壓縮空氣機(jī)29相連；旋轉(zhuǎn)內(nèi)循環(huán)氣升式膜生物反應(yīng)器的真空控制閥9依次與濾液收集罐25、真空泵26相連；旋轉(zhuǎn)內(nèi)循環(huán)氣升式膜生物反應(yīng)器的循環(huán)調(diào)節(jié)閥10依次與循環(huán)泵23、旋轉(zhuǎn)內(nèi)循環(huán)氣升式膜生物反應(yīng)器的循環(huán)液入口 17相連；氣體流量計(jì)30依次與反沖控制閥27、真空控制閥9相連，可在生產(chǎn)結(jié)束后反沖洗一級(jí)膜組件15和二級(jí)膜組件7 ;應(yīng)用于連續(xù)發(fā)酵產(chǎn)酶降解卡拉膠底物獲得寡糖組分，通過(guò)原位滅菌后，通過(guò)進(jìn)液口 I向釜體4內(nèi)加入料液，通過(guò)通氣口 21向其中鼓入壓縮氣體，氣體經(jīng)氣體分布器5進(jìn)入導(dǎo)流筒3，由于帶有一定初速度的壓縮氣體的進(jìn)入，在氣升降液區(qū)與導(dǎo)流筒3之間產(chǎn)生密度差，在這兩種的作用下，導(dǎo)流筒3內(nèi)流體向上運(yùn)動(dòng)，氣升降液區(qū)內(nèi)液體向下運(yùn)動(dòng)，到達(dá)一級(jí)膜組件15時(shí)，可由真空控制閥9控制一級(jí)膜分離裝置的開(kāi)啟；通過(guò)取樣檢測(cè)生物量、酶活測(cè)定等確定菌體產(chǎn)酶狀況，達(dá)到產(chǎn)酶穩(wěn)定時(shí)，12h左右，開(kāi)啟一級(jí)膜分離裝置，其后進(jìn)行連續(xù)發(fā)酵操作，一級(jí)膜分離裝置始終開(kāi)啟；濃縮液經(jīng)濾液收集管12進(jìn)入濾液收集器11中，利用濾液收集器11中的中空纖維二級(jí)膜組件7，進(jìn)行二級(jí)膜分離，使產(chǎn)物純度和濃度同時(shí)提高；一級(jí)濾液需經(jīng)濾液循環(huán)管路泵入釜體4，然后濃縮液收集到濾液收集罐25中；該實(shí)施方案還可用于瓊膠寡糖、褐藻膠寡糖等產(chǎn)物、底物分子量差別大的發(fā)酵分尚過(guò)程。
[0035]實(shí)施例二
[0036]如圖1-圖5所示，旋轉(zhuǎn)內(nèi)循環(huán)氣升式膜生物反應(yīng)器，包括反應(yīng)釜主體、一級(jí)膜分離裝置和濾液收集裝置；反應(yīng)釜主體包括導(dǎo)氣管2、導(dǎo)流筒3、釜體4和氣體分布器5，釜體4的頂部安裝有壓力表并設(shè)有進(jìn)液口 1、排氣口 18、通氣口 21，排氣口 18與排氣控制閥19相連，通過(guò)調(diào)節(jié)排氣量從而調(diào)節(jié)釜體4內(nèi)的壓力，通氣口 21與通氣閥20相連，釜體4的外圓壁上設(shè)有視窗16、循環(huán)液入口 17，釜體4的側(cè)面安裝有溫度計(jì)、pH計(jì)、溶氧電極、液位探頭并設(shè)有取樣口，釜體4的底部設(shè)有排液口 6，釜體4的內(nèi)部安裝有導(dǎo)流筒3，導(dǎo)流筒3的內(nèi)部安裝有導(dǎo)氣管2，導(dǎo)氣管2的上部與通氣口 21相連，下部與氣體分布器5相連，氣體分布器5為階梯多環(huán)形，反應(yīng)釜主體的高徑比為3-10 ;—級(jí)膜分離裝置包括旋轉(zhuǎn)架13、密封軸承14和一級(jí)膜組件15，一級(jí)膜組件15為馬蹄形截面的彎管式中空結(jié)構(gòu)，可減輕整體重量，更易旋轉(zhuǎn)，增大一級(jí)膜組件15與液體接觸的比表面積，一級(jí)膜組件15可根據(jù)生產(chǎn)需要更換為超濾或微濾無(wú)機(jī)膜，可耐受滅菌操作，攔截菌體和未反應(yīng)完全的多糖底物，一級(jí)膜組件15的數(shù)量可根據(jù)生產(chǎn)工藝選擇，一級(jí)膜組件15的傾斜角度可人工調(diào)節(jié)為20-90度，一級(jí)膜組件15在進(jìn)行液/固分離時(shí)進(jìn)行正壓過(guò)濾，跨膜壓差為0.01?IMPa，或采用負(fù)壓抽吸，跨膜壓差為0.01?IMPa，在氣升降液區(qū)的4根一級(jí)膜組件15軸向45度均布在導(dǎo)流筒3的外圓壁四周，一級(jí)膜組件15的兩端分別可拆卸式固定在上下排布的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)架13上，兩個(gè)旋轉(zhuǎn)架13的間距為導(dǎo)流筒3長(zhǎng)度的0.1-1，旋轉(zhuǎn)架13固定在密封軸承14上