CN201241156Y - 产毒藻光生物反应装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型所述的产毒藻光生物反应装置，它包括罐体、罐盖、底座，其特征是：在罐盖设有一端插入罐体的pH探头、溶氧探头、温度传感器、接种口、营养盐及酸碱进料口、气体扩散管、取样放料管、水气释放冷凝管；水气释放冷凝管的上端与过滤器相连接；电机设于罐盖的中央，电机与罐体内的内循环流提升离心轮相连接，内循环流提升离心轮的下方设有螺旋式气液混合叶片，有一底部开口的内循环流提升管将螺旋式气液混合叶片罩住，气体扩散管在罐体内的一端设于内循环流提升管的开口处，螺旋式气液混合叶片的中央设有柱形LED灯，玻璃罐体外侧设有LED灯。本实用新型解决了麻痹性贝毒素规模提取的原料来源问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种产毒藻光生物反应装置，特别是一种采用节能光源的全天候封闭式产毒藻光生物反应装置，也适合其它光合生物细胞悬浮培养的低剪切力光生物反应装置。
背景技术
麻痹性贝毒素(ParalytieshellnshPoisons，简称PSP)是一类具有四氢膘吟结构衍生物的总称，已经发现的品种有20余种。麻痹性贝毒素用作镇痛、镇静药物应用，使用剂量低微、无成瘾性、镇痛、镇静时效长、无毒副作用，已引起各国海洋药物开发领域学者日益浓厚的兴趣。麻痹性贝毒素产生于海洋微藻，用于提取麻痹性贝毒素的原料很难从自然界中批量直接获得。严重制约了该领域的研究进展。解决提取原料匮乏问题，推动麻痹性贝毒素药源的产业化开发，首先需要突破麻痹性贝毒素产毒藻全封闭工程化培育中的关键技术难点，包括低功耗冷光源和光强度对培养液的高穿透性能技术、大容量培养液的循环搅拌技术、培养液中氧的脱除技术，气液高交换传质效率技术、系统在线控制技术，收液取样防泄漏技术，从而实现产毒藻全封闭、安全、清洁、高效的批量工程化培育。
目前用于微生物、微藻培育的封闭式光生物反应器已经开发出各式各样的外观类型，由于产麻痹性贝毒的微藻具有独特的生理特性，无法使用通用型的光生物反应器进行规模化培育。总结已发明的光生物反应器类型特征，有以下三点缺陷不适用于带有鞭毛的产毒藻的培育。1、搅拌方式采用气升式搅拌，这种搅拌方式仅适用于实验室小体积培育，若放大至工程化大体积的规模培育，气升式搅拌通气量大，气压高，气泡浮出水面破泡发生的爆破震动将使产毒藻的鞭毛断裂受伤，影响生长甚至死亡。而且气升式搅拌方式耗能高，不利于节能减排。2、采用普通冷光源作为光源。普通冷光源的光强度和光频率不可调节。因此，光的穿透能力不强，大体积培养则光强度不够，达不到有效的光照能力。普通冷光源依旧有热量产生，对体系温度的控制非常不利。3、无有效的脱氧装置，培养液中过量的氧将抑制藻的生长。
发明内容
本实用新型发明的目的主要是解决麻痹性贝毒素产毒藻全封闭工程化培育的关键技术难题，针对现有公开的一些光生物反应器结构、光源、搅拌形式、在线控制等设计上存在的技术缺陷进行重大改进，提供一种可工程化放大的毒藻培育光生物反应器，解决放大过程光生物反应器搅拌强度控制、光源强度产热对系统温度的影响、气液交换和平衡控制问题。
本实用新型所述的产毒藻光生物反应装置，它包括罐体、罐盖、底座，其特征是：在罐盖(20)设有一端插入罐体的PH探头(2)、溶氧探头(3)、温度传感器(22)、接种口(7)、营养盐及酸碱进料口(8)、气体扩散管(9)、取样放料管(10)、水气释放冷凝管(5)；水气释放冷凝管(5)的上端与过滤器(4)相连接；电机(1)设于罐盖(20)的中央，电机(1)与罐体内的内循环流提升离心轮(12)相连接，内循环流提升离心轮(12)的下方设有螺旋式气液混合叶片(13)，有一底部开口的内循环流提升管(14)将螺旋式气液混合叶片(13)罩住，气体扩散管(9)在罐体内的一端设于内循环流提升管(14)的开口处，螺旋式气液混合叶片(13)的中央设有柱形LED灯(23)；在玻璃罐体(21)的底部设有罐体冷却底座(19)，有一冷热交换管(15)从罐体冷却底座(19)的侧面进入，经过玻璃罐体(21)再与底座(19)相连接，罐体冷却底座(19)设有冷却水进口(16)、冷却水出口(17)；玻璃罐体(21)外侧设有LED灯(18)。
