本發(fā)明涉及微藻培養(yǎng)工程領(lǐng)域，特別涉及一種管式光生物反應(yīng)器CO₂細(xì)化裝置。

背景技術(shù)：

微藻是廣泛分布于陸地及海洋中的光合微生物，其能有效利用光能、二氧化碳、水和無(wú)機(jī)鹽合成蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物及高附加值的生物活性物質(zhì)，因而其在食品、能源及環(huán)境領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景。

微藻大規(guī)模高密度培養(yǎng)是微藻生物產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而這依托于高性能的光生物反應(yīng)器，因此對(duì)培養(yǎng)微藻的光生物反應(yīng)器的研究便一直是微藻生物界研究的重點(diǎn)問(wèn)題。

目前，微藻培養(yǎng)光生物反應(yīng)器主要有開(kāi)放式和封閉式兩種。封閉式光生物反應(yīng)器具有很多優(yōu)點(diǎn)，如①無(wú)污染，能實(shí)現(xiàn)單種、純種培養(yǎng)；②培養(yǎng)條件容易控制；③培養(yǎng)密度高、易收獲；④適合于所有微藻的光自養(yǎng)培養(yǎng)；⑤有較高的光照面積與培養(yǎng)體積之比，光能和CO₂利用率較高，因此其已成為今后的發(fā)展方向。

目前封閉式光生物反應(yīng)器主要有平板式、柱狀氣升式、管式、攪拌式發(fā)酵罐、立式吊袋、浮式薄膜袋。

管式光生物反應(yīng)器因比表面積大、光能利用率高、氣液混合及傳質(zhì)效果好、流速容易控制等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于微藻的工業(yè)化培養(yǎng)。

以CO₂氣體為碳源的光生物反應(yīng)器必須保證CO₂氣體被良好的分散和吸收，通常的做法是將CO₂以氣泡的形式通入到光生物反應(yīng)器中，而這依賴(lài)CO₂細(xì)化裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)有的CO₂細(xì)化裝置打出來(lái)的氣泡尺度為毫米級(jí)， 由于密度的差異，無(wú)論管中的藻液處于流動(dòng)還是靜止?fàn)顟B(tài)，氣泡通入到管式光生物反應(yīng)器后基本都浮在管的頂部，這不利于微藻對(duì)CO₂的良好吸收，因而也就不能保證微藻進(jìn)行充分的光合作用。

專(zhuān)利號(hào)200420007044.9公布的單端復(fù)合齒形迷宮螺旋泵，專(zhuān)利號(hào)201410304593.0公布的單端鋸齒形螺紋離式螺旋體微納米氣泡裝置等迷宮螺旋體中，轉(zhuǎn)子與定子所形成的軸流工作腔體的間隙是影響氣泡尺寸的關(guān)鍵因素，如果間隙尺寸過(guò)大，那么從泵中出來(lái)的氣泡尺寸大，氣泡的細(xì)化效果差；如果間隙尺寸過(guò)小，理論上氣泡尺寸也可以很小，但實(shí)際中泵的安裝精度很難達(dá)到。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有的管式光生物反應(yīng)器CO₂細(xì)化裝置及現(xiàn)有的迷宮螺旋體的不足，提供一種將CO₂氣泡尺度打?yàn)槲⒚准?jí)的新型軸流徑流復(fù)合式迷宮螺旋泵的管式光生物反應(yīng)器CO₂細(xì)化裝置，使CO₂氣泡以十分微小的狀態(tài)分散于管式光生物反應(yīng)管線中，能夠保證微藻與CO₂氣體充分地接觸，從而進(jìn)行良好的光合作用。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種管式光生物反應(yīng)器CO₂細(xì)化裝置包括過(guò)濾裝置、液體閥門(mén)、液體流量計(jì)、氣體閥門(mén)、氣體流量計(jì)、氣液混合三通、軸流徑流復(fù)合式迷宮螺旋泵、微氣泡液閥門(mén)和微氣泡液三通，其中軸流徑流復(fù)合式迷宮螺旋泵包括泵入口、定子、轉(zhuǎn)子、固定盤(pán)、細(xì)化盤(pán)、蝸殼和泵出口。

一種管式光生物反應(yīng)器CO₂細(xì)化裝置應(yīng)用于一種管式光生物反應(yīng)器，包括水箱、流程泵、藻液閥門(mén)、光反應(yīng)管線。

