CN206751803U - 一种白腐真菌生产漆酶的气升式发酵反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种白腐真菌生产漆酶的气升式发酵反应器。包括：塔体，其下端设有进气口，下部一侧设有进料口；筒体，其与所述塔体同轴设置并位于塔体的内部，用于将塔体划分为中部的升流区和四周的降流区；气泵，其设置在所述塔体的一侧，并与所述进气口相连；以及第一气体分布器，其设置在所述升流区的下部，并与所述进气口相连，用于将来自气泵的气体剪切呈细小的气泡；第二气体分布器，其设置在所述升流区的中部，并与所述进气口相连，用于将来自气泵的气体剪切呈细小的气泡；所述塔体的高径比为10，升流区与降流区的截面积比为0.8。本实用新型的有益效果是：保障了无菌条件，适合单一菌群的培养，提高了漆酶的产量。

Description

一种白腐真菌生产漆酶的气升式发酵反应器

技术领域

本实用新型涉及一种降解塔反应器，特别是涉及一种白腐真菌生产漆酶的气升式发酵反应器。

背景技术

气升式发酵反应器是一类以空气为推动力实现水的循环流动,无需机械搅拌和泵提升的在鼓泡塔基础上发展起来的多相流反应器，因其结构简单、易于维护、能耗低、混合性能好、剪切应力低、相间传质和传热效率高等特点已广泛应用于生物工程、能源化工和环境保护等诸多领域。气升式反应器的主要原理是通过空气管道向升流管中通入空气,使管中气液混合物的密度减小,同时水流从降流管底部进入升流管,实现气、液或气、液、固混合物的循环流动。由于反应器中的剪切力比较小等诸多优点，且避免了轴封，因而有利于保持无菌条件，比较适合单一菌群的培养及生物降解实验。

漆酶是一种含铜的多酚氧化酶，在自然界分布广泛，是日本学者吉田从漆树的分泌物中首先发现的，漆酶的应用范围十分广泛，在印染、纺织、造纸、化学合成以及秸秆资源化等方面扮演着重要角色。漆酶广泛存在于担子菌(Baidimycetes)、多孔菌(Polyporus)、子囊菌(Asomycetes)、脉孢菌(Neurospora)、柄孢壳菌(Podospora)和曲霉菌(Aspergillus)等中，在细菌中发现的极少，其中漆酶的生产菌主要是担子菌中的白腐菌。大多数白腐真菌发酵生产的漆酶为细胞外氧化酶，它的合成分泌过程和发酵体系所提供的环境因素密切相关。因此，采用不同的发酵培养方式对白腐真菌生产漆酶影响甚大，通常以白腐真菌不同的培养方式划分为固态发酵和液态发酵。固态发酵是较为传统的发酵方法，更接近于菌体的原始生长状态。其发酵过程是指在低水分含量的环境中，利用某些固体基质作为主要培养基，使微生物在固态基质的表面上生长繁殖和代谢，以获得所需的目标菌体或产物的过程。固态发酵存在诸多弊端，如占地面积广、劳动强度大、机械化程度低、过程不易检测控制、代谢产物不易分离、发酵周期过长等，液态发酵与固态发酵相比更为稳定，它是指在液态培养基中微生物生长繁殖和代谢的发酵过程，这种方式发酵过程较易监测控制，发酵产物容易分离处理，便于大规模工业化生产和应用，所以研究新型的液体发酵方式越来越受到重视。

白腐真菌生物发酵反应器发酵产生漆酶是漆酶实现工业化生产应用的关键环节，国内关于漆酶生物反应器的研究还很少，本发明就是在这种背景下产生的一种白腐真菌生产漆酶的气升式发酵反应器。与其他微生物反应器一样，白腐真菌生物发酵反应器的研究主要包括反应器的构型和运行条件两大方面，但因白腐真菌本身生理生化的特殊性，决定了其反应器在设计和操作上的复杂性。

