一種管式光合生物反應(yīng)器內(nèi)梳形柔性轉(zhuǎn)子的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于管式光合生物反應(yīng)器內(nèi)的防垢、擾流、強(qiáng)化傳質(zhì)的梳形柔性內(nèi)插件。
【背景技術(shù)】
[0002]微藻是地球上非常古老的一類低等生物，它分布十分廣泛，海洋、淡水湖泊、河流中都十分常見。微藻的種類豐富，數(shù)量龐大，目前已知的微藻種類就達(dá)幾萬種。微藻光合微生物具有分布十分廣泛、微藻細(xì)胞內(nèi)油脂含量高、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、光合作用效率高、生長速度快、產(chǎn)品附加值高等特點(diǎn)，每年由微藻固定的二氧化碳占全球總固碳量的40%以上，可見微藻在能量轉(zhuǎn)換和碳元素循環(huán)中起到舉足輕重的作用。除此之外，作為可再生新能源，微藻還可用于生物制氫、生物燃料制備、重金屬污水處理、工業(yè)排放廢氣處理、醫(yī)療和醫(yī)藥制造等多個(gè)領(lǐng)域?？蓮奈⒃逯刑釤捛鍧嵣锶剂希┙o汽車、飛機(jī)等，又能夠吸收大氣中排放的二氧化碳，從而降低污染物和溫室氣體排放量；另外可從微藻中提取高附加值產(chǎn)品，如蝦青素、DHA等，用作動物飼料、化妝品、保健品和營養(yǎng)品等的原料。因此，微藻被視為理想的清潔能源載體，微藻能源被認(rèn)為是極具發(fā)展前景的可再生能源，基于藻類光合微生物的零污染，可持續(xù)生物質(zhì)能將是未來新能源領(lǐng)域最具潛力的發(fā)展方向之一。
[0003]然而，自然界并沒有大量可直接收集利用的微藻，開發(fā)微藻資源需要通過工程培養(yǎng)生產(chǎn)原料。近幾年，微藻培育裝置迅速發(fā)展，逐漸向大型化、工業(yè)化方向發(fā)展。但培育裝置發(fā)展過程中始終存在微藻生長過程中易附壁、易沉積、易結(jié)團(tuán)的問題，使生產(chǎn)裝置內(nèi)部光照不均勻，二氧化碳吸收率低，嚴(yán)重影響微藻生長速率和品質(zhì)質(zhì)量。中國專利申請?zhí)朇N201510029957.3公開了名稱為“一種智能調(diào)光自清潔管式光合生物反應(yīng)器”的發(fā)明專利，該專利提出利用流體流動帶動光合反應(yīng)器內(nèi)組合轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，微藻跟隨轉(zhuǎn)子內(nèi)外翻滾，產(chǎn)生擾流作用，增加混合微藻培養(yǎng)液在反應(yīng)器內(nèi)的徑向二次流，有利于養(yǎng)分傳質(zhì)分散，強(qiáng)化換熱，同時(shí)，轉(zhuǎn)子對反應(yīng)器內(nèi)壁產(chǎn)生清潔作用，從而使微藻均勻接受光照和培養(yǎng)液中的二氧化碳，避免微藻生長過程中的附壁、沉積、結(jié)團(tuán)等現(xiàn)象。但是，單元組合轉(zhuǎn)子會對藻液流動產(chǎn)生一定阻力，轉(zhuǎn)子會一定程度上阻擋光照，影響光照的均勻分布，且通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)管壁仍然會有一定量微藻附著。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述問題，本發(fā)明提出一種管式光合生物反應(yīng)器內(nèi)梳形柔性轉(zhuǎn)子，柔性梳形齒與管式光合生物反應(yīng)器管壁直接接觸，起到了良好的管壁清潔作用，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動對藻液產(chǎn)生擾流作用，促使微藻及二氧化碳?xì)馀菰诠夂戏磻?yīng)器內(nèi)均勻分布，同時(shí)梳形結(jié)構(gòu)和梳形齒的柔性材料有效降低了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動對流體流動造成的阻力。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述功能，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:一種管式光合生物反應(yīng)器內(nèi)梳形柔性轉(zhuǎn)子，由凸臺、葉片主體、梳形齒、凹臺、過渡曲面和空心軸組成，凸臺和凹臺分別位于空心軸的兩端，梳形齒、葉片主體和過渡曲面依次排布在空心軸外圓柱面上，凸臺、葉片主體、梳形齒、凹臺、過渡曲面和空心軸成型為一體或粘接為一體，梳形齒排布在葉片主體上并與反應(yīng)管內(nèi)壁接觸，葉片主體提供剛性支撐，梳形齒部分極薄的多齒結(jié)構(gòu)，梳形齒部分為柔性材料制成，多個(gè)轉(zhuǎn)子通過穿過空心軸的轉(zhuǎn)軸進(jìn)行組合，不同轉(zhuǎn)子間的凸臺與凹臺相互配合保證同軸度并減少轉(zhuǎn)子磨損。
