專利名稱：氣升封閉式光生物反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種封閉式光生物反應(yīng)器，特別涉及一種用于藻類及其它光合生物細胞懸浮培養(yǎng)的氣升封閉式光生物反應(yīng)器。
目前，封閉式光生物反應(yīng)器尚處于實驗研究階段，種類和形式多種多樣，還無定型的商業(yè)產(chǎn)品。實驗研究階段的封閉式光生物反應(yīng)器主要有管道式和板箱式兩種。管道封閉式光生物反應(yīng)器一般采用管徑較小的透明硬質(zhì)材料彎曲成不同形狀并連接起來形成，其形式有水平放置的蛇型管道封閉式光生物反應(yīng)器、雙層排列管道封閉式光生物反應(yīng)器、多支路并行的管道封閉式光生物反應(yīng)器、α型管道封閉式光生物反應(yīng)器及螺旋盤繞管道封閉式光生物反應(yīng)器等。在此類管道封閉式光生物反應(yīng)器中，由于采用較小的管徑(25-50mm)，雖具有較大的面積/體積比值，光照面積大，可獲得較高的面積產(chǎn)率，但管徑的窄小限制了總體積的增加。同時，在又小又長的管道中維持良好的混合極其困難，會造成反應(yīng)器效率降低，此外，此類管道封閉式光生物反應(yīng)器中光合作用產(chǎn)生的氧的積累問題較為嚴重，在微藻培養(yǎng)過程中，大多數(shù)管道封閉式反應(yīng)器的溶氧水平超過200％，會對細胞生長產(chǎn)生抑制。板箱封閉式光生物反應(yīng)器主要有水平放置的板式封閉光生物反應(yīng)器、垂直嵌槽板封閉式光生物反應(yīng)器、多層平行排列板式封閉光生物反應(yīng)器及傾斜鼓泡板式封閉光生物反應(yīng)器等。這些板箱封閉式光生物反應(yīng)器的共同特點是把數(shù)個薄板式封閉光生物反應(yīng)器單元連接在一起，達到一定的培養(yǎng)規(guī)模，為了提高受光表面積，板式封閉光生物反應(yīng)器板面趨向于空間放置，這種板箱封閉式光生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)雖然簡單，但放大過程中將許多操作單元連接起來卻相當復(fù)雜，而且板箱封閉式光生物反應(yīng)器光路長度太短，限制了它的放大潛力。
本實用新型的目的在于克服上述封閉式光生物反應(yīng)器存在的諸多缺陷，而提供一種具有較大面積體積比，較高光合效率，混合、傳質(zhì)良好，結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，性能穩(wěn)定，易于放大的氣升封閉式光生物反應(yīng)器，可用于藻類及其它光合生物的高密度培養(yǎng)。
本實用新型實施方案如下本實用新型提供的氣升封閉式光生物反應(yīng)器，其特征在于主要包括培養(yǎng)罐、氣體提升管、氣體分布器、熱交換裝置、密封管式內(nèi)光源及外光源，培養(yǎng)罐為圓筒型空心罐體，其上端蓋上安裝有加料接種管、排氣管及pH、溶氧探頭，下端蓋上安裝有排料管及熱交換器，培養(yǎng)罐內(nèi)中下部裝有與培養(yǎng)罐同心的氣體提升管，氣體提升管內(nèi)安裝密封管式內(nèi)光源，與放置于培養(yǎng)罐外的配氣裝置的氣路相通的氣體分配器位于氣體提升管內(nèi)中密封管式內(nèi)光源的下方，培養(yǎng)罐外部設(shè)有外光源，所述的氣體分布器或為具有單個或多個氣體噴嘴的氣體分布器，或為圓形或環(huán)形多孔氣體分布板式氣體分布器；培養(yǎng)罐的高徑比為5-15；培養(yǎng)罐與氣體提升管的直徑比為1.3-1.5；培養(yǎng)罐高度與氣體提升管高度比為1.5-1.25；氣體提升管距培養(yǎng)罐底端的距離為氣體提升管直徑的1/2-1/6；氣體分布器直徑為培養(yǎng)罐直徑的1/3-1/4；當氣體提升管與培養(yǎng)罐環(huán)間作為提升區(qū)域時，提升管的上端為喇叭口形。
