CN2473210Y - 细胞培养与气浮采收耦合式反应装置 - Google Patents

细胞培养与气浮采收耦合式反应装置 Download PDF

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Abstract

一种细胞培养与气浮采收耦合式反应装置,特征为:该装置的反应器罐内设有与之同心的内导流筒,筒底内光源的下方有气体分布板,方形气浮池底沿长度方向设挡板,挡板顶部连接具仰角的倾斜隔板,气浮池下部壁面上设有同时与溶气罐相通和与反应器罐顶盖上接种管相通的稀藻液出口管,其下部壁面上还设有与溶气罐相通的溶气释放管;供气装置的气体混合室上端通过阀门和与溶气罐相通,具有结构简单,操作简易,运行稳定,放大容易等特点。

Description

细胞培养与气浮采收耦合式反应装置
本实用新型涉及一种细胞培养装置，特别涉及将一种微藻或其它光合生物细胞培养与气浮采收进行有机联合的细胞培养与气浮采收耦合式反应装置。
细胞培养是生化工程的重要研究内容之一。为有效地提高细胞培养效率和底物转化水平，解除产物、副产物或细胞浓度过高对培养过程产生的反馈抑制作用，研究人员相继开发出多种将细胞生物反应过程与产物分离或细胞采收过程进行有机整合的耦合式反应器，如一体化耦合反应器和循环式反应器。所述的一体化耦合反应器指分离单元置于反应或培养单元之内，在反应或培养的同时实时地进行分离操作；所述的循环式反应器指分离单元置于反应或培养单元之外，通过管路系统将培养物或反应物转移至分离单元完成分离操作。它们所采用的反应或培养单元主要是搅拌罐，流化床和气升式反应器，而与其耦合的分离技术则主要是萃取，尺寸选择性渗透，络合以及固定化。
本实用新型的目的在于提供一种结构简单，操作简便，具有较高产率的细胞培养与采收耦合式连续操作反应器，适用于藻类及其它光合生物细胞的高效培养和采收。
本实用新型的实施方案如下：
本实用新型提供的细胞培养与气浮采收耦合式反应装置，其特征在于：包括气升式内循环光生物反应器A，气浮池B，溶气罐C和供气装置D；
所述的气升式内循环光生物反应器A包括一反应器罐体18，反应器罐体18的上、下端分别设有顶盖181和底盖182，顶盖181上安装有接种管9、温度计10、pH电极11和排气管12，顶盖181中心处安装一内光源13，反应器罐体18内设有与之同心放置的内导流筒8，内光源13穿过内导流筒8的顶端伸进内导流筒8，在内光源13底端下方设有气体分布板7，气体分布板7通过阀门17与和压缩机1相连通的气体增湿混合缓冲罐4相连通；底盖182上设有热交换器14和出液管5；
所述的气浮池B为一方形池，在池底沿长度方向上有一挡板21，它将气浮池B分隔成体积一大一小两个腔室；挡板21由有机玻璃制成，高度为气浮池B深度的1/4-1/5；挡板21顶部连接一具有仰角的倾斜隔板22；倾斜隔板22顶端与气浮池B池顶的距离为气浮池深度的1/4-1/5；气浮池B的上部壁面上设有浓藻液溢流口24和与反应器罐体18的出液管5相通的藻液流入管25；气浮池B下部壁面上设有同时与溶气罐C相通和与安装在反应器罐体18的顶盖181上的接种管9相通的稀藻液出口管23，气浮池B下部壁面上还设有与溶气罐C相通的溶气释放管19，溶气释放管19的端部安装有喷头20；
所述的溶气罐C是一由不锈钢制成的罐体容器，其顶部安装安全阀31、压力表26、进气阀27和进水阀28；其底部设有放空阀29和溶气释气阀30；
所述的供气装置D包括一空压机32和气体混合室36；空压机32通过阀门33与气体混合室36的底部相连通，并为气体混合室36提供气体；气体混合室36上盖上设有放空阀34和阀门35，阀门35通过管道与溶气罐C顶端的阀门27相连通；
所述的倾斜隔板22与气浮池B的水平底面成30-75°仰角；
所述的反应器罐体18的外围设有外光源6，外光源6为白炽灯或日光灯；
气升式内循环光生物反应器A的反应器罐体18的高径比为10-25∶1；
气浮池B由有机玻璃制成，其长度、宽度和深度之比为3∶1∶5。
本实用新型提供的细胞培养与气浮采收耦合式反应装置，其气升式内循环光生物反应器利用外源气体在内导流筒中的运动使培养液循环，在这过程中实现细胞与营养基质的充分接触，并有效驱除光合作用产生的氧气；反应器高径比较大，光径短，光照面积大，能耗低，剪切力弱，结构简单，操作简便，易于实现连续操作。可明显改善藻细胞的生存环境，缩短培养周期，提高光合效率和产率。
气浮池是一个由有机玻璃制成的长方体容器，长度、宽度和深度之比为3∶1∶5。在池底沿长度方向上有一挡板，它将气浮池分隔成体积一大一小两个腔室；挡板由有机玻璃制成，高度约为气浮池深度的1/4-1/5；挡板顶部连接一具有适当仰角的倾斜隔板；倾斜隔板顶端与气浮池池顶的距离为深度的1/4-1/5；挡板和倾斜隔板主要起着减缓气浮池中藻液水平流速，收集气浮处理后得到的细胞浓缩物的作用；沿气浮池长度方向的两个侧壁上分别连接有溶气释放管和藻液流入管，而与其相对的另一侧壁之顶部和底部，分别安有细胞浓缩液溢流口和供采收后稀藻液回流至溶气罐或培养单元之出口。气浮池的作用是及时地将来自培养器中的藻液通过气浮手段进行适量采收；采收后的稀藻液一部分向培养器中返流，另一部分则流向溶气罐，作为溶剂水。
溶气罐是一由不锈钢制成的罐体容器，其顶部有安全阀，压力表，进气阀，进水阀；底部有放空阀和溶气释气阀；溶气罐的作用在于向气浮池提供溶气；溶气罐中的水主要来自经气浮采收后得到的部分稀藻液，而溶气则来自供气系统；
供气装置由气体混合室，空压机等组成，主要作用是向溶气罐提供空气。
