CN101979495B - 磁力搅拌生物反应器及其磁力搅拌系统 - Google Patents

Abstract

本发明的磁力搅拌生物反应器及其磁力搅拌系统，包括：磁钢主动盘，设置于反应腔外，在一驱动力的作用下转动；磁钢从动盘，设置于反应腔内，且与磁钢主动盘相对而设，磁钢从动盘与磁钢主动盘磁耦合；固定轴，位于反应腔内，且设置于反应腔的底部；搅拌轴，设置于反应腔内，并与磁钢从动盘固定连接，其中，搅拌轴与磁钢从动盘套设于固定轴上；搅拌桨叶，设置于搅拌轴上；定位件，设置于搅拌轴上，且顶住固定轴，以调节磁钢从动盘与磁钢主动盘之间的间距。其采用无动轴封进的静密封磁力驱动搅拌轴，来降低染菌机会，解决了反应器介质的泄露难题。另外，其为单端支撑结构，使反应器安装和清洗更加方便，反应器结构更合理。

Description

磁力搅拌生物反应器及其磁力搅拌系统

技术领域

本发明涉及生物技术工艺，尤其涉及一种磁力搅拌生物反应器及其磁力搅拌系统。

背景技术

在生物技术领域，现有的小试及中试规模的反应器采用各种搅拌系统，如气体搅拌，机械搅拌系统等。其中，机械搅拌系统有电机与搅拌轴直接相连和轴与电机分离的磁力传动的机械搅拌系统。电机与搅拌轴直接相连，涉及到轴与反应器的动密封问题，由于密封材料的耐温、耐压性能等使得这样的反应器特别在在微生物培养等方面存在泄漏和染菌的可能性。而在磁力传动的机械搅拌系统中，轴与反应器的密封采用静密封，这样降低了在微生物培养等方面存在泄漏和染菌的可能性。但在现有的磁力传动的机械搅拌系统中，已有的双端支撑磁力搅拌系统，但双端支撑的磁力搅拌系统存在顶端支撑轴承材料使用寿命问题及拆装的方便性等问题。

例如，图1便示出了一种现有技术中的生物反应器1，其包括密封的容器11和搅拌器，所述搅拌器设置在容器11的顶部，该搅拌器的搅拌轴12一部分设置在容器11内，另一部分从容器11的顶部伸出，且与容器11外部的电机13直接连接，所述搅拌轴12设置在容器11内的一端通过底部支撑轴承14与底部支架15连接。这种生物反应器的缺点是：

1、搅拌器的搅拌轴与电机直接连接(即搅拌轴与容器为动密封)，这会带来泄漏和染菌的问题，特别是在微生物培养等方面，而反应器的灭菌是工艺成功的关键因素。

2、搅拌轴的两端分别支撑在容器上(即采用双端支撑的搅拌轴)，这样不利于拆卸，为安装和清洗带来不便。

另外，现有的反应器为追求简易，在控温系统的加热部分往往采用水夹套或平底夹套直接电加热方式，其传热面积小，控温慢，受热不均匀，精度不高，容易造成局部过热现象。其冷却部分往往采用自来水冷却方式，因此控制有迟后，动态波动大，精度差，而且自来水用量大。更有为了简易设计的，采用热得快方式，因此造成受热不均，最终都会影响到过程结果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁力搅拌生物反应器及其磁力搅拌系统，以解决现有生物反应器因泄漏而染菌等问题，并使其利于拆卸，为安装和清洗提供方便。

为此，本发明提供一种磁力搅拌系统，应用于一生物反应器，该生物反应器具有一反应腔，所述磁力搅拌系统包括：磁钢主动盘，设置于所述反应腔外，在一驱动力的作用下转动；磁钢从动盘，设置于所述反应腔内，且与所述磁钢主动盘相对而设，所述磁钢从动盘与磁钢主动盘磁耦合；固定轴，位于所述反应腔内，且设置于所述反应腔的底部；搅拌轴，设置于所述反应腔内，并与所述磁钢从动盘固定连接，其中，所述搅拌轴与磁钢从动盘套设于所述固定轴上；搅拌桨叶，设置于所述搅拌轴上；定位件，设置于所述搅拌轴上，且顶住所述固定轴，以调节磁钢从动盘与磁钢主动盘之间的间距。

