一種密閉式生物反應系統的製作方法
2023-09-19 20:52:40
專利名稱：一種密閉式生物反應系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於生物工程技術領域，具體涉及一種微生物培養中的密閉式生物反應系統。
背景技術：
微生物是地球上最重要的一種生物，是生物圈中重要的一個組成部分。開發和利用微生物可以為人類社會提供大量的蛋白質、維生素、胡蘿蔔素、碳水化合物、色素、礦物質、多糖、脂肪以及不飽和脂肪酸等，而且一年四季都可以培養，產量是糧食作物的幾十倍甚至上百倍，經濟效益是經濟作物的上千倍。微生物種類繁多，不同品種對生存的環境有不同的要求，開發和利用微生物必須達到單種純培養，全過程必須為封閉式，杜絕真菌、細菌、灰塵、原生動物的影響。目前培養微生物採用封閉式柱狀罐體反應器，此反應器罐體直徑幾釐米到幾百釐米，體積為幾噸到幾十噸，體壁較厚，溫度高低通過體壁夾層傳遞，但往往需要消耗大量能源來控制，而且不能做到即時有效調控；罐體中間設置有大型螺旋槳片和電機，反應器運轉需要消耗大量電能；罐體內培養溶液液位較深，給微生物提供氧氣和二氧化碳就必須經過專用設備壓縮後供給，並且兩種氣體在培養液內溶解度低，而且與培養液體接觸面積小，接觸時間短，大量氣體未被利用就排出，導致溶液PH值高低不穩定、碳源缺乏、溶解氧不足，進而引起微生物培養效率低。因此，在保持培養體積不變的情況下，如何即時有效來調控溫度，耗費極少能源， 增加氣體和碳源的利用率，提高微生物培養效率，成為微生物開發利用的關鍵核心技術問題。
發明內容
本發明的目的是針對上述存在的問題，提供一種新型的微生物培養中的密閉式生物反應系統。其可有效解決空氣和碳源利用率低的問題，為微生物生長提供最佳的培養環
^Mi ο本發明解決上述問題所採用的技術方案是
該系統由動力系統和反應單元構成，動力系統包括能源和泵體，能源與泵體連接 』反應單元包括管道組、閥門、回收管、空氣管、碳源管、碳源；管道組一端與泵體出口連接，另一端與回收管連接，閥門分別位於回收管頂部和回收管底部；回收管一端與管道組連接，另一端與泵體連接，上部設置排氣口 ；空氣管設置在回收管內，其中一端位於回收管外部，並且設計有閥門，另一端位於回收管底部與泵體間，碳源管一端與碳源相連，另一端位於回收管底部與泵體間。所述的回收管為透明的材料構成，直徑與管道組等徑，垂直放置。所述的管道組管徑為DN (內徑)20 DN110，材料可由聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、 玻璃或不鏽鋼等構成，可為透明、半透明或不透明。
所述的管道組可為豎直、傾斜、水平放置，由多根管道串連和並聯構成。所述泵體可以為離心泵、往復泵、齒輪泵、旋渦泵等。所述空氣管和碳源管直徑為DN3 DW2，材料可為矽膠、聚乙烯或聚氯乙烯等構成。所述的碳源可以為工廠廢氣、汽車尾氣、石油液化氣、柴煤廢氣、沼氣或有機物等。本發明與現有技術比較具有以下優點
1、回收管內不需要安裝槳片和電機，管徑相對較小，管道內液體帶走全部培養物，培養物不易沉澱於管壁。2、整個系統溫度容易控制，可以即時調節，管道組直徑較小，傳熱快，在管壁上噴灑熱水或冰水，溫度就可以控制在規定的範圍內。3、該系統使用的碳源可以為液態、氣態，擺脫必須把氣體液化後才能使用的傳統做法。4、空氣和碳源供給方式利用文丘裡原理，回收管內液體經泵體提速後，回收管內產生負壓，空氣和碳源就被吸入到液體裡，擺脫原來需要泵和壓力設備來正壓供給的方法。5、空氣和碳源經過泵體後，壓強增大，溶解度增加，在管道組內跟隨培養液體一起進行無數次循環，增加了接觸面積和接觸機會，給微生物提供充足的時間吸收，可以達到 100%的利用，盡而使培養液的PH值維持在一個穩定範圍內。6、整個系統結構簡單，佔地面積小，可以根據實際地形安裝，如車上、工廠、廚房， 真正達到零排放。7、整個系統耗能小，唯一動力為泵體，能源可以為風能、太陽能、化學能、電能或機械能，可以直接或間接給泵體提供能量。
圖1是本發明的密閉式生物反應系統結構示意圖。圖中，1 一排氣閥，2 —空氣管閥，3 —空氣管，4 一碳源管，5 —碳源，6 —回收管， 7 一回收管閥，8 —泵體，9 一管道組。
具體實施例方式如圖1所示，本發明具體結構如下
本發明的密閉式生物反應系統由動力系統和反應單元構成，動力系統包括能源和泵體 8，能源與泵體8連接。反應單元包括管道組9、排氣閥1、空氣管閥2、和回收管閥7、回收管 6、空氣管3和碳源管4，管道組9 一端與泵體8出口連接，另一端與回收管6連接，排氣閥1 位於回收管6頂部，空氣管閥2位於空氣管3上、回收管閥7位於回收管6底部；回收管6 一端與管道組9連接，另一端與泵體8連接；空氣管3設置在回收管6內，其中一端位於回收管6外部，另一端位於回收管6底部與泵體8間，碳源管4 一端與碳源5相連，另一端位於回收管6底部與泵體8間。所述的回收管為透明的材料構成，直徑與管道組等徑，垂直放置。所述的管道組管徑為DN20 DN110，材料可由聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、玻璃或不鏽鋼等構成，可為透明、半透明或不透明。