本實用新型提供的氣升式光生物反應(yīng)器具有以下優(yōu)點由于采用配置內(nèi)、外光源的內(nèi)環(huán)流式結(jié)構(gòu)，提升管與培養(yǎng)罐罐底間有適當?shù)木嚯x供培養(yǎng)液形成良好的循環(huán)流動，避免了死角，使混合更充分，操作更穩(wěn)定；氣升管底部的氣體分布器，使氣體分布均勻，同時形成較大的升力，不僅使培養(yǎng)液形成循環(huán)流動，還可使氣體分散成小氣泡，增大氣液接觸面積，提高氣液傳質(zhì)速率；培養(yǎng)罐內(nèi)內(nèi)置密封管式內(nèi)光源，不僅增大了反應(yīng)器總照光面積，而且使光程縮短，大大提高了生物的光合效率；本實用新型的氣升封閉式光生物反應(yīng)器，利用氣體膨脹功提供能量驅(qū)動液體進行循環(huán)，并使空氣或空氣二氧化碳混合氣均勻分散在液相中進行良好的接觸，促進了CO2的吸收和光合作用產(chǎn)生的氧的驅(qū)除，可有效提高CO2利用率，減少光合作用產(chǎn)生的氧的積累對細胞生長的抑制；本實用新型的氣升封閉式光生物反應(yīng)器，無機械攪拌，總耗能低，同時可獲得良好的物料混合、較高的氣液傳質(zhì)強度、低剪切應(yīng)力、較大的光照面積和較短的光路長度等藻類生長的適宜條件，可顯著提高光合效率，縮短培養(yǎng)周期，提高細胞培養(yǎng)密度，提高產(chǎn)率；本實用新型的氣升封閉式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單，加工費用低，操作方便，可對培養(yǎng)基進行徹底的蒸汽滅菌，已成功地應(yīng)用于微藻高密度培養(yǎng)。
以下結(jié)合附圖及實施例進一步描述本實用新型附


圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖其中培養(yǎng)罐1氣體提升管2密封管式內(nèi)光源3外光源4氣體分布器5配氣裝置6pH、溶氧探頭7 熱交換裝置8加料接種管9排氣管10 內(nèi)光源密封管11 排料管12由圖知，本實用新型提供的氣升封閉式光生物反應(yīng)器，其特征在于主要包括培養(yǎng)罐1、氣體提升管2、氣體分布器5、熱交換裝置8、密封管式內(nèi)光源3及外光源4，培養(yǎng)罐1為圓筒型空心罐體，其上端蓋上安裝有加料接種管9、排氣管10及pH、溶氧探頭7，培養(yǎng)罐罐底上安裝有排料管12及熱交換器8，培養(yǎng)罐內(nèi)中下部裝有與培養(yǎng)罐同心的氣體提升管2，氣體提升管2內(nèi)安裝密封管式內(nèi)光源3，與放置于培養(yǎng)罐1外的配氣裝置6氣路相通的氣體分配器5位于氣體提升管2內(nèi)密封管式內(nèi)光源3的下方，培養(yǎng)罐1外部設(shè)有外光源4，所述的氣體分布器2或為具有單個或多個氣體噴嘴的氣體分布器，或為圓形或環(huán)形多孔氣體分布板式氣體分配器；實施例1本實施例提供的氣升封閉式光生物反應(yīng)器，培養(yǎng)罐1直徑為182mm，高為1000mm，氣體提升管2高度為666mm，直徑為131mm，氣體提升管2底端距培養(yǎng)罐罐底的距離為65mm，密封管式內(nèi)光源3的密封管11直徑為45mm，該氣升封閉式生物反應(yīng)器有效容積為15升，氣體分布器5直徑為50mm的不銹鋼燒結(jié)多孔板，孔徑為80μ。培養(yǎng)罐1、氣體提升管2、內(nèi)光源密封管11用硬質(zhì)硅硼玻璃制作，其余部件為不銹鋼制成，內(nèi)光源密封管11內(nèi)配置40W日光燈構(gòu)成密封管式內(nèi)光源3，培養(yǎng)罐1外四周均勻分布4-16支40W日光燈構(gòu)成外光源4。在該氣升封閉式生物反應(yīng)器中培養(yǎng)絲狀體淡水藍藻Anabaena SP.PCC.7120，培養(yǎng)液是以NaNO3為氮源的BG-11培養(yǎng)基，光強為4mW/cm2，通入含5％CO2的空氣二氧化碳混合氣，氣量為21/min，接種密度為0.1g/l干重。藻細胞終密度達到1.10g/l。體積產(chǎn)率為0.275g/ld，面積產(chǎn)率為5.4g/m2d。培養(yǎng)過程中溶氧變化不大。與搖床培養(yǎng)相比產(chǎn)量提高2-3倍，培養(yǎng)周期縮短了10天。
實施例2本實施例提供的氣升封閉式光生物反應(yīng)器，培養(yǎng)罐1直徑為182mm，高為1800mm，氣體提升管2直徑為120mm，氣體提升管2高度為1400mm，氣體提升管2底端距培養(yǎng)罐罐底的距離為20mm，密封管式內(nèi)光源3的密封管11直密封管式內(nèi)光源3的密封管11直徑為45mm，該氣升封閉式生物反應(yīng)器有效容積為15升，氣體分布器5直徑為50mm的不銹鋼燒結(jié)多孔板，孔徑為80μ。培養(yǎng)罐1、氣體提升管2、內(nèi)光源密封管11用硬質(zhì)硅硼玻璃制作，其余部件為不銹鋼制成，內(nèi)光源密封管11內(nèi)配置40W日光燈構(gòu)成密封管式內(nèi)光源3，培養(yǎng)罐1外四周均勻分布4-16支40W日光燈構(gòu)成外光源4。在該氣升封閉式生物反應(yīng)器中培養(yǎng)單細胞海洋藍藻Synechococcus.SP.PCC.7002，以Medium A為培養(yǎng)基，光強為4mW/cm2，通入含1％CO2的空氣二氧化碳混合氣，氣量為21/min，接種密度為0.13g/l干重。藻細胞終密度達到2.36g/l。體積產(chǎn)率為0.39g/ld，面積產(chǎn)率為7.64g/m2d。
