CN106754249B - 微藻管式反应器及其系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的微藻管式反应器及其系统，属于生物工程领域。微藻管式反应器包括搅拌循环机构，搅拌循环机构包括搅拌内部机构和搅拌外部机构，搅拌内部机构包括固定导杆和搅拌球，搅拌外部机构包括导轨、牵引带和引导磁块，搅拌球的与管道的内壁相切的一侧嵌设有被引导磁块，被引导磁块与引导磁块对应设置且能够通过管道导磁移动。微藻管式反应系统包括微藻管式反应器，排液口设置有自动阀门。微藻管式反应器利用搅拌球的移动实现微藻的搅拌和循环，相比现有技术，大大减少了机械搅拌对微藻的机械损伤。微藻管式反应系统进一步完善微藻管式反应器。
Description
技术领域
本发明涉及生物工程领域，具体而言，涉及微藻管式反应器。
背景技术
现有管式光生物反应器，存在以下的缺点：只采用了单一的机械泵作为循环动力，长时间的机械泵循环产生的机械剪切力对微藻细胞的伤害程度很大，很容易杀死藻细胞，不能够使其正常生长。
藻液搅拌及循环目的是减少细胞间相互遮光作用及在生长过程中营养物和气体浓度在藻体周围形成均匀的浓度，有效排除光合作用中溶氧蓄积，防止藻体下沉及厌氧分解，提高光合作用效率，促进气液传质，加速藻的生长，是实现高密度培养，提高生物量产率的主要方法。然而，有些微藻如螺旋藻丝状体对过强的机械剪切作用耐受性差，易导致藻丝体断裂和死亡；又如雨生红球藻在生长条件适宜的情况下雨生红球藻以绿色带鞭毛的可游动细胞形态大量繁殖；在生长环境不利的情况下，绿色游动细胞逐渐丧失鞭毛，细胞壁加厚，形成红色包囊而大量积累虾青素，机械剪切作用会使雨生红球藻以绿色带鞭毛的可游动细胞形态受损伤，因此循环和搅拌装置应具有较低的机械剪切力。封闭式光生物反应器系统则多数采用气升式或泵循环等形式。气升循环由于剪切力小适合对剪切敏感的藻细胞培养，但用于大规模培养存在动力消耗大等问题，泵循环例如离心泵、转子泵，当泵工作时，藻细胞经过叶轮会不同程度地受到损害，特别是高速旋转的叶轮或转子会打断螺旋藻藻丝或藻细胞，培养液中藻液浓度越高，这种伤害就会越大，同时对藻的光合作用速率也会有不利影响。因此要研发新的循环输送装置取代各种泵循环。
发明内容
本发明的目的在于提供微藻管式反应器，以减少机械搅拌对微藻的机械损伤。
本发明的另一个目的在于提供微藻管式反应系统，以进一步完善微藻管式反应器。
本发明是这样实现的：
本发明提供的微藻管式反应器，包括二氧化碳钢瓶、空气泵、气体混合室、管道阵列和搅拌循环机构，气体混合室设置有两个气体输入管和一个气体输出管，二氧化碳钢瓶和空气泵分别通过气体输入管与气体混合室连通，管道阵列设置有入口和排液口，气体输出管与管道阵列的入口连通；
搅拌循环机构包括搅拌内部机构和搅拌外部机构，搅拌内部机构包括设置于管道阵列的管道内部的固定导杆和搅拌球，固定导杆沿着管道阵列的管道的中心线设置，搅拌球滑动套设于固定导杆且与管道的内壁相切；搅拌外部机构包括设置于管道阵列的管道外部的导轨、牵引带和引导磁块，导轨沿着固定导杆的延伸方向设置，引导磁块滑动嵌设于导轨且与管道的外壁贴合，牵引带穿过引导磁块且位于导轨内；搅拌球的与管道的内壁相切的一侧嵌设有被引导磁块，被引导磁块与引导磁块对应设置且能够通过管道导磁移动。
位于管道外部的引导磁块移动，位于管道内部的被引导磁块在磁性的作用下能够随着引导磁块移动，进而带动搅拌球沿着固定导杆移动。搅拌球沿着固定导杆移动的过程中，不断穿过微藻，从而能够对管道内的微藻起到搅拌的作用，搅拌球沿着固定导杆来回往复移动，不断的驱动微藻的移动以及实现对微藻的搅拌。由于搅拌球是球状，搅拌球的外侧壁为光滑的曲面，因此搅拌球在沿着固定导杆在管道内移动时，能够最大程度的减少对微藻的机械损伤。相比现有技术，搅拌对微藻的机械损伤大大减少了。进而减少细胞间相互遮光作用及在生长过程中营养物和气体浓度在藻体周围形成均匀的浓度,有效排除光合作用中溶氧蓄积，防止藻体下沉及厌氧分解，提高光合作用效率，促进气液传质，加速藻的生长。
进一步地，管道阵列包括多个管道，相邻的两个管道之间通过活接接头连接，活接接头的外部的导轨内设置有支撑滑轮，牵引带穿过支撑滑轮。
