反应器系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种反应器系统，特别涉及一种化学或生化反应器系统，更准确地说，涉及一种实验台架或实验室规模的化学或生化反应器系统。
【背景技术】
[0002]注射栗可被用在诸如生化和微流体应用之类的医学和小型实验室研究应用中，从而以可控的速度分配诸如药剂或试剂的流体。
[0003]注射栗的示例包括由美国马萨诸塞州霍利斯顿的KD科技有限公司和美国康涅狄格州哈姆登的华纳仪器(Warner Instruments)销售的注射栗。注射栗的示例还在US2005/0036919A1、US 2004/0043499A1、FR2950887A1、DE102009054532A1 以及CA2538499A1 中描述。可以采用使用多个注射器的装置，而且这种装置的示例在US2009/0035825A1中有描述。在许多这些示例中，注射栗被用于聚合酶链反应(PCR)反应器中。
[0004]注射栗，特别是在医学和PCR应用中使用的注射栗，通常用于分配含有小颗粒(SP通常具有不超过Imm的颗粒尺寸)和少的干固体成分(即一般不超过几个百分点)的流体。这些注射栗也采用小的注射器，即具有约达10ml的容积的注射器。
【发明内容】
[0005]根据本发明的第一方面，提供包括至少一个反应器的装置。该装置包括至少一个线性活塞栗(其可被称为“注射器”)，所述或每个活塞栗包括管、活塞和联接到所述活塞的臂，所述或每个活塞栗被布置为将原料注入相应的反应器。所述装置包括联接至被配置为线性驱动所述活塞的所述活塞栗的臂的梁(或“杆”)或板。所述装置包括用于驱动所述梁或板的线性致动器。
[0006]所述或每个活塞栗具有至少50毫升的容积以及有5mm最小直径的排出端口。所述容积可以为至少100毫升、至少200毫升、至少500毫升或至少I升和/或不超过2升、不超过5升、不超过10升或不超过20升。所述或每个排出端口可具有10mm、20mm、50mm、I cm、2cm或5cm的最小直径和/或11 cm或16cm的最大直径。
[0007]因此，例如，所述系统可被用于在相当长的周期内(例如10天、20天、30天或更长，甚至达到150天)连续地将原料供给到反应器，而不需要打开反应器。这使所述装置能够模拟工业规模的反应器，例如，连续流动和/或能够保持数千吨废水的反应器。
[0008]所述装置可包括至少两个反应器和至少两个活塞栗。所述梁或板可被配置为同时线性驱动所述活塞。
[0009]根据本发明的第二方面，提供包括至少一个化学或生化反应器的装置。所述装置包括至少一个线性活塞栗，所述或每个活塞栗包括具有封闭端的管、所述管的所述封闭端中的孔口、活塞和联接到被布置为沿行进轴线移动的所述活塞的臂，所述或每个活塞栗被布置为将原料注入相应的反应器。所述装置包括联接至被配置为线性驱动所述活塞的所述活塞栗的所述臂的梁或板。所述装置包括用于驱动所述梁或板的线性致动器。
[0010]所述装置可包括一组至少两个反应器和一组至少两个活塞栗。所述活塞栗可被布置为使所述行进轴线被平行对齐，并且所述梁或板可被配置为同时线性驱动所述活塞。
[0011]所述线性致动器可包括回转马达和用于将旋转运动转换成直线运动的诸如螺杆的设备。
[0012]所述装置可包括至少6个反应器。所述装置可包括6至9个反应器。所述装置可包括至少12个反应器、至少24个反应器或至少36个反应器。
[0013]所述或每个反应器可具有至少100毫升、至少I升、至少2升或至少5升和/或不超过5升、不超过10升、不超过20升、不超过50升或不超过100升的容积。所述或每个反应器可具有大约5升的容积。
[0014]每个活塞栗具有容积VP，其可为所述反应器的容积的至少十分之一、至少二十分之一或至少五十分之一。所述活塞栗的容积可以为所述反应器的容积的不超过五十分之一或所述反应器的容积的一百分之一。
[0015]所述或每个反应器和所述或每个活塞栗可具有给定的容积并且所述线性致动器可以以给定速度操作，使得保持时间为至少10天或至少20天和/或不超过30天、不超过50天之间、不超过100天或不超过200天。所述或每个活塞栗可被冷却或加热。所述活塞栗可包括用于在给料之前搅拌原料的混合器。
[0016]所述或每个活塞栗能够注入包含至少0.05质量百分比、至少0.1质量百分比、至少
0.2质量百分比、至少0.5质量百分比、至少I质量百分比、至少2质量百分比、至少5质量百分比、至少10质量百分比或至少20质量百分比和/或不超过40质量百分比的总固体成分的原料。
[0017]所述装置可进一步包括至少一个已用过的收集器，所述或每个已用过的收集器与各自的反应器流体连通。
