專利名稱：一種高粘度生物反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微生物發(fā)酵工程微生物多糖是由某些微生物發(fā)酵產(chǎn)生的胞外水溶性膠。尤其是黃單胞菌膠具有優(yōu)良的性能和比較全面的功能，用途廣泛，市場(chǎng)前景廣闊。但黃單胞菌膠粘度極高，發(fā)酵時(shí)粘度變化可達(dá)2000-10000cp，這就對(duì)反應(yīng)器提出了更高的要求。目前國(guó)內(nèi)外進(jìn)行聚多糖類高粘度物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)大部分采用傳統(tǒng)的機(jī)械攪拌罐，由于采用渦輪式攪拌器其混合性能很差。近年來(lái)改進(jìn)的攪拌缸主要是將攪拌器改成螺帶式，氧傳遞效果雖有改進(jìn)，但不明顯，缺點(diǎn)是微觀剪切效果不好。當(dāng)代有些學(xué)者也正在研究用氣升式來(lái)代替攪拌罐進(jìn)行高粘度發(fā)酵，由于氣體消耗量極大，混合效果未較攪拌罐有所改進(jìn)，氣升式攪拌反應(yīng)器不適合生產(chǎn)高粘度物質(zhì)，因?yàn)閱喂車姵龅臍饬饔龅礁哒扯纫后w很難形成小氣泡，在蘇格蘭召開(kāi)的國(guó)際生物反應(yīng)器會(huì)議上，西德慕尼黑大學(xué)A.Mermann提出一種最新型高粘度生物反應(yīng)器。(見(jiàn)G.W.MoodyBioreactorsand Biotransformations Paye 287-296)是利用一個(gè)旋轉(zhuǎn)式離心裝置來(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)混合，效果不錯(cuò)，但由于其構(gòu)造復(fù)雜，距實(shí)用還有一段距離。目前高粘度生物反應(yīng)器的研制是一個(gè)當(dāng)代發(fā)酵工程領(lǐng)域中的世界性難題。
本發(fā)明的目的就是為了解決上述幾種高粘度生物反應(yīng)器所存在的問(wèn)題，而設(shè)計(jì)出一種新型高粘度生物反應(yīng)器。
本發(fā)明的要點(diǎn)是這種由泵(5)、反應(yīng)罐(7)、循環(huán)管(6)組成的高粘度生物反應(yīng)器，其特征是該高粘度生物反應(yīng)器采用一個(gè)由靜態(tài)混合器(3)、泵(5)、循環(huán)管(6)組成外循環(huán)裝置，循環(huán)管(6)從反應(yīng)罐(7)的底部接出，經(jīng)過(guò)泵(5)、靜態(tài)混合器(3)從反應(yīng)缸(7)的頂部回到反應(yīng)罐(7)內(nèi)部，并在反應(yīng)缸(7)內(nèi)的底部有一個(gè)擋氣板(9)。其結(jié)構(gòu)見(jiàn)附


圖1。
反應(yīng)罐(7)內(nèi)的擋氣板(9)選為圓形，直徑為反應(yīng)罐(7)直徑的1/2，在反應(yīng)罐(7)內(nèi)部中央。距反應(yīng)罐(7)底部10cm．用支架(10)把它接在反應(yīng)罐(7)的內(nèi)壁上。其結(jié)構(gòu)見(jiàn)附
圖1。
靜態(tài)混合器(3)裝在靜態(tài)混合器管(2)內(nèi)．靜態(tài)混合器管(2)的兩端是帶有網(wǎng)眼的擋板。靜態(tài)混合器(3)含有多個(gè)靜態(tài)混合單元。每個(gè)靜態(tài)混合單元是兩種Kenics和Sulzer靜態(tài)混合器的組合．但結(jié)構(gòu)有所不同。在Kenics靜態(tài)混合器中。每個(gè)葉片旋轉(zhuǎn)1800，而在本發(fā)明的靜態(tài)混合器(3)中，每個(gè)葉片旋轉(zhuǎn)360°。組合方式是先在靜態(tài)混合器管(2)底部。先交替排列重疊5塊斜波紋板，往上再接兩片扭曲成360°彼此錯(cuò)開(kāi)90°的葉片。然后再接交替排列重疊5塊斜波紋板，依次類推，組成多個(gè)靜態(tài)混合單元，每個(gè)旋轉(zhuǎn)葉片的長(zhǎng)寬之比為L(zhǎng)∶D＝2.5每個(gè)靜態(tài)混合單元的長(zhǎng)寬之比為L(zhǎng)∶D＝7。見(jiàn)附圖2。
