一种高效植物细胞反应器的制作方法

本实用新型涉及生物设备技术领域，具体涉及一种高效植物细胞反应器。

背景技术：

与石油和煤炭等矿物不同，植物是一种多样化、低成本和可再生的生物资源。植物通过自身光合作用积累的各类生物大分子，如碳水化合物、纤维素、蛋白质和脂肪酸等，不仅为人类和动物提供了赖以生存所需要的各种食物，同时还提供了大量非食用性的化工产品。植物细胞反应器就是利用植物这个系统，包括植物细胞、组织器官以及整柱植物为工厂，来生产具有商业价值的生物制品，包括疫苗、抗体、药用蛋白等。植物细胞反应器参照微生物发酵罐培养微生物的方法，但是由于植物细胞与微生物细胞形态结构不同，植物细胞微生物细胞大，对剪切力耐受性差，而且对氧的要求相对微生物要低得多，因为微生物发酵罐养微生物的方法并不完全适合于植物细胞的生长与生产。植物细胞培养具有周期长、细胞抗剪切能力弱、易聚团等特点，植物细胞对溶氧有严格要求，现有的植物细胞溶氧有以下方法：一是通过高搅拌转速对植物细胞培养物进行有效的混合，增加溶氧，但是高转速条件下的搅拌浆液产生的剪切力对植物细胞会产生严重伤害，容易导致植物细胞培养失败；二是增大空气流量和流速，但同样会产生较大的剪切力对植物细胞产生伤害，导致植物细胞生长异常。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种高效植物细胞反应器，具有结构简单、使用方便的特点。

本实用新型解决上述问题的技术方案为：一种高效植物细胞反应器，包括罐体、空气分布器、搅拌轴、第一搅拌器、PLC控制器；

罐体上部设有进料口，罐体底部设有出料口，罐体顶端设有测压口，测压口上设有气压计；驱动电机固定在罐体顶端，驱动电机轴与搅拌轴相连，搅拌轴上设有第一搅拌器、第二搅拌器，第一搅拌器位于第二搅拌器上方；罐体底部设有空气分布器；罐体内设有溶氧电极、温度探头；罐体外设有降温夹套、升温夹套，降温夹套、升温夹套均为螺旋结构，降温夹套、升温夹套缠绕在罐体上，升温夹套一端通过第一管道与热水罐相连，第一管道上设有第一电磁阀，降温夹套一端通过第二管道与冷水机相连，第二管道上设有第二电磁阀；溶氧电极、温度探头分别与PLC控制器之间电连接，第一电磁阀、第二电磁阀分别与PLC控制器之间电连接；

第一搅拌器包括安装柱、组合叶，安装柱的左右两侧分别设有一组组合叶，组合叶包括内搅拌叶、中搅拌叶、外搅拌叶，内搅拌叶位于中搅拌叶内，中搅拌叶位于外搅拌叶内，内搅拌叶、中搅拌叶、外搅拌叶的截面形状均为半圆形，内搅拌叶、中搅拌叶、外搅拌叶的半径分别为R1、R2、R3，R1<R2<R3，内搅拌叶、中搅拌叶、外搅拌叶的宽度分别为L1、L2、L3，L1<L2<L3；

第二搅拌器包括上部、下部，上部包括安装环、主搅拌片，主搅拌片围绕安装环中心轴线环形阵列，主搅拌片的截面形状为圆弧形，主搅拌片与安装环倾斜相连，主搅拌片与上部中心轴线之间的夹角为A；下部包括安装环、副搅拌片，副搅拌片围绕安装环中心轴线环形阵列，副搅拌片位于两个相邻的主搅拌片之间，副搅拌片的截面形状为圆弧形，副搅拌片与安装环倾斜相连，副搅拌片与下部中心轴线之间的夹角为B，B>A；

空气分布器包括环形管、分配管、过渡管、入气管，过渡管与入气管分别位于环形管的上下两侧，入气管一端与环形管相连，另一端伸出罐体通过第三管道与空气罐相连，第三管道上设有空气过滤器；多个过渡管围绕环形管中心轴线环形阵列，过渡管与环形管通过分管相连，分管向靠近环形管中心轴线方向倾斜；过渡管为喇叭状，过渡管下端面封堵，过渡管上端面设有通气板，通气板上设有通气区，通气区在水平面的投影为直角扇形，通气区上设有多个通气孔，通气孔半径为R4；过渡管内设有调节板，调节板上端面与通气板转动相连，调节板下端面设有驱动杆，驱动杆远离调节板的一端伸出罐体与调节电机轴相连，调节板上设有停止区、正常区、缓流区、细流区，停止区、正常区、缓流区、细流区均为直角扇形，停止区与缓流区对角分布，正常区与细流区对角分布，调节板位于初始状态时，停止区与通风区对齐；正常区上设有第一调节孔，第一调节孔半径为R5，R5=R4；缓流区设有第二调节孔，第二调节孔半径为R6，R6<R4；细流区设有第三调节孔，第三调节孔半径为R7，R7<R6；调节电机轴上设有角度位移传感器，角度位移传感器与PLC控制器之间电连接，调节电机与PLC控制器之间电连接。

