[发明专利]一种分批式生物反应器

说明书

技术领域

本发明涉及生物反应器设备领域，特别是涉及一种分批式生物反应器。

背景技术

近年来随着世界人口的快速增长以及工业的不断发展，传统的化石能源已不能满足日趋增加的能源需求。紧张的能源危机以及诸如温室效应等尖锐的全球环境问题迫使人们寻找清洁的、可持续的能源来代替日益枯竭的化石能源。燃料乙醇，特别是木质纤维素燃料乙醇，受到越来越广泛的关注。由于其具有原料来源广泛，绿色、清洁，能大大减少CO₂、SO₂排放等特点，具有广阔的应用前景。利用木质纤维素原料来制取燃料乙醇大概要经过预处理、酶水解、发酵三个主要步骤。目前，利用木质纤维素原料经酶水解、发酵过程制取燃料乙醇的技术还不成熟，基本停留在实验室研究阶段。在得到大规模工业化应用之前还需要进行大量的实验及理论研究，进行相应的技术突破。

目前，实验室中进行如生物质酶水解、发酵等实验一般采用酶反应器、发酵罐或者摇瓶等生物反应器。现在的大部分酶反应器、发酵罐类生物反应器存在体积较大、系统复杂、操控麻烦，成本较高、搅拌及取样装置容易堵塞等缺点，且只能进行低基质浓度的实验研究。由于实验室规模的科学研究需同时进行的平行实验较多，即样本容量较大，但所需取样的体积较小，利用此类生物反应器进行实验研究时还存在运营成本高、原料浪费大，不能同时进行多组平行实验，实验周期长等问题。利用摇瓶实验能很好克服平行样品多的问题，但是摇瓶实验还存在不少问题，如生物反应过程中反应液的pH难以控制，密封性能不佳等，特别不适合生物质厌氧发酵产气类实验，或者密封性难以保证，或者容易导致摇瓶爆炸，存在较大的安全隐患。

现有酶解、发酵反应罐存在的体积较大、系统复杂、操控麻烦，成本较大、搅拌及取样装置容易堵塞，原料浪费大，不能同时进行多组平行实验，实验周期长且只能进行低基质浓度的实验研究等缺点。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种体积小、控制方便、自动化程度较高，能同时进行多组平行对照试验，对照性较好，试验周期短，运营成本低，原料利用效率高，既能进行基质浓度实验，也能进行低基质浓度实验，且适合于实验室应用的分批式生物反应器。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种分批式生物反应器，其特征在于，包括生物反应器中参数在线检测及控制系统，用于生物反应器中pH调节的补料系统，用于监测和计量生物反应器中产生气体量的气体流量计装置，尾气排出装置，生物反应器温度和转速控制系统；所述的参数在线检测及控制系统包括主控制系统，pH在线检测装置，控制器和多个生物反应器，所述的主控制系统连接控制器，控制器连接pH在线检测装置和补料系统，所述的pH在线检测装置和补料系统分别连接各生物反应器，所述的气体流量计装置连接尾气排出装置，所述的尾气排出装置连接各生物反应器，所述的生物反应器温度和转速控制系统分别连接各生物反应器和控制器。

所述的主控制系统包括pH控制系统，所述的pH控制系统连接控制器，通过pH控制系统设定各生物反应器所需的pH值，并实时监测各生物反应器中的pH值，当生物反应器中pH值不在设定范围内时，由pH控制系统发出指令，并通过控制器启动补料系统，投加酸液或碱液，进行pH调节，直至pH值为设定范围内。

所述的补料系统包括流量控制系统、微型蠕动泵、酸液补料瓶和碱液补料瓶，所述的流量控制系统连接微型蠕动泵，所述的微型蠕动泵分别连接控制器、酸液补料瓶和碱液补料瓶，通过流量控制系统设定微型蠕动泵补料时的转速，当pH值不在设定范围内时，由pH控制系统发出指令，并通过控制器启动微型蠕动泵，按流量控制系统设定的转速进行补加酸液或碱液。

所述的pH在线检测装置由插入各生物反应器的pH电极组成，各pH电极分别连接控制器，各pH电极在线实时检测各自生物反应器中的pH情况，并通过控制器将各生物反应器中的pH情况传输到pH控制系统。

所述的控制器为整合了数据收集、发送，指令接收、反馈，控制微型蠕动泵启动、停止的装置；控制器将各生物反应器中的pH电极检测到的pH数据实时反馈给pH控制系统，当pH不在设定范围内时，接收pH控制系统发出的指令，启动微型蠕动泵，进行酸碱补料，直至pH为设定范围内。

所述的多个生物反应器包括六个250mL生物反应器，各生物反应器的材料均为聚丙烯材质，各生物反应器整体为圆台形，顶部形状为圆柱形，前部并列分布设置排气孔和取样口，顶端沿直径方向两侧设置补料管，各生物反应器顶部设有保护套。