进一步的，所述定位件顶住固定轴的一端为圆锥状，且所述固定轴具有一对应的圆锥形凹坑。

进一步的，所述定位件由螺杆构成，其一端穿过所述搅拌轴而露于其外，另一端顶住所述固定轴，且当调节螺杆旋进搅拌轴时，磁钢从动盘与磁钢主动盘之间的间距变大；当调节螺杆旋出搅拌轴时，磁钢从动盘与磁钢主动盘之间的间距变小；

本发明还提供一种磁力搅拌生物反应器，包括基座以及位于基座之上的反应腔，磁力搅拌系统，该系统包括：磁钢主动盘，设置于所述反应腔外，在一驱动力的作用下转动；磁钢从动盘，设置于所述反应腔内，且与所述磁钢主动盘相对而设，所述磁钢从动盘与磁钢主动盘磁耦合；固定轴，位于所述反应腔内，且设置于所述反应腔的底部；搅拌轴，设置于所述反应腔内，并与所述磁钢从动盘固定连接，其中，所述搅拌轴与磁钢从动盘套设于所述固定轴上；搅拌桨，设置于所述搅拌轴上；定位件，设置于所述搅拌轴上，且顶住所述固定轴，以调节磁钢从动盘与磁钢主动盘之间的间距；动力提供系统，设置于所述基座上，且位于所述反应腔外，为所述磁钢主动盘提供驱动力。

进一步的，所述的磁力搅拌生物反应器还包括：夹套，包覆于所述反应腔的底部；且该夹套内具有热传递液体介质；该夹套壁上具有一液体介质入口与出口，且所述液体介质入口与出口之间连接一控温外循环泵。

进一步的，所述反应腔的底部为部分球形。

进一步的，所述反应腔的底部为半球形。

进一步的，所述动力提供系统包括电机、小带轮、大带轮和驱动轴，其中所述驱动轴连接于所述磁钢主动盘，且所述电机通过小带轮驱动大带轮带动驱动轴转动，进而驱动所述磁钢主动盘转动。

可见，以上磁力搅拌系统采用静密封磁力驱动搅拌轴，来降低染菌机会，解决了反应器介质的泄露难题。另外，由于以上生物反应器的磁力搅拌轴为单端支撑结构，使反应器安装和清洗更加方便，反应器结构更合理，满足了生产和实验对反应器的要求。而且，单端式底磁力搅拌系统的反应器，反应腔顶部无障碍，便于搅拌桨的安装，进而可安装各种形式的搅拌桨叶，便于对生物发酵过程进行优化。此外，由于磁钢主动盘和磁钢从动盘之间的间距可调，使其反应器可以更好的运行，灵活性强。

附图说明

图1是现有技术的生物反应器的示意图。

图2是本发明一实施例所提供的磁力搅拌系统的结构示意图；

图3是本发明一实施例所提供得磁力搅拌生物反应器的结构示意图；

图4是本发明一实施例所提供得磁力搅拌生物反应器的局部示意图。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举示例性实施例，并配合附图，作详细说明如下。

请参考图2，其为本发明一实施例所提供的磁力搅拌系统的结构示意图。该磁力搅拌系统，应用于一生物反应器，且该生物反应器具有一反应腔。如图所示，该磁力搅拌系统300包括相对而设的磁钢主动盘310与磁钢从动盘320，其中磁钢主动盘310设置于反应腔外，在一驱动力的作用下转动；磁钢从动盘320设置于反应腔内，且与磁钢主动盘310磁耦合；这样便可以在磁耦合力的作用下，由磁钢主动盘310带动磁钢从动盘320转动。而磁钢从动盘320转动的目的是为了带动搅拌轴330上的搅拌桨叶340转动，进而实现搅拌。故将搅拌轴330设置于反应腔内，且与磁钢从动盘320固定连接，另外，将搅拌桨叶340设置于搅拌轴330上。此外，为了完成磁钢从动盘320与搅拌轴的安装，在反应腔内反应腔的底部设置一个固定轴350，且将搅拌轴330与磁钢从动盘320套设于固定轴350上。

值得一提的是，磁钢主动盘310和磁钢从动盘320之间的间距直接影响着磁耦合力的大小。具体而言，在磁钢确定的条件下，磁耦合力的大小与磁盘间距的平方成反比。间距过大会导致高速搅拌时因脱磁而产生震动，间距过小会因耦合吸力过大而使搅拌轴与固定轴间的负荷过大加快磨损，甚至造成磁钢从动盘与反应腔底的摩擦。故在搅拌轴330与固定轴350之间设置了定位件360，该定位件360设置于搅拌轴330上，且顶住固定轴350，以调节磁钢从动盘320与磁钢主动盘310之间的间距。

