CN109401914A - 一种高效部分液循环式微藻养殖用固碳补碳反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效部分液循环式微藻养殖用固碳补碳反应器，包括：反应器、进液管；进液管的出口端伸入反应器的内部，且置于反应器的中下部；进液管入口端的管径大于出口端的管径；反应器的底部开设气体进口，上部开设气液出口；气液出口处依次设置液体泵和第一流量阀；气液出口位于液体泵和第一流量阀之间的位置设置连接管，连接管的另一端与反应器相连通；反应器中反应后的液体会经过液体泵，此时，液体泵所设定的液体流量大于第一流量阀通过的液体流量，然后液体一部分会通过第一流量阀从气液出口流出，另一部分会通过连接管回流到反应器中继续反应。本发明中的反应器可以实现部分液体循环，且固碳效率高，CO₂气体利用率高，生产成本低。

Description

一种高效部分液循环式微藻养殖用固碳补碳反应器

技术领域

本发明涉及微藻固碳养殖技术领域，更具体的说是涉及一种高效部分液循环式微藻养殖用固碳补碳反应器。

背景技术

微藻是一类在陆地、海洋分布广泛，营养丰富、光合利用度高的自养生物，细胞代谢产生的多糖、蛋白质、色素等物质，在食品、医药、基因工程、液体燃料等领域具有很好的开发前景。微藻可以利用太阳光能，通过光合作用固定二氧化碳，并合成自身代谢所需的有机物。但是微藻利用光合作用自养并不能直接利用CO₂气体，而是利用以HCO^3-形式存在的可溶性CO₂。如果直接往培养基中添加食用级固体碳酸氢钠，虽然可以有效补充微藻生长所需的碳源，但食用级固体碳酸氢钠成本较高，且大量添加碳酸氢钠会使培养基中大量积累Na离子，会对微藻的养殖造成影响。

目前，在微藻养殖过程中，往往使用CO₂来补充碳源，改进之前的固碳补碳反应器如附图1所示，通过泵将培养基回液输送至固碳补碳反应器，在固碳补碳反应器中培养基回液与CO₂混合反应，然后再通过回液出口流出，完成固碳补碳过程，反应后的培养基回液会进一步用于微藻的培养。但是，该固碳补碳反应器中气液混合效率低，反应停留时间短，使CO₂的溶解不够充分。通过检测得知，该固碳补碳反应器中CO₂的固定反应效率约为15-25％左右，大约75％以上的CO₂未被溶解，会通过回液出口被排到空气中。这样不仅会造成CO₂气体的浪费，还会增加企业的生产成本，造成环境的污染。

因此，研究出一种固碳效率高，CO₂气体利用率高，且生产成本低的固碳补碳反应器，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种固碳效率高，CO₂气体利用率高，且生产成本低的高效部分液循环式微藻养殖用固碳补碳反应器。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高效部分液循环式微藻养殖用固碳补碳反应器，包括：反应器、进液管；所述进液管的出口端伸入反应器的内部，且置于所述反应器的中下部，所述进液管与所述反应器的顶部固定连接；所述进液管入口端的管径大于出口端的管径；所述反应器的底部开设气体进口，上部开设气液出口；所述气液出口处依次设置液体泵和第一流量阀，所述液体泵所设定的最大液体流量大于等于所述第一流量阀所能通过的最大液体流量；所述气液出口位于所述液体泵和第一流量阀之间的位置设置连接管，所述连接管的另一端与所述反应器相连通，所述气液出口、连接管、反应器形成循环回路；所述反应器中反应后的液体会经过所述液体泵，此时，所述液体泵所设定的液体流量大于所述第一流量阀通过的液体流量，然后液体一部分会通过第一流量阀从所述气液出口流出，另一部分会通过连接管回流到所述反应器中继续反应，通过对所述液体泵设定流量以及所述第一流量阀通过流量的控制，进而实现了部分反应液体的循环。

采用上述技术方案的有益效果是，本发明中进液管入口端的管径大于出口端的管径使水经过进液管后发生变径效应，经过变径效应后液体会高速冲入反应器内，在反应器的底部形成漩涡，增强反应器中的液体和气体混合作用，使气液混合的更加均匀；由于液体泵能通过的液体流量大于第一流量阀所能通过的液体量，则反应后的液体一部分会从气液出口流出，另一部分通过连接管回流到反应器内，继续反应，可以有效延长气液反应接触的时间，使反应更加的充分。

