CN101760418B - 一种平行管式光生物反应器连接系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种平行管式光生物反应器连接系统，其主要包括光反应器连接系统；光反应器和铁管连接系统；光反应器固定系统；铁管、泵和储罐系统；和/或自控连接系统中的一种或任意多种相结合连接。此连接系统克服了现有技术的不足，提供一整套制作简单、拆卸方便、高效率利用光能、安装方便、能够自动控制的密闭培养微藻装置的解决方案，可以有效地利用光能，并且安装和使用过程中能极大的保护光反应器制品，对于工业放大型反应器的安装提供了保证。

Description

一种平行管式光生物反应器连接系统

技术领域

本发明涉及光生物反应领域，特别涉及一种微藻培养的平形管式光生物反应器装置的连接系统。

背景技术

管道式光生物反应器，是利用玻璃、有机玻璃或树脂材料制成的透明管道，借助外部自然太阳光或人工光源条件下进行工厂化繁殖生产藻类的方式，由于密闭式管道容易与其它加工设备配套，即靠泵压可以把管道内生长到一定生物量的藻体传递到下道工序，因而整个过程可以实现自动化，Pirt等人已建立了(管径1cm)光生物反应器的设计和操作理论及计算机控制系统；Lee等人和Robinson都对管道结构和排列作了许多研究。1993年Torzillo在意大利的Florence成功地设计和建造的密封双层管道式光生物反应器用于螺旋藻的室外大规模培养，它是双层管道培养体系，总液量145L，采用气升循环，培养参数如温度、pH值、溶解氧及光强通过电极、传感器及探头由计算机自动监控。

管式光生物反应器主要有几种，第一是水平放置地面的蛇形管式光生物反应器，此类反应器开始时是由意大利佛罗伦萨的Torillo等用一种聚乙烯塑料管制作的管式反应器。反应器的管径14cm，培养液总体积8000L，占地面积80m²，由于管壁较薄，强度不够。后来又用有机玻璃为材料制作了管径13cn和管径7.4cm的两种管式反应器，管壁厚度达到4cm，管道平行放置于地面。平行排列的管道之间用U形聚氯乙烯塑料弯头连接，管路的两端连接到距地面3cm的储罐中，储罐体积为350L。第二种是浸没在水池中冷却的蛇形管式光生物反应器：反应器的管道材料是聚乙烯材料。此管式反应器是由5个面积为30m²的相同单元组成。反应器的集光管放在水池中，可以根据需要对藻液进行冷却。Chaumount等报道，用该系统连续培养紫球藻有很好的效果。第三种是双层排列管式光生物反应器：Torrillo等报道了一种集光管双层排列的管式光生物反应器。最初设计的是提高管式反应器的光能利用率。阳光首先照射到上层集光管，从上层集光管缝隙之间漏过的直射光再由下层集光管吸收，在两层集光管的底部放上白色聚乙烯薄膜，未被两层集光管吸收的光线落在底部，经白色薄膜反射后再次由上面两层集光管吸收，进一步提高光能利用率。第四种是多支路并行流管式光生物反应器：Richmond报道这种管式光生物反应器的集光管是平行放在地面上的。8根集光管平行排列与两端的多支复合接头管连接，构成并行的流动回路，反应器采取气升循环。根据文献分析，反应器的产率与其他类型的管式反应器处于相同水平。第五种是α-型管式光生物反应器：反应器的两端是两排5m高的气升提升管，每排提升管的顶部各有一只长方形的储液槽，再从与储液槽相连的一排平行排列的倾斜聚氯乙烯管流出，到达对面一侧的气升式提升管底部，经气升提升后，进入对面一侧提升管顶部的储液槽，然后，从另一排聚氯乙烯倾斜管流回到原来的提升管底部，如此循环。第六种是圆形螺旋管绕管式光反应器：直径3cm的聚乙烯塑料管安放在支架上呈螺旋排列，表面积与体积比为：每1200L藻液的表面积是100m²。在藻液流速和产率等方面，这种反应器与水平放置的管式反应器相当。第七种是平行管式排列的玻璃管式光生物反应器，这种反应器容量大，易于放大使用，最近几年发展和应用的比较多，特别是在规模放大养殖微藻的系统中应用得更多。

管式光生物反应器发展趋势主要的有一下几个方面。第一：管径减小并稳定在一定范围内，管式反应器的管径从十几厘米逐渐减小并渐渐稳定在2.5cm～5cm范围内。管径的减小对反应器的放大有负面影响，主要限制了管式光生物反应器的总体积的增加。第二：集光管的排列向空间发展，这样集光管背向着直射太阳光的一面，能够吸收周围的散射光，反应器的采光面积得到增加。第三：采取措施降低管路阻力提高藻液流速。第四：普遍采用气升循环混合系统。