目前白腐真菌液态生物发酵反应器主要有机械搅拌式发酵反应器、气升式生物反应器(ALB)、鼓泡塔反应器(BCR)、流化床生物反应器(FBBR)、填充床生物反应器(PBB)等，各反应器的结构特点因反应器类型的不同和研究者主观设计的差别而有一定的变化。但各种反应器应满足的基本要求是真菌的有效固定、营养物及代谢产物的有效扩散、O₂的有效传递、反应器运行的持续稳定等。

由于白腐真菌发酵生产的漆酶，在众多难降解污染物的处理如印染废水、造纸废水、化学合成、食品加工、秸秆资源化利用等方面的利用和应用研究越来越受到关注。近年来，国外对白腐真菌生物发酵反应器的研究报道很多，但仅限于对少数白腐真菌菌种进行研究，且大规模应用的实例还不多。白腐真菌生物发酵反应器运行的持续性和稳定性需加强；白腐真菌生物反应器运行的成本和难易程度需改善。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种白腐真菌生产漆酶的气升式发酵反应器，具有较好的持续性和稳定性，能够实现漆酶大规模工业化生产和应用。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案，包括：

塔体，其下端设有进气口，下部一侧设有进料口；

筒体，其与所述塔体同轴设置并位于塔体的内部，用于将塔体划分为中部的升流区和四周的降流区；

气泵，其设置在所述塔体的一侧，并与所述进气口相连，用于向塔体内输出气体；以及

第一气体分布器，其设置在所述升流区的下部，并与所述进气口相连，用于将来自气泵的气体剪切呈细小的气泡；

第二气体分布器，其设置在所述升流区的中部，并与所述进气口相连，用于将来自气泵的气体剪切呈细小的气泡；

其中，所述塔体的高径比为10，升流区与降流区的截面积比为0.8。

优选的是，还包括：

排气口，其设置在所述塔体的顶部，用于当塔体内压力过大时，排出部分空气；

压力表，其设置在所述塔体的顶部，并位于所述排气口的一侧，用于检测塔体内的压力。

优选的是，还包括：

多个第一气孔，其沿径向排布在所述筒体的中下部，用于供部分气液混合物由上升区进入下降区；

多个第二气孔，其沿径向排布在所述筒体的中上部，用于供部分气液混合物由上升区进入下降区。

优选的是，还包括：

上取样口，其设置在所述塔体的上部，用于采集塔体上部的试样；

下取样口，其设置在所述塔体的下部，用于采集塔体下部的试样。

优选的是，还包括：

溢流管，其设置在所述塔体的上部，用于排出塔体内过多的液体。

优选的是，还包括：

水浴夹套，其设置在所述塔体的外周，用于保持塔体内物料恒温；

其中，在所述水浴夹套的下部设有保温水进口，在所述水浴夹套的上部设有保温水出口。

优选的是，在所述气泵与所述进气口之间设有气体流量计。

优选的是，还包括：

二氧化碳浓度测量器，其设置在所述塔体的上部，用于检测塔体内二氧化碳的浓度；

溶氧测量器，其设置在所述塔体的上部，位于所述二氧化碳浓度测量器的对侧，用于检测塔体内的溶氧量；以及

pH测量计，其设置在所述塔体的上部，位于所述溶氧测量器的一侧，用于检测塔体内的溶氧量；

温度测量计，其设置塔体的上部，位于所述pH测量计的一侧，用于检测塔体的温度。

优选的是，还包括：

废物出料口，其设置在所述塔体的底部，并位于进气口的一侧，用于排出固液废料。

优选的是，还包括：

添加剂管，其设置在所述溢流管的下方，用于向所述塔体内加入添加剂。

用新型的有益效果是：1、其通过第一气体分布器和第二气体分布器，用于将来自气泵的气体剪切呈细小的气泡，从而带动塔体内物料循环，保障了无菌条件，适合单一菌群的培养，提高了漆酶的产量；2、设有多个第一气孔和多个第二气孔，能够供部分物料在塔体中部由上升区进入下降区，增加了循环途径，提高了循环效果，使得气液混合效果大大增强，提高了氧的传质系数，降低了启动压力；3、所述塔体的高径比为10，升流区与降流区的截面积比为0.8，能够保障良好的循环效果。