进一步地，牵引带为封闭圈绳，管道阵列的入口的外侧设置有主动滑轮，管道阵列的排液口的外侧设置有从动滑轮，封闭圈绳套设于主动滑轮和从动滑轮的外侧；牵引带包括并排位于主动滑轮和从动滑轮之间的第一段引绳和第二段引绳，第一段引绳和第二段引绳均穿过引导磁块，第一段引绳活动穿设于引导磁，第二段引绳与引导磁块固定。
进一步地，管道阵列包括多个管道，相邻的两个管道之间通过活接接头连接，每个管道对应设置一个搅拌循环机构。
进一步地，固定导杆的两端分别弯折形成阻挡部，每个阻挡部分别固定于管道的一端。
进一步地，固定导杆设置有引导滑槽，搅拌球设置有穿设孔和设置于穿设孔的内壁的球状滑块，固定导杆活动穿设于穿设孔，球状滑块滑动嵌设于引导滑槽；管道阵列的管道的与搅拌球相切的内壁设置有引导轨，搅拌球的外侧壁与引导轨抵接。
进一步地，管道阵列的管道的与搅拌球相切的内壁设置有引导轨，搅拌球的外侧壁与引导轨抵接。
进一步地，管道阵列分为两个部分，分别为第一阵列和第二阵列，第一阵列由可见光的管道连接而成，第二阵列由不可见光的管道连接而成。
进一步地，微藻管式反应器还包括驱动电机，驱动电机与主动滑轮连接。
一种微藻管式反应系统，包括权微藻管式反应器，排液口设置有自动阀门。
本发明的有益效果：微藻管式反应器利用搅拌球的移动实现微藻的搅拌和循环，相比现有技术，大大减少了机械搅拌对微藻的机械损伤。微藻管式反应系统进一步完善微藻管式反应器。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的微藻管式反应器的第一种结构的整体结构示意图；
图2图1中A的局部放大图；
图3为图1所示的微藻管式反应器中搅拌球和固定导杆的装配示意图；
图4图1中A1的局部放大图；
图5图1中A2的局部放大图；
图6图1中A3的局部放大图；
图7图1所示的微藻管式反应器中被引导磁块与牵引绳的装配示意图；
图8为本发明实施例提供的微藻管式反应器的第二种结构的整体结构示意图；
图9为图8中B的局部放大图；
图10为本发明实施例提供的微藻管式反应器的第三种结构的整体结构示意图。
图标：100-二氧化碳钢瓶；101-空气泵；102-气体混合室；103-管道阵列；104-搅拌循环机构；105-气体输入管；106-气体输出管；107-入口；108-排液口；109-搅拌内部机构；200-搅拌外部机构；201-固定导杆；202-搅拌球；203-导轨；204-牵引带；205-引导磁块；206-被引导磁块；207-管道；208-活接接头；209-支撑滑轮；300-主动滑轮；301-从动滑轮；302-第一段引绳；303-第二段引绳；304-阻挡部；305-引导滑槽；306-穿设孔；307-球状滑块；308-引导轨；309-气升管道；400-气体分布器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
具体实施例，参照图1至图10。
本实施例提供的微藻管式反应器，如图1所示，包括二氧化碳钢瓶100、空气泵101、气体混合室102、管道阵列103和搅拌循环机构104，气体混合室102设置有两个气体输入管105和一个气体输出管106，二氧化碳钢瓶100和空气泵101分别通过气体输入管105与气体混合室102连通，管道阵列103设置有入口107和排液口108，气体输出管106与管道阵列103的入口107连通；
搅拌循环机构104包括搅拌内部机构109和搅拌外部机构200，如图2所示，搅拌内部机构109包括设置于管道阵列103的管道207内部的固定导杆201和搅拌球202，固定导杆201沿着管道阵列103的管道207的中心线设置，搅拌球202滑动套设于固定导杆201且与管道207的内壁相切；搅拌外部机构200包括设置于管道阵列103的管道207外部的导轨203、牵引带204和引导磁块205，导轨203沿着固定导杆201的延伸方向设置，引导磁块205滑动嵌设于导轨203且与管道207的外壁贴合，牵引带204穿过引导磁块205且位于导轨203内；搅拌球202的与管道207的内壁相切的一侧嵌设有被引导磁块206，被引导磁块206与引导磁块205对应设置且能够通过管道207导磁移动。
