[發(fā)明專利]導流筒和使用該導流筒的柱狀式生物反應器及設置方法

有效

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• 申請日: 2011-12-13
• 公開（公告）號: CN102517212A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設計）人: 尤學一;王淋淋;季民
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C12M3/00
• 分類號: C12M3/00;C12M1/04
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 杜文茹

技術領域

本發(fā)明涉及一種氣升式筒狀生物反應器。特別是涉及一種通過控制導流筒凹凸起伏的周期數及幅度，來實現反應器所培養(yǎng)生物的最佳流速、湍流混合及氣液傳質條件的導流筒和使用該導流筒的柱狀式生物反應器及設置方法。

背景技術

氣升式生物反應器廣泛應用于植物細胞培養(yǎng)及發(fā)酵工業(yè)，依據曝氣位置的不同分為內循環(huán)式和外循環(huán)式兩大類，在氣體的帶動下，反應器的流動性較其他生物反應器更均勻，隨著液體攜帶氣泡在反應器內循環(huán)流動，可實現良好的氣液混合，但目前柱狀氣升式生物及光生物反應器內的導流筒主要是平面直導流筒，使得氣升式生物反應器在高密度培養(yǎng)生物時混合不夠均勻。此外，用該反應器培養(yǎng)光合生物，如微藻、光合細菌時，在特定的通氣條件下，混合能力有限，加上生物間的相互遮擋，在反應器靠近光照區(qū)域，會出現“光抑制”現象，而遠離光照的區(qū)域則出現“光限制”現象，極大的影響反應器內生物的生長。而加大通氣量來增強湍流混合時，在當前普遍采用的平面直導流筒的反應器內，培養(yǎng)液的循環(huán)液速也會隨之增大，同時會出現較強的湍流擾動，將對大部分適于低流速、小擾動環(huán)境條件下生長的藻類及菌種帶來不利影響，進而降低反應器的生產能力。

當前對生物及光生物反應器開發(fā)研究，主要致力于改變反應器內置導流筒的結構參數，如導流筒的高徑比，導流筒安裝位置，導流筒所形成的下降區(qū)與上升區(qū)截面面積比等，來提高反應器內氣液傳質與混合，但這些優(yōu)化方式對實現光合生物在光照區(qū)的混合，尤其是光照方向的徑向混合作用不大。同時未解決增大通氣量帶來培養(yǎng)液循環(huán)流速過大的問題。此外，當前所采用的平面直導流筒，其結構本身對增強反應器內的傳質混合作用不大。因此，有必要開發(fā)新型結構的導流筒來強化反應器的傳質混合同時調節(jié)液體流速。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種氣液傳質效率改善明顯，培養(yǎng)液混合均勻，光照方向湍流混合均勻，光能利用率高的導流筒和使用該導流筒的柱狀式生物反應器及設置方法。

本發(fā)明所采用的技術方案是：一種導流筒和使用該導流筒的柱狀式生物反應器及設置方法，柱狀式生物反應器的導流筒是筒壁為上下貫通的凹凸起伏的波浪形結構的導流筒。

所述的波浪形結構是圓弧形波浪結構、三角形波浪結構、梯形波浪結構和矩形波浪結構中的一種。

所述的波浪形結構的導流筒的波浪中前一個波浪最高峰的峰點到下一個波浪最高峰的峰點之間為一個周期，所述的波浪形結構的導流筒所具有的波浪為1.5個周期到50個周期。

一種具有波浪形結構導流筒的柱狀式生物反應器，包括有反應器罐體，設置在反應器罐體頂部的氣體出口和培養(yǎng)液進口，設置在反應器罐體底部的培養(yǎng)液出口和進氣裝置，所述的進氣裝置采用曝氣裝置或由是氣體分布器與進氣管構成，所述的反應器罐體內設置有筒壁為波浪形結構導流筒，所述的波浪形結構導流筒所構成的上端開口和下端開口均為向外擴展的喇叭狀開口。

所述的波浪形結構是圓弧形波浪結構、三角形波浪結構、梯形波浪結構和矩形波浪結構中的一種。

所述的波浪形結構導流筒的前一個最高峰的峰點到下一個最高峰的峰點之間為一個周期，所述的波浪形結構導流筒所具有的波浪有1.5個周期到50個周期。

所述的波浪形結構導流筒的峰高a：0＜a＜d，其中，d是波浪形結構導流筒的中心與波浪中心線c之間的距離。

一種柱狀式生物反應器的波浪形結構導流筒的設置方法，包括如下步驟：

1)根據所培養(yǎng)生物生長的需求，確定該柱狀式生物反應器的通氣量或通氣速度，并計算一分鐘內通入反應器內氣體的體積，再結合柱狀式生物反應器內實際培養(yǎng)液體積，得出一分鐘內通入氣體體積與反應器培養(yǎng)液體積的比值，將該比值定為通氣比，

通氣比R：R＝V₁/V₂，其中：V₁?1分鐘通入反應器中氣體的體積；V₂柱狀式生物反應器內實際培養(yǎng)液體積；

2)根據得出的通氣比，確定柱狀式生物反應器所采用的具有凹凸起伏的波浪形結構導流筒(5)的波浪周期數及幅度；

3)將具有凹凸起伏的波浪形結構導流筒(5)安裝在柱狀式生物反應器內所設定的導流筒設置位置上。

當所述的通氣比R在0～0.25時，所述的波浪形結構導流筒的峰高a是柱狀反應器半徑的0.05～0.12倍之間；當所述的通氣比R在0.25～0.5時，所述的波浪形結構導流筒的峰高a是柱狀反應器半徑的0.06～0.2倍之間；當所述的通氣比R高于0.5時，所述的波浪形結構導流筒的峰高a是柱狀反應器半徑的0.08～0.3倍之間。