專利名稱：培養產油微藻的氣升式光生物反應器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種能高效利用光能的氣升式光生物反應器，屬于生物能源轉化及生物工程技術領域。
背景技術：
用微藻生產生物柴油，產量可超過傳統的油料作物30倍以上。微藻的優勢在于生長極為迅速。24 h內生物質普遍增加I倍，3.5 h就可以達到對數生長期，能在很短的時間內收獲多次。因此，利用工業化微藻生產裝置，獲得大規模生產生物柴油所需要的微藻原料，是各國科學家解決能源替代問題的重要方案。目前傳統的光生物反應器在培養微藻時存在以下不足:①光能利用率不高。光生物反應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模培養的成本。②二氧化碳利用率不高。微藻培養過程中需要吸收CO2進行光合作用，因此在進行微藻工業化養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將空氣通入微藻懸浮液中，但用此方法培養時CO2在培養液中溶解度較低、氣泡直徑較大、停留時間短，不利于藻類吸收。
發明內容本實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，促進氣液循環，使CO2充分與藻液混合的氣升式光生物反應器，使反應器更加的節能，以克服現有技術的主要不足。本實用新型解 決其技術問題所采用的技術方案是:微藻生物反應器系統主要包括:微藻光生物反應器、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、太陽能發電系統等部分，本實用新型主要對微藻光生物反應器進行了改進。—種培養產油微藻的氣升式光生物反應器,其反應器外殼(4)外側下方均勻布置有電加熱絲(19)，上下貫通的導流筒(5)通過支架固定在反應器中心，冷卻管(18)設置在導流筒(5)中心上部與反應器蓋(3)相連，導流筒(5)內設置有光源(15)，環狀氣體分布器設置在反應器外殼(4)與導流筒(5)夾層的底部。反應器外殼(4)為雙層透明玻璃制成，其中外層玻璃折射率小于內層玻璃折射率。反應器外殼(4)外層玻璃折射率為1.5，內層玻璃折射率為>1.7。反應器外殼(4)外側設置有出料口(10)，進氣管(8)、pH電極(6)、電導電極(11)和取樣口(13)。反應器外殼(4)外側底部有與環狀氣體分布器(7)連通的進氣管(8)。導流筒(5)為圓柱形透明玻璃材料，其直徑為反應器外殼(4)直徑的80%。光源
(15)為發射波長為660 680nm紅光的圓環形發光二極管集成光源。位于反應器頂部的可旋轉反應器蓋(3)上設置有噴淋頭(I)、溫度傳感器(2)、入料口(17)、壓力閥(16)和冷卻管(18)。本實用新型的有益效果:本實用新型通過電加熱和冷卻管產生氣升動力以及冷熱對流雙重動力，促進氣液循環、使CO2充分與藻液混合，充分利用能量節約能源，兩者通過溫度控制器共同調節反應器內部溫度；紅光發光二極管的使用提高了光吸收效率，并且與自然光結合節約能源；反應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。
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
圖1是氣升式光生物反應器的結構示意圖；圖2是氣升式光生物反應器蓋的俯視圖；圖3是氣升式光生物反應器溫度控制部分的示意圖；圖4是氣升式光生物反應器光照系統的示意圖；圖中:!一噴淋頭，2一溫度傳感器，3—反應器蓋，4一反應器外殼，5—導流筒6—pH電極，7—氣體分布器，8—進氣管，10—出料口，11—電導電極13—取樣口，15—光源，16—壓力閥，17—入料口，18—冷卻管，19—電加熱絲。
具體實施方式
如