使用本实用新型细胞培养与气浮采收耦合式反应装置培养螺旋藻、小球藻或盐藻等，通过控制操作条件，能够很好地将细胞培养和采收进行联立，使细胞产率，光合效率以及整个体系的生产力都保持在较高水平；同时培养器中的细胞浓度、pH值和光照强度也都始终维持在较适宜的范围内；生产过程连续化，设备利用率高；此外，本实用新型还具有结构简单，操作简易，运行稳定，放大容易等优点。
下面结合附图及实施例进一步描述本实用新型：
附图1为本实用新型的结构示意图；
附图2为气升式内循环光生物反应器A的结构示意图；
附图3为气浮池B的结构示意图；
附图4为溶气罐C的结构示意图；
附图5为供气装置D的结构示意图；
其中：气升式内循环光生物反应器A    气浮池B    溶气罐C
      供气装置D       反应器罐体18         顶盖181
      底盖182         空压机1              流量计2
      阀门3           气体增湿混合缓冲罐4  出液管5
      外光源6         气体分布板7          内导流筒8
      接种口9         温度计10             pH电极11
      排气12          内光源13             热交换管14
      进料15          出料口16             阀门17
      溶气释放管19    喷头20               挡板21
      倾斜隔板22      稀藻液出口管23       浓藻液溢流管24
      藻液流入管25    压力表26             进气阀27
      进水阀28        放空阀29             溶气释放阀30
      安全阀31        空压机32             阀门33
      放空阀34        阀门35               气体混合室36
由图可知，本实用新型提供的细胞培养与气浮采收耦合式反应装置，包括气升式内循环光生物反应器A，气浮池B，溶气罐C和供气装置D；
所述的气升式内循环光生物反应器A包括一反应器罐体18，反应器罐体18的上端有顶盖181，下端有底盖182；顶盖181上安装有接种管9，温度计10，pH电极11和排气管12；顶盖181中心处安装一内光源13；反应器罐体18内设有与之同心放置的内导流筒8；内光源13穿过内导流筒8顶端伸进内导流筒8内；在内导流筒8底部内光源13底端的下方设有气体分布板7；气体分布板7通过阀门17与和压缩机1相连通的气体增湿混合缓冲罐4相连通；底盖182上还设有热交换器14和出液管5；
所述的气浮池B为一方形池，在池底沿长度方向上有一挡板21，它将气浮池B分隔成体积一大一小两个腔室；挡板21由有机玻璃制成，高度约为气浮池B深度的1/4-1/5；挡板21顶部连接一具有仰角的倾斜隔板22，倾斜隔板22的顶端与气浮池B池顶的距离为深度的1/4-1/5；气浮池B的上部壁面上设有浓藻液溢流口24和与反应器罐体18的出液管5相通的藻液流入管25；气浮池B下部壁面上设有同时与溶气罐C相通和与安装在反应器罐体18的顶盖181上的接种管9相通的稀藻液出口管23，气浮池B下部壁面上还设有与溶气罐C相通的溶气释放管19，溶气释放管19的端部安装有喷头20；
所述的供气装置D包括一空压机32和气体混合室36；空压机32通过阀门33与气体混合室36的底部相连通，并为气体混合室36提供气体；气体混合室36的上盖有放空阀34，阀门35通过管道与溶气罐C顶端的阀门27相连通；
所述的倾斜隔板22与气浮池B的水平底面成30-75°仰角；
所述的反应器罐体18的外围设有外光源6；
气升式内循环光生物反应器的反应器罐体18的高径比为10-25∶1；
气浮池B由有机玻璃制成，其长度、宽度和深度之比为3∶1∶5。
实施例：
本实施例的细胞培养与气浮采收耦合式反应装置如附图1所示，其中气升式循环光生物反应器A的反应器罐体18的直径18.2cm，内导流筒8的直径13.1cm，反应器罐体18的有效容积为15升，气体分布板7为直径5cm的不锈钢烧结多孔板，平均孔径为80μ；反应器罐体18、内导流筒8、内光源13的密封件用硬质硅硼玻璃制作，其余部件为不锈钢制成；内光源13的密封管内配置40W日光灯，反应器罐体18四周均匀分布8支40W日光灯(外光源6)；培养液体积10升，通气量150L/hr；
气浮池B内所有构件均由有机玻璃制成，长度、宽度和深度分别为30cm，20cm和40cm；挡板21将气浮池B分隔成两部分，体积比为4∶6；挡板长度20cm，高8cm；倾斜隔板22仰角为60°，长度20cm，宽度24cm；释气管19和藻液流入管25均由不锈钢管制成，它们距离气浮池底部和顶部各为8cm和4cm。两种管其弯折部分长度均为5cm，两管口正对，间距为15cm。在另一侧壁上，距离池底5cm和池顶10cm处各有一藻液出口和溢流口。
溶气罐C由不锈钢制成，设计耐受压力为10个大气压，操作压力为3个大气压(表压)，有效容积50升；
供气装置D的气源来自空压机32，气体混合室36由有机玻璃制成，长度、宽度和深度分别为80cm，50cm和30cm；
采用标准Zarrouk培养基连续培养钝顶螺旋藻，藻细胞生产率为2.1g干重/L/d，比单立的气升式光生物反应器提高了7.2倍，而培养成本则下降34％，设备的综合利用效率提高了40.5％。

