专利名称：培养产油微藻的气升式光生物反应器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种能高效利用光能的气升式光生物反应器，属于生物能源转化及生物工程技术领域。
背景技术：
用微藻生产生物柴油，产量可超过传统的油料作物30倍以上。微藻的优势在于生长极为迅速。24 h内生物质普遍增加I倍，3.5 h就可以达到对数生长期，能在很短的时间内收获多次。因此，利用工业化微藻生产装置，获得大规模生产生物柴油所需要的微藻原料，是各国科学家解决能源替代问题的重要方案。目前传统的光生物反应器在培养微藻时存在以下不足:①光能利用率不高。光生物反应器的米光方式主要有室外直接米光和人造光源米光两种。室外米光存在光率低、光能流失大、晚上不能保证供给的不足。采用人造光源则存在大量消耗电能的弊端，不利于降低微藻大规模培养的成本。②二氧化碳利用率不高。微藻培养过程中需要吸收CO2进行光合作用，因此在进行微藻工业化养殖时需要提供大量的分散的CO2作为微藻光合作用的原料。目前多采用带有一个出口的管路系统将空气通入微藻悬浮液中，但用此方法培养时CO2在培养液中溶解度较低、气泡直径较大、停留时间短，不利于藻类吸收。
发明内容本实用新型的目的是提供一种能通过热对流的方式带动液体流动，促进气液循环，使CO2充分与藻液混合的气升式光生物反应器，使反应器更加的节能，以克服现有技术的主要不足。本实用新型解 决其技术问题所采用的技术方案是:微藻生物反应器系统主要包括:微藻光生物反应器、藻液收集罐、藻液输送装置、CO2配气装置、CO2控制装置、CO2输送泵、检测装置、萃取罐、萃取分离槽、太阳能发电系统等部分，本实用新型主要对微藻光生物反应器进行了改进。—种培养产油微藻的气升式光生物反应器,其反应器外壳(4)外侧下方均勻布置有电加热丝(19)，上下贯通的导流筒(5)通过支架固定在反应器中心，冷却管(18)设置在导流筒(5)中心上部与反应器盖(3)相连，导流筒(5)内设置有光源(15)，环状气体分布器设置在反应器外壳(4)与导流筒(5)夹层的底部。反应器外壳(4)为双层透明玻璃制成，其中外层玻璃折射率小于内层玻璃折射率。反应器外壳(4)外层玻璃折射率为1.5，内层玻璃折射率为>1.7。反应器外壳(4)外侧设置有出料口(10)，进气管(8)、pH电极(6)、电导电极(11)和取样口(13)。反应器外壳(4)外侧底部有与环状气体分布器(7)连通的进气管(8)。导流筒(5)为圆柱形透明玻璃材料，其直径为反应器外壳(4)直径的80%。光源
(15)为发射波长为660 680nm红光的圆环形发光二极管集成光源。位于反应器顶部的可旋转反应器盖(3)上设置有喷淋头(I)、温度传感器(2)、入料口(17)、压力阀(16)和冷却管(18)。本实用新型的有益效果:本实用新型通过电加热和冷却管产生气升动力以及冷热对流双重动力，促进气液循环、使CO2充分与藻液混合，充分利用能量节约能源，两者通过温度控制器共同调节反应器内部温度；红光发光二极管的使用提高了光吸收效率，并且与自然光结合节约能源；反应器的外壳采用双层玻璃制成，可以使光线全反射，提高光能利用率。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是气升式光生物反应器的结构示意图；图2是气升式光生物反应器盖的俯视图；图3是气升式光生物反应器温度控制部分的示意图；图4是气升式光生物反应器光照系统的示意图；图中:!一喷淋头，2一温度传感器，3—反应器盖，4一反应器外壳，5—导流筒6—pH电极，7—气体分布器，8—进气管，10—出料口，11—电导电极13—取样口，15—光源，16—压力阀，17—入料口，18—冷却管，19—电加热丝。
具体实施方式
如
