CN103205361A

CN103205361A - 一种气雾式微藻光照反应装置

Info

Publication number: CN103205361A
Application number: CN2013101393785A
Authority: CN
Inventors: 徐权汉; 张述智; 夏伟; 张�浩; 郑德志
Original assignee: Qingdao Zhongren Pharmaceutical Coltd
Current assignee: Qingdao Zhongren Pharmaceutical Coltd
Priority date: 2013-04-22
Filing date: 2013-04-22
Publication date: 2013-07-17

Abstract

本发明属于生物反应设备制造技术领域，涉及一种气雾式微藻光照反应装置，不锈钢罐体的顶端处固定制有上盖，上盖与不锈钢罐体之间制有封头，不锈钢罐体的顶部外侧面上分别制有进料口和出气口，对应进料口的不锈钢罐体的侧面中部下侧制有传感器接口；不锈钢罐体的侧面制有三个观察孔，不锈钢罐体的底端中心处固定制有出料口，不锈钢罐体的底部固定安装于固定架上；不锈钢罐体的内腔中间段周侧制有蛇形加热盘管，蛇形加热盘管的内腔上下端分别固定制有光柱支架，光柱支架中间圆周线上均匀排列竖向固定制有光柱；不锈钢罐体的内腔内底部固定制有气雾发生器；其结构简单，造价较低，通用性强，使用操作简便，发酵效果好，环境友好。

Description

一种气雾式微藻光照反应装置

技术领域：

本发明属于生物反应设备制造技术领域，涉及一种大容量的气雾式微藻LED内置光照结构的反应器，特别是一种气雾式微藻光照反应装置。

背景技术：

生物反应器是生物工程技术中使用的重要生产工具，新型反应器的设计往往可以推动一个产业的迅速发展。微藻的开发利用产业是目前快速发展的新兴产业，各种不同的微藻可以提供新型优质蛋白产品、保健产品、医药产品和能源产品等，但目前微藻规模化培养主要是在敞开式的跑道池进行，其缺点很多：一是跑道池难以避免细菌和真菌，其它速生杂藻和原生动物的污染和捕食，严重影响产量;二是由于季节气候和昼夜等自然条件的变化对产量的影响；三是跑道池要占用大量的土地，易受周围环境的影响；四是大规模的跑道水池培育，由于光照、温度等不恒定，管理十分困难；这些缺点成为微藻进一步扩大产能和产业化生产的制约因素，现有的全封闭光生物反应器主要有立柱式、平板式和管式中小型反应器，难以达到产业化的要求。因此，寻求设计一种应用于产业化大容量封闭式的光照生物反应器会成为微藻规模化生产和开发利用的必备条件之一。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计制备一种气雾式微藻光照反应装置，整体装置采用全封闭结构和内置LED光源的气雾式柔性搅拌技术，组合成一体式反应器，应用于对海洋微藻生物反应场合。

为了实现上述目的，本发明的主体结构包括不锈钢罐体、观察孔、封头、上盖、进料口、传感器接口、出气口、出料口、光照控制器、电源导线、蛇形加热盘管、气雾发生器、光柱、光柱支架、LED导线、上盖板、光柱穿入孔、中央入孔、十字支架、环形支架和固定架；内空式圆筒结构的不锈钢罐体的顶端处固定制有上盖，上盖与不锈钢罐体之间制有封头，不锈钢罐体的顶部外侧面上分别制有进料口和出气口，对应进料口的不锈钢罐体的侧面中部下侧制有传感器接口，用于外接传感器导线；不锈钢罐体的侧面上上下均匀排列制有三个相同结构的观察孔，不锈钢罐体的底端中心处固定制有出料口，不锈钢罐体的底部架空式固定安装于固定架上；不锈钢罐体的内腔中间段周侧环绕式制有螺旋结构的蛇形加热盘管，蛇形加热盘管的内腔上下端分别固定制有两个对称结构的光柱支架，圆环盘状结构的光柱支架中间圆周线上均匀排列竖向固定制有光柱，各光柱的顶端分别通过连通的LED导线与光照控制器光电信息连通，并通过光照控制器经光伏电池电源导线连接外电源，实现光电连通并控制光柱的发光强度；不锈钢罐体的内腔内底部固定制有气雾发生器；封头包括上盖板、光柱穿入孔和中央入孔，环状结构的封头中心处挖空式制有中央入孔供光伏电池电源导线接入，环状结构的盖板的中间圆周线上分别制有固定光柱用的光柱穿入孔；光柱支架与封头的外形和结构对称，框架结构的光柱支架中间交叉制有十字支架，圆周中心处制有与十字支架固连的环形支架，环形支架上均匀分布固定置有光柱。