本实用新型所述LED灯光的特性和强度调控采用占空比可调的直流脉冲电源；玻璃罐体外侧的LED灯(18)的形状为两片包裹整个玻璃罐体(21)侧面的弧形。
本实用新型所述水气释放冷凝管(5)内带有蛇形冷却回流管，其入口端(6)带有金属丝网。
本实用新型所述过滤器(4)为气液释放过滤器。
本实用新型所述内循环流提升离心轮(12)为程序可调速形式，转速5-350r/min。
本实用新型所述取样放料管(10)露在罐盖顶面的部份为三通，垂直方向与大气相通，水平方向为取样放料口(11)；其另一端为钩状，并经罐体冷却底座(19)与罐体底部相连接。
本实用新型所述气体扩散管(9)经过罐体(21)、罐体冷却底座(19)、末端设于内循环流提升管(14)的开口处。
本实用新型的有益效果是：1、采用离心式搅拌方式，大开度、小角度叶片轮设计搅拌流量大、流速低、剪切力小。2、采用LED冷光源作为光源，具有热功耗低、光强和光频率可调，特别是使用脉冲电源可有效提高光的穿透能力。3、氧解析技术采用亨利定律，可使培养液中的氧不断有效脱除，保持低含氧量，利于藻体生长。本实用新型所构建的以在线监测、自动控制、低剪力循环流、低温光源强度为特征的无泄漏全封闭工程化微藻培育的光生物反应器，可有效解决麻痹性贝毒素产毒藻规模培育的瓶颈问题。从而解决麻痹性贝毒素规模提取的原料来源问题。
附图说明
图1为本实用新型剖示图。
图中：1.电机，2.PH探头，3.溶氧探头，4.过滤器，5.水气释放冷凝器管，6.入口端，7.接种口，8.营养盐及酸碱进料口，9.气体扩散管，10.取样放料管，11.取样放料口，12.内循环流提升离心轮，13.螺旋式气液混合叶片，14.内循环流提升管，15.冷热交换管，16.冷却水进口，17.冷却水出口，18.LED灯，19.罐体冷却底座，20.罐盖，21.玻璃罐体，22.温度传感器，23.柱形LED灯，冷热交换管的入口24。
具体实施方式
本实用新型所述的产毒藻光生物反应装置，如图1所示，它包括罐体、罐盖、底座，在罐盖20设有一端插入罐体的PH探头2、溶氧探头3、温度传感器22、接种口7、营养盐及酸碱进料口8、气体扩散管9、取样放料管10、水气释放冷凝管5，水气释放冷凝器管5内带有蛇形冷却回流管，其入口端6带有金属丝网，水汽冷凝效果好，可有效防止罐体反应过程水汽排放夹带藻液的泄漏；水气释放冷凝管5的上端与气液释放过滤器4相连接，过滤器4采用的是0.2
μ微滤膜材料，安装在冷凝管5上方，废气通过膜逸出，0.2μ微滤膜过滤器可有效将微藻截留于罐体中。电机1设于罐盖20的中央，电机1与罐体内的内循环流提升离心轮12相连接，内循环流提升离心轮12的下方设有螺旋式气液混合叶片13，有一底部开口的内循环流提升管14将螺旋式气液混合叶片13罩住，气体扩散管9在罐体内的一端设于内循环流提升管14的开口处，螺旋式气液混合叶片13的中央设有柱形LED灯23；在玻璃罐体21的底部设有罐体冷却底座19，有一冷热交换管15从罐体冷却底座19的侧面进入，经过玻璃罐体21再与底座19相连接，冷热交换管15的入口24。罐体冷却底座19设有冷却水进口16、冷却水出口17；玻璃罐体21外侧设有LED灯18。本实用新型所述LED灯光的特性和强度调控采用占空比可调的直流脉冲电源；玻璃罐体外侧的LED灯18的形状为两片包裹整个玻璃罐体21侧面的弧形。本实用新型所述内循环流提升离心轮12为程序可调速形式，转速5-350r/min。所述内循环流提升离心轮12、螺旋式气液混合叶片13为动态密封连接转动。本实用新型所述取样放料管10露在罐盖顶面的部份为三通，垂直方向与大气相通，水平方向为取样放料口11其另一端为钩状，并经罐体冷却底座19与罐体底部相连接，为气压提升式防泄漏、防污染取样设计。本实用新型所述气体扩散管9经过罐体21、罐体冷却底座19，末端设于内循环流提升管14的开口处。气体扩散管9的供气装置设计特征由系统控制电磁阀比例切换输入无氧空气解析藻液中的氧。解析除氧原理是基于亨利定律，方法是用膜将脱氧后的空气与含有溶解氧的藻液混合，由于不含氧的气体中氧的分压为零，反应罐内藻液中的的氧就会大量析出，使反应罐内藻液中的含氧量满足要求，吸收氧后的气体排出罐体，解决反应罐氧含量的聚集抑制有毒藻体的正常生长问题。
