專利名稱：氣升內(nèi)錯流式生物反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種氣升式內(nèi)循環(huán)生物反應(yīng)器，特別是一種氣升內(nèi)錯流試(Alicrof即Air lift lnternal Cross Flow)生物反應(yīng)器。適用于細(xì)胞的生長與生產(chǎn)培養(yǎng)，尤其適用于對剪切力敏感，培養(yǎng)周期長，易污染，承受氣泡沖擊和爆破力作用弱的植物細(xì)胞的培養(yǎng)。
目前國內(nèi)外普遍認(rèn)為氣升式反應(yīng)器是一類適用面廣的生物反應(yīng)器。這類反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)由外部是一個鼓泡柱式圓筒外殼，圓筒外殼內(nèi)裝一擋板或圓筒提升管，即由中心提升管、下降管、上部氣液分離室和升降液管在底部的聯(lián)通室等構(gòu)成。在提升管下部裝一噴嘴，壓縮空氣由噴嘴通入，借助壓縮空氣的動能，在流體系統(tǒng)內(nèi)造成密度差，使流體由提升管上升，經(jīng)氣液分離室后由下降管下降，再進(jìn)入提升管底部，因而形成流體系統(tǒng)的循環(huán)流動過程。提升管有單圓筒管和多段圓筒管兩種。但是傳統(tǒng)氣升式反應(yīng)器的主要缺點(diǎn)與不足，是它強(qiáng)調(diào)了反應(yīng)器的高度，即設(shè)計(jì)了大的高徑比，因而降液區(qū)的氣含率低或降液區(qū)匱氧；在長提升管中又導(dǎo)致氣泡聚合、長大，在液面爆破時產(chǎn)生對細(xì)胞的破壞力。
本實(shí)用新型的目的既是對傳統(tǒng)氣升式反應(yīng)器的改進(jìn)，又是針對新疆紫草細(xì)胞的理化性質(zhì)特點(diǎn)，培養(yǎng)周期長和代謝過程的要求，而設(shè)計(jì)出的低高徑比、徑向錯流、一器多用、結(jié)構(gòu)簡單的氣升內(nèi)錯流式生物反應(yīng)器，該反應(yīng)器適合植物細(xì)胞培養(yǎng)，可得到合格的次生代謝物。
在本實(shí)用新型提供的氣升內(nèi)錯流式生物反應(yīng)器內(nèi)，可進(jìn)行洗滌、過濾、換液等工藝操作，因而在該生物反應(yīng)器內(nèi)可連續(xù)進(jìn)行細(xì)胞的生長與生產(chǎn)兩步培養(yǎng)過程；對于培養(yǎng)周期長、培養(yǎng)基隨培養(yǎng)進(jìn)程而蒸發(fā)減少的生物反應(yīng)過程，在本反應(yīng)器內(nèi)，勿需補(bǔ)充或流加培養(yǎng)基，仍能正常操作。
本實(shí)用新型提供的氣升內(nèi)錯流式生物反應(yīng)器包括圓柱筒形外殼(11)、倒圓錐筒形外殼(9)、圓柱筒形排液室(5)及頂部氣液分離室(24)、提升管(10)、氣體分布器(1)、(2)、過濾器(7)等。氣體分離室(24)位于外殼(11)的上面，外殼(11)下面是外殼(9)、再下面是排液(5)、它們兩兩底部相接，外殼(11)內(nèi)安裝有與之同軸的提升管(10)、外殼(9)和排液室(5)相接處安放有過濾器(7)，在外殼(9)內(nèi)，過濾器(7)的上方安裝氣體分布器(1)、(2)，反應(yīng)器頂部和底部可以采用平板式或圓拱形封頭。
提升管(10)為上部開有多排孔的圓筒，每相鄰兩排孔呈三角形排列，相鄰兩排孔面積之和與提升管的斷面積相等或相近似，其開孔段長度為提升管總高度的4/5～1/2，提升管按同軸方式安裝在位于外殼(11)和(9)相接處的支撐筋板(20)上，在提升管兩端一定距離的斷面上，各裝置三個等長度均布的定位柱(19)，以保持同外殼(11)之間的等環(huán)間距離。