本发明涉及的光照反应装置的不锈钢罐体的外形为直立式圆形筒体，直径与高度比为1:2.5，机械结构为非压力容器，筒体材质为不锈钢、碳钢板、塑料或钢筋混凝土结构；光柱采用LED二极管串联成光带置入透明玻璃管内，玻璃管下端封闭，上端为LED导线出口，安装完毕后，进行防水封闭，构成全封闭的光柱式光源；光柱在不锈钢罐体内呈直立式圆形排列，使光柱与不锈钢罐体内壁和光柱与光柱之间等间距，使光照强度在反应装置内均匀分布；反应装置内的光照强度为500Lx—15000Lx，可转换和调节；光照色度能够根据不同微藻的要求进行调节，或增添蓝色或红色光源；光源能量采用光伏太阳能电池供给，或采用市电补充。

本发明的搅拌方式采用气雾发生器放出的气雾流自然上升，带动培养液上下对流实现搅拌、传质和传热的功效；气雾发生器的微孔出气口安装在底部，气雾发生器的气体供应可分外源供气和内循环供气，外源供气由充气泵提供，内循环供气由不锈钢罐体上部的出气口提供气源，泵入气雾发生器后进入内部循环；当气体泵入气雾发生器后从其微孔曝气喷雾器的微孔放出形成雾状气流带动发酵液上下流动实现搅拌；气雾发生器实现搅拌的同时能够充氧或充二氧化碳或充氮，或与二氧化碳并联供气，其利用率为常规供气的5倍；整个发酵反应过程中采用常温化学消毒法；不锈钢罐体内放置的蛇形加热盘管内用恒温水循环，保持不锈钢罐体内温度恒定，不锈钢罐体外壁或进行保温处理。

本发明的辅件设计有补料罐、酸罐、碱罐、无菌空气和二氧化碳，视培育不同微藻的需求进行增减。

本发明与现有技术相比，一是采用全封闭结构，避免外界因素的影响，其光照、温度、PH、溶氧、营养盐等参数自由控制，避免细菌、杂藻、原生动物的污染；二是内置光源可集中利用光能，使光源全部利用，避免光源扩散或光污染；三是气雾式柔性喷雾搅拌，可充气与搅拌合二为一，其结构简单，造价较低，通用性强，使用操作简便，发酵效果好，环境友好。

附图说明：

图1为本发明的主体外形结构原理示意图。

图2为本发明的主体内部结构原理示意图。

图3为本发明涉及的封头结构原理示意图。

图4为本发明涉及的光柱支架结构原理示意图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图作进一步说明。

实施例：

本实施例的主体结构包括不锈钢罐体1、观察孔2、封头3、上盖4、进料口5、传感器接口6、出气口7、出料口8、光照控制器9、电源导线10、蛇形加热盘管11、气雾发生器12、光柱13、光柱支架14、LED导线15、上盖板16、光柱穿入孔17、中央入孔18、十字支架19、环形支架20和固定架21；内空式圆筒结构的不锈钢罐体1的顶端处固定制有上盖4，上盖4与不锈钢罐体1之间制有封头3，不锈钢罐体1的顶部外侧面上分别制有进料口5和出气口7，对应进料口5的不锈钢罐体1的侧面中部下侧制有传感器接口6，用于外接传感器导线；不锈钢罐体1的侧面上上下均匀排列制有三个相同结构的观察孔2，不锈钢罐体1的底端中心处固定制有出料口8，不锈钢罐体1的底部架空式固定安装于固定架21上；不锈钢罐体1的内腔中间段周侧环绕式制有螺旋结构的蛇形加热盘管11，蛇形加热盘管11的内腔上下端分别固定制有两个对称结构的光柱支架14，圆环盘状结构的光柱支架14中间圆周线上均匀排列竖向固定制有光柱13，各光柱13的顶端分别通过连通的LED导线15与光照控制器9光电信息连通，并通过光照控制器9经光伏电池电源导线10连接外电源，实现光电连通并控制光柱13的发光强度；不锈钢罐体1的内腔内底部固定制有气雾发生器12；封头3包括上盖板16、光柱穿入孔17和中央入孔18，环状结构的封头3中心处挖空式制有中央入孔18供光伏电池电源导线接入，环状结构的盖板16的中间圆周线上分别制有固定光柱13用的光柱穿入孔17；光柱支架14与封头3的外形和结构对称，框架结构的光柱支架14中间交叉制有十字支架19，圆周中心处制有与十字支架19固连的环形支架20，环形支架20上均匀分布固定置有光柱13。