[0018]所述或每个反应器可包括各自的用于收集气体产物的端口。所述装置可进一步包括用于测量气体产生率的至少一个过水气体转鼓收集器(gas-over-water tumblercollector)，每个收集器与各自的反应器流体连通。
[0019]所述或每个反应器可被提供有相应的加热器护套。
[0020]所述或每个反应器可被提供有相应的热电偶。
[0021]所述或每个反应器可被提供有用于混合所述反应器中的原料的内部旋转搅拌器(例如桨形件、叶片等)。所述装置可进一步包括用于驱动所述桨形件的驱动机构。
[0022]所述装置可以为实验台架或实验室规模的反应器系统。
[0023]所述原料可以为诸如污水、食物垃圾之类的废水和/或液体与固体的组合物，其中固体成分可达40质量百分比。
【附图说明】
[0024]现在将参照附图通过示例描述本发明的某些实施例，其中:
[0025]图1是反应器系统的主视图；
[0026]图2是图1所示反应器系统一部分的侧视图；
[0027]图3是气体转鼓系统的示意图；以及
[0028]图4例示反应器和活塞栗。
【具体实施方式】
[0029]小规模的反应器系统可被用于模仿大规模的生产工厂。例如，由若干(例如多达9个)反应器组成并且由处理器控制的小规模反应器系统可被用于模拟较大设备的行为和反应。然而，这种系统通常以每天一次性注射来供给原料。然而，由于大规模工厂通常持续或有效地持续给料(例如，通过每天使用若干小批量)而目前的实验台架规模的消化池(digesters)至今仍依赖于每天一次手动给料，所以该方法可产生误导性的结果。
[0030]参见图1，示出实验台架规模或实验室规模的反应器系统I，其包括一个或多个反应器2。系统I可被用于将原料3连续并且可控地引入一个或多个反应器2中，并且能够使大规模、连续的处理系统被精确地模仿。
[0031]在该示例中，反应器系统I被用于模仿能够处理诸如食物垃圾之类和/或污水之类的可生物降解废物的大规模、连续的厌氧消化池。然而，该反应器系统I可被用于模仿以大型反应器为基础的处理系统。
[0032]参见图1、图2和图3，反应器系统I包括一个或多个反应器2以及用于将各自充注的(charge)的原料3引入反应器2中的相应数量的线性活塞栗4(或者“注射器”)。反应器2为大致圆柱形并且由不锈钢形成。每个反应器2具有容积VR，其优选为至少5升。反应器2被支撑在框架5中并且在该示例中以水平的单行(或“排”)布置。
[0033]每个活塞栗4由具有排出端口7(图4)的管(或“筒”)6、活塞8和联接到活塞8的臂9组成。活塞8和臂9可被称为“柱塞”。反应器2与相应的活塞栗4之间的流体连通由管道10提供。阀11(在该案例中为三通“T”形阀)提供在每个活塞栗4与管道10之间以使用过的活塞栗4能够与另一充注有原料的活塞栗互换。活塞栗4可以由任意合适的材料形成。在该示例中，活塞栗4由塑料形成。
[0034]活塞栗4以水平的单行布置在反应器2下方。活塞栗4将原料3经由相应的充注端口12(参见图4)引入反应器2的底部。每个活塞栗4具有容积VP，其优选为反应器容积Vr的至少五十分之一，即Vp > 0.02Vr。在本案例中，活塞栗4具有或者600晕升的容积Vp。然而，每个活塞栗4可具有多达5升或6升或者更大的容积。
[0035]在本案例中，活塞栗4的筒6通过经由刚性的管道10附接到相应的反应器2而保持在固定位置。然而，活塞栗4可采用诸如夹具和/或框架之类的其它装置保持就位。
[0036]反应器系统I包括联接到活塞栗4的臂9的可移动的梁13。因此，梁13可线性驱动活塞栗4。
[0037]梁13被第一驱动轴杆14和第二驱动轴杆15向上驱动。第一驱动轴杆14通过恒速、高减速马达和齿轮箱17联接到电动马达16。第二驱动轴杆15由包括一个或多个链条19和两个或更多个链轮20的链驱动部18联接到第一驱动轴杆14。链条19和链轮20可以由轴杆和齿轮组(gear array)或者由直接安装到驱动轴杆14和/或15的马达/减速齿轮箱代替。
[0038]梁13持续向上运动使活塞栗4将原料3以预定速度并行地引入反应器2中。马达/齿轮箱16能够以每小时2转的速度旋转，其可被转换成具有例如每小时Imm或更大或者每小时1mm或更大的速度的直线运动。因此，可实现每天0.1毫升、I毫升、10毫升或100毫升数量级的给料速度。这些给料方式可用于为反应器提供10天或更长或者100天或更长的停留时间。采用可互换的活塞栗4，给料方式可维持3天或更长或者10天或更长。
[0039]系统I由可编程过程控制器21控制，其可被提供有HMI触摸屏(未示出)。控制器21运行计算机软件22并且可被用于提供灵