CN110479131A - 一种气循环式微藻养殖用固碳补碳反应器 - Google Patents

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孙治谦
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    • B01F25/50—Circulation mixers, e.g. wherein at least part of the mixture is discharged from and reintroduced into a receptacle
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Abstract

本发明公开了一种气循环式微藻养殖用固碳补碳反应器，包括：外壳、内套管、进液管、进气管、固定支架及气体循环管道；外壳内安装有固定支架，且固定支架底端与外壳内部底端连通；内套管固定在固定支架的顶端；进液管的进口端伸出外壳，出口端伸入内套管内部；进气管的一端与内套管底部连通，另一端与供气装置连通；所述气体循环管道一端与所述外壳顶端连通，另一端与所述供气装置连通；还包括：出液管道，出液管道与外壳底端连通；本发明使CO2充分溶解在液体中，提高了固碳补碳效率。

Description

一种气循环式微藻养殖用固碳补碳反应器
技术领域
本发明涉及微藻养殖技术领域，更具体地说是涉及一种气循环式微藻养殖用固碳补碳反应器。
背景技术
微藻是一类在陆地、海洋分布广泛，营养丰富、光合利用度高的自养生物。微藻细胞代谢产生的多糖、蛋白质、色素等，使其在食品、医药、基因工程、液体燃料等领域具有很好的开发前景。微藻作为一种光自养生物，可以利用太阳光能，通过光合作用固定二氧化碳，合成自身代谢所需的有机物。但微藻光合作用自养并不能直接利用气体CO2，而是利用以HCO3 -形式存在的可溶性CO2。如果直接往培养基中添加食用级固体碳酸氢钠，可以有效补充微藻生长所需碳源，但食用级固体碳酸氢钠成本较高，且大量添加溶液造成培养基中大量积累Na+，影响产品品质。目前，在微藻养殖过程中，往往使用CO2来补充碳源，通过泵将培养基回液输送至固碳反应器，在反应器中培养基回液与CO2混合反应，然后再通过回液出口流出，完成固碳过程，并进一步用于微藻的循环培养(如图1，其中1为气体进口，2为液体进口，3为气液出口)。
目前常采用的微藻固碳补碳反应器主要通过液体和气体在一定压力下的容器里，通过高压冲击混合，使气体CO2溶解于培养基中。这种固碳补碳反应器气液混合效率低，反应停留时间短，因此，造成CO2溶解不充分。据测定，该类型反应器CO2固定反应效率约为15-25％左右。这样大约75％以上的CO2被浪费掉，不仅增加了企业生产成本，同时还向环境中额外排放CO2，造成温室效应。
因此，如何提供一种可将气体CO2充分溶解于培养基中形成可溶性的HCO3 -，并供给微藻光合生长所利用的固碳装置是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明设置了外壳及内套管，同时在外壳内靠近顶端的部分设置进液管，在内壳中靠近底端的部分设置进气管，由顶部释放的液体与底部释放的气体充分混合，从而使CO2充分溶解在液体中，提高了固碳补碳效率。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种气循环式微藻养殖用固碳补碳反应器，包括：外壳、内套管、进液管、进气管、固定支架及气体循环管道；所述外壳内安装有所述固定支架，且所述固定支架底端与所述外壳内部底端连通；所述内套管固定在所述固定支架的顶端；所述进液管的进口端伸出所述外壳，出口端伸入所述内套管内部；所述进气管的一端与所述内套管底部连通，另一端与供气装置连通；所述气体循环管道一端与外壳顶端连通，另一端与所述供气装置连通；还包括：出液管道，所述出液管道与所述外壳底端连通。
以上技术方案达到的技术效果是：进气管伸入到内套管的一端释放CO2，进液管伸入到内套管的一端释放液体，且进气管始终位于进液管底端，保证液体释放时，由于重力的作用，使其充分与气体混合；未溶解在液体中的CO2，继续向上运行，至气体循环管道回到供气装置，继续循环利用；由于固定支架的底端与外壳的内部连通，当气液混合液溢出到外壳时，可以由连通处流至出液管道，增加了气体和溶液的反应时间，从而使CO2充分溶解并转换为HCO3 -，为微藻提高更多的碳源。
