CN112011439A - 一种气体阶梯式内循环生物反应器 - Google Patents

Abstract

本发明是一种搅拌时不会对培养液中的生物细胞造成机械性损伤、又能让气体长时间同培养液接触的气体阶梯式内循环生物反应器。这样一种气体阶梯式内循环生物反应器，包括有反应器主管，反应器主管上方一端设置有进气口；出气口，反应器主管上方另一端设置有出气口；气泵，反应器主管上侧设置有气泵；出气管，气泵的出气端与进气口之间设置有出气管。工作人员启动气泵，从而使得气体从多块挡板下方的培养液穿过对培养液进行多次柔和的搅动，同时，由挡板隔成的每一个气室保证了气体同培养液的长时间接触，从而大大延长了生物的生长时间，提高了生物的产量。

Description

一种气体阶梯式内循环生物反应器

技术领域

本发明涉及一种生物反应器，尤其涉及一种气体阶梯式内循环生物反应器。

背景技术

生物反应器有很多种，靠气体浮力由下往上对培养液进行搅动为主要特征的有气升式、负压驱动、正压驱动。他们的共同特点是根据气体比液体比重小的特点，让气泡在液体中自动向上升起，上升的气泡对培养液进行搅动，有利于培养液中的生物同气体进行反应。

气升式反应器作用机理是利用气泡在培养液中快速垂直上升，从而达到搅动培养液的目的。而负压驱动和正压驱动反应器都是在气泡进入培养液后，气泡沿着管道上壁由低向高浮动，搅动培养液。他们的共同缺点是气泡虽然对培养液起到搅拌作用，但气泡在上浮的过程中同它柔和搅动的那一部分液体，几乎都只有瞬间接触时间，气泡内的气体同生物细胞培养液起反应的时间极短，导致该类生物反应器反应效率极低。

能否发明一种既能让气泡对培养液进行柔和地搅动，不会对培养液中的生物细胞造成机械性损伤，又能让气体长时间同培养液接触，大幅度延长气体同培养液的生物起反应的时间，从而达到提高生产效率的目的。这是全世界从事生物反应器研制生产和使用者长期想解决但未能如愿的难题。

因此，我们设计发明了一种搅拌时不会对培养液中的生物细胞造成机械性损伤、又能让气体长时间同培养液接触的气体阶梯式内循环生物反应器，用来解决现有技术存在的问题。

发明内容

为了克服搅动培养液对生物细胞造成机械性损伤、气泡内的气体同生物细胞培养液起反应的时间极短的缺点，要解决的技术问题是：提供一种搅拌时不会对培养液中的生物细胞造成机械性损伤、又能让气体长时间同培养液接触的气体阶梯式内循环生物反应器。

本发明的技术方案是：一种气体阶梯式内循环生物反应器，包括：反应器主管，反应器主管上方一端设置有进气口；出气口，反应器主管上方另一端设置有出气口；气泵，反应器主管上侧设置有气泵；出气管，气泵的出气端与进气口之间设置有出气管，且出气管使得反应器主管上方一端进气口与气泵的出气端相通连；进气管，气泵的进气端与反应器主管出气口之间设置有进气管，且进气管使得反应器主管上方另一端出气口与气泵的进气端相通连；排液阀，反应器主管靠近下侧一端设置有排液阀；进液阀，反应器主管靠近上侧一端设置有进液阀；挡板，反应器主管内壁上沿反应器主管轴线间隔均匀设置有若干块阶梯式高低不同的挡板，挡板相互之间与反应器主管内壁之间形成一个个气室；截止阀，出气管上设置有截止阀。