可见，以上磁力搅拌系统采用无动轴封进的静密封磁力驱动搅拌轴，从而降低染菌机会，解决了反应器介质的泄露难题。而且，在本实施例中，磁力搅拌轴为单端支撑结构，使反应器安装和清洗更加方便，反应器结构更合理，满足了生产和实验对反应器的要求。单端式底磁力搅拌系统的另一个优点是：反应腔顶部无障碍，便于搅拌桨的安装，进而可安装各种形式的桨叶，便于对生物发酵过程进行优化。此外，由于磁钢主动盘和磁钢从动盘之间的间距可调，使其反应器可以更好的运行，灵活性强。

值得一提的是，以上磁钢盘(即磁钢主动盘310与磁钢从动盘320)较佳的采用耐高温、高磁力强度的磁性材料，具有满足大功率传动、无级可调、搅拌转速高、可以提高氧的利用率等特点。

为了避免定位件360在顶住固定轴350时出现错位现象，较佳的，将定位件360顶住固定轴350的一端设计为圆锥状，且在固定轴350对应的一端开一个对应的圆锥形凹坑351。利用这样的定位件360，便可以保证其与固定轴350之间不错位，从而实现精确的定位。

另外，定位件360可以由螺杆构成，其一端穿过搅拌轴330而露于其外，从而形成一个调节端，以调节螺杆的旋进或旋出；当然，可以在此调节端设置一个调节螺母，以方便调节。定位件360的另一端顶住固定轴350，且当调节螺杆旋进搅拌轴330时，磁钢从动盘320与磁钢主动盘310之间的间距变大；当调节螺杆旋出搅拌轴330时，磁钢从动盘320与磁钢主动盘310之间的间距变小。当然，本发明不以此为限，定位件360也可以由螺栓或者其他相似元件构成。

对应于该磁力搅拌系统，本发明一实施例还提供一种磁力搅拌生物反应器，如图3所示，该反应器包括基座10、位于基座10之上的反应腔20、以上实施例所提供的磁力搅拌系统30以及动力提供系统40。其中动力提供系统40设置于基座10上，且位于反应腔20外，为磁钢主动盘310提供驱动力。

如图，通常，该反应器还包括一个控制柜50，设置于基座10上，以对反应的pH、DO等实现很精确的控制。在控制柜50上对应有各控制点的状态显示，便于对控制状态的识别，以便准确对过程运行的状况进行诊断。

可见，利用以上磁力搅拌系统30所得到的生物反应器具有无动轴封进的静密封磁力驱动搅拌轴，其不仅可以降低染菌机会，解决反应器介质的泄露难题；而且由于其磁力搅拌轴为单端支撑结构，使反应器安装和清洗更加方便，反应器结构更合理，满足了生产和实验对反应器的要求。而且，单端式底磁力搅拌系统的反应器，其反应腔顶部无障碍，便于搅拌桨的安装，进而可安装各种形式的桨叶，便于对生物发酵过程进行优化。此外，由于磁钢主动盘和磁钢从动盘之间的间距可调，使其反应器可以更好的运行，灵活性强。

在背景技术中，已经提及，常规的台式反应器为追求简易，在控温系统的加热部分往往采用水夹套直接电加热方式，冷却部分采用自来水冷却方式，因此控制有迟后，动态波动大，精度差，而且自来水用量大。更有简易的，采用热得快方式。因此造成受热不均最终都会影响到发酵结果。

故，较佳的，如图4所示，在反应腔20底部增设一个夹套60，其包覆于反应腔20的底部；且该夹套60壁上具有一液体介质入口61与出口62，使其内可以填充热传递液体介质；且液体介质入口61与出口62之间连接一控温外循环泵(图中未示)。且选用的循环泵具有耐高温、连续运转使用寿命长的特点。这样便可以在控温外循环泵的作用下，驱动热传递液体介质的循环流动，从而保证对反应腔20的加热始终处于一个均匀恒定的状态，从而保证反应腔20受热均匀，精度高，无局部过热现象。另外，较佳的，反应腔20的底部可以设置为部分球形(例如，半球形)的形状，从而增大传热面积，控温迅速，进一步保证了其受热均匀，精度高，无局部过热现象。

请继续参考图4，较佳的，动力提供系统40采用一种外型美观的薄型底座的无噪声共鸣的电机分离传动系统，其中，电机与磁钢主动盘之间通过传动带联结。例如，该动力提供系统40包括驱动轴41、大带轮42、小带轮(图中未示)和电机(图中未示)，电机设置在反应腔外部，且与小带轮连接，大带轮42通过皮带与小带轮连接，且大带轮42与驱动轴41连接。当开动电机后，电机驱动小带轮，小带轮带动大带轮42，进而带动驱动轴41转动，从而驱动磁钢主动盘310转动。