本实施例发酵时，先对不锈钢罐体1消毒后，从进料口5泵入培养微藻用的常规的过滤水至定容后，加入化学消毒剂；再开启搅拌系统的气雾发生器12搅拌5分钟，使化学消毒剂充分搅拌均匀后，关机并关闭全部与不锈钢罐体1外连的各罐口静止12小时；再从进料口5加入余毒清除剂，开启出气口7和气雾发生器12强烈曝气10分钟，使余毒物质彻底清除或中和失效后，加入经过高温消毒的培养剂搅拌均匀，同时开启光照控制器9使培养剂温度调节至预设温度；然后从进料口5接入藻种后关闭进料口5；再开启气雾发生器12和出气口7，调节至微雾进气量与出气到达平衡，使不锈钢罐体1内气压稍高于外界气压；最后开启光源使光照强度调节至预设的强度，完成消毒接种，进入微藻培育阶段；在微藻培育阶段，微藻培育周期较长，应对各项参数进入调节；由于昼夜温差和天气变化，可用光照控制器9对温度进行调节；由于微藻的生长繁殖，藻体增加，基于藻体的遮光作用微调增加光照强度；培养过程中的光合作用导致二氧化碳的消耗，从气雾发生器12中增加二氧化碳；PH的变化用辅设的酸碱罐进行调节；营养物的消耗由补料罐加营养剂；调节至微藻培育的最适培养条件，当雨生红球藻培育时，在营养细胞对数生长早期，加强光照，增加温度和补料时调节培养剂配方，为雨生红球藻增加虾青素的积累；当藻体生长至预设生物量或活性物质达到预设量时，打开出料口5出料，培育过程结束。

Claims

1.一种气雾式微藻光照反应装置，其特征在于主体结构包括不锈钢罐体、观察孔、封头、上盖、进料口、传感器接口、出气口、出料口、光照控制器、电源导线、蛇形加热盘管、气雾发生器、光柱、光柱支架、LED导线、上盖板、光柱穿入孔、中央入孔、十字支架、环形支架和固定架；内空式圆筒结构的不锈钢罐体的顶端处固定制有上盖，上盖与不锈钢罐体之间制有封头，不锈钢罐体顶部外侧面上分别制有进料口和出气口，对应进料口的不锈钢罐体侧面中部下侧制有传感器接口，用于外接传感器导线；不锈钢罐体侧面上上下均匀排列制有三个相同结构的观察孔，不锈钢罐体底端中心处固定制有出料口，不锈钢罐体底部架空式固定安装于固定架上；不锈钢罐体的内腔中间段环绕式制有螺旋结构的蛇形加热盘管，蛇形加热盘管的内腔上下端分别固定制有两个对称结构的光柱支架，圆环状结构的光柱支架中间圆周线上均匀排列竖向固定制有光柱，各光柱顶端分别通过连通的LED导线与光照控制器光电信息连通，并通过光照控制器经光伏电池电源导线连接外电源，实现光电连通并控制光柱的发光强度；不锈钢罐体的内腔内底部固定制有气雾发生器；封头包括上盖板、光柱穿入孔和中央入孔，环状结构的封头中心处挖空式制有中央入孔供光伏电池电源导线接入，环状结构的盖板的中间圆周线上分别制有固定光柱用的光柱穿入孔；光柱支架与封头的外形和结构对称，框架结构的光柱支架中间交叉制有十字支架，圆周中心处制有与十字支架固连的环形支架，环形支架上均匀分布固定置有光柱。

2.根据权利要求1所述的气雾式微藻光照反应装置，其特征在于不锈钢罐体的外形为直立式圆形筒体，直径与高度比为1:2.5，机械结构为非压力容器，筒体材质为不锈钢、碳钢板、塑料或钢筋混凝土结构；光柱采用LED二极管串联成光带置入透明玻璃管内，玻璃管下端封闭，上端为LED导线出口并进行防水封闭；光柱在不锈钢罐体内呈直立式圆形排列，光柱与不锈钢罐体内壁和光柱与光柱之间等间距，光照强度在反应装置内均匀分布；反应装置内的光照强度为500Lx—15000Lx，能够转换和调节；光照色度能够根据不同微藻的要求进行调节，或增添蓝色或红色光源；光源能量采用光伏太阳能电池供给或采用市电补充。

3.根据权利要求1所述的气雾式微藻光照反应装置，其特征在于搅拌方式采用气雾发生器放出的气雾流自然上升，带动培养液上下对流实现搅拌、传质和传热的功效；气雾发生器的微孔出气口安装在底部，气雾发生器的气体供应分外源供气和内循环供气，外源供气由充气泵提供，内循环供气由不锈钢罐体上部的出气口提供气源，泵入气雾发生器后进入内部循环；当气体泵入气雾发生器后从其微孔曝气喷雾器的微孔放出形成雾状气流带动发酵液上下流动实现搅拌；气雾发生器实现搅拌的同时能够充氧或充二氧化碳或充氮，或与二氧化碳并联供气，其利用率为常规供气的5倍；整个发酵反应过程中采用常温化学消毒法；不锈钢罐体内放置的蛇形加热盘管内用恒温水循环，保持不锈钢罐体内温度恒定，不锈钢罐体外壁或进行保温处理。

4.根据权利要求1所述的气雾式微藻光照反应装置，其特征在于辅件设计包括补料罐、酸罐、碱罐、无菌空气和二氧化碳，视培育不同微藻的需求进行增减。