[发明专利]管式循环生物反应器及系统装置

说明书

技术领域

 本发明涉及培养微生物的生物反应器，尤其是指一种管式循环生物反应器及系统。

背景技术

随着生物工程产业的蓬勃发展，随之生物反应器的需求量不断提高。同时，对生物反应器的形式及功能要求也在不断提高。目前，传统生物反应器的主流主要采用发酵罐作为反应器的重要结构组成部分。发酵罐通常装有机械搅拌系统和夹套（盘管）控温系统以及配备各类检测参数接口（ph、DO）等。这类反应器具有以下特点：

 1）通过不同大小的容积组成二级、三级发酵或多级发酵。并且发酵罐一旦制造安装完成，很难对罐体容积等硬件参数进行改造；如需调整，只能重新制造，甚至要对车间厂房进行改造或重建。

2）随着容积的增大，搅拌系统需要克服发酵罐内的挡板和盘管等各类部件的阻力（防止湍流），搅拌消耗的功率也随之大大增加。

3）发酵罐的换热面积由于受到容器本身表面积一定大小的缺陷，换热面积与容积比一般不会超过2：1。这样在放热量较大的发酵过程中或消后冷却过程中需要采用大量的冷水（或低温冷冻水）进行降温。蒸汽灭菌时需要大量的蒸汽进罐辅助升温，导致能源浪费。

发明内容

本发明的目的在于基本上克服了现有传统生物反应器制造安装完成，就不能对容积大小进行变更；搅拌功率消耗大；换热控温过程中蒸汽和水消耗大等缺陷，从而提供一种具有特定结构的管式循环生物反应装置从而提高设备利用率、节能降耗，并且该管式循环生物反应器结构简单、便于批量制造。

为实现上述发明目的， 采用如下结构：一种管式循环生物反应器，由弯曲的呈循环结构的管道构成。

所述的循环结构为首尾相连上下往复式循环结构或螺旋形循环结构。

所述的循环管两端采用卫生级快卡连接，管与管之间采用“U”型弯头连接，可拆卸，任意增减长度。

所述的循环管道之间的距离为1倍管径。

所述的管式循环生物反应器，管道为不锈钢材质无缝钢管，内壁抛光无死角残留，外部套夹层。

一种管式循环生物反应系统装置，包括培养液气液分离装置、培养液循环泵、气液混合装置、管式循环生物反应器、温控纯化装置，其中培养液气液分离装置、培养液循环泵、气液混合装置、管式循环生物反应器之间通过管道相连接，温控纯化装置和管式循环生物反应器相连接。

所述的温控纯化装置，包括独立的温度设定控制单元、加热单元和冷却水单元。

所述的加热单元为电加热单元或蒸汽加热单元，所述的冷却水单元为冷冻水或循环水。

本发明提供一种管式循环生物反应器，如图1所示，包括温控纯化装置，该装置与管式循环生物反应器一体化安装。

所述的培养液气液分离装置，该装置材质为不锈钢。设计压力0.3MPa,设计温度130℃。配有温度测量、ph测量、do测量接口。当含有氧气的液体经过管式反应器进入该装置，通过进口的切线角度，使气体和液体在该装置内沿管壁做切线运动，使气体和液体分离。气体通过排气口排出。

所述的循环泵用于将物料在生物反应器内进行循环混合均匀，避免培养液有沉淀和混合不均匀现象。

所述的气液混合装置。该装置材质为不锈钢。设计压力0.3MPa,设计温度130℃。用于将培养液与无菌空气在此均匀混合。提高培养液的氧含量。装置内装有气体分布器，使进入装置内的空气形成微泡形式，以便更好的和培养液混合。

所述的管式生物反应器为不锈钢材质无缝钢管。内壁抛光无死角残留。外部套夹层，便于温控。结构采用便于循环的收尾相连上下往复式循环结构。也可采用螺旋形循环结构。进口与出口有高度差，保证进口位于培养液循环最低点，便于出料。管与管之间间距为1倍管径。采用半圆180°弯头连接。

本发明还提供一种培养己酸菌的纯化方法，包括：在如前所述的培养己酸菌的系统中培养己酸菌，将分离培养7d后的己酸菌液以10cm/s～100cm/s的速度流过所述管式循环生物反应器。由于己酸菌能生成芽孢的梭状芽孢杆菌，本发明的管式循环生物反应器能够充分发挥己酸菌孢子有耐热性,而其营养细胞是不耐热的特点，利用温度纯化系统设定温度85℃，恒温10min，达到纯化己酸菌的目的。 

与现有传统生物反应器相比，本发明的管式循环生物反应器的有益效果在于：

1）用户能够随着工艺的要求任意增减循环管数量和长短，改变反应器的规模和容积。拆装方便，便于清洗。管式反应器长短和管径可根据工艺选定，循环管两端采用卫生级快卡连接，管与管之间采用“U”型弯头连接。当需要改变容积，只需增加管道长度。安装方便。