CN202157075U - 一种气升式外加磁场生物反应器 - Google Patents

一种气升式外加磁场生物反应器 Download PDF

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Abstract

一种气升式外加磁场生物反应器。其反应器是安装在罐体外的磁场反应器；有入口端和出口端，并接入发酵罐。反应器由可磁化介质缠绕一定数量线圈组成磁场发生器，磁场发生器中部通过透明连接管，pH测控仪和微量酸碱自动添加器连接到发酵罐罐体上，温度测控仪、磁场测控仪连接和热交换器接到透明连接管上，通过流速控制器控制发酵醪液的流速来调节发酵液在磁场中接受磁场刺激的时间，发酵罐中没有混合搅拌器，该反应器主要通过施加罐体外的稳恒磁场或交变磁场来提高发酵性能，利用外循环气升式发酵解决传统发酵中溶氧不充分、传质性差、剪切力大等问题，具有不影响罐体内生物反应、能耗低、适用范围广、不影响罐内发酵方式等特点。

Description

一种气升式外加磁场生物反应器
技术领域
本实用型属于生物技术领域的生物发酵过程中以生物细胞为材料，进行液体深层培养细胞和有用代谢产物的装置。其产品有的作为微生物制剂直接使用，某些产品可以提供给微生物下游工程作为原料进行深层次加工。 
背景技术
普通生物反应器一般为机械搅拌式生物反应器，由于其剪切力过大，动力消耗高，且由全金属材质加工而成，因此对一些特殊的生物催化或者生物转化过程难以适用，如一些光能自养型生物的深层液体培养，动植物细胞的培养等。另外，随着生物的磁效应研究的逐步深入，在医学、农业和工业领域的应用也越来越受到人们的重视。本专利将外循环气升式生物反应器与生物磁相耦合，设计出一种新型的磁生物反应器，它将生物磁效应引入生物反应过程，并实现对生物催化或者生物转化过程有益的优化与控制。 
发明内容
本实用型新型要解决的问题是，提供一种结构简单、能耗低、无污染隐患、发酵物混合均匀，剪切力小，能利用生物磁效应对生物反应过程进行控制或调节的生物反应器。 
本实用新型是采用如下技术方案实现的：反应器属于气升式外加稳恒或交变磁场的连续化生产生物反应器，包括磁场产生器、透明低磁场吸收连接管、外循环气升式发酵罐，透明低磁场吸收连接管有入口端和出口端，其出口端连接气升式发酵罐的料液入口，气升式发酵罐的料液出口和泵一端相连接，泵另一端和流速控制器一端相连接，流速控制器另一端和透明低磁场吸收连接管的入口端相连接。所述的外加稳恒或交变磁场是由两块或多块可磁化材料缠绕一定数量线圈并连接稳恒电压或交变电压而产生相应性质磁场的磁场产生器。所述的磁场产生器两块可磁化材质间存在间距并有透明低磁场吸收连接管从该间距中穿过。所述的磁场产生器的放置方式可以为横向也可以为纵向。透明低磁场吸收连接管上连接有温度测控仪。所述的透明低磁场吸收连接管上连接有热交换器。所述的气升式外加磁场生物反应器的发酵罐与流速控制仪、透明低磁场吸收连接管相连接。所述的磁场产生器上连接有磁场测控仪。在气升式外加磁场生物反应器的发酵罐罐体上设置有固相物料入口、固相物料出口、气相入口和气相出口；可以在发酵罐罐体上连接有pH测控仪和微量酸碱添加器。磁场以交变电压供电或者以稳横电压供电。 
在反应器本体上有固相物料入口、固相物料出口、气相入口和气相出口，发酵罐罐体上连接有pH测控仪和微量酸碱添加器，在以上管道上可以没置伸缩管。 
所述磁场可以是以交变电压供电也可以以稳横电压供电。 
所述磁场可以是横向或者纵向。 
与现有技术相比较，本实用新型的优点在于(1)发酵性能高：提供了一种外加磁场以提高发酵的性 能；(2)传质散热好：该磁场产生器可以设置在发酵罐体外，没有任何影响罐体发酵散热和传质的问题；(3)检测控制方便：外置磁场可以更加简洁的控制和检测，不影响罐体内的发酵方式；(4)自动化：通过流速控制器和泵的连携可以实现自动补充培养液，酸碱测定仪和微量酸碱加入器连携可以实现酸碱自动控制；(5)对材料损伤小：采用外循环气升式发酵方式，剪切力可以控制在可接受范围内；(6)采光方便：采用外循环气升式发酵，在外循环时可以充分采光，利于光能自养型微生物的培养发酵。 
附图说明
图1是本反应器的总体设计示意图； 
图2是本反应器的磁场产生器的示意图； 