[0006]在葉片表面沿軸向粘貼反光膜，反光膜為直線條或折線條，反光膜為單條或多條，在葉片表面粘貼橫向反光膜，反應(yīng)管外入射光線及管內(nèi)轉(zhuǎn)軸處內(nèi)置光源的光線被反光膜反射，大大增加了光線在藻液處的停留時(shí)間，提高了光能利用率。反光膜除橫條形狀外，也可根據(jù)轉(zhuǎn)子軸長度設(shè)計(jì)為沿軸向不均勻變化的折線形反光膜，使光線在徑向不同位置都可以被反射，提高光照吸收率。反光膜可以為表面光滑的，也可通過表面壓花設(shè)計(jì)為表面有微凸起的結(jié)構(gòu)，使光照在反光膜處的反射角度更加多樣，光照被多角度反射進(jìn)入藻液。
[0007]柔性梳形齒直徑比反應(yīng)管管徑略大，可以與管式光合生物反應(yīng)器管壁直接接觸，起到了良好的管壁清潔作用，梳形結(jié)構(gòu)有效降低了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動對流體流動造成的阻力。可根據(jù)光合生物反應(yīng)器內(nèi)部流體特性選擇梳形齒的直徑大小、徑向長度大小以及葉片的徑向長度大小。
[0008]葉片主體為有機(jī)玻璃或硅酸鹽玻璃等透明材料制成，葉片在接近空心軸處有過渡曲面，葉片厚度變化，因而光線在此處的折射率變化明顯，當(dāng)轉(zhuǎn)軸為通體光纖等其他光源時(shí)，光照從轉(zhuǎn)子中心產(chǎn)生，穿過轉(zhuǎn)子射入反應(yīng)管內(nèi)，過渡曲面對光照進(jìn)行更充分的折射作用，使光照在管內(nèi)分布更加均勻。
[0009]葉片主體上可設(shè)減阻透空結(jié)構(gòu)以降低阻力。轉(zhuǎn)子的葉片主體和空心軸由透明的剛性高分子材料或剛性高分子基復(fù)合材料支撐，梳形齒由柔性高分子材料或柔性高分子基復(fù)合材料制成。
[0010]使用時(shí)，將一定數(shù)量轉(zhuǎn)子成組串至轉(zhuǎn)軸上，由限位件限定轉(zhuǎn)子位置，反應(yīng)管兩端的掛件進(jìn)行支撐固定。藻液的流動帶動梳形柔性轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，梳形齒輕輕掃過反應(yīng)管管壁，避免微藻細(xì)胞的附壁現(xiàn)象，促進(jìn)光照的均勻分布；轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生擾流作用，藻液產(chǎn)生渦流，使二氧化碳?xì)馀?、微藻?xì)胞在管內(nèi)充分混合、均勻分布，促進(jìn)微藻的高密度培養(yǎng)；透明的轉(zhuǎn)子材料便于光照的傳播，過渡曲面保證了內(nèi)部光源的充分折射，提高了光照照射程度。
[0011]本發(fā)明一種管式光合生物反應(yīng)器內(nèi)梳形柔性轉(zhuǎn)子，其優(yōu)點(diǎn)和作用為:
[0012](I)梳形柔性齒結(jié)構(gòu)加強(qiáng)了對反應(yīng)管管壁的清潔作用，解決了微藻培養(yǎng)當(dāng)中微藻細(xì)胞易纏結(jié)、易附壁等問題，避免了附壁成分對光照的阻擋，提高了微藻的光能利用率；(2)過渡曲面對光的折射作用促進(jìn)內(nèi)部光照更加均勻的射入反應(yīng)管內(nèi)，同時(shí)轉(zhuǎn)子的透明結(jié)構(gòu)利于光照的均勻分布。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明一種管式光合生物反應(yīng)器內(nèi)梳形柔性轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)圖。
[0014]圖2是本發(fā)明一種管式光合生物反應(yīng)器內(nèi)梳形柔性轉(zhuǎn)子在藻液流動方向側(cè)面圖。
[0015]圖3是本發(fā)明一種管式光合生物反應(yīng)器內(nèi)梳形柔性轉(zhuǎn)子安裝應(yīng)用示意圖。
[0016]圖4是本發(fā)明一種管式光合生物反應(yīng)器內(nèi)梳形柔性轉(zhuǎn)子的橫向反光膜結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖5是本發(fā)明一種管式光合生物反應(yīng)器內(nèi)梳形柔性