專(zhuān)利名稱(chēng)：一種密閉式生物反應(yīng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微生物培養(yǎng)中的密閉式生物反應(yīng)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
微生物是地球上最重要的一種生物，是生物圈中重要的一個(gè)組成部分。開(kāi)發(fā)和利用微生物可以為人類(lèi)社會(huì)提供大量的蛋白質(zhì)、維生素、胡蘿卜素、碳水化合物、色素、礦物質(zhì)、多糖、脂肪以及不飽和脂肪酸等，而且一年四季都可以培養(yǎng)，產(chǎn)量是糧食作物的幾十倍甚至上百倍，經(jīng)濟(jì)效益是經(jīng)濟(jì)作物的上千倍。微生物種類(lèi)繁多，不同品種對(duì)生存的環(huán)境有不同的要求，開(kāi)發(fā)和利用微生物必須達(dá)到單種純培養(yǎng)，全過(guò)程必須為封閉式，杜絕真菌、細(xì)菌、灰塵、原生動(dòng)物的影響。目前培養(yǎng)微生物采用封閉式柱狀罐體反應(yīng)器，此反應(yīng)器罐體直徑幾厘米到幾百厘米，體積為幾噸到幾十噸，體壁較厚，溫度高低通過(guò)體壁夾層傳遞，但往往需要消耗大量能源來(lái)控制，而且不能做到即時(shí)有效調(diào)控；罐體中間設(shè)置有大型螺旋槳片和電機(jī)，反應(yīng)器運(yùn)轉(zhuǎn)需要消耗大量電能；罐體內(nèi)培養(yǎng)溶液液位較深，給微生物提供氧氣和二氧化碳就必須經(jīng)過(guò)專(zhuān)用設(shè)備壓縮后供給，并且兩種氣體在培養(yǎng)液內(nèi)溶解度低，而且與培養(yǎng)液體接觸面積小，接觸時(shí)間短，大量氣體未被利用就排出，導(dǎo)致溶液PH值高低不穩(wěn)定、碳源缺乏、溶解氧不足，進(jìn)而引起微生物培養(yǎng)效率低。因此，在保持培養(yǎng)體積不變的情況下，如何即時(shí)有效來(lái)調(diào)控溫度，耗費(fèi)極少能源， 增加氣體和碳源的利用率，提高微生物培養(yǎng)效率，成為微生物開(kāi)發(fā)利用的關(guān)鍵核心技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述存在的問(wèn)題，提供一種新型的微生物培養(yǎng)中的密閉式生物反應(yīng)系統(tǒng)。其可有效解決空氣和碳源利用率低的問(wèn)題，為微生物生長(zhǎng)提供最佳的培養(yǎng)環(huán)
^Mi ο本發(fā)明解決上述問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是
該系統(tǒng)由動(dòng)力系統(tǒng)和反應(yīng)單元構(gòu)成，動(dòng)力系統(tǒng)包括能源和泵體，能源與泵體連接 ’反應(yīng)單元包括管道組、閥門(mén)、回收管、空氣管、碳源管、碳源；管道組一端與泵體出口連接，另一端與回收管連接，閥門(mén)分別位于回收管頂部和回收管底部；回收管一端與管道組連接，另一端與泵體連接，上部設(shè)置排氣口 ；空氣管設(shè)置在回收管內(nèi)，其中一端位于回收管外部，并且設(shè)計(jì)有閥門(mén)，另一端位于回收管底部與泵體間，碳源管一端與碳源相連，另一端位于回收管底部與泵體間。所述的回收管為透明的材料構(gòu)成，直徑與管道組等徑，垂直放置。所述的管道組管徑為DN (內(nèi)徑)20 DN110，材料可由聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、 玻璃或不銹鋼等構(gòu)成，可為透明、半透明或不透明。
所述的管道組可為豎直、傾斜、水平放置，由多根管道串連和并聯(lián)構(gòu)成。所述泵體可以為離心泵、往復(fù)泵、齒輪泵、旋渦泵等。所述空氣管和碳源管直徑為DN3 DW2，材料可為硅膠、聚乙烯或聚氯乙烯等構(gòu)成。所述的碳源可以為工廠廢氣、汽車(chē)尾氣、石油液化氣、柴煤廢氣、沼氣或有機(jī)物等。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、回收管內(nèi)不需要安裝槳片和電機(jī)，管徑相對(duì)較小，管道內(nèi)液體帶走全部培養(yǎng)物，培養(yǎng)物不易沉淀于管壁。2、整個(gè)系統(tǒng)溫度容易控制，可以即時(shí)調(diào)節(jié)，管道組直徑較小，傳熱快，在管壁上噴灑熱水或冰水，溫度就可以控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。3、該系統(tǒng)使用的碳源可以為液態(tài)、氣態(tài)，擺脫必須把氣體液化后才能使用的傳統(tǒng)做法。4、空氣和碳源供給方式利用文丘里原理，回收管內(nèi)液體經(jīng)泵體提速后，回收管內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，空氣和碳源就被吸入到液體里，擺脫原來(lái)需要泵和壓力設(shè)備來(lái)正壓供給的方法。