所述罐体材料为304或316不锈钢。

所述罐体容积为3-100L。

所述调节电机为伺服电机。

所述调节板逆时针旋转90°，正常区与通气区对齐，每个通气孔下均设有一个第一调节孔，第一调节孔中心轴线与通气孔中心轴线对齐。

所述调节板逆时针旋转180°，缓流区与通气区对齐，每个通气孔下均设有一个第二调节孔，第二调节孔中心轴线与通气孔中心轴线对齐。

所述调节板逆时针旋转270°，细流区与通气区对齐，每个通气孔下均设有一个第三调节孔，第三调节孔中心轴线与通气孔中心轴线对齐。

所述A为15-75°，B为15-80°。

本实用新型具有有益效果：本实用新型结构简单、溶氧率高，能够使氧气与料液中的菌体充分融合，发酵效率高；通过曲线型的第一搅拌器和第二搅拌器，减小剪切力，增大搅拌面积，保证了料液与空气混合的均匀性，保证在较低转速情况下提供充分的溶氧和营养，确保植物细胞能够正常代谢，避免对植物细胞造成伤害；通过多个分配管实现空气在反应器中的均匀分配，利用调节板改变空气分布器通入罐体的空气流量多少和气流大小，实现空气流量及气流的自动调节，实现空气高效、均匀分布；通过PLC控制器、溶氧电极、温度探头自动反馈反应器中的氧气、温度信号，对反应器的工作情况起监测作用，适用于工业化生产，节约劳动力，降低生产成本。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2为本实用新型剖视图。

图3为本实用新型空气分布器结构示意图。

图4为本实用新型分配管剖视图。

图5为本实用新型通气板结构示意图。

图6为本实用新型调节板结构示意图。

图7为本实用新型第一搅拌器结构示意图。

图8为本实用新型第二搅拌器结构示意图。

图9为本实用新型控制原理图。

图中：1-罐体，2-进料口，3-出料口，4-测压口，5-气压计，6-驱动电机，7-搅拌轴，8-第一搅拌器，9-第二搅拌器，10-空气分布器，11-安装柱，12-组合叶，13-内搅拌叶，14-中搅拌叶，15-外搅拌叶，16-环形管，17-分配管，18-过渡管，19-入气管，20-空气罐，21-通气板，22-通气区，23-通气孔，24-调节板，25-驱动杆，26-调节电机，27-停止区，28-正常区，29-缓流区，30-细流区，31-第一调节孔，32-第二调节孔，33-第三调节孔，34-角度位移传感器，35-PLC控制器，101-溶氧电极，102-温度探头，103-降温夹套，104-升温夹套，105-第一管道，106-第二管道，107-第一电磁阀，108-第二电磁阀，109-上部，110-下部，111-安装环，112-主搅拌片，113-副搅拌片，114-空气过滤器，115-热水罐，116-冷水机，117-第三管道。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。

一种高效植物细胞反应器，包括罐体1、空气分布器10、搅拌轴7、第一搅拌器8、PLC控制器35；

罐体1上部设有进料口2，罐体1底部设有出料口3，罐体1顶端设有测压口4，测压口4上设有气压计5；驱动电机6固定在罐体4顶端，驱动电机6轴与搅拌轴7相连，搅拌轴7上设有第一搅拌器8、第二搅拌器9，第一搅拌器8位于第二搅拌器9上方；罐体1底部设有空气分布器10；罐体1内设有溶氧电极101、温度探头102；罐体1外设有降温夹套103、升温夹套104，降温夹套103、升温夹套104均为螺旋结构，降温夹套103、升温夹套104缠绕在罐体1上，升温夹套104一端通过第一管道105与热水罐115相连，第一管道105上设有第一电磁阀107，降温夹套103一端通过第二管道106与冷水机116相连，第二管道106上设有第二电磁阀108；溶氧电极101、温度探头102分别与PLC控制器35之间电连接，第一电磁阀107、第二电磁阀108分别与PLC控制器35之间电连接；

第一搅拌器8包括安装柱11、组合叶12，安装柱11的左右两侧分别设有一组组合叶12，组合叶12包括内搅拌叶13、中搅拌叶14、外搅拌叶15，内搅拌叶13位于中搅拌叶14内，中搅拌叶14位于外搅拌叶15内，内搅拌叶13、中搅拌叶14、外搅拌叶15的截面形状均为半圆形，内搅拌叶13、中搅拌叶14、外搅拌叶15的半径分别为R1、R2、R3，R1<R2<R3，内搅拌叶13、中搅拌叶14、外搅拌叶15的宽度分别为L1、L2、L3，L1<L2<L3；

