[發明專利]一種利用微管系統強化傳質傳熱的生物反應器

無效

• 申請號: 201010113588.3
• 申請日: 2010-02-24
• 公開（公告）號: CN101886032A
• 公開（公告）日: 2010-11-17
• 發明（設計）人: 陳洪章;彭小偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C12M1/00
• 分類號: C12M1/00;C12M3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于生物反應器領域，特別涉及一種利用微管系統強化傳質傳熱的生物反應器。

技術背景

生物反應器是實現微生物發酵、動植物細胞培養，生產各種生物制品和發酵產品的必備設備，其作用是強化傳質傳熱，為微生物或動植物細胞提供穩定的生長環境。目前已經有多種生物反應器問世，如攪拌式反應器、氣升式反應器、氣相雙動態固態發酵反應器等，它們能分別使用于某些特定物質的生產，對生物技術產業的發展起到重要的推動作用。但各自都有一定的缺陷，如攪拌式反應器產生的剪切力對某些細胞的生長有抑制作用而限制了其更廣泛的應用，攪拌所需的高能耗也大大提高了產品的生產成本，而氣相雙動態固態發酵反應器以氣體為介質進行氣體交換和強化傳質傳熱，不能進行以液體為介質的物質交換。也有人開發了一種發酵罐(專利號200610017078.X)通過貼有壓電片的彈簧組固定連接的柔性壁蠕動來實現強化傳熱、傳質，這種發酵罐雖然可以使其中的物料產生位移，但難以放大，反應產生的熱量無法及時散出，很難應用于工業化。針對以上問題，本發明模仿土壤與植物根系進行物質交換的特點，設計了一種在反應器內有類似于植物根系的管道的生物反應器，管道由若干剛性主管道和柔性微管道兩級管道系統組成，管道壁由微濾膜、超濾膜或納濾膜做成，管道內外的物質如二氧化碳、氧氣、葡萄糖等和能量可通過管道壁進行交換。本生物反應器能實現靜態培養，克服攪拌式反應器的剪切力對細胞生長的不利影響，由于不需要攪拌而大大降低生產能耗。本生物反應器可用于厭氧發酵、好氧發酵，液態發酵和固態發酵，也適應于動植物細胞培養。

近年來膜技術的發展迅速，已能夠廉價制備各種高效的微濾膜、超濾膜和納濾膜，這就使本發明的管道壁的選擇提供了廣泛的材料，根據需要，管道的壁可以是微濾膜、超濾膜或納濾膜。

發明內容

【本發明的目的】根據土壤與植物根系進行物質交換的特點，發明了一種利用微管系統強化傳質傳熱的生物反應器，使發酵微生物或動植物細胞在靜態的條件下能夠與外界進行物質和能量交換，克服攪拌式反應器產生的剪切力對微生物和動植物細胞的不利影響、攪拌能耗高、氣相雙動態固態發酵反應器只能以氣體為介質進行氣體交換和強化傳質傳熱等目前生物反應器存在的缺陷。本發明的技術方案如下：

【技術方案】一種利用微管系統強化傳質傳熱的生物反應器，其特征是反應器為圓柱狀，有進料口和出料口，可以密封和利用蒸汽滅菌，在反應器內有類似于植物根系的管道，管道由若干根剛性主管道和柔性微管道兩級管道系統組成，主管道入口端固定在反應器壁上，另一端向反應器內伸展，微管道一端封閉另一端與主管道相通，反應器外面有可收縮和舒張的囊與主管道相通，氣體或液體物質通過囊進入管道，并且在外力作用下使囊收縮和舒張，控制管道內液體或氣體的壓力，管道壁由微濾膜、超濾膜或納濾膜做成，管道內外的物質和能量可通過管道壁進行交換。

主管道內徑為0.5-5cm，其長度為反應器內徑的1/2-2/3，微管道內徑為0.1mm-5mm，長度為1cm-2m，微管道的入口均勻分布于主管道壁上。囊體積為與其相連的管道總體積的1-5倍，囊有儲存物料功能，它的收縮和舒張可使管道內的物質往復流動，加快管道內外物質的交換。根據需要管道內可以通氣體如空氣、二氧化碳等，也可以通液體，如葡萄糖溶液等，通過調節充入管道物質的溫度來控制反應器的溫度。

本生物反應器可用于厭氧發酵、好氧發酵，液態發酵和固態發酵，也適應于動植物細胞培養。

附圖說明

圖1為本發明生物反應器的示意圖，圖中：

1、反應器，2、剛性主管道，3、柔性微管道，4、囊，5、進料口，6、出料口，7、囊壓板

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明，

反應器為圓柱狀，內徑(直徑)為50cm，有效發酵體積為100升，有進料口和出料口，可以密封和利用蒸汽滅菌，在反應器內有類似于植物根系的管道，管道由剛性主管道和柔性微管道兩級管道系統組成，主管道入口端固定在反應器壁上，另一端端口封閉并向反應器內伸展，微管道一端封閉另一端與主管道相通，反應器外面有可收縮和舒張的囊與主管道相通，氣體通過囊進入管道，并且囊的收縮和舒張控制管道內氣體的壓力，管道壁由微濾膜做成，管道內外的氣體可通過管道壁進行交換。