5、空氣和碳源經(jīng)過(guò)泵體后，壓強(qiáng)增大，溶解度增加，在管道組內(nèi)跟隨培養(yǎng)液體一起進(jìn)行無(wú)數(shù)次循環(huán)，增加了接觸面積和接觸機(jī)會(huì)，給微生物提供充足的時(shí)間吸收，可以達(dá)到 100%的利用，盡而使培養(yǎng)液的PH值維持在一個(gè)穩(wěn)定范圍內(nèi)。6、整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積小，可以根據(jù)實(shí)際地形安裝，如車(chē)上、工廠、廚房， 真正達(dá)到零排放。7、整個(gè)系統(tǒng)耗能小，唯一動(dòng)力為泵體，能源可以為風(fēng)能、太陽(yáng)能、化學(xué)能、電能或機(jī)械能，可以直接或間接給泵體提供能量。


圖1是本發(fā)明的密閉式生物反應(yīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1 一排氣閥，2 —空氣管閥，3 —空氣管，4 一碳源管，5 —碳源，6 —回收管， 7 一回收管閥，8 —泵體，9 一管道組。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明具體結(jié)構(gòu)如下
本發(fā)明的密閉式生物反應(yīng)系統(tǒng)由動(dòng)力系統(tǒng)和反應(yīng)單元構(gòu)成，動(dòng)力系統(tǒng)包括能源和泵體 8，能源與泵體8連接。反應(yīng)單元包括管道組9、排氣閥1、空氣管閥2、和回收管閥7、回收管 6、空氣管3和碳源管4，管道組9 一端與泵體8出口連接，另一端與回收管6連接，排氣閥1 位于回收管6頂部，空氣管閥2位于空氣管3上、回收管閥7位于回收管6底部；回收管6 一端與管道組9連接，另一端與泵體8連接；空氣管3設(shè)置在回收管6內(nèi)，其中一端位于回收管6外部，另一端位于回收管6底部與泵體8間，碳源管4 一端與碳源5相連，另一端位于回收管6底部與泵體8間。所述的回收管為透明的材料構(gòu)成，直徑與管道組等徑，垂直放置。所述的管道組管徑為DN20 DN110，材料可由聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、玻璃或不銹鋼等構(gòu)成，可為透明、半透明或不透明。
所述的管道組可為豎直、傾斜、水平放置，由多根管道串連和并聯(lián)構(gòu)成。所述泵體可以為離心泵、往復(fù)泵、齒輪泵、旋渦泵等。所述空氣管和碳源管直徑為DN3 DW2，材料可為硅膠、聚乙烯或聚氯乙烯等構(gòu)成。所述的碳源可以為工廠廢氣、汽車(chē)尾氣、石油液化氣、柴煤廢氣、沼氣或有機(jī)物等。安裝方法
0. 1噸的密閉式生物反應(yīng)系統(tǒng)，選擇在平地上安裝。首先，在平地上安裝管道組9，管道組9由an長(zhǎng)玻璃管(DN40)40根，每10根為一個(gè)串連單位，然后安裝為4個(gè)并聯(lián)，回收管6位于管道組9 一側(cè)，回收管6豎直安裝，碳源5 選擇工廠廢氣，能源5使用電能，泵體8使用離心泵，其它按照?qǐng)D1模式依次安裝所涉及的設(shè)備。安裝完畢后，進(jìn)行徹底消毒處理，消毒方式為傳統(tǒng)的化學(xué)處理，在經(jīng)過(guò)酒精、次氯酸鈉、高錳酸鉀、臭氧、二氧化氯等消毒劑反復(fù)消毒，最后用消毒過(guò)的無(wú)菌水將整個(gè)系統(tǒng)清洗干凈。利用上述反應(yīng)系統(tǒng)培養(yǎng)微生物(以紅球藻為代表)的具體過(guò)程如下
(1)打開(kāi)排氣閥1，往回收管6里注入雨生紅球藻藻種，體積為10kg，再補(bǔ)加培養(yǎng)基 90kgo( 2 )啟動(dòng)電源，使泵體8開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，整套系統(tǒng)內(nèi)液體開(kāi)始來(lái)回循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)。(3)打開(kāi)空氣閥3和碳源5，利用文丘里工作原理，空氣和二氧化碳被吸入到管道組9里，空氣和二氧化碳經(jīng)過(guò)泵體后被打成細(xì)微的氣泡，接觸面積增大，而且壓強(qiáng)也增大， 溶解度大幅度增加，在培養(yǎng)液內(nèi)經(jīng)過(guò)80m的循環(huán)，二氧化碳全部被雨生紅球藻吸收完，未吸收完的空氣和光合作用產(chǎn)生的氧氣通過(guò)排氣閥1排出。(4)通過(guò)測(cè)量培養(yǎng)液體的pH值和溶解氧高低，即時(shí)調(diào)控空氣閥2和碳源5供給。(5)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)給反應(yīng)器單元噴灑熱水或冰水，保持溫度在一定范圍內(nèi) (20 25°C)。(6)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的培養(yǎng)后，整套反應(yīng)器培養(yǎng)的雨生紅球藻細(xì)胞達(dá)到收獲的密度， 停止培養(yǎng)，關(guān)閉電源，打開(kāi)回收管閥7進(jìn)行收集。