进一步的，还包括：第一气阀，进气管上设置有第一气阀；第二气阀，出气管上设置有第二气阀，第二气阀位于进气口与截止阀之间。

进一步的，还包括：进气管上设置有氧气传感器，氧气传感器位于第一气阀和出气口之间。

进一步的，还包括：反应器主管内壁上的挡板数量为2到100块。

进一步的，还包括：反应器主管内壁上的挡板上部与反应器主管内壁紧密连接，且挡板宽度在25cm-3cm依次排列，挡板长度与反应器主管宽度相同。

进一步的，还包括：反应器主管内壁上的挡板间距为0.2m-3m之间。

进一步的，还包括：反应器主管内壁上的挡板是厚度为1mm-10mm的厚板或厚度为10cm-100cm的槽板。

进一步的，还包括：反应器主管的直径或宽度在0.2m-2m之间。

进一步的，还包括：气泵的流量和压力按反应器生物生长工艺要求配置。

有益效果为：1、工作人员启动气泵，从而使得气体从挡板下方的培养液穿过对培养液进行多次柔和的搅动，同时，由挡板隔成的每一个气室保证了气体同培养液的长时间接触，从而大大延长了生物的生长时间，提高了生物的产量。

2、工作人员可以通过第一气阀和第二气阀控制整个气体循环内的氧气含量。

3、为了使得工作人员可以精准地检测到循环气体内的氧气含量等指标，进气管上设置有氧气传感器用于精准检测循环气体内的氧气含量。

附图说明

图1为本发明气体阶梯式内循环生物反应器的示意图。

图中零部件名称及序号：1_反应器主管，2_进气口，3_出气口，4_气泵，5_出气管，6_进气管，7_排液阀，8_进液阀，9_挡板，10_截止阀，11_第一气阀，12_第二气阀，13_氧气传感器。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选技术方案。

实施例1

如图1所示，一种气体阶梯式内循环生物反应器，包括有反应器主管1，进气口2、出气口3、气泵4、出气管5、进气管6、排液阀7、进液阀8、挡板9和截止阀10，反应器主管1上方左端设置有进气口2，反应器主管1上方右端设置有出气口3，反应器主管1上侧设置有气泵4，气泵4的出气端与进气口2之间设置有出气管5，且出气管5使得反应器主管1上方左端与气泵4的出气端相通连，气泵4的进气端与出气口3之间设置有进气管6，且进气管6使得反应器主管1上方右端与气泵4的进气端相通连，反应器主管1靠近下侧左端设置有排液阀7，反应器主管1靠近上侧右端设置有进液阀8，反应器主管1内壁上沿反应器主管1轴线间隔均匀设置有若干块阶梯式高低不同的挡板9，挡板9相互之间与反应器主管1内壁之间形成一个个气室，出气管5上设置有截止阀10。

当工作人员需要使用此生物反应器时，工作人员需要打开进液阀8，从而把适量的生物培养液灌入反应器主管1内，然后工作人员需要启动气泵4，气泵4会对空气作用，从而使得气体由气泵4的出气端经过进气管6和进气口2进入反应器主管1一端的第一个气室内，当第一个气室内充满气体后，气体会进入培养液内越过靠近第一个气室的第一块挡板9进入第二个气室内，当第二个气室内充满气体后，气体会越过靠近第二个气室的第二块挡板9进入到第三个气室内，这样以此类推，气体会流经每一个气室和气室下方的培养液从而进入到最后一个气室内，然后通过反应器主管1另一端的出气口3进入进气管6内，最后通过气泵4的进气端进入气泵4内，再通过气泵4加压流出气泵4的出气端进入出气管5内重复第二次循环。气体每次从挡板9下方的培养液穿过，就会对培养液进行一次柔和的搅动，同时，由挡板9隔成的每一个气室保证了气体同培养液的长时间接触，从而大大延长了生物的生长时间，提高了生物的产量。当工作人员需要停止气体循环时，工作人员需要关闭截止阀10或关闭气泵4，从而使得出气管5被封闭，进而使得气体停止循环，若需要气体再次循环，打卡截止阀10或启动气泵4即可。

实施例2

如图1所示，在实施例1的基础之上，还包括有第一气阀11和第二气阀12，进气管6上设置有第一气阀11，出气管5上设置有第二气阀12，第二气阀12位于进气口2与截止阀10之间。

