Эрлифтный петлевой биореактор без использования внешних газов

Авторы патента:

ЛИ Лилин (CN)

ДУ Вей (CN)

ЛИУ Дехуа (CN)

C12M1/04 - со средствами для введения газа

Владельцы патента RU 2411288:

Циньхуа Юниверсити (CN)

Изобретение относится к эрлифтному петлевому биореактору для получения биодизельного топлива без использования внешних газов. Устройство содержит главный биореактор (1), линию (2) циркуляции газов, газовый насос (3), рубашку (4), впуск (5) газов, выпуск (6) газов, направляющую (7) потока, расходомер (8) газов, устройство (9) загрузки и отверстие (10) выгрузки. Выпуск (6) газов в верхней части эрлифтного петлевого биореактора соединен с впуском (5) газов в нижней части биореактора и в линии (2) циркуляции газов установлен газовый насос (3). Вследствие этого внутренний газ используется в качестве движущей силы циркуляции, т.е. газы направляются по линии (2) циркуляции газов обратно в нижнюю часть биореактора после прохождения из верхней части биореактора, повторно вводятся в биореактор газовым насосом (3) и снова используются в качестве движущей силы циркуляции. По сравнению с известными эрлифтными петлевыми биореакторами, которые используют внешние газы в качестве движущей силы, эрлифтный петлевой биореактор настоящего изобретения эффективно снижает расходы на использование внешних газов и уменьшает производственные издержки. Поэтому он имеет очень хорошие перспективы промышленного применения. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

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.

1. Эрлифтный петлевой биореактор для получения биодизельного топлива без использования внешних газов, который содержит главный биореактор (1), линию (2) циркуляции газов, газовый насос (3), рубашку (4), впуск (5) газов, выпуск (6) газов, направляющую (7) потока, расходомер (8) газов, устройство (9) загрузки и отверстие (10) выгрузки, отличающийся соединением выпуска (6) газов в верхней части эрлифтного петлевого биореактора с впуском (5) газов в нижней части биореактора и установкой газового насоса (3) в линии (2) циркуляции газов, поэтому он непосредственно использует внутренние газы в качестве движущей силы циркуляции, так что газы направляются по линии (2) циркуляции газов обратно в нижнюю часть биореактора после прохождения из верхней части биореактора и затем повторно вводятся в биореактор газовым насосом (3) и снова используются в качестве движущей силы циркуляции жидкости.

2. Биореактор по п.1, отличающийся тем, что один или несколько газов, выбираемых из группы, состоящей из газов, генерируемых в процессе реакции, газов, участвующих в реакции, и летучих компонентов, используются в качестве движущей силы циркуляции.

3. Биореактор по п.1 или 2, отличающийся тем, что линия (2) циркуляции газов соединена с перепускной газовой линией (11), на которой установлен одноходовой клапан (12) для регулировки давления.

4. Биореактор по п.1, который используется в реакции трансэстерификации между животными и растительными жирами и метанолом в присутствии липазы.

5. Эрлифтный петлевой биореактор для получения биодизельного топлива без использования внешних газов, который содержит главный биореактор (1), линию (2) циркуляции газов, газовый насос (3), рубашку (4), впуск (5) газов, выпуск (6) газов, направляющую (7) потока, расходомер (8) газов, устройство (9) загрузки и отверстие (10) выгрузки, отличающийся тем, что линия (2) циркуляции газов соединена с перепускной газовой линией (11), на которой установлен одноходовой клапан (12) для регулировки давления, причем этот биореактор отличается соединением выпуска (6) газов в верхней части эрлифтного петлевого биореактора с впуском (5) газов в нижней части биореактора и установкой газового насоса (3) в линии (2) циркуляции газов и поэтому непосредственно использует внутренний газ в качестве движущей силы циркуляции, так что газы направляются по линии (2) циркуляции газов обратно в нижнюю часть биореактора после прохождения из верхней части биореактора, повторно вводятся в биореактор газовым насосом (3) и снова используются в качестве движущей силы циркуляции.

Изобретение относится к области экологической биотехнологии и может быть использовано для наработки в полевых условиях биомассы микроорганизмов - деструкторов нефтяных загрязнений.

Пленочный аппарат // 2363728

Изобретение относится к пленочным аппаратам для культивирования автотрофных микроскопических организмов и может быть использовано в микробиологической и других отраслях промышленности, предусматривающих применение продукции культивирования (например, в комбикормовой промышленности при альголизации комбикормов, в фармацевтической и косметической промышленности).

Реактор для проведения биотехнологических процессов в условиях невесомости // 2360958

Изобретение относится к устройствам для культивирования клеток тканей и микроорганизмов в условиях отсутствия силы земной гравитации и может быть использовано в космической биотехнологии.

Вихревой реактор для проведения биотехнологических процессов в условиях микрогравитации // 2355751

Изобретение относится к устройствам для проведения биотехнологических процессов, в частности для культивирования клеток тканей и микроорганизмов в условиях микрогравитации, и может быть использовано в космической биотехнологии.

Аппарат для выращивания микроорганизмов // 2352626

Изобретение относится к области микробиологии. .

Мешалка для технологической установки // 2312133

Изобретение относится к приспособлениям, предназначенным для насыщения жидкой среды газом, например воздухом, и может найти применение в различных отраслях промышленности, включая пищевую, химическую и микробиологическую.

Биореактор // 2299903

Изобретение относится к аппаратам для проведения биохимических процессов и может быть использовано в различных отраслях промышленности. .

Аппарат для суспензионного культивирования клеток тканей и микроорганизмов // 2270245

Изобретение относится к биотехнологии. .