工作時(shí)，過(guò)濾裝置置于水箱內(nèi)，微氣泡液三通與光反應(yīng)管線通過(guò)螺紋 或者法蘭進(jìn)行連接；電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子及細(xì)化盤(pán)高速旋轉(zhuǎn)，將水箱中的液體經(jīng)過(guò)濾裝置、液體閥門(mén)、液體流量計(jì)、氣液混合三通、泵入口吸入到軸流徑流復(fù)合式迷宮螺旋泵，同時(shí)也將CO₂—空氣混合氣體經(jīng)氣體閥門(mén)、氣體流量計(jì)、氣液混合三通、泵入口吸入到軸流徑流復(fù)合式迷宮螺旋泵，液體和氣體的流量分別通過(guò)調(diào)節(jié)液體閥門(mén)和氣體閥門(mén)的開(kāi)度進(jìn)行控制，液體和氣體的流量值分別由液體流量計(jì)和氣體流量計(jì)讀出；轉(zhuǎn)子及定子形成軸流工作腔體，固定盤(pán)及細(xì)化盤(pán)形成徑流工作腔體，徑流工作腔體的間隙小于軸流工作腔體的間隙；氣液兩相流體在軸流工作腔體內(nèi)作圓周運(yùn)動(dòng)以及軸向運(yùn)動(dòng)，隨后進(jìn)入到徑流工作腔體內(nèi)作圓周運(yùn)動(dòng)及徑向運(yùn)動(dòng)；CO₂—空氣混合氣體先在軸流工作腔體被高速地摩擦及剪切，然后進(jìn)入到徑流工作腔體進(jìn)一步被高速地摩擦及剪切，最終形成大量的微小氣泡摻雜在液體中經(jīng)微氣泡液閥門(mén)及微氣泡液三通流入到光反應(yīng)管線。

光生物反應(yīng)器內(nèi)的微藻及培養(yǎng)液在流程泵的作用下沿著光反應(yīng)管線循環(huán)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)微藻與微小氣泡之間的充分接觸，保證微藻進(jìn)行完全的光合作用。

過(guò)濾裝置的孔隙小于微藻細(xì)胞的直徑，這樣可以使得流入到軸流徑流復(fù)合式迷宮螺旋泵內(nèi)的液體不含有微藻細(xì)胞，從而避免了軸流徑流復(fù)合式迷宮螺旋泵對(duì)微藻細(xì)胞的傷害。

固定盤(pán)及細(xì)化盤(pán)為直葉片或彎葉片，固定盤(pán)及細(xì)化盤(pán)也可以為直葉片或彎葉片兩兩任意組合而成，氣液混合液在定子與轉(zhuǎn)子間初步細(xì)化，初步細(xì)化的混合液經(jīng)固定盤(pán)及細(xì)化盤(pán)進(jìn)一步細(xì)化氣泡后邊緣甩出，雙階的結(jié)構(gòu)使得混合液中的氣泡細(xì)化完全。

本發(fā)明的有益效果是該軸流徑流復(fù)合式迷宮螺旋泵CO₂細(xì)化裝置可以 將CO₂氣體以微米級(jí)尺度打入到管式光生物反應(yīng)器中，規(guī)避了轉(zhuǎn)子與定子安裝精度要求高的問(wèn)題，氣體經(jīng)過(guò)兩級(jí)細(xì)化，氣泡細(xì)化效果好，微氣泡在管線停留時(shí)間久，不至于很快上浮到管頂部，氣液兩相傳質(zhì)及混合更充分，微藻對(duì)CO₂的吸收更徹底，從而更好地進(jìn)行光合作用。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一種管式光生物反應(yīng)器CO₂細(xì)化裝置。

圖2為本發(fā)明一種管式光生物反應(yīng)器CO₂細(xì)化裝置的蝸殼結(jié)構(gòu)。

圖3為本發(fā)明一種管式光生物反應(yīng)器CO₂細(xì)化裝置的直葉片細(xì)化盤(pán)或固定盤(pán)。

圖4為本發(fā)明一種管式光生物反應(yīng)器CO₂細(xì)化裝置的彎葉片細(xì)化盤(pán)或固定盤(pán)。

圖5為本發(fā)明一種管式光生物反應(yīng)器CO₂細(xì)化裝置應(yīng)用于一種管式光生物反應(yīng)器。

圖中，1—過(guò)濾裝置，2—液體閥門(mén)，3—液體流量計(jì)，4—?dú)怏w閥門(mén)，5—?dú)怏w流量計(jì)，6—?dú)庖夯旌先ǎ?—軸流徑流復(fù)合式迷宮螺旋泵，其中7-1—泵入口，7-2—定子，7-3—轉(zhuǎn)子，7-4—固定盤(pán)，7-5—細(xì)化盤(pán)，7-6—蝸殼，7-7—泵出口，8—微氣泡液閥門(mén)，9—微氣泡液三通，10—水箱，11—流程泵，12—藻液閥門(mén)，13—光反應(yīng)管線。