作为本发明优选的技术方案，所述进液管底端安装有花洒喷头。
以上技术方案达到的技术效果是：花洒喷头可以起到对液体加压的作用，在液体流下时，充分与气体混合形成漩涡，提高了CO2的利用率；由于花洒喷头的底面直径大于进液管及进气管的直径，保证液体流下时，增大与气体的接触面积，进一步保证气体的充分溶解。
作为本发明优选的技术方案，所述进气管包括气体输送管，及与所述气体输送管连接的气泡释放管；其中，所述气体输送管与所述供气装置连通；所述气泡释放管伸入所述内套管内。
以上技术方案达到的技术效果是：气体输送管用于输送气体，气泡释放管用于释放气泡。
作为本发明优选的技术方案，所述气泡释放管顶端安装有气泡释放头，所述气泡释放头表面设置有多个气孔。
以上技术方案达到的技术效果是：气泡释放头可将气体转换成气泡，增大了与液体的接触面积，从而提高了气体的溶解率。
作为本发明优选的技术方案，所述进液管上固定有液体加压泵。
作为本发明优选的技术方案，所述气体循环管道上固定有气体加压泵。
以上技术方案达到的技术效果是：液体加压泵可以增压液体的流速，从而使液体气泡剧烈撞击，以充分溶解气体；气体加压泵可以使气体循环至供气装置中。
作为本发明优选的技术方案，所述外壳的内径为100mm；所述内套管的外径为55mm。
以上技术方案达到的技术效果是：限定了外壳及内套管的直径，保证内套管与外壳件留有间隙，以供溢出的混合液再次流回内套管中。
作为本发明优选的技术方案，所述内套管的高度为550mm。
作为本发明优选的技术方案，所述气泡释放头的结构为市售的微孔曝气石，即，将微孔曝气石直接安装在气泡释放管的底端，所述气泡释放头的长度为50mm。
作为本发明优选的技术方案，所述进液管伸入到所述内套管中的的长度为100mm。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种气循环式微藻养殖用固碳补碳反应器，该反应器提高了CO2的利用率，并使CO2充分溶解，增加了溶液中可溶性HCO3 -的含量，从而便于对微藻补充碳源。
本发明所设计的气循环式固碳反应器在不同气液比条件下，其固碳效率在43-76％左右，相对于改造前的固碳反应效率(约15-25％)有了大幅的提高，约为同样气液比条件下CO2利用效率的2倍。本装置可以显著提高微藻的CO2利用效率，减少了食品级碳酸氢钠的使用量，降低了生产成本，同时显著减少微藻培养过程中二氧化碳的无效溢出，提高了微藻固碳的生产效率，具有重要的环境意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为现有技术中的固碳补碳反应器的结构示意图；
图2附图为本发明提供的固碳补碳反应器的主视图；
图3附图为本发明提供的固碳补碳反应器的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图2所示，本发明实施例公开了一种气循环式微藻养殖用固碳补碳反应器，包括：外壳1、内套管2、进液管3、进气管4、固定支架5及气体循环管道6；其中，外壳1内安装有固定支架5，且固定支架5底端与外壳1内部底端连通；内套管2固定在固定支架5的顶端；进液管3的进口端伸出外壳1，出口端伸入内套管2内部；进气管4的一端与内套管2底部连通，另一端与供气装置7连通；气体循环管道6一端与外壳1顶端连通，另一端与供气装置7连通；
还包括：出液管道11，出液管道11与外壳1底端连通。
上技术方案达到的技术效果是：进气管伸入到内套管的一端释放CO2，进液管伸入到内套管的一端释放液体，且进气管始终位于进液管底端，保证液体释放时，由于重力的作用，使其充分与气体混合；未溶解在液体中的CO2，继续向上运行，至气体循环管道回到供气装置，继续循环利用；由于固定支架的底端与外壳的内部连通，当气液混合液溢出到外壳时，可以由连通处继续流至内套管，增加了气体混合的时间，保证气体被充分溶解；进液管位于液体加压泵及底端之间的位置安装有液体流量计，用于控制液体流量。
优选的，进液管3底端安装有花洒喷头31。
采用上述优选的技术方案达到的技术效果是：花洒喷头可以在一定程度上增加液体的瞬时压力，从而增加液体流速，在重力的作用下，液体与气体发生碰撞，从而使气体充分溶解。