Способ и линия для производства биологических препаратов на основе энтомопатогенных нематод // 2239315

Изобретение относится к микробиологической промышленности, а именно к способам и линиям для производства биологических препаратов на основе энтомопатогенных нематод, применяемых в качестве биологических препаратов в борьбе с насекомыми-вредителями.

Аппарат для аэробной жидкофазной ферментации // 2236451

Изобретение относится к области химических, физических и физико-химических процессов, реализуемых в аппаратах с аэрацией и перемешиванием жидкой среды, а именно процессов синтеза различных биологических продуктов, процессов переработки отходов различных биологических продуктов, а также процессов очистки сточных вод, и может быть использовано в пищевой, фармацевтической, микробиологической, нефтехимической промышленностях, а также в сфере экологической защиты окружающей среды от различных отходов.

Система ферментера для биотехнических процессов // 2415912

Изобретение относится к системе ферментера для применения в биотехнических процессах, в частности для культивирования клеток

Биореактор вытеснения с мембранным устройством подвода и стерилизации газового питания // 2415913

Изобретение относится к биореакторам асептического выращивания микроорганизмов, в частности к инокуляторам, посевным аппаратам, и может найти применение в микробиологической, пищевой, медицинской промышленности, а также в сфере образования и науки

Биореактор // 2430153

Изобретение относится к биотехнологии, а именно к аппаратам для ферментативной переработки отходов растительного и животного происхождения, стеблей растений, навоза животных и птицы, сточных вод для получения биогаза и органического экологически чистого удобрения

Биореактор вытеснения с мембранным устройством подвода газового питания // 2446205

Изобретение относится к микробиологической, пищевой, медицинской промышленности, в частности к биореакторам асептического выращивания микроорганизмов, и может быть использовано для комплектации установок учебного, научно-исследовательского и промышленного назначения

Одноразовое устройство для культивирования и сбора растительной ткани и/или клеток, способ и система культивирования и сбора растительной ткани и/или растительных клеток // 2468076

Биореактор и способ культивирования фотосинтезирующих микроорганизмов с его использованием // 2471863

Изобретение относится к устройствам для выращивания одноклеточных микроорганизмов, например зеленых водорослей, в закрытых емкостях в водной суспензии при естественном или искусственном освещении

Биореактор // 2478699

Изобретение относится к анаэробной переработке отходов сельского хозяйства, а также активного ила промышленных и коммунальных очистных сооружений с получением биогаза и органического удобрения

Биореактор емкостный // 2491330

Изобретение относится к микробиологической, дрожжевой, спиртовой промышленности, а также к сельскому хозяйству и предназначено для переработки жидких органических отходов, преимущественно навоза или помета, и получения экологически чистых органических удобрений и горючего биогаза

Фотобиореактор // 2508396

Изобретение относится к области биотехнологии, фармацевтической промышленности, в частности к оборудованию для культивиротвания фотосинтезирующих микроорганизмов, преимущественно микроводорослей. Фотобиореактор содержит рабочую емкость (2) с первой и второй наружными боковыми поверхностями (20, 20'). Емкость (2) сформирована из эластичного прозрачного материала, непроницаемого для текучей среды, и установлена в каркасе (3). Каркас (3) имеет удлиненные и, по существу, вертикальные опорные компоненты (32). Компоненты (32) расположены, по меньшей мере, в одном горизонтальном ряду. Причем они установлены поочередно прилегающими к первой и второй наружным боковым поверхностям (20, 20') рабочей емкости (2) с возможностью их поддержки. Изобретение обеспечивает повышение производительности и качества процесса культивирования микроводорослей при одновременном сокращении затрат. 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

Способ выращивания колоний микробных клеток и устройство для его реализации // 2522005

Группа изобретений относится к биотехнологии. Предложен способ выращивания колоний микробных клеток на поверхности пористой пластины. Способ включает подачу питательного раствора снизу вверх через пористую пластину в зоны роста колоний микробных клеток на её верхней поверхности, подачу суспензии микробных клеток на верхнюю поверхность пористой пластины, создание контролируемых условий роста колоний, проведение наблюдения за ростом колоний, отсоединение выращенных колоний микробных клеток от зон роста и перенос их во внешние средства идентификации. Питательный раствор подают в зоны роста колоний микробных клеток путем создания перепада давления между входом и выходом отверстий. Отверстия выполнены в пластине из анодного оксида алюминия ортогонально ее большой плоскости и топологически кодированы. В них сформированы указанные зоны роста в виде пористых мембран. Пористые мембраны размещены вровень с верхней поверхностью пластины, либо с образованием лунки и не пропускают микробные клетки. После подачи питательного раствора подают суспензию микробных клеток заданной концентрации на верхнюю поверхность пластины до их равномерного распределения. На поверхности пластины между зонами роста сформирована пленка, которая препятствует прикреплению микробных клеток. Отсоединение выросших микроколоний от зон роста осуществляют путем гидроудара. Гидроудар направлен со стороны входа цилиндрических отверстий пластины и распространяется вдоль них и далее через поры пористых мембран с силой, не разрушающей микроколонии, но достаточной для их отрыва от зон роста. Также предложено устройство для выращивания колоний микробных клеток вышеуказанным способом. Техническим результатом является обеспечение условий автоматизации процессов подачи питательного раствора и процессов отделения, и переноса выросших колоний, возможность интегрирования в миниатюрные переносные приборы, и использование в лабораториях на чипе и обеспечения портативности устройства. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 14 ил., 4 табл., 2 пр.