循環(huán)管(6)從反應(yīng)罐(7)的頂部插入反應(yīng)缸(7)內(nèi)。其循環(huán)管(6)的管口應(yīng)放在距反應(yīng)缸(7)底部
處，附
圖1。
該高粘度生物反應(yīng)器所需的泵可用采用多種形式其中以螺桿泵最佳，螺桿泵泵殼與軸之間采用端面軸封。泵定子是用1/4硅橡膠膠和3/4天然橡膠壓制而成的耐溫合成定子。定子表面鍍有一層特殊的耐磨材料石墨體。高粘度生物反應(yīng)器工作時(shí)要空消，空消時(shí)反應(yīng)罐(7)和螺桿泵6)二者分離，反應(yīng)罐(7)用常規(guī)方法飽和蒸汽空消。螺桿泵5)用千分之一的過(guò)氧乙酸空消30分鐘待用。反應(yīng)罐(7)內(nèi)裝料實(shí)消在實(shí)消結(jié)束前5分鐘時(shí)，將螺桿泵(5)與反應(yīng)缸(7)聯(lián)好啟動(dòng)螺桿泵(5)運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)整個(gè)反應(yīng)器系統(tǒng)實(shí)消，5分鐘后向夾套(8)內(nèi)通冷卻水至室溫，無(wú)菌空氣保壓待接種。發(fā)酵操作時(shí)氣液成為0.5-0.9vvm，反應(yīng)缸(7)循環(huán)時(shí)間為10-20分鐘循環(huán)管(6)內(nèi)流速控制在2m/sec。
通常一般的生物反應(yīng)器僅在液體粘度低于2000cp時(shí)滿足溶氧要求，當(dāng)液體粘度在2000cp以上時(shí)無(wú)法滿足溶氧要求。而本發(fā)明由于采用了靜態(tài)混合器(3)、螺桿泵外環(huán)流結(jié)構(gòu)，以“靜態(tài)”混合代替動(dòng)態(tài)混合，較成功地解決了高粘度液缸內(nèi)氣一液混合難題，能夠滿足高粘度下的溶氧要求。提高了氧傳遞效率降低了能耗，并且提高了發(fā)酵生產(chǎn)率，該高粘度生物反應(yīng)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易拆洗，操作方便等優(yōu)點(diǎn)，并且對(duì)菌無(wú)任何生理不利影響；由于改善了氧傳遞效果，代謝產(chǎn)品的質(zhì)量也提高了它向解決高粘度發(fā)酵的這個(gè)世界性難題邁出了一大步。下面是一組數(shù)據(jù)比較。
表1 四種反應(yīng)器溶氧性能比較反應(yīng)器 體積溶氧傳質(zhì)系數(shù)KLa＜hr-1＞類型 通氣量 多糖＜anthan＞濃度VVM0 0.5％ 1.0％ 1.5％2.0％2.5％攪拌缸 1133.8 102.2 75.5 60.0 46.2 15.5氣升內(nèi)循環(huán) 3447.4 211.4 110.6 105.627.3 10.8氣升外循環(huán) 3.7 350.3 116.6 70.6 33.0 10.3 9.8本發(fā)明 0.9 700.5 610.6 519.3 340.5200.5150.7
表2 三種型式反應(yīng)器黃原膠發(fā)酵結(jié)果比較通氣量 發(fā)酵液粘度隨時(shí)間變化類型VVM 一天 二天 三天攪拌缸1985.0cp 3100cp 5400cp氣升式內(nèi)循環(huán) 3.7 1100cp 3000cp 4400cp本發(fā)明0.9 2600cp 6500cp 11000cp單位cp最佳實(shí)施例1反應(yīng)罐(7)直徑取50CM，高為200CM，此時(shí)反應(yīng)罐(7)內(nèi)部的園形擋氣板(9)直徑為25CM，距底部為10CM，循環(huán)管(6)直徑為2CM從反應(yīng)罐(7)底部接出通過(guò)螺桿泵(5)，再通過(guò)靜態(tài)混合器管(2)，靜態(tài)混合器管(2)直徑為5CM，高為200CM，靜態(tài)混合器(3)合有5個(gè)靜態(tài)混合單元，循環(huán)管(6)從反應(yīng)罐(7)頂部插入反應(yīng)罐(7)內(nèi)部，距反應(yīng)罐(7)底部1/3，(約67CM)處，反應(yīng)器工作時(shí)，循環(huán)管(6)內(nèi)流速為2m/sec，發(fā)酵時(shí)氣液比為0.9VVM。