具體實(shí)施方式

下面將參考附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)地描述。

如圖1所示，本發(fā)明一種管式光生物反應(yīng)器CO₂細(xì)化裝置包括過(guò)濾裝置1、液體閥門(mén)2、液體流量計(jì)3、氣體閥門(mén)4、氣體流量計(jì)5、氣液混合三通6、軸流徑流復(fù)合式迷宮螺旋泵7、微氣泡液閥門(mén)8和微氣泡液三通9， 其中軸流徑流復(fù)合式迷宮螺旋泵7包括泵入口7-1、定子7-2、轉(zhuǎn)子7-3、固定盤(pán)7-4、細(xì)化盤(pán)7-5、蝸殼7-6和泵出口7-7。

如圖5所示，本發(fā)明一種管式光生物反應(yīng)器CO₂細(xì)化裝置應(yīng)用于一種管式光生物反應(yīng)器，包括水箱10、流程泵11、藻液閥門(mén)12、光反應(yīng)管線13。

工作時(shí)，過(guò)濾裝置1置于水箱10內(nèi)，微氣泡液三通9與光反應(yīng)管線13通過(guò)螺紋或者法蘭進(jìn)行連接；電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子7-3及細(xì)化盤(pán)7-5高速旋轉(zhuǎn)，將水箱10中的液體經(jīng)過(guò)濾裝置1、液體閥門(mén)2、液體流量計(jì)3、氣液混合三通6、泵入口7-1吸入到軸流徑流復(fù)合式迷宮螺旋泵7，同時(shí)也將CO₂—空氣混合氣體經(jīng)氣體閥門(mén)4、氣體流量計(jì)5、氣液混合三通6、泵入口7-1吸入到軸流徑流復(fù)合式迷宮螺旋泵7，液體和氣體的流量分別通過(guò)調(diào)節(jié)液體閥門(mén)2和氣體閥門(mén)4的開(kāi)度進(jìn)行控制，液體和氣體的流量值分別由液體流量計(jì)3和氣體流量計(jì)5讀出；轉(zhuǎn)子7-3及定子7-2形成軸流工作腔體，固定盤(pán)7-4及細(xì)化盤(pán)7-5形成徑流工作腔體，徑流工作腔體的間隙小于軸流工作腔體的間隙，固定盤(pán)7-4及細(xì)化盤(pán)7-5位于蝸殼7-6(見(jiàn)圖2所示)中；氣液兩相流體在軸流工作腔體內(nèi)作圓周運(yùn)動(dòng)以及軸向運(yùn)動(dòng)，隨后進(jìn)入到徑流工作腔體內(nèi)作圓周運(yùn)動(dòng)及徑向運(yùn)動(dòng)；CO₂—空氣混合氣體先在軸流工作腔體被高速地摩擦及剪切，然后進(jìn)入到徑流工作腔體進(jìn)一步被高速地摩擦及剪切，最終形成大量的微小氣泡摻雜在液體中微氣泡經(jīng)蝸殼7-6的泵出口7-7后再經(jīng)液閥門(mén)8及微氣泡液三通9流入到光反應(yīng)管線13。

光生物反應(yīng)器內(nèi)的微藻及培養(yǎng)液在流程泵11的作用下沿著光反應(yīng)管線13循環(huán)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)微藻與微小氣泡之間的充分接觸，保證微藻進(jìn)行完全的光合作用。

過(guò)濾裝置1的孔隙小于微藻細(xì)胞的直徑，這樣可以使得流入到軸流徑流復(fù)合式迷宮螺旋泵7內(nèi)的液體不含有微藻細(xì)胞，從而避免了軸流徑流復(fù)合式迷宮螺旋泵7對(duì)微藻細(xì)胞的傷害。

固定盤(pán)7-4及細(xì)化盤(pán)7-5可由直葉片(見(jiàn)圖3所示)或彎葉片(見(jiàn)圖4所示)進(jìn)行兩兩任意組合。

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例為轉(zhuǎn)子7-3及定子7-2所形成的軸流工作腔體的間隙為0.2mm，固定盤(pán)7-4及細(xì)化盤(pán)7-5所形成的徑流工作腔體的間隙為0.1mm，兩個(gè)間隙太小給加工和安裝帶來(lái)難度，兩個(gè)間隙太大細(xì)化的氣泡直徑很難達(dá)到微米級(jí)。

應(yīng)當(dāng)明確的是，以上參照附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式的說(shuō)明旨在對(duì)其進(jìn)行解釋?zhuān)粦?yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。本發(fā)明所限定的范圍參見(jiàn)權(quán)利要求。在不脫離本發(fā)明核心情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員不花費(fèi)創(chuàng)造性勞動(dòng)，對(duì)本發(fā)明的任何修改及改進(jìn)，對(duì)本發(fā)明所選用部件的等效替換均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。