Claims (7)

1、一种细胞培养与气浮采收耦合式反应装置，其特征在于：该装置包括气升式内循环光生物反应器(A)、气浮池(B)、溶气罐(C)和供气装置(D)；
气升式内循环光生物反应器(A)包括一反应器罐体(18)，反应器罐体(18)其顶盖(181)上安装有接种管(9)、温度计(10)、pH电极(11)和排气管(12)；顶盖(181)中心处安装一内光源(13)；反应器罐体(18)内设有与之同心放置的内导流筒(8)；内光源(13)穿过内导流筒(8)，其底端的下方设有气体分布板(7)；气体分布板(7)通过阀门(17)与和压缩机(1)相连通的气体增湿混合缓冲罐(4)相连通；底盖(182)上设有热交换器(14)和出液管(5)；
气浮池(B)为一方形池，在池底沿长度方向上有一挡板(21)将气浮池(B)分隔成体积一大一小两个腔室，挡板(21)顶部连接一具有仰角的倾斜隔板(22)，气浮池(B)的上部壁面上设有浓藻液溢流口(24)和与反应器罐体(18)的出液管(5)相通的藻液流入管(25)；其下部壁面上设有同时与溶气罐(C)相通和与安装在反应器罐体(18)的顶盖(181)上的接种管(9)相通的稀藻液出口管(23)，气浮池(B)下部壁面上还设有与溶气罐(C)相通的溶气释放管(19)，溶气释放管(19)的端部安装有喷头(20)；
溶气罐(C)是一由不锈钢制成的容器，其顶部有安全阀31，压力表26，进气阀(27)和进水阀(28)；溶气罐(C)底部设有放空阀(29)和溶气释气阀(30)；
供气装置(D)包括一空压机(32)和气体混合室(36)；空压机(32)通过阀门(33)与气体混合室(36)的底部相连通；气体混合室(36)的上盖有放空阀(34)，阀门(35)通过管道与溶气罐(C)顶端的阀门(27)相连通；
2、按权利要求1所述的胞培养与气浮采收耦合式反应装置，其特征在于：所述的倾斜隔板(22)与气浮池(B)的水平底面成30-75 °仰角；
3、按权利要求1所述的胞培养与气浮采收耦合式反应装置，其特征在于：所述的反应器罐体(18)的外围设有外光源(6)，外光源(6)白炽灯或日光灯；
4、按权利要求1所述的胞培养与气浮采收耦合式反应装置，其特征在于：气升式内循环光生物反应器的反应器罐体(18)的高径比为10-25∶1；
5、按权利要求1所述的胞培养与气浮采收耦合式反应装置，其特征在于：气浮池(B)由有机玻璃制成，其长度、宽度和深度之比为3∶1∶5。
6、按权利要求1所述的胞培养与气浮采收耦合式反应装置，其特征在于：所述挡板高度为气浮池池深的1/4-1/5。
7、按权利要求1所述的胞培养与气浮采收耦合式反应装置，其特征在于：所述倾斜隔板(22)顶端与气浮池池顶的距离为气浮池深度的1/4-1/5。
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