圖1所不，反應器筒體由雙層玻璃制成，外層玻璃折射率為1.5，內層玻璃折射率>1.7。光線射入反應器時無影響，而射出時可進行全反射使光線留在反應器內部。反應器筒體外側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)測定的反應液溫度控制電加熱線(1 9)工作，并與冷卻管(18)聯合作用控制反應器內部溫度。反應器筒體中培養液由入料口( 17 )加入，出料口( IO )放出。位于反應器頂部的可旋轉反應器蓋(3 )上設置壓力閥(16 )，用于控制筒體在安全壓力下生產。反應器中央設置有直徑為反應器外殼80%的透明導流筒(5)，將反應器內部空間分為導流筒(5)內，以及導流筒(5)與反應器外殼(4)夾層兩個空間。固定在反應器筒體內中央的LED集成光源(15)為圓環結構，光源直徑為反應器筒體直徑的一半，產生波長660 680nm的紅光。二氧化碳配氣裝置產生的二氧化碳氣流由進氣管(8)通入筒體，并與設置在反應器外殼(4)與導流筒(5)夾層底部的圓環形氣體分布器(7)連通，氣體分布器(7)上設有多個出氣微孔，可以使CO2連續勻速放出并均勻分布。在反應器筒體側面設置有取樣口(13)、用于檢測藻類生長情況的電導電極
(11)和用于檢測反應液中PH值變化的pH電極(6)，頂部設置有壓力閥(16)。在頂部反應器蓋(3)上設置有調節反應器內溫度的冷卻管(18)、伸入反應器內部的溫度傳感器(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作用和反應器冷熱對流的作用沿著反應器外殼(4)與導流筒(5)夾層上升，到了反應器上部又從導流筒(5)內下降，從而進行氣液交換，具有剪切應力小的優點，對藻體的生長發育影響極小。反應器通過溫度控制系統進行溫度的控制，使反應在適宜的溫度下進行。如此循環反應，在一段時間后通過電導電極(11)檢測藻液密度，在合適的時候通過取樣口(13)取樣進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氣流流量或控制光照強度。若生長周期完成，則關閉通氣閥，從出料口放出反應液。如圖2所示，反應器蓋(3)可以旋轉，其上設置有噴淋頭(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)可以隨著反應器蓋的旋轉清潔反應器中360°的掛壁藻體。如圖3所示，反應器外殼(4)外側下方均勻分布有印刷在玻璃上的電加熱線(19)，可以與反應器蓋上設置的冷卻管(18)以及溫度傳感器(2)共同調節反應器內部溫度，并且可以通過冷熱對流的方式為反應器內氣液交換提供動力，從而充分利用能源。在圖4所示，反應器具有雙層玻璃外殼(4)，可以使反應器內部的光線在射出時進行全反射，從而留在反應器內部，而對從外部射入的光線沒有影響，可以富集光能。而固定在反應器內部中央的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行單獨發光。其中LED光源發 出波長660 680nm的紅光,適合微藻的光吸收峰值。
權利要求1.一種培養產油微藻的氣升式光生物反應器,其特征在于:反應器外殼外側下方均勻布置有電加熱絲，上下貫通的導流筒通過支架固定在反應器中心，冷卻管設置在導流筒中心上部并與反應器蓋相連，導流筒內設置有光源，環狀的氣體分布器設置在反應器外殼與導流筒夾層的底部。
2.根據權利要求1所述的培養產油微藻的氣升式光生物反應器，其特征在于:反應器外殼為雙層透明玻璃制成，其中外層玻璃折射率小于內層玻璃折射率。
3.根據權利要求2所述的培養產油微藻的氣升式光生物反應器,其特征在于:反應器外殼外層玻璃折射率為1.5，內層玻璃折射率為>1.7。
4.根據權利要求1所述的培養產油微藻的氣升式光生物反應器，其特征在于:反應器外殼外側設置有出料口，進氣管、pH電極、電導電極和取樣口。
5.根據權利要求1所述的培養產油微藻的氣升式光生物反應器，其特征在于:導流筒為圓柱形透明玻璃材料，其直徑為反應器外殼直徑的80%。
6.根據權利要求1所述的培養產油微藻的氣升式光生物反應器，其特征在于:光源為發射波長為660 680nm的圓環形發光二極管集成光源。
7.根據權利要求1所述的培養產油微藻的氣升式光生物反應器，其特征在于:位于反應器頂部的可旋 轉反應器蓋上設置有噴淋頭、溫度傳感器、入料口、壓力閥和冷卻管。
專利摘要本實用新型公開了一種培養產油微藻的氣升式光生物反應器，其反應器外殼外側下方均勻布置有電加熱絲，上下貫通的導流筒通過支架固定在反應器中心，冷卻管設置在導流筒中心上部并與反應器蓋相連，導流筒內設置有光源，環狀的氣體分布器設置在反應器外殼與導流筒夾層的底部。本實用新型通過電加熱和冷卻管產生氣升動力以及冷熱對流雙重動力，促進氣液循環、使CO2充分與藻液混合，充分利用能量節約能源。
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 優先權日2013年3月14日
發明者王英娟, 楊澤熵, 李鑫, 亢雅宸 申請人:西北大學