氣體分布器為(1)、(2)為兩組組合式噴嘴分布器，由環(huán)形管(23)和位于環(huán)形管上的組合噴嘴(3)構(gòu)成，噴嘴(3)由支座和噴頭組成，噴頭頂面和側(cè)面開有小于0.5毫米的氣孔，氣體分布器(1)上的噴嘴位于提升管(10)環(huán)形區(qū)內(nèi)，向上噴氣，氣體分布器(2)上的噴嘴向下噴氣，使倒圓錐筒形外殼(9)內(nèi)部的物料處于流態(tài)化，無死區(qū)存在。
過濾器(7)為復(fù)合篩板型過濾器，由兩塊孔口相對、孔率大于20％的多孔板組成，在兩塊孔板之間裝有不銹鋼網(wǎng)，不銹鋼網(wǎng)孔徑在40目～180目之間。
當(dāng)本實(shí)用新型提供的反應(yīng)器放在室外或無溫控條件的環(huán)境中時，需要在反應(yīng)器外殼(11)外面安裝圓筒形控溫夾套(12)。
下面將結(jié)合附圖、實(shí)施例具體描述本實(shí)用新型。


圖1為本實(shí)用新型氣升內(nèi)錯流式生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為
圖1沿A-A方向的剖視圖。
其中(1)-氣體分布器 (2)-氣體分布器 (3)-噴嘴(4)-管道(5)-排液室 (6)-排液管(7)-過濾器 (8)-排料管 (9)-外殼(10)-提升管 (11)-外殼(12)-控溫夾套(13)-開孔區(qū) (14)-氣液分離區(qū) (15)-降液區(qū)(16)-溶氧測孔 (17)-接種管 (18)-PH值測孔
(19)-定位柱(20)-支撐筋板 (21)-進(jìn)水(22)-出水 (23)-環(huán)形管(24)-氣液分離室如
圖1、2所示，本實(shí)用新型及實(shí)施例提供的氣升內(nèi)錯流式生物反應(yīng)器的組成包括圓柱筒形外殼(11)、倒圓錐筒形外殼(9)、圓柱筒形排液室(5)及頂部氣液分離室(24)、提升管(10)、氣體分布器(1)、(2)、過濾器(7)等。氣體分離室(24)位于外殼(11)的上面，外殼(11)下面是外殼(9)、再下面是排液室(5)，它們兩兩底部相接，外殼(11)內(nèi)安裝有與之同軸的提升管(10)，外殼(9)和排液室(5)相接處安放有過濾器(7)，在外殼(9)內(nèi)過濾器(7)的上方安裝氣體分布器(1)、(2)，反應(yīng)器頂部和底部采用圓拱形封頭(也可以采用平板式封頭)。
外殼(11)和外殼(9)相接處安裝有支撐筋板(20)，在外殼(11)內(nèi)支撐筋板(20)上垂直固定安裝提升管(10)，提升管(10)和外殼(11)同軸。
提升管(10)部開有多排孔，每相鄰兩排孔呈三角形排列，相鄰兩排孔面積之和與提升管的斷面積相等或相近似，其開孔段長度為提升管總高度的4/5～1/2，提升管(10)按同軸方式安裝在位于外殼(11)、(9)相接處的支撐筋板(20)上，在提升管(10)兩端一定距離的斷面上，各裝置三個等長度均布的定位柱(19)，以保持提升管同外殼(11)之間等環(huán)間距離。
過濾器(7)為復(fù)合型篩板式過濾器，由兩塊孔口相對，孔率大于20％的多孔板組成，在兩塊孔板之間裝有不銹鋼網(wǎng)，不銹鋼網(wǎng)孔徑在40目～180目之間。
本實(shí)用新型用的氣體分布器(1)、(2)為兩組組合式噴嘴分布器，由環(huán)形管(23)和固定在環(huán)形管上的噴嘴(3)構(gòu)成，噴嘴由支座和噴頭組成，噴頭頂面和側(cè)面開有小于0.5毫米的氣孔，氣體分布器(1)上的噴嘴(3)位于提升管(10)環(huán)形區(qū)內(nèi)，向上噴氣，氣體分布器(2)上的噴嘴(3)向下噴氣，使倒圓錐筒外殼(9)內(nèi)部的物料處于流態(tài)化。氣體分離室(24)上端開有溶氧測孔和PH值測孔。