附图说明

图1是本实用新型一种白腐真菌生产漆酶的气升式发酵反应器的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1所示，本实用新型的一种实现形式，为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案，包括：

塔体110呈圆柱形，由金属材料制成。塔体110的下端设有进气口111，塔体110的下部一侧设有进料口112。作为一种优选，在所述塔体110的顶部设有排气口113。作为进一步优选，所述塔体由不锈钢材料制成。

筒体120，圆柱形筒状结构，由金属材料制成。筒体120与所述塔体110同轴设置并位于塔体110的内部，用于将塔体110划分为中部的升流区118和四周的降流区119。作为一种优选，所述筒体120通过支架设置在所述塔体的内部。其中，所述塔体110的高径比为10，升流区118与降流区119的截面积比为0.8。

气泵130设置在所述塔体110的一侧，并与所述进气口111相连，用于向塔体110内输出气体。作为一种优选，在所述气泵130与所述进气口111之间设有气体流量计131.

第一气体分布器152设置在所述升流区118的下部，并与所述进气口111相连，用于将来自气泵130的气体剪切呈细小的气泡；第二气体分布器151设置在所述升流区118的中部，并与所述进气口111相连，用于将来自气泵130的气体剪切呈细小的气泡。

在使用过程中，将液相的含有碳源、氮源、无机盐、生长元素等的液体培养基和菌球混合后从塔体110的进料口112加入；空气从塔体110下部的经由进气口111在通过第一气体分布器152和第二气体分散器151进入，气体经过第一气体分布器152和第二气体分散器151分散后鼓泡进入液相反应区。在升流区118菌球与气泡上升运动，达到顶端后在降流区119向下运动。往复循环。避免了传统装置通过机械搅拌需要轴封密封，保障了无菌条件，适合单一菌群的培养，提高了漆酶的产量。

在另一个实施例中，还包括：排气口113设置在所述塔体110的顶部，用于当塔体110内压力过大时，排出部分空气；压力表151设置在所述塔体110的顶部，并位于所述排气口113的一侧，用于检测塔体110内的压力。

在另一个实施例中，还包括：多个第一气孔121沿径向排布在所述筒体120的中下部，用于供部分气液混合物由上升区进入下降区；多个第二气孔122沿径向排布在所述筒体120的中上部，用于供部分气液混合物由上升区进入下降区。在使用过程中，部分物料通过多个第一气孔121进入到降流区119，部分通过多个第二气孔122进入到降流区119，这样菌球2与气泡3混合物混合强度就比只从顶部进入降流区119大大增强，气流量也大大增加，提高了氧传质系数，降低了启动压力。

在另一个实施例中，还包括：上取样口116b和下取样口116a。上取样口116b设置在所述塔体110的上部，用于采集塔体110的上部的试样；下取样口116a设置在所述塔体110的下部，用于采集塔体110下部的试样。

在另一个实施例中，还包括：溢流管114。溢流管114设置在所述塔体110的上部，用于排出塔体110内过多的液体。

在另一个实施例中，还包括：水浴夹套140。水浴夹套140设置在所述塔体110的外周，用于保持塔体110内物料恒温；其中，在所述水浴夹套140的下部设有保温水进口141，在所述水浴夹套的上部设有保温水出口142。

在另一个实施例中，在所述气泵130与所述进气口之间设有气体流量计131。

在另一个实施例中，还包括：二氧化碳浓度测量器152、溶氧测量器153、pH测量计154和温度测量计155。二氧化碳浓度测量器152，其设置在所述塔体110的上部，用于检测塔体内二氧化碳的浓度；溶氧测量器153，其设置在所述塔体110的上部，位于所述二氧化碳浓度测量器的对侧，用于检测塔体110内的溶氧量；以及pH测量计154，其设置在所述塔体110的上部，位于所述溶氧测量器的一侧，用于检测塔体110内的溶氧量；温度测量计155，其设置塔体110的上部，位于所述pH测量计的一侧，用于检测塔体110的温度。