综上所述，采用以上磁力搅拌系统的生物反应器，具有如下优点：

1.采用无动轴封进的静密封磁力驱动搅拌轴，降低了染菌机会，解决了反应器介质的泄露难题。

2.采用耐高温高磁力强度磁性材料，具有满足大功率传动、无级可调、搅拌转速高、可以提高氧的利用率等特点。

3.由于采用了单端式底磁力搅拌系统，搅拌桨档数及搅拌桨叶的形式可根据需要选择的各种形式的反应器，可适用于不同需求。

4.由于采用了单端式底磁力搅拌系统，安装方便，使反应器结构更合理，清洗方便。

5.利用夹套内热传递介质实现加热，且利用控温外循环泵，解决了反应腔加热问题，且进一步利用部分球型反应腔底，增大传热面积，控温迅速，受热均匀，精度高，无局部过热现象。

以上仅为举例，并非用以限定本发明，本发明的保护范围应当以权利要求书所涵盖的范围为准。

Claims (8)

1.一种磁力搅拌系统，应用于一生物反应器，该生物反应器具有一反应腔，其特征是，所述磁力搅拌系统包括：

磁钢主动盘，设置于所述反应腔外，在一驱动力的作用下转动；

磁钢从动盘，设置于所述反应腔内，且与所述磁钢主动盘相对而设，所述磁钢从动盘与磁钢主动盘磁耦合；

固定轴，位于所述反应腔内，且设置于所述反应腔的底部；

搅拌轴，设置于所述反应腔内，并与所述磁钢从动盘固定连接，其中，所述搅拌轴与磁钢从动盘套设于所述固定轴上；

搅拌桨叶，设置于所述搅拌轴上；

定位件，设置于所述搅拌轴上，且顶住所述固定轴，以调节磁钢从动盘与磁钢主动盘之间的间距。

2.根据权利要求1所述的磁力搅拌系统，其特征是，所述定位件顶住固定轴的一端为圆锥状，且所述固定轴具有一对应的圆锥形凹坑。

3.根据权利要求1所述的磁力搅拌系统，其特征是，所述定位件由螺杆构成，其一端穿过所述搅拌轴而露于其外，另一端顶住所述固定轴，且

当调节螺杆旋进搅拌轴时，磁钢从动盘与磁钢主动盘之间的间距变大；

当调节螺杆旋出搅拌轴时，磁钢从动盘与磁钢主动盘之间的间距变小。

4.一种磁力搅拌生物反应器，包括基座以及位于基座之上的反应腔，其特征是，还包括：

磁力搅拌系统，该系统包括：

磁钢主动盘，设置于所述反应腔外，在一驱动力的作用下转动；

磁钢从动盘，设置于所述反应腔内，且与所述磁钢主动盘相对而设，

所述磁钢从动盘与磁钢主动盘磁耦合；

固定轴，位于所述反应腔内，且设置于所述反应腔的底部；

搅拌轴，设置于所述反应腔内，并与所述磁钢从动盘固定连接，其中，

所述搅拌轴与磁钢从动盘套设于所述固定轴上；

搅拌桨叶，设置于所述搅拌轴上；

定位件，设置于所述搅拌轴上，且顶住所述固定轴，以调节磁钢从动盘与磁钢主动盘之间的间距；

动力提供系统，设置于所述基座上，且位于所述反应腔外，为所述磁钢主动盘提供驱动力。

5.根据权利要求4所述的磁力搅拌生物反应器，其特征是，还包括：

夹套，包覆于所述反应腔的底部；且

该夹套内具有热传递液体介质；

该夹套壁上具有一液体介质入口与出口，且所述液体介质入口与出口之间连接一控温外循环泵。

6.根据权利要求5所述的磁力搅拌生物反应器，其特征是，所述反应腔的底部为部分球形。

7.根据权利要求5所述的磁力搅拌生物反应器，其特征是，所述反应腔的底部为半球形。

8.根据权利要求4所述的磁力搅拌生物反应器，其特征是，所述动力提供系统包括电机、小带轮、大带轮和驱动轴，其中所述驱动轴连接于所述磁钢主动盘，且所述电机通过小带轮驱动大带轮带动驱动轴转动，进而驱动所述磁钢主动盘转动。

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