第二搅拌器9包括上部109、下部110，上部109包括安装环111、主搅拌片112，主搅拌片112围绕安装环111中心轴线环形阵列，主搅拌片112的截面形状为圆弧形，主搅拌片112与安装环111倾斜相连，主搅拌片112与上部109中心轴线之间的夹角为A；下部110包括安装环111、副搅拌片113，副搅拌片113围绕安装环111中心轴线环形阵列，副搅拌片113位于两个相邻的主搅拌片112之间，副搅拌片113的截面形状为圆弧形，副搅拌片113与安装环111倾斜相连，副搅拌片113与下部110中心轴线之间的夹角为B，B>A；

空气分布器10包括环形管16、分配管17、过渡管18、入气管19，过渡管18与入气管19分别位于环形管16的上下两侧，入气管19一端与环形管16相连，另一端伸出罐体1与空气罐20相连；多个过渡管18围绕环形管16中心轴线环形阵列，过渡管18与环形管16通过分管相连，分管向靠近环形管16中心轴线方向倾斜；过渡管18为喇叭状，过渡管18下端面封堵，过渡管18上端面设有通气板21，通气板21上设有通气区22，通气区22在水平面的投影为直角扇形，通气区22上设有多个通气孔23，通气孔23半径为R4；过渡管18内设有调节板24，调节板24上端面与通气板21转动相连，调节板24下端面设有驱动杆25，驱动杆25远离调节板24的一端伸出罐体1与调节电机26轴相连，调节板24上设有停止区27、正常区28、缓流区29、细流区30，停止区27、正常区28、缓流区29、细流区30均为直角扇形，停止区27与缓流区29对角分布，正常区28与细流区30对角分布，调节板24位于初始状态时，停止区27与通风区对齐；正常区28上设有第一调节孔31，第一调节孔31半径为R5，R5=R4；缓流区29设有第二调节孔32，第二调节孔32半径为R6，R6<R4；细流区30设有第三调节孔33，第三调节孔33半径为R7，R7<R6；调节电机26轴上设有角度位移传感器34，角度位移传感器34与PLC控制器35之间电连接，调节电机26与PLC控制器35之间电连接。

所述罐体1材料为304或316不锈钢。

所述罐体1容积为3-100L。

所述调节电机26为伺服电机。

所述调节板24逆时针旋转90°，正常区28与通气区22对齐，每个通气孔23下均设有一个第一调节孔31，第一调节孔31中心轴线与通气孔23中心轴线对齐。

所述调节板24逆时针旋转180°，缓流区29与通气区22对齐，每个通气孔23下均设有一个第二调节孔32，第二调节孔32中心轴线与通气孔23中心轴线对齐。

所述调节板24逆时针旋转270°，细流区30与通气区22对齐，每个通气孔23下均设有一个第三调节孔33，第三调节孔33中心轴线与通气孔23中心轴线对齐。

所述A为15-75°，B为15-80°。

使用时，料液从入料口进入罐体1中，空气通过空气分布器10进入罐体1中，驱动电机6带动第一搅拌器8、第二搅拌器9转动，料液与空气进行充分混合。

当料液中的含氧量超过预先设定值时，溶氧电极101将此时的信号传递给西门子PLC控制器35，西门子PLC控制器35控制调节电机26工作，调节电机26带动调节板24转动，使停止区27与通气区22对齐，调节电机26转动过程中，角度位移传感器34将调节电机26的转动角信号传递给西门子PLC控制器35，西门子PLC控制器35对调节电机26做出控制，从而实现转动角度的准确控制。

当料液中的含氧量低于预先设定值时，溶氧电极101将此时的信号传递给西门子PLC控制器35，西门子PLC控制器35控制调节电机26工作，调节电机26带动调节板24转动，使缓流区29或细流区30或正常区28与通气区22对齐，调节电机26转动过程中，角度位移传感器34将调节电机26的转动角信号传递给西门子PLC控制器35，西门子PLC控制器35对调节电机26做出控制，从而实现转动角度的准确控制。

当罐体1内温度过高，高于预先设定值时，温度探头102将温度信号传递给西门子PLC控制器35，西门子PLC控制器35控制第二电磁阀108开启，向降温夹套103内通入冷水；当罐体1内温度过低，低于预先设定值时，温度探头102将温度信号传递给西门子PLC控制器35，西门子PLC控制器35控制第一电磁阀107开启，向升温夹套104内添加热水。

不脱离本实用新型的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本实用新型不限于特定的实施方式，本实用新型的范围由所附权利要求限定。