[实用新型]鼓泡式列管生物反应器

说明书

技术领域

本实用新型总体上涉及生物反应器领域，更特别地，涉及一种鼓泡式列管生物反应器，其能够提高气体在液体中的传质系数，改善生物反应效率，并且降低能耗。

背景技术

随着世界人口的不断增长和全球经济的飞速发展，生物技术越来越受到重视，并且已经在医药、化工、食品、农业以及酿造等行业中得到越来越广泛的应用，生物反应器的开发也得到了相应的发展。

图1示出一种现有技术的标准型鼓泡式生物反应器10。如图1所示，生物反应器10包括有罐体11，其一般具有类似胶囊的形状，包括圆筒状的主体部分和球形或弧形的两端部分。罐体11中可装有反应液体，例如发酵液等，罐体11的下端部附近设置有进气口12，气体经进气口12进入设置在罐体11内的气体分布器13。气体分布器13可以是例如多孔板或多孔管等，其使气体分散成均匀的小气泡，进入反应液体中，并且由于浮力而向上鼓泡。气体在鼓泡过程中可以部分溶解到反应液体中，从而参与、促进或催化反应过程。罐体11的上端可设置有排气口14，用于排出剩余气体，罐体11的下端可设置有排料口15，用于排出反应之后的液体。罐体11的上端还可以设置有一个或多个补料口16，其可用于向罐体11内补充各种所需源材料，例如补充反应液体，补充酸液或碱液以调节反应液体的pH值，或者补充消泡剂以抑制由于鼓泡而产生的大量泡沫等。罐体11内的上部可设置有消泡板19，其用于使消泡剂均匀分布。罐体11内还可以设置有搅拌器17，其在致动或传动装置18的带动下搅拌罐体11内的反应液体和气泡的混合物，提高气体在反应液体中的传质速度，其是影响反应过程的重要因素。罐体11的下端附近还可以设置有取样口20，并且罐体11上还可以设置有一个或多个检测电极21以用于检测罐体11内的各种状况，例如反应液体的pH值、溶氧值等。

鼓泡式生物反应器10适用于液体和气体参与的中速和慢速生物反应过程，其储液量大，操作和维护简单。此外，鼓泡式生物反应器10的结构简单，造价低，用于高压反应条件时也无困难，因此得到了广泛使用。然而，现有技术的鼓泡式生物反应器10仍存在许多缺陷。例如，气泡在反应液体中容易发生聚合，由许多小气泡聚合成一个大气泡，这大大降低了传质速度，影响了气体吸收度和反应速度。虽然在罐体11内设置了搅拌器17，但是其抑制气泡聚合的效果并不明显。由于传质速度的降低，大大影响了气体的利用率，降低了反应速度。因此，需要延长通气时间以增大通气量，然而延长通气时间又会消耗大量的电能，增大了反应成本。

因此，需要一种鼓泡式生物反应器，其能够提高气体在液体中的传质速度，改善反应效率，并且能够降低能耗。

实用新型内容

本实用新型的一个方面在于提供一种鼓泡式生物反应器，其能够提高鼓泡时的传质速度，从而改善反应效率，并且还能够降低能耗。

根据一示例性实施例，一种鼓泡式列管生物反应器可包括：罐体，具有高径比R，所述高径比R在3<R<100的范围；进料口，设置在所述罐体的上端或上端附近，用于向所述罐体内加入反应所需的原料；排料口，设置在所述罐体的下端或下端附近，用于从所述罐体排出反应产物；进气口，用于向所述罐体内通气；以及排气口，设置在所述罐体的上端或上端附近，用于从所述罐体排出气体。

在一示例中，所述罐体的高径比R在5<R<80的范围，优选地在8<R<40的范围，更优选地在12<R<20的范围。

在一示例中，所述进气口设置在所述罐体的下端或下端附近。

在一示例中，所述进气口设置在所述罐体的上端或上端附近，并且经由设置在所述罐体内的管路延伸到所述罐体的下端附近。

在一示例中，所述鼓泡式列管生物反应器还包括：从所述罐体的下端或下端附近起，设置于不同高度处的一个或多个气体分布器。所述气体分布器可以是多孔板。

在一示例中，所述气体分布器通过旋转轴安装到所述罐体上，从而所述气体分布器能够在水平和垂直位置之间旋转。

在一示例中，所述鼓泡式列管生物反应器还包括设置在所述罐体上的一个或多个检测电极或传感器。所述一个或多个检测电极或传感器选自pH值检测电极、溶氧电极、温度传感器和压力传感器。