位于管道207外部的引导磁块205移动，位于管道207内部的被引导磁块206在磁性的作用下能够随着引导磁块205移动，进而带动搅拌球202沿着固定导杆201移动。搅拌球202沿着固定导杆201移动的过程中，不断穿过微藻，从而能够对管道207内的微藻起到搅拌的作用，搅拌球202沿着固定导杆201来回往复移动，不断的驱动微藻的移动以及实现对微藻的搅拌。由于搅拌球202是球状，搅拌球202的外侧壁为光滑的曲面，因此搅拌球202在沿着固定导杆201在管道207内移动时，能够最大程度的减少对微藻的机械损伤。相比现有技术，搅拌对微藻的机械损伤大大减少了。进而减少细胞间相互遮光作用及在生长过程中营养物和气体浓度在藻体周围形成均匀的浓度,有效排除光合作用中溶氧蓄积，防止藻体下沉及厌氧分解，提高光合作用效率，促进气液传质，加速藻的生长。
如图2、图3和图5所示，管道阵列103的管道207的与搅拌球202相切的内壁设置有引导轨308，搅拌球202的外侧壁与引导轨308抵接。引导滑槽305和引导轨308配合使用，能够使搅拌球202始终沿着一个方向移动，实现对管道207内微藻的更加均匀的搅拌。
如图3所示，固定导杆201设置有引导滑槽305，搅拌球202设置有穿设孔306和设置于穿设孔306的内壁的球状滑块307，固定导杆201活动穿设于穿设孔306，球状滑块307滑动嵌设于引导滑槽305。设置外壁为曲面的球状滑块307能够保证在沿着引导滑槽305移动的过程中，减小对微藻的机械损伤，既起到了导向和限位的作用，又避免了对微藻造成更大的机械损伤。
如图4所示，管道阵列103包括多个管道207，相邻的两个管道207之间通过活接接头208连接，活接接头208的外部的导轨203内设置有支撑滑轮209，牵引带204穿过支撑滑轮209。
牵引带204带动引导磁块205沿着导轨203移动，进而带动被引导磁块206移动。活接接头208处为相邻的两个管道207之间的转弯处，设置支撑滑轮209，能够使牵引带204与管道207之间留有空隙，保证牵引带204的顺利牵动，引导磁块205的顺利移动。
如图7所示，牵引带204为封闭圈绳，如图5所示，管道阵列103的入口107的外侧设置有主动滑轮300，如图6所示，管道阵列103的排液口108的外侧设置有从动滑轮301，封闭圈绳套设于主动滑轮300和从动滑轮301的外侧；牵引带204包括并排位于主动滑轮300和从动滑轮301之间的第一段引绳302和第二段引绳303，第一段引绳302和第二段引绳303均穿过引导磁块205，第一段引绳活动穿设于引导磁，第二段引绳与引导磁块205固定。
主动滑轮300转动能够通过牵引带204带动从动滑轮301转动，牵引带204移动，第一段引绳移动，第二段引绳移动带动引导磁块205移动，实现引导磁块205在主动滑轮300和从动滑轮301之间的来回往复移动，从而实现被引导磁块206在管道207内来回往复移动。
如图8所示，管道阵列103包括多个管道207，相邻的两个管道207之间通过活接接头208连接，每个管道207对应设置一个搅拌循环机构104。
每个管道207对应设置一段固定导杆201，相邻两个管道207之间相互独立，通过拆卸活接接头208能够增加至少一段管道207，增加整体的长度，满足需求变化。
如图9所示，每个管道207对应设置有一个固定导杆201，固定导杆201的两端分别弯折形成阻挡部304，每个阻挡部304分别固定于管道207的一端。设置阻挡部304，每个搅拌球202在被引导磁块206的作用下从固定导杆201的一端移动到官大的另一端，不会出现搅拌球202从固定导杆201的一端滑落的现象，也以简单的结构实现了固定导杆201的固定。
管道阵列103分为两个部分，分别为第一阵列和第二阵列，第一阵列由可见光的管道207连接而成，第二阵列由不可见光的管道207连接而成。
由可见光的管道207连接而成，能够吸收光照，加快光合作用的进行，同时温度较高。由不可见光的管道207连接而成，不能够吸收光照，温度较低。通过藻液在整个管道207中循环，当藻液循环到可见光管道207时，白昼可以起到降温的作用，夜晚也可以起到保温的作用。同时藻液的生长在光反应和暗反应之间循环，有利于微藻细胞中有机物的积累。
微藻管式反应器还包括驱动电机，驱动电机与主动滑轮300连接。驱动电机的输出轴与主动滑轮300的转动轴之间进行连接，可以采用联轴器连接的方式。
