專利名稱：培養(yǎng)產(chǎn)油微藻的氣升式光生物反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種能高效利用光能的氣升式光生物反應(yīng)器，屬于生物能源轉(zhuǎn)化及生物工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
用微藻生產(chǎn)生物柴油，產(chǎn)量可超過傳統(tǒng)的油料作物30倍以上。微藻的優(yōu)勢在于生長極為迅速。24 h內(nèi)生物質(zhì)普遍增加I倍，3.5 h就可以達(dá)到對數(shù)生長期，能在很短的時間內(nèi)收獲多次。因此，利用工業(yè)化微藻生產(chǎn)裝置，獲得大規(guī)模生產(chǎn)生物柴油所需要的微藻原料，是各國科學(xué)家解決能源替代問題的重要方案。目前傳統(tǒng)的光生物反應(yīng)器在培養(yǎng)微藻時存在以下不足:①光能利用率不高。光生物反應(yīng)器的米光方式主要有室外直接米光和人造光源米光兩種。室外米光存在光率低、光能流失大、晚上不能保證供給的不足。采用人造光源則存在大量消耗電能的弊端，不利于降低微藻大規(guī)模培養(yǎng)的成本。②二氧化碳利用率不高。微藻培養(yǎng)過程中需要吸收CO2進(jìn)行光合作用，因此在進(jìn)行微藻工業(yè)化養(yǎng)殖時需要提供大量的分散的CO2作為微藻光合作用的原料。目前多采用帶有一個出口的管路系統(tǒng)將空氣通入微藻懸浮液中，但用此方法培養(yǎng)時CO2在培養(yǎng)液中溶解度較低、氣泡直徑較大、停留時間短，不利于藻類吸收。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種能通過熱對流的方式帶動液體流動，促進(jìn)氣液循環(huán)，使CO2充分與藻液混合的氣升式光生物反應(yīng)器，使反應(yīng)器更加的節(jié)能，以克服現(xiàn)有技術(shù)的主要不足。本實(shí)用新型解 決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:微藻生物反應(yīng)器系統(tǒng)主要包括:微藻光生物反應(yīng)器、藻液收集罐、藻液輸送裝置、CO2配氣裝置、CO2控制裝置、CO2輸送泵、檢測裝置、萃取罐、萃取分離槽、太陽能發(fā)電系統(tǒng)等部分，本實(shí)用新型主要對微藻光生物反應(yīng)器進(jìn)行了改進(jìn)。—種培養(yǎng)產(chǎn)油微藻的氣升式光生物反應(yīng)器,其反應(yīng)器外殼(4)外側(cè)下方均勻布置有電加熱絲(19)，上下貫通的導(dǎo)流筒(5)通過支架固定在反應(yīng)器中心，冷卻管(18)設(shè)置在導(dǎo)流筒(5)中心上部與反應(yīng)器蓋(3)相連，導(dǎo)流筒(5)內(nèi)設(shè)置有光源(15)，環(huán)狀氣體分布器設(shè)置在反應(yīng)器外殼(4)與導(dǎo)流筒(5)夾層的底部。反應(yīng)器外殼(4)為雙層透明玻璃制成，其中外層玻璃折射率小于內(nèi)層玻璃折射率。反應(yīng)器外殼(4)外層玻璃折射率為1.5，內(nèi)層玻璃折射率為>1.7。反應(yīng)器外殼(4)外側(cè)設(shè)置有出料口(10)，進(jìn)氣管(8)、pH電極(6)、電導(dǎo)電極(11)和取樣口(13)。反應(yīng)器外殼(4)外側(cè)底部有與環(huán)狀氣體分布器(7)連通的進(jìn)氣管(8)。導(dǎo)流筒(5)為圓柱形透明玻璃材料，其直徑為反應(yīng)器外殼(4)直徑的80%。光源
(15)為發(fā)射波長為660 680nm紅光的圓環(huán)形發(fā)光二極管集成光源。位于反應(yīng)器頂部的可旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器蓋(3)上設(shè)置有噴淋頭(I)、溫度傳感器(2)、入料口(17)、壓力閥(16)和冷卻管(18)。本實(shí)用新型的有益效果:本實(shí)用新型通過電加熱和冷卻管產(chǎn)生氣升動力以及冷熱對流雙重動力，促進(jìn)氣液循環(huán)、使CO2充分與藻液混合，充分利用能量節(jié)約能源，兩者通過溫度控制器共同調(diào)節(jié)反應(yīng)器內(nèi)部溫度；紅光發(fā)光二極管的使用提高了光吸收效率，并且與自然光結(jié)合節(jié)約能源；反應(yīng)器的外殼采用雙層玻璃制成，可以使光線全反射，提高光能利用率。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。