圖1.是高粘度生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖(比例1∶20)。圖中1為出氣口，2為靜態(tài)混合器管，3為靜態(tài)混合器，3a為旋轉(zhuǎn)葉片，3b為斜波紋板，4為無(wú)菌空氣進(jìn)口，5為螺桿泵6為循環(huán)管，7為反應(yīng)罐，8為夾套，9為擋氣板，10為擋氣板，11為支架。
圖2是靜態(tài)混合單元結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，3a為旋轉(zhuǎn)葉片3b是斜波紋板。
圖3是兩片斜波紋板及交疊形式。
權(quán)利要求1.一種由泵(5)、反應(yīng)罐(7)、循環(huán)管(6)組成的高粘度生物反應(yīng)器。其特征是該高粘度生物反應(yīng)器有一個(gè)由靜態(tài)混合器(3)、泵(5)。循環(huán)管(6)組成的外循環(huán)裝置，循環(huán)管(6)從反應(yīng)罐(7)的底部接出。經(jīng)過(guò)泵(5)，靜態(tài)混合器(3)，從反應(yīng)罐(7)的頂部回到反應(yīng)缸(7)內(nèi)部。在反應(yīng)缸(7)內(nèi)的底部有一個(gè)擋氣板(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高粘度生物反應(yīng)器．其特征是擋氣板(9)的形狀為圓形．直徑為反應(yīng)罐(7)直徑的1/2。距反應(yīng)罐(7)底部10cm處，通過(guò)支架(10)和反應(yīng)缸(7)內(nèi)壁相接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高粘度生物反應(yīng)器．其特征是靜態(tài)混合器(3)含有若干個(gè)靜態(tài)混合單元。每一個(gè)靜態(tài)混合單元都是斜波信板靜態(tài)混合器和旋轉(zhuǎn)葉片靜態(tài)混合器的組合。其組合方式是先交替排列重疊5塊斜波紋板再接上兩片扭曲成3600彼此錯(cuò)開(kāi)900的葉片，每個(gè)旋轉(zhuǎn)葉片的長(zhǎng)寬成為L(zhǎng)∶D＝2.5。每個(gè)靜態(tài)混合單元的長(zhǎng)寬比L∶D＝7。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高粘度生物反應(yīng)器．其特征是回到反應(yīng)罐(7)內(nèi)部的循環(huán)管(6)其管口應(yīng)距反應(yīng)罐(7)底部
處。
專利摘要目前在微生物發(fā)酵領(lǐng)域中，高粘度微生物發(fā)酵是一個(gè)難題，本實(shí)用新型的目的是為了解決高粘度微生物發(fā)酵這一難題而設(shè)計(jì)出一種新型高粘度生物反應(yīng)器。本實(shí)用新型的要點(diǎn)是該高粘度生物反應(yīng)器有一個(gè)由靜態(tài)混合器(3)、螺桿泵(5)、循環(huán)管(6)組成的外循環(huán)裝置，并在反應(yīng)罐(7)內(nèi)的底部有一個(gè)擋氣板。它以“靜態(tài)”混合代替動(dòng)態(tài)混合，較好地解決了高粘度液罐內(nèi)氣—液混合問(wèn)題。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易拆洗、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，并且提高了氧傳遞效率、降低了能耗，提高了發(fā)酵生產(chǎn)率，對(duì)菌無(wú)任何生理不利影響。
文檔編號(hào)C12M1/00GK2070737SQ902138
公開(kāi)日1991年2月6日 申請(qǐng)日期1990年5月30日 優(yōu)先權(quán)日1990年5月30日
發(fā)明者許平, 江伯英 申請(qǐng)人:山東大學(xué)