，密封軸承14套裝在導(dǎo)流筒3上；濾液收集裝置包括濾液收集器11和濾液收集管12，濾液收集器11包括密封軸承14、上旋蓋22和罐體24，上旋蓋22與罐體24連接，密封軸承14套裝在上旋蓋22上，濾液收集器11通過(guò)上旋蓋22安裝在釜體4的底部且位于氣體分布器5的正下方，濾液收集器11與位于下部的旋轉(zhuǎn)架13通過(guò)3根濾液收集管12呈120度間距相連，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，使旋轉(zhuǎn)順利進(jìn)行，同時(shí)也利于一級(jí)膜組件15被沖刷，防止污染，罐體24的底部設(shè)有濾液口 8，濾液口 8與真空控制閥9相連，罐體24外圓壁的下部設(shè)有循環(huán)液出口 31，循環(huán)液出口31與循環(huán)調(diào)節(jié)閥10相連。
[0037]如圖1-圖6所示，旋轉(zhuǎn)內(nèi)循環(huán)氣升式膜生物反應(yīng)器的工藝系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)內(nèi)循環(huán)氣升式膜生物反應(yīng)器的通氣閥20依次與氣體流量計(jì)30、鋼瓶28、壓縮空氣機(jī)29相連；旋轉(zhuǎn)內(nèi)循環(huán)氣升式膜生物反應(yīng)器的真空控制閥9依次與濾液收集罐25、真空泵26相連；旋轉(zhuǎn)內(nèi)循環(huán)氣升式膜生物反應(yīng)器的循環(huán)調(diào)節(jié)閥10依次與循環(huán)泵23、旋轉(zhuǎn)內(nèi)循環(huán)氣升式膜生物反應(yīng)器的循環(huán)液入口 17相連；氣體流量計(jì)30依次與反沖控制閥27、真空控制閥9相連，可在生產(chǎn)結(jié)束后反沖洗一級(jí)膜組件15 ;應(yīng)用于深層發(fā)酵法生產(chǎn)靈芝多糖的過(guò)程，通過(guò)進(jìn)液口 1向釜體4內(nèi)加入料液，通過(guò)通氣口 21向其中鼓入壓縮氣體，氣體經(jīng)氣體分布器5進(jìn)入導(dǎo)流筒3，導(dǎo)流筒3內(nèi)流體向上運(yùn)動(dòng)，氣升降液區(qū)內(nèi)液體向下運(yùn)動(dòng)，到達(dá)一級(jí)膜組件15時(shí)，打開(kāi)真空泵26，調(diào)節(jié)跨膜壓差，進(jìn)行負(fù)壓抽吸，使膜通量與補(bǔ)料速率一致，以保持罐內(nèi)液面平衡；濃縮液經(jīng)濾液收集管12進(jìn)入濾液收集器11中，然后濃縮液收集到濾液收集罐25中，由于菌體無(wú)法通過(guò)微濾膜，菌體滯留在釜體4內(nèi)，使得罐內(nèi)含有較高的細(xì)胞濃度；該實(shí)施方案還可用于香菇多糖、云芝多糖、猴頭菇多糖等一級(jí)膜過(guò)濾。
[0038]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.旋轉(zhuǎn)內(nèi)循環(huán)氣升式膜生物反應(yīng)器，其特征在于:包括反應(yīng)釜主體、一級(jí)膜分離裝置和濾液收集裝置；反應(yīng)釜主體包括導(dǎo)氣管(2)、導(dǎo)流筒(3)、釜體(4)和氣體分布器(5)，釜體(4)的頂部安裝有壓力表并設(shè)有進(jìn)液口(I)、排氣口(18)、通氣口(21)，排氣口(18)與排氣控制閥(19)相連，通氣口(21)與通氣閥(20)相連，釜體(4)的外圓壁上設(shè)有視窗(16)、循環(huán)液入口(17)，釜體(4)的底部設(shè)有排液口(6)，釜體(4)的內(nèi)部安裝有導(dǎo)流筒(3)，導(dǎo)流筒(3)的內(nèi)部安裝有導(dǎo)氣管(2)，導(dǎo)氣管(2)的上部與通氣口(21)相連，下部與氣體分布器(5)相連，氣體分布器(5)為階梯多環(huán)形； 一級(jí)膜分離裝置包括旋轉(zhuǎn)架(13)、密封軸承(14)和一級(jí)膜組件(15)，一級(jí)膜組件(15)為馬蹄形截面的彎管式中空結(jié)構(gòu)，若干根所述的一級(jí)膜組件(15)均布在導(dǎo)流筒(3)的外圓壁四周，一級(jí)膜組件(15)的兩端分別可拆卸式固定在上下排布的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)架(13)上，旋轉(zhuǎn)架(13)固定在密封軸承(14)上，密封軸承(14)套裝在導(dǎo)流筒(3)上； 