当气体的含氧量小于标准值时，工作人员需要打开第一气阀11，从而使得整个气体循环内被输入定量的空气，进入使得整个气体循环内的氧气含量达到标准值。反之，当气体的含氧量高于标准值时，则关闭第一气阀11打开第二气阀12即可。

实施例3

如图1所示，在实施例2的基础之上，还包括有氧气传感器13，进气管6上设置有氧气传感器13，氧气传感器13位于第一气阀11和出气口3之间。

为了使得工作人员可以精准地检测到循环气体内的氧气含量等指标，进气管6上设置有氧气传感器13用于精准检测循环气体内的氧气含量。

应当理解，以上的描述仅仅用于示例性目的，并不意味着限制本发明。本领域的技术人员将会理解，本发明的变型形式将包含在本文的权利要求的范围内。

Claims (9)

1.一种气体阶梯式内循环生物反应器，其特征在于，包括：

反应器主管(1)，反应器主管(1)上方一端设置有进气口(2)；

出气口(3)，反应器主管(1)上方另一端设置有出气口(3)；

气泵(4)，反应器主管(1)上侧设置有气泵(4)；

出气管(5)，气泵(4)的出气端与进气口(2)之间设置有出气管(5)，且出气管(5)使得反应器主管(1)上方一端的进气口(2)与气泵(4)的出气端相通连；

进气管(6)，气泵(4)的进气端与反应器主管(1)的出气口(3)之间设置有进气管(6)，且进气管(6)使得反应器主管(1)上方另一端的出气口(3)与气泵(4)的进气端相通连；

排液阀(7)，反应器主管(1)靠近下侧一端设置有排液阀(7)；

进液阀(8)，反应器主管(1)靠近上侧一端设置有进液阀(8)；

挡板(9)，反应器主管(1)内壁上沿反应器主管(1)轴线间隔均匀设置有若干块阶梯式高低不同的挡板(9)，挡板(9)相互之间与反应器主管(1)内壁之间形成一个个气室；

截止阀(10)，出气管(5)上设置有截止阀(10)。

2.根据权利要求1所述的一种气体阶梯式内循环生物反应器，其特征在于，还包括：

第一气阀(11)，进气管(6)上设置有第一气阀(11)；

第二气阀(12)，出气管(5)上设置有第二气阀(12)，第二气阀(12)位于进气口(2)与截止阀(10)之间。

3.根据权利要求2所述的一种气体阶梯式内循环生物反应器，其特征在于，还包括：

进气管(6)上设置有氧气传感器(13)，氧气传感器(13)位于第一气阀(11)和出气口(3)之间。

4.根据权利要求3所述的一种气体阶梯式内循环生物反应器，其特征在于，还包括：

反应器主管(1)内壁上的挡板(9)数量为2到100块。

5.根据权利要求4所述的一种气体阶梯式内循环生物反应器，其特征在于，还包括：

反应器主管(1)内壁上的挡板(9)上部与反应器主管(1)内壁紧密连接，且挡板(9)宽度在25cm-3cm依次排列，挡板(9)长度与反应器主管(1)宽度相同。

6.根据权利要求5所述的一种气体阶梯式内循环生物反应器，其特征在于，还包括：

反应器主管(1)内壁上的挡板(9)间距为0.2m-3m之间。

7.根据权利要求6所述的一种气体阶梯式内循环生物反应器，其特征在于，还包括：

反应器主管(1)内壁上的挡板(9)为厚板或槽板。

8.根据权利要求7所述的一种气体阶梯式内循环生物反应器，其特征在于，还包括：

反应器主管(1)的直径或宽度在0.2m-2m之间。

9.根据权利要求8所述的一种气体阶梯式内循环生物反应器，其特征在于，还包括：

气泵(4)的流量和压力按反应器生物生长工艺要求配置。

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