优选的，进气管4包括气体输送管41，及与气体输送管41连接的气泡释放管42，其中，气体输送管41与供气装置7连通；气泡释放管42伸入内套管2内；气体输送管41上安装有气体流量计。
采用上述优选的技术方案达到的技术效果是：气体输送管与供气装置连接，便于输送气体，气泡释放管伸入内套管中，使气体完全在内套管及外壳内的空间中流动，防止气体流动到空气中。
优选的，气泡释放管42顶端安装有气泡释放头43，气泡释放头43表面设置有多个气孔。
采用上述优选的技术方案达到的技术效果是：气泡释放头表面设置多个气孔，利于将气体转换成气泡，并进行释放。
优选的，进液管3上固定有液体加压泵32。
优选的，气体循环管道6上固定有气体加压泵61。
优选的，外壳1的内径为100mm；内套管2的外径为55mm。
优选的，内套管2的高度为550mm。
优选的，气泡释放头43的长度为50mm。
优选的，进液管3伸入到内套管2中的的长度为100mm。
采用上述优选的技术方案达到的技术效果是：液体加压泵可以增压液体的流速，从而使液体气泡剧烈撞击，以充分溶解气体；气体加压泵可以使气体循环至供气装置中；限定了外壳及内套管的直径，保证内套管与外壳件留有间隙，以供溢出的混合液再次流回内套管中。
利用本实施例公开的固碳补碳反应器，以气体流量计和液体流量计检测不同气液比条件下的固碳效率，结果见表1；
表1
由表1可知，本实施例提供的气循环式固碳反应器在不同气液比条件下，其固碳效率在46-87％左右(附检测结果如下表)，相对于改造前的固碳反应效率(约15-25％)有了大幅的提高，约为同样气液比条件下CO2利用效率的3倍。本装置可以显著提高了微藻的CO2利用效率，减少了食品级碳酸氢钠的使用量，降低了生产成本，同时显著减少微藻培养过程中二氧化碳的无效溢出，提高了微藻固碳的生产效率，具有重要的环境意义。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种气循环式微藻养殖用固碳补碳反应器，其特征在于，包括：外壳(1)、内套管(2)、进液管(3)、进气管(4)、固定支架(5)及气体循环管道(6)；
其中，所述外壳(1)内安装有所述固定支架(5)，且所述固定支架(5)底端与所述外壳(1)内部底端连通；所述内套管(2)固定在所述固定支架(5)的顶端；
所述进液管(3)的进口端伸出所述外壳(1)，出口端伸入所述内套管(2)内部；
进气管(4)的一端与所述内套管(2)底部连通，另一端与供气装置(7)连通；
所述气体循环管道(6)一端与所述外壳(1)顶端连通，另一端与所述供气装置(7)连通；
还包括：出液管道(11)，所述出液管道(11)与所述外壳(1)底端连通。
2.根据权利要求1所述的一种气循环式微藻养殖用固碳补碳反应器，其特征在于，所述进液管(3)底端安装有花洒喷头(31)。
3.根据权利要求2所述的一种气循环式微藻养殖用固碳补碳反应器，其特征在于，所述进气管(4)包括气体输送管(41)，及与所述气体输送管(41)连接的气泡释放管(42)；
其中，所述气体输送管(41)与所述供气装置(7)连通；所述气泡释放管(42)伸入所述内套管(2)内。
4.根据权利要求3所述的一种气循环式微藻养殖用固碳补碳反应器，其特征在于，所述气泡释放管(42)顶端安装有气泡释放头(43)，所述气泡释放头(43)表面设置有多个气孔。
5.根据权利要求4所述的一种气循环式微藻养殖用固碳补碳反应器，其特征在于，所述气泡释放头(43)的长度为50mm。
6.根据权利要求1所述的一种气循环式微藻养殖用固碳补碳反应器，其特征在于，所述进液管(3)上固定有液体加压泵(32)。
7.根据权利要求1所述的一种气循环式微藻养殖用固碳补碳反应器，其特征在于，所述气体循环管道(6)上固定有气体加压泵(61)。
8.根据权利要求1所述的一种气循环式微藻养殖用固碳补碳反应器，其特征在于，所述外壳(1)的内径为100mm；所述内套管(2)的外径为55mm。
9.根据权利要求1所述的一种气循环式微藻养殖用固碳补碳反应器，其特征在于，所述内套管(2)的高度为550mm。
10.根据权利要求1-9任一所述的一种气循环式微藻养殖用固碳补碳反应器，其特征在于，所述进液管(3)伸入到所述内套管(2)中的的长度为100mm。
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