优选的，所述反应器的内部的底端设置气体分布器，所述气体分布器与所述反应器的侧壁固定连接。

采用上述技术方案的有益效果是，气体从气体进口进入反应器后会经过气体分布器将气体分布成细小的气泡，然后再进入到反应器内部与液体反应，气体被分布成细小气泡后，会使气体在液体中的分布更加均匀，进而使液体与气体的混合更加的均匀。

优选的，所述气体分布器的面积与所述反应器的横截面面积大小相等。

采用上述技术方案的有益效果是，气体分布器布满反应器的底部，使进入反应器的气体全部经过气体分布器后再进入到反应器中，使气体在液体中的分布更加均匀。

优选的，所述反应器上还设置压力表。

优选的，所述气体进口处设置第二流量阀。

优选的，所述进液管入口端设置第三流量阀。

采用上述技术方案的有益效果是，第二流量阀和第三流量阀的设置可以方便对气体和液体的进入速度和进入量进行控制。

优选的，所述进液管入口端还设置第一流量表。

优选的，所述气液出口靠近出口端处设置第二流量表。

采用上述技术方案的有益效果是，第一流量表和第二流量表可以很方便的观察到当时的液体流量，可以更精准的对液体流量进行调整。

优选的，所述进液管入口端的管径为150mm。

优选的，所述进液管出口端的管径为50.8mm。

本发明的有益效果：

(1)本发明中液体泵能通过的液体流量大于第一流量阀所能通过的液体量，可以实现部分反应液的循环，可以有效延长气液的反应接触时间，使反应更加的充分；

(2)本发明中部分液体循环式反应器在不同气液比条件下，固碳效率在43-83％左右，相对于改进前的固碳反应效率有了大幅的提高，在相同气液比条件本发明中CO₂的利用效率是改进前的固碳补碳反应器中CO₂的利用效率的2倍；

(3)本发明中CO2利用效率得到大幅度的提高，不仅可以减少了食品级碳酸氢钠的使用量，还能降低生产成本，同时可以显著减少二氧化碳的无效溢出，提高了微藻固碳的生产效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为改进之前的固碳补碳反应器的结构示意图；

图2附图为本发明提供的反应器的结构示意图；

图3附图为本发明提供的反应器的结构原理图。

其中，图中，

1-反应器；

11-气液进口；12-气体进口；

2-进液管；3-气体分布器；4-液体泵；5-第一流量阀；6-压力表；7-第二流量阀；8-第三流量阀；9-第一流量表；10-第二流量表。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

如图2-3所示，本发明实施例公开了一种高效部分液循环式微藻养殖用固碳补碳反应器，包括：反应器1、进液管2；进液管2的出口端伸入反应器1的内部，且置于反应器1的中下部，进液管2与反应器1的顶部固定连接；进液管2入口端的管径大于出口端的管径；反应器1的底部开设气体进口12，上部开设气液出口11；气液出口11处依次设置液体泵4和第一流量阀5，液体泵4所设定的最大液体流量大于等于第一流量阀5所能通过的最大液体流量；气液出口11位于液体泵4和第一流量阀5之间的位置设置连接管，连接管的另一端与反应器1相连通，气液出口11、连接管、反应器1形成循环回路；反应器1中反应后的液体会经过液体泵4，此时，液体泵4所设定的液体流量大于第一流量阀5通过的液体流量，然后液体一部分会通过第一流量阀5从气液出口11流出，另一部分会通过连接管回流到反应器1中继续反应，通过对液体泵4设定流量以及第一流量阀5通过流量的控制，进而实现了部分反应液体的循环。

采用上述技术方案的有益效果是，本发明中液体泵4设定的最大液体流量大于第一流量阀5所通过的液体流量，则通过液体泵4的液体不能同时通过第一流量阀5，所以会有一部分的液体通过连接管回流到反应器1内，重新进行反应。对30％左右的液体进行循环回流的效果最好。若液体泵4设定的液体流量等于第一流量阀5通过的液体流量，则不会出现也液体回流现象。

如附图2中所示，虚线表示从气液出口11流出的液体一部分流出供微藻养殖使用，另一部分回流到反应器1的内部，实现部分液体的循环反应。

进一步地，反应器1的内部的底端设置气体分布器3，气体分布器3与反应器1的侧壁固定连接，气体分布器3的面积与反应器1的横截面面积大小相等。

采用上述技术方案的有益效果是，气体通过气体分布器3的分散后在反应器1中的分布会更加的均匀，更利于液体与气体的混合反应；并且进入反应器1的气体必然会经过气体分布器3，使反应更加的充分。