如图10所示，微藻管式反应器中，入口107设置有气升管道309，气升管道309的顶端设置有封口，气升管道309的底端与入口107连通，入口107设置有气体分布器400，气体输出管106穿过封口与气体分布器400连接。
空气泵101启动，气体分布器400产生气泡，利用气泡的浮力带动藻液在管道207中循环流动，起到辅助搅拌球202使培养液在整个培养装置中加速循环流动，同时起到清洗管道207内壁沉积的藻细胞的作用。气升管道309在培养初期可以充当种子培养罐，活化藻种。
本实施例还提供了微藻管式反应系统，包括微藻管式反应器，排液口108设置有自动阀门。设置自动阀门，能够排出微藻培养液的废物以及便于清理。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种微藻管式反应器，其特征在于，包括二氧化碳钢瓶、空气泵、气体混合室、管道阵列和搅拌循环机构，所述气体混合室设置有两个气体输入管和一个气体输出管，所述二氧化碳钢瓶和所述空气泵分别通过所述气体输入管与所述气体混合室连通，所述管道阵列设置有入口和排液口，所述气体输出管与所述管道阵列的所述入口连通；
所述搅拌循环机构包括搅拌内部机构和搅拌外部机构，所述搅拌内部机构包括设置于所述管道阵列的管道内部的固定导杆和搅拌球，所述固定导杆沿着所述管道阵列的所述管道的中心线设置，所述搅拌球滑动套设于所述固定导杆且与所述管道的内壁相切；所述搅拌外部机构包括设置于所述管道阵列的所述管道外部的导轨、牵引带和引导磁块，所述导轨沿着所述固定导杆的延伸方向设置，所述引导磁块滑动嵌设于所述导轨且与所述管道的外壁贴合，所述牵引带穿过所述引导磁块且位于所述导轨内；所述搅拌球的与所述管道的内壁相切的一侧嵌设有被引导磁块，所述被引导磁块与所述引导磁块对应设置且能够通过所述管道导磁移动。
2.根据权利要求1所述的微藻管式反应器，其特征在于，所述管道阵列包括多个所述管道，相邻的两个所述管道之间通过活接接头连接，所述活接接头的外部的导轨内设置有支撑滑轮，所述牵引带穿过所述支撑滑轮。
3.根据权利要求2所述的微藻管式反应器，其特征在于，所述牵引带为封闭圈绳，所述管道阵列的所述入口的外侧设置有主动滑轮，所述管道阵列的所述排液口的外侧设置有从动滑轮，所述封闭圈绳套设于所述主动滑轮和所述从动滑轮的外侧；所述牵引带包括并排位于所述主动滑轮和所述从动滑轮之间的第一段引绳和第二段引绳，所述第一段引绳和所述第二段引绳均穿过所述引导磁块，所述第一段引绳活动穿设于所述引导磁，所述第二段引绳与所述引导磁块固定。
4.根据权利要求1所述的微藻管式反应器，其特征在于，所述管道阵列包括多个所述管道，相邻的两个所述管道之间通过活接接头连接，每个所述管道对应设置一个所述搅拌循环机构。
5.根据权利要求4所述的微藻管式反应器，其特征在于，每个所述管道对应设置有一个固定导杆，所述固定导杆的两端分别弯折形成阻挡部，每个所述阻挡部分别固定于所述管道的一端。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的微藻管式反应器，其特征在于，所述固定导杆设置有引导滑槽，所述搅拌球设置有穿设孔和设置于所述穿设孔的内壁的球状滑块，所述固定导杆活动穿设于所述穿设孔，所述球状滑块滑动嵌设于所述引导滑槽；所述管道阵列的所述管道的与所述搅拌球相切的内壁设置有引导轨，所述搅拌球的外侧壁与所述引导轨抵接。
7.根据权利要求6所述的微藻管式反应器，其特征在于，所述管道阵列的所述管道的与所述搅拌球相切的内壁设置有引导轨，所述搅拌球的外侧壁与所述引导轨抵接。
8.根据权利要求1所述的微藻管式反应器，其特征在于，所述管道阵列分为两个部分，分别为第一阵列和第二阵列，所述第一阵列由可见光的管道连接而成，所述第二阵列由不可见光的管道连接而成。
9.根据权利要求3所述的微藻管式反应器，其特征在于，微藻管式反应器还包括驱动电机，所述驱动电机与所述主动滑轮连接。
10.一种微藻管式反应系统，其特征在于，包括权利要求1至9中任意一项所述的微藻管式反应器，所述排液口设置有自动阀门。
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