图1所不，反应器筒体由双层玻璃制成，外层玻璃折射率为1.5，内层玻璃折射率>1.7。光线射入反应器时无影响，而射出时可进行全反射使光线留在反应器内部。反应器筒体外侧下方均匀分布有电加热线(19)，温度控制器通过温度传感器(2)测定的反应液温度控制电加热线(1 9)工作，并与冷却管(18)联合作用控制反应器内部温度。反应器筒体中培养液由入料口( 17 )加入，出料口( IO )放出。位于反应器顶部的可旋转反应器盖(3 )上设置压力阀(16 )，用于控制筒体在安全压力下生产。反应器中央设置有直径为反应器外壳80%的透明导流筒(5)，将反应器内部空间分为导流筒(5)内，以及导流筒(5)与反应器外壳(4)夹层两个空间。固定在反应器筒体内中央的LED集成光源(15)为圆环结构，光源直径为反应器筒体直径的一半，产生波长660 680nm的红光。二氧化碳配气装置产生的二氧化碳气流由进气管(8)通入筒体，并与设置在反应器外壳(4)与导流筒(5)夹层底部的圆环形气体分布器(7)连通，气体分布器(7)上设有多个出气微孔，可以使CO2连续匀速放出并均匀分布。在反应器筒体侧面设置有取样口(13)、用于检测藻类生长情况的电导电极
(11)和用于检测反应液中PH值变化的pH电极(6)，顶部设置有压力阀(16)。在顶部反应器盖(3)上设置有调节反应器内温度的冷却管(18)、伸入反应器内部的温度传感器(2)和可防止藻体挂壁的喷淋头(I)。藻液由入料口(17)加入，通过气体分布器(7)放出的CO2作用和反应器冷热对流的作用沿着反应器外壳(4)与导流筒(5)夹层上升，到了反应器上部又从导流筒(5)内下降，从而进行气液交换，具有剪切应力小的优点，对藻体的生长发育影响极小。反应器通过温度控制系统进行温度的控制，使反应在适宜的温度下进行。如此循环反应，在一段时间后通过电导电极(11)检测藻液密度，在合适的时候通过取样口(13)取样进行检测藻类生长情况，若藻类生长状况不良，可考虑加大二氧化碳气流流量或控制光照强度。若生长周期完成，则关闭通气阀，从出料口放出反应液。如图2所示，反应器盖(3)可以旋转，其上设置有喷淋头(I)、温度传感器(2)、入料口(17)、压力阀(16)和冷却管(18)。其中喷淋头(I)可以随着反应器盖的旋转清洁反应器中360°的挂壁藻体。如图3所示，反应器外壳(4)外侧下方均匀分布有印刷在玻璃上的电加热线(19)，可以与反应器盖上设置的冷却管(18)以及温度传感器(2)共同调节反应器内部温度，并且可以通过冷热对流的方式为反应器内气液交换提供动力，从而充分利用能源。在图4所示，反应器具有双层玻璃外壳(4)，可以使反应器内部的光线在射出时进行全反射，从而留在反应器内部，而对从外部射入的光线没有影响，可以富集光能。而固定在反应器内部中央的LED集成光源(15)可以与自然光共同作用，也可以在自然光不足时进行单独发光。其中LED光源发 出波长660 680nm的红光,适合微藻的光吸收峰值。
权利要求1.一种培养产油微藻的气升式光生物反应器,其特征在于:反应器外壳外侧下方均勻布置有电加热丝，上下贯通的导流筒通过支架固定在反应器中心，冷却管设置在导流筒中心上部并与反应器盖相连，导流筒内设置有光源，环状的气体分布器设置在反应器外壳与导流筒夹层的底部。
2.根据权利要求1所述的培养产油微藻的气升式光生物反应器，其特征在于:反应器外壳为双层透明玻璃制成，其中外层玻璃折射率小于内层玻璃折射率。
3.根据权利要求2所述的培养产油微藻的气升式光生物反应器,其特征在于:反应器外壳外层玻璃折射率为1.5，内层玻璃折射率为>1.7。
4.根据权利要求1所述的培养产油微藻的气升式光生物反应器，其特征在于:反应器外壳外侧设置有出料口，进气管、pH电极、电导电极和取样口。
5.根据权利要求1所述的培养产油微藻的气升式光生物反应器，其特征在于:导流筒为圆柱形透明玻璃材料，其直径为反应器外壳直径的80%。
6.根据权利要求1所述的培养产油微藻的气升式光生物反应器，其特征在于:光源为发射波长为660 680nm的圆环形发光二极管集成光源。
7.根据权利要求1所述的培养产油微藻的气升式光生物反应器，其特征在于:位于反应器顶部的可旋 转反应器盖上设置有喷淋头、温度传感器、入料口、压力阀和冷却管。
专利摘要本实用新型公开了一种培养产油微藻的气升式光生物反应器，其反应器外壳外侧下方均匀布置有电加热丝，上下贯通的导流筒通过支架固定在反应器中心，冷却管设置在导流筒中心上部并与反应器盖相连，导流筒内设置有光源，环状的气体分布器设置在反应器外壳与导流筒夹层的底部。本实用新型通过电加热和冷却管产生气升动力以及冷热对流双重动力，促进气液循环、使CO2充分与藻液混合，充分利用能量节约能源。
文档编号C12M1/38GK203112819SQ201320116259
公开日2013年8月7日 申请日期2013年3月14日 优先权日2013年3月14日
发明者王英娟, 杨泽熵, 李鑫, 亢雅宸 申请人:西北大学