进一步地，反应器1上还设置压力表6。

进一步地，气体进口12处设置第二流量阀7。

进一步地，进液管2入口端设置第三流量阀8。

进一步地，进液管2入口端还设置第一流量表9。

进一步地，气液出口11靠近出口端处设置第二流量表10。

进一步地，进液管2入口端的管径为150mm；进液管2出口端的管径为50.8mm。进液管2入口和出口端管径的设置，可以保证液体从进液管2进入到反应器1中能形成强烈的液体冲击，对液体和气体起到均匀混合的作用，使反应更加的充分。

本发明中反应器不同气液比条件下的固碳效率的检测结果如下表1所示：

表1

由表1中的检测结果可以得知，本发明中的反应器在不同气液比条件下，其固碳效率在43-83％左右，相对于改造前的固碳反应效率有了大幅的提高，在相同气液比条件本发明反应器中CO₂的利用效率是改进前的固碳补碳反应器中CO₂的利用效率的2倍，因此，本发明中CO₂的利用效率得到显著的提高，并且还可以减少食品级碳酸氢钠的使用量，降低生产成本，同时可以显著减少微藻培养过程中二氧化碳的无效溢出，提高微藻固碳的生产效率，对环境的保护具有重要。

反应器的工作原理：液体从进液管2的入口进入，出口排出，液体在进入到反应器1时，会对反应器1中的液体产生强烈的液体冲击，产生漩涡，对反应器1中的液体和气体起到搅拌混合的作用；气体从气体进口12进入先经过气体分布器3，形成细小气泡，然后进入到反应器1的内部，与液体混合反应，反应后的液体会经过液体泵4，一部分经过第一流量阀5流出微藻培养基内，供微藻的养殖使用，另一部分经过连接管，流回到反应器1内部，继续进行反应。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种高效部分液循环式微藻养殖用固碳补碳反应器，其特征在于，包括：反应器(1)、进液管(2)；所述进液管(2)的出口端伸入反应器(1)的内部，且置于所述反应器(1)的中下部，所述进液管(2)与所述反应器(1)的顶部固定连接；

所述进液管(2)入口端的管径大于出口端的管径；

所述反应器(1)的底部开设气体进口(12)，上部开设气液出口(11)；所述气液出口(11)处依次设置液体泵(4)和第一流量阀(5)，所述液体泵(4)所设定的最大液体流量大于等于所述第一流量阀(5)所能通过的最大液体流量；所述气液出口(11)位于所述液体泵(4)和第一流量阀(5)之间的位置设置连接管，所述连接管的另一端与所述反应器(1)相连通，所述气液出口(11)、连接管、反应器(1)形成循环回路；所述反应器(1)中反应后的液体会经过所述液体泵(4)，此时，所述液体泵(4)所设定的液体流量大于所述第一流量阀(5)通过的液体流量，然后液体一部分会通过所述第一流量阀(5)从所述气液出口(11)流出，另一部分会通过连接管回流到所述反应器(1)中继续反应，通过对所述液体泵(4)设定流量以及所述第一流量阀(5)通过流量的控制，进而实现了部分反应液体的循环。

2.根据权利要求1所述的一种高效部分液循环式微藻养殖用固碳补碳反应器，其特征在于，所述反应器(1)的内部的底端设置气体分布器(3)，所述气体分布器(3)与所述反应器(1)的侧壁固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种高效部分液循环式微藻养殖用固碳补碳反应器，其特征在于，所述气体分布器(3)的面积与所述反应器(1)的横截面面积大小相等。

4.根据权利要求1所述的一种高效部分液循环式微藻养殖用固碳补碳反应器，其特征在于，所述反应器(1)上还设置压力表(6)。

5.根据权利要求1所述的一种高效部分液循环式微藻养殖用固碳补碳反应器，其特征在于，所述气体进口(12)处设置第二流量阀(7)。

6.根据权利要求1所述的一种高效部分液循环式微藻养殖用固碳补碳反应器，其特征在于，所述进液管(2)入口端设置第三流量阀(8)。

7.根据权利要求1或6所述的一种高效部分液循环式微藻养殖用固碳补碳反应器，其特征在于，所述进液管(2)入口端还设置第一流量表(9)。

8.根据权利要求1所述的一种高效部分液循环式微藻养殖用固碳补碳反应器，其特征在于，所述气液出口(11)靠近出口端处设置第二流量表(10)。

9.根据权利要求7所述的一种高效部分液循环式微藻养殖用固碳补碳反应器，其特征在于，所述进液管(2)入口端的管径为150mm。

10.根据权利要求1所述的一种高效部分液循环式微藻养殖用固碳补碳反应器，其特征在于，所述进液管(2)出口端的管径为50.8mm。