圖1是氣升式光生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是氣升式光生物反應(yīng)器蓋的俯視圖；圖3是氣升式光生物反應(yīng)器溫度控制部分的示意圖；圖4是氣升式光生物反應(yīng)器光照系統(tǒng)的示意圖；圖中:!一噴淋頭，2一溫度傳感器，3—反應(yīng)器蓋，4一反應(yīng)器外殼，5—導(dǎo)流筒6—pH電極，7—?dú)怏w分布器，8—進(jìn)氣管，10—出料口，11—電導(dǎo)電極13—取樣口，15—光源，16—壓力閥，17—入料口，18—冷卻管，19—電加熱絲。
具體實(shí)施方式
如
圖1所不，反應(yīng)器筒體由雙層玻璃制成，外層玻璃折射率為1.5，內(nèi)層玻璃折射率>1.7。光線射入反應(yīng)器時無影響，而射出時可進(jìn)行全反射使光線留在反應(yīng)器內(nèi)部。反應(yīng)器筒體外側(cè)下方均勻分布有電加熱線(19)，溫度控制器通過溫度傳感器(2)測定的反應(yīng)液溫度控制電加熱線(1 9)工作，并與冷卻管(18)聯(lián)合作用控制反應(yīng)器內(nèi)部溫度。反應(yīng)器筒體中培養(yǎng)液由入料口( 17 )加入，出料口( IO )放出。位于反應(yīng)器頂部的可旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器蓋(3 )上設(shè)置壓力閥(16 )，用于控制筒體在安全壓力下生產(chǎn)。反應(yīng)器中央設(shè)置有直徑為反應(yīng)器外殼80%的透明導(dǎo)流筒(5)，將反應(yīng)器內(nèi)部空間分為導(dǎo)流筒(5)內(nèi)，以及導(dǎo)流筒(5)與反應(yīng)器外殼(4)夾層兩個空間。固定在反應(yīng)器筒體內(nèi)中央的LED集成光源(15)為圓環(huán)結(jié)構(gòu)，光源直徑為反應(yīng)器筒體直徑的一半，產(chǎn)生波長660 680nm的紅光。二氧化碳配氣裝置產(chǎn)生的二氧化碳?xì)饬饔蛇M(jìn)氣管(8)通入筒體，并與設(shè)置在反應(yīng)器外殼(4)與導(dǎo)流筒(5)夾層底部的圓環(huán)形氣體分布器(7)連通，氣體分布器(7)上設(shè)有多個出氣微孔，可以使CO2連續(xù)勻速放出并均勻分布。在反應(yīng)器筒體側(cè)面設(shè)置有取樣口(13)、用于檢測藻類生長情況的電導(dǎo)電極
(11)和用于檢測反應(yīng)液中PH值變化的pH電極(6)，頂部設(shè)置有壓力閥(16)。在頂部反應(yīng)器蓋(3)上設(shè)置有調(diào)節(jié)反應(yīng)器內(nèi)溫度的冷卻管(18)、伸入反應(yīng)器內(nèi)部的溫度傳感器(2)和可防止藻體掛壁的噴淋頭(I)。藻液由入料口(17)加入，通過氣體分布器(7)放出的CO2作用和反應(yīng)器冷熱對流的作用沿著反應(yīng)器外殼(4)與導(dǎo)流筒(5)夾層上升，到了反應(yīng)器上部又從導(dǎo)流筒(5)內(nèi)下降，從而進(jìn)行氣液交換，具有剪切應(yīng)力小的優(yōu)點(diǎn)，對藻體的生長發(fā)育影響極小。反應(yīng)器通過溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行溫度的控制，使反應(yīng)在適宜的溫度下進(jìn)行。如此循環(huán)反應(yīng)，在一段時間后通過電導(dǎo)電極(11)檢測藻液密度，在合適的時候通過取樣口(13)取樣進(jìn)行檢測藻類生長情況，若藻類生長狀況不良，可考慮加大二氧化碳?xì)饬髁髁炕蚩刂乒庹諒?qiáng)度。若生長周期完成，則關(guān)閉通氣閥，從出料口放出反應(yīng)液。如圖2所示，反應(yīng)器蓋(3)可以旋轉(zhuǎn)，其上設(shè)置有噴淋頭(I)、溫度傳感器(2)、入料口(17)、壓力閥(16)和冷卻管(18)。其中噴淋頭(I)可以隨著反應(yīng)器蓋的旋轉(zhuǎn)清潔反應(yīng)器中360°的掛壁藻體。