[实用新型]一种生成细小气泡的系统

说明书

本文公开了一种生成细小气泡的系统。具体而言，本文公开的用于生物反应器的系统提供了一种通过对注入含有微生物培养物的液体发酵液中的细小气泡废物底物进行生物发酵来生产有用的发酵产物的系统。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年11月3日提交的美国临时专利申请第17/453,476号的权益，所述美国临时专利申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本文所述的实施方式一般涉及用于生成细小气泡的系统。本文所述的其他实施方式大体上涉及用于将气泡注入液体并随后生成细小气泡的方法。具体而言，本文公开了用于反应器，例如生物反应器的系统和方法，并且通常涉及通过对注入到含有微生物培养物的液体发酵液中的废物底物进行有效生物发酵来有效生产有用的发酵产物。

背景技术

喷射器是一种将气体注入液体的装置。从喷射器注入液体的气体在液体中形成气泡。具体而言，喷射器的设计和布置决定了气泡尺寸、气泡分布和穿过反应容器横截面的气体注入的相关模式。各种工艺在化学或生物反应中使用注入的气泡来生产最终产物。先前的系统和方法使用各种喷射器设计和配置将气泡注入液体中，但是这样的系统和方法受限于总表面气体和液体速度需要减少整个反应系统组件的尺寸和空间要求，并最大化常规系统和方法生成的最终产物的数量。

生物反应和相关反应系统可以使用喷射器将气泡注入液体反应培养基或发酵液中，以通过微生物发酵将废物，例如CO或CO₂和H₂或CH₄，或它们的混合物转化为有用的产物，例如乙醇(C₂H₅OH)。通过喷射将气态废物引入液体反应培养基或发酵液中。气泡形式的气态废物被发酵液中的微生物用作碳和可能的能源，从而生成至少一种有用的产物。发酵液中气泡的浓度、微生物处理发酵液中气泡的时间以及发酵液中气泡的表面积可能会显着影响微生物发酵的总生产力和有用的产物的生成。不幸的是，已知废气，例如CO、CO₂和CH₄具有较差的溶解度特性，因此限制了可溶于发酵液和可用于微生物处理的底物气体的量，并限制了生成的有用产物的量。

使用喷射器将气体底物注入反应液中，使化学或生物反应中生成的所需产物的量最大化，也可以通过增加气泡表面积来实现。气泡尺寸的减小和/或生成细小气泡会增加气泡的表面积。细小气泡的较大表面面积导致较大的气液传质增加，最终增加微生物与底物的接触量，以使微生物将底物转化为所需的产物。用于创建微泡的系统和方法的实施例包括美国专利No.9,327,251中描述的那些，出于所有目的，该专利通过引用整体并入本文。

使用喷射器提高效率和最大化化学或生物反应中生成的产物的另一种潜在方法，可以通过增加用于在向下流体流动的反应器系统中将气泡破碎成细小气泡的总表面气体和液体速度来实现。通过增加总表面气体和液体速度，注入的喷射器气泡可以破碎成细小气泡，其随着容器中的流体流动而向下流动。与向上流动的系统相比，向下流动的流体延长了时间，期间由于气泡停留时间的增加，微生物接触到填充了底物的细小气泡并生成产物。通过建立具有增加的表面气体和液体速度的系统，可以减小反应容器的总体尺寸，从而导致这种系统的总体占地面积和资本成本的降低。