在图1中，(1)磁场产生器、(2)透明低磁场吸收连接管、(3)气升式发酵罐、(4)入口端、(5)出口端、(6)流速控制器、(7)磁场测控仪、(8)温度控制仪、(9)pH测控仪、(10)热交换器、(11)微量酸碱自动添加器、(12)泵、(13)物料入口、(14)气象出口、(15)气象入口、(16)料液入口、(17)料液出口。 
在图2中，(18)磁场测控仪、(19)可磁化介质。 
具体实施方式
以下结合附图实施例对本实用新型做进一步详细描述。 
在图2中，通过18磁场测控仪使19可磁化介质磁化强度大小，进而增强或减弱磁场强度。 
参照图1和图2，一种外加稳恒或交变磁场的连续化生产的生物反应器包括磁场产生器1、透明低磁场吸收连接管2、发酵罐3，透明低磁场吸收连接管2有入口端4和出口端5，出口端5为双向可调节出口，出口端的其中一端连接发酵罐，另一端关闭，发酵罐上用于检测和调节连接管中pH的pH测控仪9和微量酸碱自动添加器11与发酵罐本体相连接，发酵罐和泵12、流速控制器6相连接，流速控制器6和入口端4相连接从而形成回；磁场产生器上连接有磁场测控仪7，可以监控和设置磁场强度的大小；磁场可为稳横磁场也可为交变磁场；磁场产生器中透过的透明连接管应该对磁场吸收较弱；用于调节连接管中温度的温度测控仪8和热交换器10与连接管相连接。 
外加稳恒或交变磁场的连续化生产的生物反应器工作时，培养液和菌液在发酵罐3中混合均匀，通过泵12与流量控制器6的联携可以自动控制发酵罐中的液体流量，在流速控制仪6的作用下，发酵罐3中的液体流向透明连接管4，发酵罐中自动检测培养液的营养成分并自动补充，补偿发酵过程中的营养损耗，在罐体内实现培养液的补充以及培养液与菌液的混合，从而实现连续化生产。同时，温度测控仪8和热交换器10，以及发酵罐罐体上的pH测控仪9和微量酸碱自动添加器11保证了接受磁场刺激的发酵液的理化状态符合预期目标，发挥磁场刺激最大的功效，并确保刺激过程中混合液始终处于比较理想的生长状态。 
磁场产生器可以横向或纵向放置，适于工业化生产，便于调节，另外采用了透明低磁场吸收连接管，可以清楚观察到连接管内混合液的状态以及菌体的颜色变化。 
整个装置处于密闭状态，有效防止外界污染，此外，由于泵的作用，使菌液始终保持流动，保证了菌体分布的均匀性。 
本实用新型的工作过程如下：当打开发酵罐3罐体上的放排气阀门后，将配制合适浓度、温度、pH的无菌培养液从发酵罐3的加料口控制流量加入罐体内，并在接种口接入适量的菌种。当需氧操作时，打开气路阀门，当需要光照时，可以在透明低磁场吸收连接管2处打开光源。发酵罐罐体下部气象入口15处通入无菌空气，在反应器内没有搅拌器，其中央有一个导流筒，将发酵醪液分为上升区(导流筒内)和下降区(导流筒外)，在上升区的下部安装了空气喷嘴，空气分布管的下方有许多喷孔。加压的无菌空气通过喷嘴或喷孔喷射进发酵液中，从空气喷嘴喷入的气速可达250～300m/s，无菌空气高速喷入上升管，通过气液混合物的湍流作用而使空气泡分割细碎，与导流筒内的发酵液密切接触，供给发酵液溶解氧。由于导流筒内形成的气液混合物密度降低，加上压缩空气的喷流动能，因此使导流筒内的液体向上运动；到达反应器上部液面后，一部分气生泡破碎，二氧化碳排出到反应器上部空间，从气象出口14可以被排出，而排出部分气体的发酵液从导流筒上边向导流筒外流动，导流筒外的发酵液因气含率小，密度增大，发酵液则下降，再次进入上升管，形成循环流动，实现混合与溶氧传质、实现低剪切力。发酵罐3中的发酵液经过料液出口17流出，料液经过泵12和流速控制器6时，流速被控制，在进入透明低磁场吸收连接管2前，温度控制仪8和热交换器10调节即将接受刺激的发酵液的温度。发酵罐罐体上的pH测控仪9和微量酸碱自动添加器11自动按照发酵需求调节发酵液的pH。透明低磁场吸收连接管2中部有磁场产生器1，通过磁场测控仪7可以调节磁场大小并显示当前磁场强度。另外可在反应器的适当位置加装几个出口，作为菌液的成品出口，经检测合格的成品液可以经过这几个出口直接进行罐装。对于不罐装的混合液可以由透明低磁场连接管4的出口5流经发酵罐的料液入口16回流到发酵罐内，与新的发酵液混合，经过合适的处理之后，料液从料液出口17在泵12的作用下再一次进入磁场产生器的入口端4，进入下一回的培养，从而实现连续化生产。 