(7)收集完畢后，在向整套系統(tǒng)內(nèi)加入一定量的消毒液消毒，最后再用無(wú)菌水沖刷殘留消毒液，然后可以重新開(kāi)始下一輪雨生紅球藻的培養(yǎng)。實(shí)施的結(jié)果表明本發(fā)明密閉式生物反應(yīng)系統(tǒng)耗能低，整套系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易操作，利用文丘里工作原理吸入空氣和碳源，再通過(guò)泵體充分混合攪拌、增壓，空氣和碳源利用率提高，節(jié)省大量的設(shè)備，節(jié)約了成本，為微生物生長(zhǎng)提供最佳適宜條件，有效縮短培養(yǎng)時(shí)間，該系統(tǒng)可用于連續(xù)或半連續(xù)微生物培養(yǎng)，為開(kāi)發(fā)微生物資源提供實(shí)際技術(shù)支撐。
權(quán)利要求
1.一種密閉式生物反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)由動(dòng)力系統(tǒng)和反應(yīng)單元構(gòu)成，動(dòng)力系統(tǒng)包括能源和泵體，能源與泵體連接；反應(yīng)單元包括管道組、閥門(mén)、回收管、空氣管、碳源管、 碳源，管道組一端與泵體出口連接，另一端與回收管連接，閥門(mén)位于回收管頂部和回收管底部；回收管一端與管道組連接，另一端與泵體連接，上部設(shè)計(jì)排氣口 ；空氣管設(shè)置在回收管內(nèi)，其中一端位于回收管外部，且設(shè)計(jì)有閥門(mén)，另一端位于回收管底部與泵體間，碳源端管一端與碳源相連，另一端位于回收管底部與泵體間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密閉式生物反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于回收管為透明的材料，直徑與管道組等徑，垂直放置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密閉式生物反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于管道組管徑為DN20 DNl 10，材料為聚乙烯或聚氯乙烯或聚丙烯或玻璃或不銹鋼。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密閉式生物反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于管道組為豎直或傾斜或水平放置，由多根管道串連或并聯(lián)構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密閉式生物反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于泵體為離心泵或往復(fù)泵或齒輪泵或旋渦泵。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密閉式生物反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于空氣管和碳源管直徑為 DN3 DW2，材料為硅膠或聚乙烯或聚氯乙烯中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密閉式生物反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于碳源為工廠廢氣、汽車(chē)尾氣、石油液化氣、柴煤廢氣、沼氣、有機(jī)物中的一種或幾種。
全文摘要
本發(fā)明是一種密閉式生物反應(yīng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由動(dòng)力系統(tǒng)和反應(yīng)單元構(gòu)成，動(dòng)力系統(tǒng)包括能源和泵體，能源與泵體連接。反應(yīng)單元包括管道組、閥門(mén)、回收管、空氣管、碳源管和碳源，管道組一端與泵體出口連接，另一端與回收管連接，閥門(mén)位于回收管頂部和回收管底部；回收管一端與管道組連接，另一端與泵體連接，上部設(shè)計(jì)排氣口，通過(guò)閥門(mén)控制開(kāi)或關(guān)；空氣管設(shè)置在回收管內(nèi)，其中一端位于回收管外部，且設(shè)計(jì)有閥門(mén)，另一端位于回收管底部與泵體間，碳源端管一端與碳源相連，另一端位于回收管底部與泵體間。整套系統(tǒng)耗能低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易操作，空氣和碳源利用率提高，節(jié)省大量的設(shè)備，節(jié)約了成本。
文檔編號(hào)C12R1/89GK102337206SQ201110311180
公開(kāi)日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2011年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月14日
發(fā)明者張勇, 梁文偉 申請(qǐng)人:云南愛(ài)爾發(fā)生物技術(shù)有限公司