[发明专利]一种空化撞击流微藻细胞破壁装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种空化撞击流微藻细胞破壁装置，属于微藻细胞破壁领域。

背景技术

近年来，随着我国经济的高速发展，全球性化石能源日益短缺和其开发利用产生的相关环境污染问题日益突出，开发利用清洁可再生的生物质能源迫在眉睫。其中，藻类生物质因具有光合效率高、环境适应能力强、生长周期短、易于繁殖、不占用耕地面积、生物量大和高效固炭等诸多优点，已成为制备生物柴油的潜在原料之一。然而，在微藻生物质的开发利用过程中，绝大多数的微藻具有坚韧的纤维素性细胞壁，阻碍细胞油脂的提取，而油脂的有效提取可以显著降低微藻生物柴油的制作成本，因而需要通过一些特殊的方法对其进行细胞破壁处理。

目前最为常见的细胞破壁方法有高压均质法、冻融法、超声波法、有机溶剂法、研磨法、微波加热法和复合酶法等。然而上述方法存在着步骤繁多、适用范围有限、能耗过高、破壁时间长、破壁效率低下、不易实现破壁工业化等诸多问题。如何能够高效对微藻原料进行破壁处理，克服上述的诸多问题，开发一种新型高效的细胞破壁装置技术具有重要意义。

空化撞击流是基于水力空化和撞击流两种技术提出来了，使两股携带大量空化泡的空化射流相向流动并撞击，空化产生的空泡会在其溃灭时产生瞬时高温高压和微射流反复作用于细胞表面，打破分子结构，将有机物分子击碎，从而使细胞破壁。而相互流动的两股液体相向撞击时产生强烈的碰撞、剪切、挤压等相互作用下使细胞发生破裂，从而使细胞破壁。同时由于强烈的碰撞，部分流体的流动能转化为振动能，在撞击区形成强烈的湍动，增大空化发生的湍流条件，进而使空化现象在撞击区继续发生，空泡溃灭效果更好，细胞破壁率更高。此外，与传统的细胞破壁相比，具有能耗低，装置简单、维护费用低和易于工业化等显著优势。

虽然，目前关于细胞破壁的装置种类繁多，但关于空化耦合撞击流高效进行细胞破壁的装置却未见报道，因而，本发明公开了一种新型高效空化撞击流微藻细胞破壁装置。

发明内容

为了克服目前已有破壁技术能耗高、效率低和不能规模化放大等不足，本发明提供了一种空化撞击流微藻细胞破壁装置，该微藻细胞破壁装置简单、维护费用低和易于工业化等显著优势。

本发明的技术方案是：

一种空化撞击流微藻破壁装置，包括管路循环系统、空化撞击流系统和测量系统；所述管路循环系统包括原料箱、循环泵、阀门Ⅰ~Ⅲ；所述空化撞击流系统包括水力空化反应器、撞击室、喷嘴；测量系统包括流量计、压力表；

所述原料箱与循环泵的进口通过管路相连，循环泵的出口通过2N个支路与撞击室相连，撞击室的出口与阀门Ⅲ通过管路相连后回到原料箱，形成一个完整的闭合循环；所述N≥1；

所述支路上从循环泵的出口到撞击室的管路上依次设置阀门Ⅱ、流量计、压力表、水力空化反应器、喷嘴；所述喷嘴与撞击室固定连接，并对称布置于撞击室内；

所述循环泵的出口通过管路与到原料箱相连，所述循环泵出口到原料箱的管路上设有阀门Ⅰ。

所述支路数量为4，其中，N=2。

所述原料箱容积为30L；循环泵扬程为45~60m；所述管路循环系统均采用316L不锈钢，规格为Φ20mm*2mm；所述压力表的范围为0~0.6MPa，所述流量计为转子流量计。

所述水力空化反应器为可嵌入孔板式可拆卸法兰盘空化反应器，法兰盘公称通径为20mm，外径为100mm，厚度为14mm。

所述孔板为单孔或多孔孔板，开孔率为0.02~0.1。

所述多孔孔板的孔数为5~20个。

一种空化撞击流微藻细胞破壁装置的使用方法，具体包括如下步骤：

A、在原料箱中加入流体和未破壁的微藻细胞原料，并搅拌混合均匀；

B、开启循环泵，通过调节阀门Ⅱ和阀门Ⅲ使流体和微藻细胞混合物充满整个管道；

C、流体和微藻细胞混合物流经转子流量计和压力表后，进入水力空化反应器，随后在撞击室内经2N个对称布置的喷嘴后发生碰撞；

D、撞击室内碰撞后的流体和微藻细胞混合物经阀门Ⅲ后流入原料箱，继续进行下一个循环。

所述微藻细胞原料为脂质含量较高的富油微藻或可产生生物活性的经济微藻，所述的流体为水、甲醇、乙醇等流动性较好的液体。

所述微藻细胞原料为小球藻、杜氏硅藻、盐藻和扁藻等。

步骤C所述的流体和微藻循环反应的时间为10~30min。

本发明所述装置工作时，压力最优为0.4MPa，

本发明的有益效果是：