如圖3所示，反應(yīng)器外殼(4)外側(cè)下方均勻分布有印刷在玻璃上的電加熱線(19)，可以與反應(yīng)器蓋上設(shè)置的冷卻管(18)以及溫度傳感器(2)共同調(diào)節(jié)反應(yīng)器內(nèi)部溫度，并且可以通過冷熱對流的方式為反應(yīng)器內(nèi)氣液交換提供動力，從而充分利用能源。在圖4所示，反應(yīng)器具有雙層玻璃外殼(4)，可以使反應(yīng)器內(nèi)部的光線在射出時進(jìn)行全反射，從而留在反應(yīng)器內(nèi)部，而對從外部射入的光線沒有影響，可以富集光能。而固定在反應(yīng)器內(nèi)部中央的LED集成光源(15)可以與自然光共同作用，也可以在自然光不足時進(jìn)行單獨(dú)發(fā)光。其中LED光源發(fā) 出波長660 680nm的紅光,適合微藻的光吸收峰值。
權(quán)利要求1.一種培養(yǎng)產(chǎn)油微藻的氣升式光生物反應(yīng)器,其特征在于:反應(yīng)器外殼外側(cè)下方均勻布置有電加熱絲，上下貫通的導(dǎo)流筒通過支架固定在反應(yīng)器中心，冷卻管設(shè)置在導(dǎo)流筒中心上部并與反應(yīng)器蓋相連，導(dǎo)流筒內(nèi)設(shè)置有光源，環(huán)狀的氣體分布器設(shè)置在反應(yīng)器外殼與導(dǎo)流筒夾層的底部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的培養(yǎng)產(chǎn)油微藻的氣升式光生物反應(yīng)器，其特征在于:反應(yīng)器外殼為雙層透明玻璃制成，其中外層玻璃折射率小于內(nèi)層玻璃折射率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的培養(yǎng)產(chǎn)油微藻的氣升式光生物反應(yīng)器,其特征在于:反應(yīng)器外殼外層玻璃折射率為1.5，內(nèi)層玻璃折射率為>1.7。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的培養(yǎng)產(chǎn)油微藻的氣升式光生物反應(yīng)器，其特征在于:反應(yīng)器外殼外側(cè)設(shè)置有出料口，進(jìn)氣管、pH電極、電導(dǎo)電極和取樣口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的培養(yǎng)產(chǎn)油微藻的氣升式光生物反應(yīng)器，其特征在于:導(dǎo)流筒為圓柱形透明玻璃材料，其直徑為反應(yīng)器外殼直徑的80%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的培養(yǎng)產(chǎn)油微藻的氣升式光生物反應(yīng)器，其特征在于:光源為發(fā)射波長為660 680nm的圓環(huán)形發(fā)光二極管集成光源。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的培養(yǎng)產(chǎn)油微藻的氣升式光生物反應(yīng)器，其特征在于:位于反應(yīng)器頂部的可旋 轉(zhuǎn)反應(yīng)器蓋上設(shè)置有噴淋頭、溫度傳感器、入料口、壓力閥和冷卻管。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種培養(yǎng)產(chǎn)油微藻的氣升式光生物反應(yīng)器，其反應(yīng)器外殼外側(cè)下方均勻布置有電加熱絲，上下貫通的導(dǎo)流筒通過支架固定在反應(yīng)器中心，冷卻管設(shè)置在導(dǎo)流筒中心上部并與反應(yīng)器蓋相連，導(dǎo)流筒內(nèi)設(shè)置有光源，環(huán)狀的氣體分布器設(shè)置在反應(yīng)器外殼與導(dǎo)流筒夾層的底部。本實(shí)用新型通過電加熱和冷卻管產(chǎn)生氣升動力以及冷熱對流雙重動力，促進(jìn)氣液循環(huán)、使CO2充分與藻液混合，充分利用能量節(jié)約能源。
文檔編號C12M1/38GK203112819SQ201320116259
公開日2013年8月7日 申請日期2013年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月14日
發(fā)明者王英娟, 楊澤熵, 李鑫, 亢雅宸 申請人:西北大學(xué)