實施例3本實施例提供的氣升封閉式光生物反應(yīng)器，培養(yǎng)罐1直徑為130mm，高為2000mm，氣體提升管2直徑為100mm，氣體提升管2高度為130mm，氣體提升管2底部距培養(yǎng)罐罐底的距離為30mm，密封管式內(nèi)光源3的密封管式內(nèi)光源3的密封管11直徑為45mm，該氣升封閉式生物反應(yīng)器有效容積為18升，氣體分布器5直徑為32mm的不銹鋼燒結(jié)多孔板，孔徑為80μ。培養(yǎng)罐1、氣體提升管2、內(nèi)光源密封管11用硬質(zhì)硅硼玻璃制作，其余部件為不銹鋼制成，內(nèi)光源密封管11內(nèi)配置40W日光燈構(gòu)成密封管式內(nèi)光源3，培養(yǎng)罐1外四周均勻分布4-16支40W日光燈構(gòu)成外光源4。在該氣升封閉式生物反應(yīng)器中培養(yǎng)絲狀體淡水藍藻Anabaena SP.PCC.7120，培養(yǎng)液是以NaNO3為氮源的BG-11培養(yǎng)基，光強為4mW/cm2，通入含5％CO2的空氣二氧化碳混合氣，氣量為21/min，接種密度為0.1g/l干重。藻細胞終密度達到2.34g/l干重。體積產(chǎn)率為0.334g/ld，面積產(chǎn)率為5.4g/m2d。
權(quán)利要求1.一種氣升封閉式光生物反應(yīng)器，其特征在于主要包括培養(yǎng)罐、氣體提升管、氣體分布器、熱交換裝置、密封管式內(nèi)光源及外光源，培養(yǎng)罐為圓筒型空心罐體，其上端蓋上安裝有加料接種管、排氣管及pH、溶氧探頭，下端蓋上安裝有排料管及熱交換器，培養(yǎng)罐內(nèi)中下部裝有與培養(yǎng)罐同心的氣體提升管，氣體提升管內(nèi)安裝密封管式內(nèi)光源，與放置于培養(yǎng)罐外的配氣裝置的氣路相通的氣體分配器位于氣體提升管內(nèi)密封管式內(nèi)光源下方，培養(yǎng)罐外部設(shè)有外光源，所述的氣體分布器或為具有單個或多個氣體噴嘴的氣體分布器，或為圓形或環(huán)形多孔氣體分布板式氣體分布器。
2.按權(quán)利要求1所述的氣升封閉式光生物反應(yīng)器，其特征在于所述的培養(yǎng)罐的高徑比為5-15。
3.按權(quán)利要求1所述的氣升封閉式光生物反應(yīng)器，其特征在于培養(yǎng)罐與氣體提升管的直徑比為1.3-1.5。
4.按權(quán)利要求1所述的氣升封閉式光生物反應(yīng)器，其特征在于培養(yǎng)罐高度與氣體提升管高度比為1.5-1.25。
5.按權(quán)利要求1所述的氣升封閉式光生物反應(yīng)器，其特征在于氣體提升管底端距培養(yǎng)罐罐底的距離為氣體提升管直徑的1/2-1/6；氣體分布器直徑為培養(yǎng)罐直徑的1/3-1/4。
6.按權(quán)利要求1所述的氣升封閉式光生物反應(yīng)器，其特征在于當氣體提升管與培養(yǎng)罐環(huán)間作為提升區(qū)域時，氣體提升管的上端為喇叭口形。
專利摘要本氣升封閉式光生物反應(yīng)器:其培養(yǎng)罐上端蓋上安裝有加料接種管、排氣管及pH、溶氧探頭,下端蓋上安裝有排料管及熱交換器,培養(yǎng)罐內(nèi)中下部裝有與培養(yǎng)罐同心的氣體提升管,提升管內(nèi)安裝密封管式內(nèi)光源,提升管外設(shè)外光源,內(nèi)光源下方放置的氣體分配器與罐體外的配氣裝置氣路相通,提升管與罐底間留有距離作為培養(yǎng)液循環(huán)流動的通道,該反應(yīng)器照光面積大,液體混合好,氣液傳質(zhì)強度高,剪切力低,適用于各種光合細胞的培養(yǎng),可大幅度提高產(chǎn)量,縮短培養(yǎng)周期,降低成本。
文檔編號C12M1/42GK2384948SQ99213569
公開日2000年6月28日 申請日期1999年6月11日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月11日
發(fā)明者康瑞娟, 喻國策, 邵葵, 施定基, 蔡昭鈴 申請人:中國科學(xué)院化工冶金研究所