本實(shí)施例提供的反應(yīng)器在外殼(11)外面安裝了圓筒形控溫夾夸(12)。
本實(shí)用新型所用材料均為不銹鋼。
本實(shí)用新型提供的氣升內(nèi)錯流式反應(yīng)器具體的工作過程如下蒸氣經(jīng)管道(4)從底部排液室(5)進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)，由接種管閥門(17)排出，按滅菌操作規(guī)程完成反應(yīng)器的消毒工序。蒸氣冷凝水經(jīng)排液管(6)排出。懸浮培養(yǎng)細(xì)胞株隨培養(yǎng)基一道經(jīng)接種管(17)加入外殼(11)內(nèi)，經(jīng)過濾的空氣由組合噴嘴(1)，(2)通入，分布器(1)上的噴嘴(1)位于提升管(10)環(huán)形區(qū)內(nèi)，向上噴氣，造成密度差，使培養(yǎng)基、細(xì)胞株、氣泡三相流體進(jìn)入提升管(10)，沿(F)向上提升，流體上升至提升管(10)的開孔區(qū)(13)后，向四周經(jīng)孔口徑向遞減分流(錯流)進(jìn)入降液區(qū)(15)，上升到提升管(10)頂部的流體，經(jīng)氣液分離區(qū)(14)也進(jìn)入降液區(qū)(15)，經(jīng)分布器(2)上的噴嘴(3)通入的空氣向下噴出，使沿降液區(qū)(15)下降的氣液固三相流體在外殼(9)內(nèi)呈流態(tài)化狀態(tài)，可消除死區(qū)。需置換的培養(yǎng)基通過組合過濾器(7)進(jìn)入排液室(5)，由排液管(6)排出。培養(yǎng)產(chǎn)物由排料閥(8)排出，進(jìn)行提取分離后處理。對于需要進(jìn)行溫度控制的生物反應(yīng)過程，可通過控制進(jìn)水(21)和出水(22)的溫度來進(jìn)行。
本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)與積極效果(1)本實(shí)用新型由于采用了上部開孔的提升管，因而適用于培養(yǎng)周期長、培養(yǎng)基隨培養(yǎng)進(jìn)程而蒸發(fā)減少的生物反應(yīng)過程，在本反應(yīng)器內(nèi)無需補(bǔ)充或流加培養(yǎng)基，仍能正常操作。
(2)本實(shí)用新型由于采用了該新型提升管，經(jīng)提升管上升的流體在開孔區(qū)由中心向四周徑向遞減錯流分流，改變了流體的方向，減緩了流體的上沖速度，因而可抑制氣泡聚合，制止氣泡在液面爆破時產(chǎn)生沖擊力對細(xì)胞的損傷。
(3)本實(shí)用新型由于采用了新型氣體分布器和提升管，以及兩部件的協(xié)同作用，消除了降液區(qū)匱氧現(xiàn)象，提高了降液區(qū)氣含率，強(qiáng)化了混合與傳遞速率，大大降低了反應(yīng)器高度。
(4)本實(shí)用新型由于底部采用了錐形殼體，因而可適用于粒徑分布寬的細(xì)胞團(tuán)塊，錐形床層內(nèi)細(xì)胞處于流態(tài)化，無死區(qū)存在。
(5)在本實(shí)用新型反應(yīng)器內(nèi)，可進(jìn)行過濾、洗滌、換液等操作，一器多用。
(6)本實(shí)用新型反應(yīng)器無機(jī)械傳動部件，剪切力小，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，不易污染，放大容易。
