[发明专利]导流筒和使用该导流筒的柱状式生物反应器及设置方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种气升式筒状生物反应器。特别是涉及一种通过控制导流筒凹凸起伏的周期数及幅度，来实现反应器所培养生物的最佳流速、湍流混合及气液传质条件的导流筒和使用该导流筒的柱状式生物反应器及设置方法。

背景技术

气升式生物反应器广泛应用于植物细胞培养及发酵工业，依据曝气位置的不同分为内循环式和外循环式两大类，在气体的带动下，反应器的流动性较其他生物反应器更均匀，随着液体携带气泡在反应器内循环流动，可实现良好的气液混合，但目前柱状气升式生物及光生物反应器内的导流筒主要是平面直导流筒，使得气升式生物反应器在高密度培养生物时混合不够均匀。此外，用该反应器培养光合生物，如微藻、光合细菌时，在特定的通气条件下，混合能力有限，加上生物间的相互遮挡，在反应器靠近光照区域，会出现“光抑制”现象，而远离光照的区域则出现“光限制”现象，极大的影响反应器内生物的生长。而加大通气量来增强湍流混合时，在当前普遍采用的平面直导流筒的反应器内，培养液的循环液速也会随之增大，同时会出现较强的湍流扰动，将对大部分适于低流速、小扰动环境条件下生长的藻类及菌种带来不利影响，进而降低反应器的生产能力。

当前对生物及光生物反应器开发研究，主要致力于改变反应器内置导流筒的结构参数，如导流筒的高径比，导流筒安装位置，导流筒所形成的下降区与上升区截面面积比等，来提高反应器内气液传质与混合，但这些优化方式对实现光合生物在光照区的混合，尤其是光照方向的径向混合作用不大。同时未解决增大通气量带来培养液循环流速过大的问题。此外，当前所采用的平面直导流筒，其结构本身对增强反应器内的传质混合作用不大。因此，有必要开发新型结构的导流筒来强化反应器的传质混合同时调节液体流速。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种气液传质效率改善明显，培养液混合均匀，光照方向湍流混合均匀，光能利用率高的导流筒和使用该导流筒的柱状式生物反应器及设置方法。

本发明所采用的技术方案是：一种导流筒和使用该导流筒的柱状式生物反应器及设置方法，柱状式生物反应器的导流筒是筒壁为上下贯通的凹凸起伏的波浪形结构的导流筒。

所述的波浪形结构是圆弧形波浪结构、三角形波浪结构、梯形波浪结构和矩形波浪结构中的一种。

所述的波浪形结构的导流筒的波浪中前一个波浪最高峰的峰点到下一个波浪最高峰的峰点之间为一个周期，所述的波浪形结构的导流筒所具有的波浪为1.5个周期到50个周期。

一种具有波浪形结构导流筒的柱状式生物反应器，包括有反应器罐体，设置在反应器罐体顶部的气体出口和培养液进口，设置在反应器罐体底部的培养液出口和进气装置，所述的进气装置采用曝气装置或由是气体分布器与进气管构成，所述的反应器罐体内设置有筒壁为波浪形结构导流筒，所述的波浪形结构导流筒所构成的上端开口和下端开口均为向外扩展的喇叭状开口。

所述的波浪形结构是圆弧形波浪结构、三角形波浪结构、梯形波浪结构和矩形波浪结构中的一种。

所述的波浪形结构导流筒的前一个最高峰的峰点到下一个最高峰的峰点之间为一个周期，所述的波浪形结构导流筒所具有的波浪有1.5个周期到50个周期。

所述的波浪形结构导流筒的峰高a：0＜a＜d，其中，d是波浪形结构导流筒的中心与波浪中心线c之间的距离。

一种柱状式生物反应器的波浪形结构导流筒的设置方法，包括如下步骤：

1)根据所培养生物生长的需求，确定该柱状式生物反应器的通气量或通气速度，并计算一分钟内通入反应器内气体的体积，再结合柱状式生物反应器内实际培养液体积，得出一分钟内通入气体体积与反应器培养液体积的比值，将该比值定为通气比，

通气比R：R＝V₁/V₂，其中：V₁ 1分钟通入反应器中气体的体积；V₂柱状式生物反应器内实际培养液体积；

2)根据得出的通气比，确定柱状式生物反应器所采用的具有凹凸起伏的波浪形结构导流筒(5)的波浪周期数及幅度；

3)将具有凹凸起伏的波浪形结构导流筒(5)安装在柱状式生物反应器内所设定的导流筒设置位置上。

当所述的通气比R在0～0.25时，所述的波浪形结构导流筒的峰高a是柱状反应器半径的0.05～0.12倍之间；当所述的通气比R在0.25～0.5时，所述的波浪形结构导流筒的峰高a是柱状反应器半径的0.06～0.2倍之间；当所述的通气比R高于0.5时，所述的波浪形结构导流筒的峰高a是柱状反应器半径的0.08～0.3倍之间。