在另一个实施例中，还包括：废物出料口117。废物出料口117设置在所述塔体110的底部，并位于进气口111的一侧，用于排出固液废料。

在另一个实施例中，还包括：添加剂管115。添加剂管115设置在所述溢流管114的下方，用于向所述塔体110内加入添加剂。

如上所述本实用新型一种白腐真菌生产漆酶的气升式发酵反应器1，其通过第一气体分布器152和第二气体分布器151，用于将来自气泵130的气体剪切呈细小的气泡，从而带动塔体110内物料循环，保障了无菌条件，适合单一菌群的培养，提高了漆酶的产量；设有多个第一气孔121和多个第二气孔122，能够供部分物料在塔体中部由上升区118进入下降区119，增加了循环途径，提高了循环效果；所述塔体110的高径比为10，升流区118与降流区119的截面积比为0.8，能够保障良好的循环效果。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种白腐真菌生产漆酶的气升式发酵反应器，其特征在于，包括：

塔体，其下端设有进气口，下部一侧设有进料口；

筒体，其与所述塔体同轴设置并位于塔体的内部，用于将塔体划分为中部的升流区和四周的降流区；

气泵，其设置在所述塔体的一侧，并与所述进气口相连，用于向塔体内输出气体；以及

第一气体分布器，其设置在所述升流区的下部，并与所述进气口相连，用于将来自气泵的气体剪切呈细小的气泡；

第二气体分布器，其设置在所述升流区的中部，并与所述进气口相连，用于将来自气泵的气体剪切呈细小的气泡；

其中，所述塔体的高径比为10，升流区与降流区的截面积比为0.8。

2.根据权利要求1所述的白腐真菌生产漆酶的气升式发酵反应器，其特征在于，还包括：

排气口，其设置在所述塔体的顶部，用于当塔体内压力过大时，排出部分空气；

压力表，其设置在所述塔体的顶部，并位于所述排气口的一侧，用于检测塔体内的压力。

3.根据权利要求2所述的白腐真菌生产漆酶的气升式发酵反应器，其特征在于，还包括：

多个第一气孔，其沿径向排布在所述筒体的中下部，用于供部分气液混合物由上升区进入下降区；

多个第二气孔，其沿径向排布在所述筒体的中上部，用于供部分气液混合物由上升区进入下降区。

4.根据权利要求3所述的白腐真菌生产漆酶的气升式发酵反应器，其特征在于，还包括：

上取样口，其设置在所述塔体的上部，用于采集塔体上部的试样；

下取样口，其设置在所述塔体的下部，用于采集塔体下部的试样。

5.根据权利要求4所述的白腐真菌生产漆酶的气升式发酵反应器，其特征在于，还包括：

溢流管，其设置在所述塔体的上部，用于排出塔体内过多的液体。

6.根据权利要求1或2所述的白腐真菌生产漆酶的气升式发酵反应器，其特征在于，还包括：

水浴夹套，其设置在所述塔体的外周，用于保持塔体内物料恒温；

其中，在所述水浴夹套的下部设有保温水进口，在所述水浴夹套的上部设有保温水出口。

7.根据权利要求1或2所述的白腐真菌生产漆酶的气升式发酵反应器，其特征在于：在所述气泵与所述进气口之间设有气体流量计。

8.根据权利要求1或2所述的白腐真菌生产漆酶的气升式发酵反应器，其特征在于，还包括：

二氧化碳浓度测量器，其设置在所述塔体的上部，用于检测塔体内二氧化碳的浓度；

溶氧测量器，其设置在所述塔体的上部，位于所述二氧化碳浓度测量器的对侧，用于检测塔体内的溶氧量；以及

pH测量计，其设置在所述塔体的上部，位于所述溶氧测量器的一侧，用于检测塔体内的溶氧量；

温度测量计，其设置塔体的上部，位于所述pH测量计的一侧，用于检测塔体的温度。

9.根据权利要求1或2所述的白腐真菌生产漆酶的气升式发酵反应器，其特征在于，还包括：

废物出料口，其设置在所述塔体的底部，并位于进气口的一侧，用于排出固液废料。

10.根据权利要求5所述的白腐真菌生产漆酶的气升式发酵反应器，其特征在于，还包括：

添加剂管，其设置在所述溢流管的下方，用于向所述塔体内加入添加剂。