本實(shí)用新型反應(yīng)器已建成7升、30升、150升反應(yīng)器系列植物細(xì)胞中試培養(yǎng)工程。經(jīng)過16罐批的新疆紫草細(xì)胞實(shí)體培養(yǎng)，細(xì)胞產(chǎn)量達(dá)12克干重/日升，紫草寧含量最高可達(dá)細(xì)胞干重的22％，是天然植株中含量的5-10倍。
權(quán)利要求1.一種氣升內(nèi)錯流式生物反應(yīng)器，包括殼體、提升管，其特征在于還包括過濾器和氣體分布器等。所述的殼體由圓柱筒形外殼(11)、倒圓錐筒形外殼(9)、圓柱筒形排液室(5)及頂部氣液分離室(24)組成，氣液分離室(24)位于外殼(11)的上面，外殼(11)下面是外殼(9)，再下面是排液室(5)，它兩兩底部相接，反應(yīng)器頂部和底部可以采用平板式或圓拱形封頭；在外殼(11)內(nèi)部，放置與之同軸的提升管(10)，提供管(10)為上部開有多排孔的圓筒；過濾器(7)為復(fù)合篩板型過濾器，位于外殼(9)和排液室(5)相接處；在外殼(9)內(nèi)，過濾器(7)上方安裝有氣體分布器(1)、(2)，氣體分布器(1)、(2)為兩組組合式噴嘴分布器，由環(huán)形管(23)和環(huán)形管上的組合噴嘴(3)構(gòu)成，氣體分布器(1)上的噴嘴(3)向上噴氣，氣體分布器(2)上的噴嘴(3)向下噴氣；
2.按權(quán)利要求1所述的氣升內(nèi)錯流式生物反應(yīng)器，其特征在于所述的提升管(10)上部的多排孔，每相鄰兩排呈三角形排列，兩排孔面積之和與提升管(10)的斷面積相等或相近似，其開孔段長度為提升管(10)總高度的1/2～4/5；提升管(10)按同軸方式安裝在位于殼體(11)、(9)之間的支撐筋板(20)上。
3.按權(quán)利要求1所述的氣升內(nèi)錯流式生物反應(yīng)器，其特征在于提升管(10)兩端一定距離的斷面上，各安裝3個長度均布的定位柱(19)。
4.按權(quán)利要求1所述的氣升內(nèi)錯流式生物反應(yīng)器，其特征在于所述的氣體分布器(1)、(2)上的噴嘴(3)由支座和噴頭組成，噴頭頂面和側(cè)面開有小于0.5毫米的氣孔，氣體分布器(1)上的噴嘴(3)位于提升管(10)的環(huán)形區(qū)內(nèi)。
5.按權(quán)利要求1所述的氣升內(nèi)錯流生物反應(yīng)器，其特征在于所述的過濾器(7)由兩塊孔口相對，孔率大于20％的多孔板組成，在兩塊多孔板之間裝有不銹網(wǎng)，網(wǎng)孔徑在40目～180目之間。
6.按權(quán)利要求1所述的氣升內(nèi)錯流式生物反應(yīng)器，其特征在于所述的殼體(11)外面可以安裝圓筒形控溫夾套(12)。
專利摘要本氣升內(nèi)錯流式生物反應(yīng)器由殼體和與之同軸放置于內(nèi)的上部開有多排小孔的圓筒提升管(10)，放于外殼(9)和排液室(5)相接處的復(fù)合型篩板過濾器(7)及位于過濾器(7)上方的向上噴氣的氣體分布器(1)，向下噴氣的氣體分布器(2)等組成。該反應(yīng)器可抑制氣泡聚合，制止氣泡在液面爆破；提高降液區(qū)氣含率，強(qiáng)化傳送速率；可大幅度降低反應(yīng)器高度；可同時進(jìn)行過濾、洗滌操作，一器多用，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，剪切力小，不易污染，特別適用于植物細(xì)胞培養(yǎng)等生物反應(yīng)過程。
文檔編號C12M3/02GK2270733SQ9622280
公開日1997年12月17日 申請日期1996年8月29日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月29日
發(fā)明者劉大陸, 查麗杭 申請人:中國科學(xué)院化工冶金研究所