平行管式光生物反应器目前应用中也存在一定的问题，一是平行排列造成部分管路成阴影部分，从而形成黑暗区域；二是工业应用中用到的硼硅玻璃生产中也存在误差，从而在安装连接中存在连接不上的问题；三是目前的平行管排列在平行的钢支架上，这样在工业应用中会使支架利用过多，从而增加费用。

发明内容

本发明是为了克服平行管式光生物反应器现有技术的不足，提供一整套制作简单、拆卸方便、高效率利用光能、安装方便、能够自动控制的密闭培养微藻装置的解决方案。

本发明通过下述技术方案实现：

一种平行管式光生物反应器连接系统，其光生物反应器可为任意透明的玻璃、有机玻璃或树脂材料中的一种或多种制成，本发明的连接系统特别在光生物反应器为玻璃材质时效果更佳，而玻璃材质中又以硼硅玻璃为最佳。

本发明的平行管式光生物反应器连接系统，其主要包括光反应器连接系统；光反应器和铁管连接系统；光反应器固定连接系统；铁管、泵和储罐连接系统；和/或自控连接系统中的一种或任意多种相结合连接。

所述光反应器连接系统为光反应器之间、光反应器和弯头、及弯头之间的连接。

所述光反应器连接系统主要通过特制法兰将光反应器之间、光反应器和弯头及弯头之间的连接。

所述弯头通常为直角弯头。

所述光反应器连接系统通过多层聚乙烯四氟垫连接来消除光反应器管长度误差引起的连接间隔误差。一般采用6层聚乙烯四氟垫连接。

所述光反应器连接系统的特制法兰材料为合成塑料制品，特制法兰螺栓杆上有弹簧，有一定弹性，特制法兰是套在光反应器管上的，可以在光反应器管上移动和旋转。特制法兰由螺栓(22)固定，螺栓由(21)调节固定压力，圆形塑料条(23)防止法兰片直接与光反应器管接触，光反应器管口用四氟垫或其他软垫连接。

所述光反应器和铁管连接系统通过一段软连接和两个法兰片连接。

所述光反应器和铁管连接系统的软连接由两个法兰片和中间软管构成，有一定弹性空间，其中一个法兰片为特制法兰法兰片(5)与光反应器管连接，另一个法兰片为丝扣法兰片(11)与铁管连接。

所述软管通常采用聚乙烯四氟软管。

所述光反应器固定系统主要由二部分构成，一是垂直支架，二是水平支撑。

所述光反应器固定系统的垂直支架主要是竖立的钢管和/或铁管，钢管和/或铁管通过脚通连接到地面的预埋铁山，各组支架之间通过四通和管道相连，增加强度和整体性。

所述光反应器固定系统的水平支撑主要由金属支撑构成，金属支撑固定在钢管和/或铁管上，金属支撑可以在竖直的钢管和/或铁管上随意调整高度。为减轻支撑重量，通常采用铝支撑。

所述光反应器固定系统的金属支撑内侧有一层胶皮垫。

所述铁管、泵和储罐系统，此系统是黑暗密闭系统，管路之间通过卡套连接。

所述铁管、泵和储罐系统管路和泵或储罐通过法兰连接，此法兰片通常采用丝扣法兰片。

所述自控连接系统包括温度检测器、pH检测器和溶氧检测器、气体和液体流量计的连接。

所述自控连接系统的温度检测器、pH检测器和溶氧检测器探头直接连接到储罐上，通过法兰连接，法兰片与管路通常是丝扣连接的。

所述自控连接系统的气体和液体流量计连接到铁制管路上，通过法兰连接，法兰片与管路通常是丝扣连接的。

所述自控系统的探头数据可以通过线缆传到控制室进行远程控制。

本发明具有下述技术效果：

1.本发明的光反应器连接系统的特制法兰可以使光反应器管有效地与铁管相连，并且软连接可以消除紧固法兰时造成的巨大压力，从而可以有效的避免光反应器管连接时的破碎情况。

2.本发明的光反应器固定系统的金属支撑的内侧胶皮可以减缓固定光反应器管时对光反应器管造成的压力，从而起到保护光反应器管的作用。

3.本发明的光反应器固定系统可以有效地通过金属支撑在钢管和/或铁管上的移动调整每层光反应器管的高度，从而达到弥补光反应器弯头和光反应器管本身生产存在的误差，因此可以很好的实现弯头和/或光反应器管的连接。