所述的管道組可為豎直、傾斜、水平放置，由多根管道串連和並聯構成。所述泵體可以為離心泵、往復泵、齒輪泵、旋渦泵等。所述空氣管和碳源管直徑為DN3 DW2，材料可為矽膠、聚乙烯或聚氯乙烯等構成。所述的碳源可以為工廠廢氣、汽車尾氣、石油液化氣、柴煤廢氣、沼氣或有機物等。安裝方法
0. 1噸的密閉式生物反應系統，選擇在平地上安裝。首先，在平地上安裝管道組9，管道組9由an長玻璃管(DN40)40根，每10根為一個串連單位，然後安裝為4個並聯，回收管6位於管道組9 一側，回收管6豎直安裝，碳源5 選擇工廠廢氣，能源5使用電能，泵體8使用離心泵，其它按照圖1模式依次安裝所涉及的設備。安裝完畢後，進行徹底消毒處理，消毒方式為傳統的化學處理，在經過酒精、次氯酸鈉、高錳酸鉀、臭氧、二氧化氯等消毒劑反覆消毒，最後用消毒過的無菌水將整個系統清洗乾淨。利用上述反應系統培養微生物(以紅球藻為代表)的具體過程如下
(1)打開排氣閥1，往回收管6裡注入雨生紅球藻藻種，體積為10kg，再補加培養基 90kgo( 2 )啟動電源，使泵體8開始運轉，整套系統內液體開始來回循環運轉。(3)打開空氣閥3和碳源5，利用文丘裡工作原理，空氣和二氧化碳被吸入到管道組9裡，空氣和二氧化碳經過泵體後被打成細微的氣泡，接觸面積增大，而且壓強也增大， 溶解度大幅度增加，在培養液內經過80m的循環，二氧化碳全部被雨生紅球藻吸收完，未吸收完的空氣和光合作用產生的氧氣通過排氣閥1排出。(4)通過測量培養液體的pH值和溶解氧高低，即時調控空氣閥2和碳源5供給。(5)系統運行過程中，通過給反應器單元噴灑熱水或冰水，保持溫度在一定範圍內 (20 25°C)。(6)經過一段時間的培養後，整套反應器培養的雨生紅球藻細胞達到收穫的密度， 停止培養，關閉電源，打開回收管閥7進行收集。(7)收集完畢後，在向整套系統內加入一定量的消毒液消毒，最後再用無菌水衝刷殘留消毒液，然後可以重新開始下一輪雨生紅球藻的培養。實施的結果表明本發明密閉式生物反應系統耗能低，整套系統結構簡單，容易操作，利用文丘裡工作原理吸入空氣和碳源，再通過泵體充分混合攪拌、增壓，空氣和碳源利用率提高，節省大量的設備，節約了成本，為微生物生長提供最佳適宜條件，有效縮短培養時間，該系統可用於連續或半連續微生物培養，為開發微生物資源提供實際技術支撐。
權利要求
1.一種密閉式生物反應系統，其特徵在於該系統由動力系統和反應單元構成，動力系統包括能源和泵體，能源與泵體連接；反應單元包括管道組、閥門、回收管、空氣管、碳源管、 碳源，管道組一端與泵體出口連接，另一端與回收管連接，閥門位於回收管頂部和回收管底部；回收管一端與管道組連接，另一端與泵體連接，上部設計排氣口 ；空氣管設置在回收管內，其中一端位於回收管外部，且設計有閥門，另一端位於回收管底部與泵體間，碳源端管一端與碳源相連，另一端位於回收管底部與泵體間。
2.根據權利要求1所述的密閉式生物反應系統，其特徵在於回收管為透明的材料，直徑與管道組等徑，垂直放置。
3.根據權利要求1所述的密閉式生物反應系統，其特徵在於管道組管徑為DN20 DNl 10，材料為聚乙烯或聚氯乙烯或聚丙烯或玻璃或不鏽鋼。
4.根據權利要求1所述的密閉式生物反應系統，其特徵在於管道組為豎直或傾斜或水平放置，由多根管道串連或並聯構成。
5.根據權利要求1所述的密閉式生物反應系統，其特徵在於泵體為離心泵或往復泵或齒輪泵或旋渦泵。
6.根據權利要求1所述的密閉式生物反應系統，其特徵在於空氣管和碳源管直徑為 DN3 DW2，材料為矽膠或聚乙烯或聚氯乙烯中。
7.根據權利要求1所述的密閉式生物反應系統，其特徵在於碳源為工廠廢氣、汽車尾氣、石油液化氣、柴煤廢氣、沼氣、有機物中的一種或幾種。
全文摘要
本發明是一種密閉式生物反應系統。該系統由動力系統和反應單元構成，動力系統包括能源和泵體，能源與泵體連接。反應單元包括管道組、閥門、回收管、空氣管、碳源管和碳源，管道組一端與泵體出口連接，另一端與回收管連接，閥門位於回收管頂部和回收管底部；回收管一端與管道組連接，另一端與泵體連接，上部設計排氣口，通過閥門控制開或關；空氣管設置在回收管內，其中一端位於回收管外部，且設計有閥門，另一端位於回收管底部與泵體間，碳源端管一端與碳源相連，另一端位於回收管底部與泵體間。整套系統耗能低，結構簡單，容易操作，空氣和碳源利用率提高，節省大量的設備，節約了成本。
文檔編號C12R1/89GK102337206SQ201110311180
公開日2012年2月1日 申請日期2011年10月14日 優先權日2011年10月14日
發明者張勇, 梁文偉 申請人:雲南愛爾發生物技術有限公司