ЭРЛИФТНЫЙ ПЕТЛЕВОЙ БИОРЕАКТОР БЕЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВНЕШНИХ ГАЗОВ
AIR-LIFT LOOP BIOREACTOR WITHOUT USE OF EXTERNAL GASES

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к областям биохимии и ферментации. В частности, предлагается эрлифтный петлевой биореактор без использования внешних газов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Эрлифтный петлевой биореактор является биореактором, который использует газы в качестве движущей силы для перемешивания и циркуляции жидкостей. Из-за их простой конструкции, легкости усиления, превосходного массо- и теплопереноса, низкого потребления энергии и небольших повреждений клеток эрлифтные петлевые биореакторы находят все более широкое применение в областях биохимии и ферментации.
Известные эрлифтные петлевые биореакторы, которые широко используются в различных отраслях промышленности, используют в качестве движущей силы внешние газы, подаваемые из нижней части биореакторов. Газы сбрасываются после прохождения через биореакторы. В настоящем изобретении предлагается прямое использование внутренних газов в качестве движущей силы для циркуляции жидкостей в реакторе, благодаря чему эффективно снижаются расходы на внешние газы и уменьшаются производственные издержки. Кроме того, использование внутренних газов делает систему реакции замкнутой структурой, что эффективно снижает потери исходных материалов реакции.
В качестве ближайшего аналога можно принять эрлифтный петлевой биореактор, содержащий главный биореактор, рубашку, линию циркуляции газов, впуск газов, выпуск газов, направляющую потока, устройство загрузки и устройство выгрузки (CN 2099763, 25.03.1992, Institute of Chemical Metallurgy CAS).
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящего изобретения является создание эрлифтного петлевого биореактора без использования внешних газов.
Биореактор настоящего изобретения содержит главный реактор, линию циркуляции газов, газовый насос, рубашку, впуск газа, выпуск газа, направляющую потока, расходомер газов, устройство загрузки и отверстие выгрузки.
Говоря конкретно, настоящее изобретение направлено на совершенствование известных эрлифтных петлевых биореакторов путем связывания выпуска газов в верхней части биореакторов с впуском газа в нижней части биореакторов, путем установки газового насоса в линию циркуляции газов и за счет этого использования газов внутри системы реакции в качестве движущей силы для циркуляции. Газы направляются по линии циркуляции газов обратно в нижнюю часть биореактора после прохождения из верхней части биореактора, повторно вводятся в биореактор газовым насосом и снова используются в качестве движущей силы.
Газы, которые могут использоваться в настоящем изобретении в качестве движущей силы циркуляции, включают газы, создаваемые в процессе реакции, газы, участвующие в реакции и летучие компоненты.
В том случае, если газы, служащие в качестве движущей силы циркуляции, генерируются в процессе реакции, перепускная газовая линия с установленным на ней одноходовым клапаном для регулировки давления может быть установлена на линии циркуляции газов.
По сравнению с известными эрлифтными петлевыми биореакторами, использующими внешние газы в качестве движущей силы, использование внутренних газов в качестве движущей силы циркуляции эффективно снижает расходы на внешние газы и производственные издержки, а также помогает уменьшить потери исходных материалов реакции. Биореактор настоящего изобретения применим для любой системы реакции с использованием газов (включая газы, участвующие в реакции, и газы, генерируемые в процессе реакции, или наличие летучих компонентов), например, биохимических реакторов и ферментеров, включая эрлифтные петлевые биореакторы, используемые для обработки сточных вод и в других проектах защиты окружающей среды.
В частности, настоящее изобретение предлагает эрлифтный петлевой биореактор для получения биодизельного топлива путем реакции трансэстерификации между животными и растительными жирами и метанолом с катализатором липазой, где улетученный метанол служит в качестве движущей силы для циркуляции жидкостей в биореакторе. Настоящее изобретение эффективно снижает расход внешних газов и поэтому имеет значительные экономические преимущества и хорошие перспективы для промышленного применения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг.1 показана конструкция эрлифтного петлевого биореактора настоящего изобретения.
На Фиг.2 показана конструкция еще одного эрлифтного петлевого биореактора настоящего изобретения.
На Фиг.3 показано местное увеличенное изображение и нижний профиль эрлифтного петлевого биореактора настоящего изобретения.
ОПИСАНИЕ ЛУЧШЕГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ниже приведено подробное описание рабочих принципов и конкретных конструкций эрлифтного петлевого биореактора настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.
Как показано на Фиг.1, биореактор настоящего изобретения в основном содержит: главный биореактор 1, линию 2 циркуляции газов, газовый насос 3, рубашку 4, впуск газов 5, выпуск газов 6, направляющую 7 потока, расходомер 8 газов, устройство 9 загрузки и отверстие 10 выгрузки. Верхний и нижний концы линии 2 циркуляции газов, в которой установлен газовый насос 3, соединены соответственно с верхней и нижней частями биореактора. Газы направляются линией 2 циркуляции газов обратно в нижнюю часть биореактора газовым насосом 3 и снова используются в качестве движущей силы циркуляции.
На Фиг.2 показан еще один вариант осуществления настоящего изобретения, в котором газы, непрерывно генерируемые в процессе реакции, используются в качестве движущей силы циркуляции. Перепускная газовая линия 11 с установленным на ней одноходовым клапаном 12 для регулировки давления установлена на линии 2 циркуляции газов.
Пример
В качестве примера настоящего изобретения представлен эрлифтный петлевой биореактор без использования внешних газов, который показан на Фиг.1 и Фиг.3. Этот биореактор высотой 1,2 м и отношением высоты к диаметру 6,7 имеет направляющую 7 потока. Направляющая 7 потока имеет диаметр 110 мм и высоту 600 мм. Направляющая потока разделяет биореактор на центральную зону потока (зона А) и кольцевую зону потока (зона В) (как показано на Фиг.3). Шесть сопел равномерно распределены по круглому поперечному сечению зоны А в нижней части биореактора. Этот биореактор может быть использован в качестве эрлифтного ферментера для получения биодизельного топлива посредством реакции трансэстерификации между животными и растительными жирами и метанолом в присутствии липазы. Эта система реакции содержит летучий жидкий метанол, и уровень вакуума регулируется газовым насосом, использующим улетученный метанол в качестве движущей силы циркуляции газов в биореакторе. Данный петлевой биореактор может достигать таких же эффектов перемешивания как и биореакторы, использующие внешние газы в качестве движущей силы циркуляции.
По сравнению с известными петлевыми биореакторами, в которые вводят внешние газы, эрлифтный петлевой биореактор без использования внешних газов эффективно снижает потребление внешних газов и поэтому имеет значительные экономические преимущества и хорошие перспективы для промышленного применения.