本实用新型所述的内循环流提升离心轮12为高宽度、小角度叶片设计，转速可程序控制，具有特征是大流量、低流速、低剪切力的水力循环性能，该结构易于工程化放大，并克服气升式反应器放大后大气量提升过程气泡爆破对毒藻体的损伤影响。
本实用新型所述的气液混合叶片13采用螺旋形设计，气体扩散管9安装在内循环流管14的入口，该设计具有气液传输性好、交换效率高、气液平衡控制性好、克服气提式导流易产生颤流影响流速稳定弊端等特性。
本实用新型所述的LED光源应用于光生物反应器，该光源与其它光源相比具有体积小、功耗低、光谱选择性好、发光强度大、可靠性高、机械性能好、寿命长、易集成和工程化放大等特性。为充分利用LED的特性并拓宽其在生物工程领域的应用范围，本研究采用占空比可调的直流脉冲电源作为LED光源集成光电板为光生物反应器的光源，光源特性发光强度大，光对藻液穿透性强。根据不同藻类可以任意更换LED光源的颜色，以适应光照吸收特性。所述的LED光源安装，外光源以二片半圆形罩体上安装LED灯18，如工程化放大，光源架安装轮子，便于移动观察检修。内光源柱式LED灯23安装在螺旋式气液混合叶片13当中，提高光的利用率。
脱氧后的空气经气体扩散管9在内循环流提升管14的开口处与含有溶解氧的藻液混合，经螺旋式气液混合叶片13混合后，从内循环流提升离心轮12处溢出，再进入内循环流提升管14，不断往复进出，形成循环。由于有了螺旋式气液混合叶片13，增加了气液混合强度，延长气液接触时间，增大交换面积，使玻璃罐体21内培养液中的氧不断被有效脱除，保持低含氧量，利于藻体生长。
Claims (7)
1、产毒藻光生物反应装置，它包括罐体、罐盖、底座，其特征是：在罐盖(20)设有一端插入罐体的PH探头(2)、溶氧探头(3)、温度传感器(22)、接种口(7)、营养盐及酸碱进料口(8)、气体扩散管(9)、取样放料管(10)、水气释放冷凝管(5)；水气释放冷凝管(5)的上端与过滤器(4)相连接；电机(1)设于罐盖(20)的中央，电机(1)与罐体内的内循环流提升离心轮(12)相连接，内循环流提升离心轮(12)的下方设有螺旋式气液混合叶片(13)，有一底部开口的内循环流提升管(14)将螺旋式气液混合叶片(13)罩住，气体扩散管(9)在罐体内的一端设于内循环流提升管(14)的开口处，螺旋式气液混合叶片(13)的中央设有柱形LED灯(23)；在玻璃罐体(21)的底部设有罐体冷却底座(19)，有一冷热交换管(15)从罐体冷却底座(19)的侧面进入，经过玻璃罐体(21)再与底座(19)相连接，罐体冷却底座(19)设有冷却水进口(16)、冷却水出口(17)；玻璃罐体(21)外侧设有LED灯(18)。
2、根据权利要求1所述的产毒藻光生物反应装置，其特征是：所述LED灯光的特性和强度调控采用占空比可调的直流脉冲电源；玻璃罐体外侧的LED灯(18)的形状为两片包裹整个玻璃罐体(21)侧面的弧形。
3、根据权利要求1所述的产毒藻光生物反应装置，其特征是：所述水气释放冷凝管(5)内带有蛇形冷却回流管，其入口端(6)带有金属丝网。
4、根据权利要求1所述的产毒藻光生物反应装置，其特征是：所述过滤器(4)为气液释放过滤器。
5、根据权利要求1所述的产毒藻光生物反应装置，其特征是：所述内循环流提升离心轮(12)为程序可调速形式，转速5-350r/min。
6、根据权利要求1所述的产毒藻光生物反应装置，其特征是：所述取样放料管(10)露在罐盖顶面的部份为三通，垂直方向与大气相通，水平方向为取样放料口(11)；其另一端为钩状，并经罐体冷却底座(19)与罐体底部相连接。
7、根据权利要求1所述的产毒藻光生物反应装置，其特征是：所述气体扩散管(9)经过罐体(21)、罐体冷却底座(19)、末端设于内循环流提升管(14)的开口处。
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