[发明专利]一种密闭式生物反应系统

说明书

技术领域

    本发明属于生物工程技术领域，具体涉及一种微生物培养中的密闭式生物反应系统。

背景技术

    微生物是地球上最重要的一种生物，是生物圈中重要的一个组成部分。开发和利用微生物可以为人类社会提供大量的蛋白质、维生素、胡萝卜素、碳水化合物、色素、矿物质、多糖、脂肪以及不饱和脂肪酸等，而且一年四季都可以培养，产量是粮食作物的几十倍甚至上百倍，经济效益是经济作物的上千倍。

    微生物种类繁多，不同品种对生存的环境有不同的要求，开发和利用微生物必须达到单种纯培养，全过程必须为封闭式，杜绝真菌、细菌、灰尘、原生动物的影响。目前培养微生物采用封闭式柱状罐体反应器，此反应器罐体直径几厘米到几百厘米，体积为几吨到几十吨，体壁较厚，温度高低通过体壁夹层传递，但往往需要消耗大量能源来控制，而且不能做到即时有效调控；罐体中间设置有大型螺旋桨片和电机，反应器运转需要消耗大量电能；罐体内培养溶液液位较深，给微生物提供氧气和二氧化碳就必须经过专用设备压缩后供给，并且两种气体在培养液内溶解度低，而且与培养液体接触面积小，接触时间短，大量气体未被利用就排出，导致溶液pH值高低不稳定、碳源缺乏、溶解氧不足，进而引起微生物培养效率低。

    因此，在保持培养体积不变的情况下，如何即时有效来调控温度，耗费极少能源，增加气体和碳源的利用率，提高微生物培养效率，成为微生物开发利用的关键核心技术问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在的问题，提供一种新型的微生物培养中的密闭式生物反应系统。其可有效解决空气和碳源利用率低的问题，为微生物生长提供最佳的培养环境。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

该系统由动力系统和反应单元构成，动力系统包括能源和泵体，能源与泵体连接；反应单元包括管道组、阀门、回收管、空气管、碳源管、碳源；管道组一端与泵体出口连接，另一端与回收管连接，阀门分别位于回收管顶部和回收管底部；回收管一端与管道组连接，另一端与泵体连接，上部设置排气口；空气管设置在回收管内，其中一端位于回收管外部，并且设计有阀门，另一端位于回收管底部与泵体间，碳源管一端与碳源相连，另一端位于回收管底部与泵体间。

所述的回收管为透明的材料构成，直径与管道组等径，垂直放置。

所述的管道组管径为DN（内径）20～DN110，材料可由聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、玻璃或不锈钢等构成，可为透明、半透明或不透明。

所述的管道组可为竖直、倾斜、水平放置，由多根管道串连和并联构成。

所述泵体可以为离心泵、往复泵、齿轮泵、旋涡泵等。 

所述空气管和碳源管直径为DN3～DN12，材料可为硅胶、聚乙烯或聚氯乙烯等构成。

所述的碳源可以为工厂废气、汽车尾气、石油液化气、柴煤废气、沼气或有机物等。

本发明与现有技术比较具有以下优点：

1、回收管内不需要安装桨片和电机，管径相对较小，管道内液体带走全部培养物，培养物不易沉淀于管壁。

2、整个系统温度容易控制，可以即时调节，管道组直径较小，传热快，在管壁上喷洒热水或冰水，温度就可以控制在规定的范围内。

    3、该系统使用的碳源可以为液态、气态，摆脱必须把气体液化后才能使用的传统做法。

    4、空气和碳源供给方式利用文丘里原理，回收管内液体经泵体提速后，回收管内产生负压，空气和碳源就被吸入到液体里，摆脱原来需要泵和压力设备来正压供给的方法。

    5、空气和碳源经过泵体后，压强增大，溶解度增加，在管道组内跟随培养液体一起进行无数次循环，增加了接触面积和接触机会，给微生物提供充足的时间吸收，可以达到100%的利用，尽而使培养液的pH值维持在一个稳定范围内。

    6、整个系统结构简单，占地面积小，可以根据实际地形安装，如车上、工厂、厨房，真正达到零排放。

    7、整个系统耗能小，唯一动力为泵体，能源可以为风能、太阳能、化学能、电能或机械能，可以直接或间接给泵体提供能量。

附图说明

图1是本发明的密闭式生物反应系统结构示意图。

图中，1－排气阀，2－空气管阀，3－空气管，4－碳源管，5－碳源，6－回收管，7－回收管阀，8－泵体，9－管道组。

具体实施方式

如图1所示，本发明具体结构如下：