Claims (10)

1.一种气升式外加磁场生物反应器，其特征是：反应器属于气升式外加稳恒或交变磁场的连续化生产生物反应器，包括磁场产生器、透明低磁场吸收连接管、外循环气升式发酵罐，透明低磁场吸收连接管有入口端和出口端，其出口端连接气升式发酵罐的料液入口，气升式发酵罐的料液出口和泵一端相连接，泵另一端和流速控制器一端相连接，流速控制器另一端和透明低磁场吸收连接管的入口端相连接。
2.根据权利要求1所述气升式外加磁场生物反应器，其特征是：所述的外加稳恒或交变磁场是由两块或多块可磁化材料缠绕一定数量线圈并连接稳恒电压或交变电压而产生相应性质磁场的磁场产生器。
3.根据权利要求2所述气升式外加磁场生物反应器，其特征是：所述的磁场产生器两块可磁化材质间存在间距并有透明低磁场吸收连接管从该间距中穿过。
4.根据权利要求1或2任一项所述气升式外加磁场生物反应器，其特征是：所述的磁场产生器的放置方式可以为横向也可以为纵向。
5.根据权利要求1或2任一项所述气升式外加磁场生物反应器，其特征是：透明低磁场吸收连接管上连接有温度测控仪。
6.根据权利要求1或2任一项所述气升式外加磁场生物反应器，其特征是：所述的透明低磁场吸收连接管上连接有热交换器。
7.根据权利要求1或2任一项所述气升式外加磁场生物反应器，其特征是：所述的气升式外加磁场生物反应器的发酵罐与流速控制仪、透明低磁场吸收连接管相连接。
8.根据权利要求1或2任一项所述气升式外加磁场生物反应器，其特征是：所述的磁场产生器上连接有磁场测控仪。
9.根据权利要求1或2任一项所述气升式外加磁场生物反应器，其特征是：在气升式外加磁场生物反应器的发酵罐罐体上设置有固相物料入口、固相物料出口、气相入口和气相出口；可以在发酵罐罐体上连接有pH测控仪和微量酸碱添加器。
10.根据权利要求1或2任一项所述气升式外加磁场生物反应器，其特征是：磁场以交变电压供电或者以稳横电压供电。 
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EP3088509A1 (en) 2015-04-30 2016-11-02 Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie Dual-chamber reactor for magnetic assisting of chemical processes and the system of this reactor
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