4.本发明用多层聚乙烯四氟垫弥补光反应器管长度的误差，既可以实现连接的目的，又可以节约成本。

5.所有连接用的脚通、四通、金属支撑、法兰等安装连接件都不用焊接，可以方便的拆装和整改。

6.本发明的自控系统连接可以方便的拆装和维修。

7.本发明的光反应器固定系统可以有效的通过金属支撑在钢管或铁管上的移动调整每层光反应器管的高度，可以减少光阴影，极大的利用光能。

附图说明

图1光反应器连接和固定横切面简图

图2弯头和光反应器管连接简图

图3光反应器管和铁管连接简图

图4铁管、泵和储罐连接及其自控图

图5特制法兰图

附图标记：1-预埋铁；2-脚通；3-钢管或铁管；4-特制法兰；5-特制法兰法兰片；6-支撑；7-弯头；8-四通；9-光反应器；10-铁管；11-丝扣法兰片；12-软连接；13-四氟软管；14-泵；15-储罐；16-温度探头；17-溶氧探头；18-二氧化碳探头；19-控制室；20-信号线；21-弹簧；22-螺栓；23-圆形塑料条；24-四氟垫片或其他软垫。

其中，图1为摘要附图。

具体实施方式

下面以硼硅玻璃管反应器为例结合附图对本发明详细说明。

本发明管式光生物反应器安装结构主要包括玻璃管连接系统；玻璃管和铁管连接系统；玻璃管固定连接系统；铁管、泵和储罐连接系统；和/或自控连接系统中的一种或任意多种相结合连接。玻璃管连接系统主要通过特制法兰(4)连接，透明硼硅玻璃管(9)之间；玻璃管(9)和直角弯头(7)之间；以及直角弯头(7)之间都是通过特制法兰(4)连接；特制法兰由螺栓(22)固定，螺栓由(21)调节固定压力，圆形塑料条(23)防止法兰片直接与玻璃管接触，玻璃管口用四氟垫或其他软垫连接。

玻璃管固定系统主要包括二部分，一是垂直支架，二是水平支撑。垂直支架主要是竖立的钢管和/或铁管(3)，钢管和/或铁管通过脚通(2)连接到地面的预埋铁山(1)，各组支架之间通过四通(8)和管道相连，增加强度和整体性。水平支撑主要由四通(8)和铝支撑(6)构成，四通固定在钢管上，铝支撑固定在四通上，铝支撑可以在竖直的钢管和/或铁管上随意调整高度。

玻璃管和铁管连接系统通过一段软连接(12)和法兰片连接，软连接由两个法兰片和中间聚乙烯四氟软管(13)构成，有一定弹性空间，其中一个法兰片(5)与玻璃管连接，另一个法兰片(11)与铁管(10)连接。

铁管、泵和储罐系统是黑暗密闭系统，管路之间通过法兰连接，管路和泵或储罐通过法兰连接，此法兰片都是丝扣法兰片(11)。

自控连接系统包括温度检测器(16)、溶氧检测器(17)和二氧化碳检测器(18)，气体和液体流量计的连接。温度检测器、pH检测器和溶氧检测器探头直接连接到储罐上，通过法兰(11)连接，法兰片与管路是丝扣连接的。探头数据可以通过信号线(20)传到控制室(19)进行远程控制。

Claims (9)

1.一种平行管式光生物反应器连接系统，包括：光反应器连接系统；光反应器和铁管连接系统；光反应器固定连接系统；铁管、泵和储罐连接系统；和自控连接系统相结合连接；其中，所述光反应器固定连接系统由垂直支架和水平支撑构成，所述光反应器固定连接系统的水平支撑由金属支撑构成，所述光反应器固定连接系统的垂直支架是竖立的钢管和/或铁管，所述光反应器固定连接系统中的金属支撑能够在竖直的钢管和/或铁管上随意调整高度。

2.根据权利要求1所述的连接系统，其特征在于，所述光反应器连接系统通过特制法兰将光反应器之间、光反应器和弯头及弯头之间进行连接。

3.根据权利要求2所述的连接系统，其特征在于，所述光反应器连接系统通过多层聚乙烯四氟垫连接来消除光反应器管长度误差引起的连接间隔误差。

4.根据权利要求2所述的连接系统，其特征在于，所述光反应器连接系统的特制法兰螺栓杆上有弹簧（21）。

5.根据权利要求2所述的连接系统，其特征在于，所述光反应器连接系统的特制法兰套可在光反应器管上移动和旋转。

6.根据权利要求2所述的连接系统，其特征在于，所述光反应器和铁管连接系统为由两个法兰片和中间的软管构成的软连接。

7.根据权利要求6所述的连接系统，其特征在于，所述金属支撑内侧有一层胶皮垫。

8.根据权利要求1～7所述的任意一种连接系统，其特征在于，所述自控连接系统的探头数据通过线缆传到控制室（19）进行远程控制。

9.根据权利要求1～7所述的任意一种连接系统，其特征在于，光反应器为玻璃、有机玻璃或树脂材料中的一种或多种制成。 

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