濾液收集裝置包括濾液收集器(11)和濾液收集管(12)，濾液收集器(11)包括密封軸承(14)、上旋蓋(22)和罐體(24)，上旋蓋(22)與罐體(24)連接，密封軸承(14)套裝在上旋蓋(22)上，濾液收集器(11)通過(guò)上旋蓋(22)安裝在釜體(4)的底部且位于氣體分布器(5)的正下方，濾液收集器(11)與位于下部的旋轉(zhuǎn)架(13)通過(guò)濾液收集管(12)相連，罐體(24)的底部設(shè)有濾液口(8)，濾液口(8)與真空控制閥(9)相連，罐體(24)外圓壁的下部設(shè)有循環(huán)液出口(31)，循環(huán)液出口(31)與循環(huán)調(diào)節(jié)閥(10)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)內(nèi)循環(huán)氣升式膜生物反應(yīng)器，其特征在于:所述的濾液收集器(11)內(nèi)安裝有二級(jí)膜組件(7)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)內(nèi)循環(huán)氣升式膜生物反應(yīng)器，其特征在于:所述的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)架(13)的間距為導(dǎo)流筒(3)長(zhǎng)度的0.1-1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)內(nèi)循環(huán)氣升式膜生物反應(yīng)器，其特征在于:所述反應(yīng)釜主體的高徑比為3-10。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)內(nèi)循環(huán)氣升式膜生物反應(yīng)器，其特征在于:所述一級(jí)膜組件(15)的傾斜角度為20-90度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)內(nèi)循環(huán)氣升式膜生物反應(yīng)器，其特征在于:所述釜體(4)的側(cè)面安裝有溫度計(jì)、PH計(jì)、溶氧電極、液位探頭并設(shè)有取樣口。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)內(nèi)循環(huán)氣升式膜生物反應(yīng)器，其特征在于:所述的濾液收集器(11)與位于下部的旋轉(zhuǎn)架(13)通過(guò)3根濾液收集管(12)呈120度間距相連。
8.一種應(yīng)用權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)內(nèi)循環(huán)氣升式膜生物反應(yīng)器的工藝系統(tǒng)，其特征在于:所述旋轉(zhuǎn)內(nèi)循環(huán)氣升式膜生物反應(yīng)器的通氣閥(20)依次與氣體流量計(jì)(30)、鋼瓶(28)、壓縮空氣機(jī)(29)相連；旋轉(zhuǎn)內(nèi)循環(huán)氣升式膜生物反應(yīng)器的真空控制閥(9)依次與濾液收集罐(25)、真空泵(26)相連；旋轉(zhuǎn)內(nèi)循環(huán)氣升式膜生物反應(yīng)器的循環(huán)調(diào)節(jié)閥(10)依次與循環(huán)泵(23)、旋轉(zhuǎn)內(nèi)循環(huán)氣升式膜生物反應(yīng)器的循環(huán)液入口(17)相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的旋轉(zhuǎn)內(nèi)循環(huán)氣升式膜生物反應(yīng)器的工藝系統(tǒng)，其特征在于:所述旋轉(zhuǎn)內(nèi)循環(huán)氣升式膜生物反應(yīng)器的濾液收集器(11)內(nèi)安裝有二級(jí)膜組件(7)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的旋轉(zhuǎn)內(nèi)循環(huán)氣升式膜生物反應(yīng)器的工藝系統(tǒng)，其特征在于:所述的氣體流量計(jì)(30)依次與反沖控制閥(27)、真空控制閥(9)相連。
【文檔編號(hào)】C12M1/12GK104403937SQ201410788068
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月17日
【發(fā)明者】葉立強(qiáng), 李倩, 馮寶民, 姚子昂, 吳海歌, 崔紅利, 董娟, 陳瓊, 余雅嫻, 鐘林杉 申請(qǐng)人:大連大學(xué)