光生物反應器是未來生物工程系統(tǒng)中非常重要的組成部分,用于水處理,光照提供能量的生物發(fā)酵以及食品,藥物原料制造等諸多領域。而目前主要用于制作光生物反應器的透明材料就是PMMA(亞克力,又稱有機玻璃)和玻璃。
之前也有客戶選擇透明PVC(聚氯乙烯)和PC(聚碳酸酯),但是PC和PVC由于在戶外光照條件下,析出物不可控,只能用于小段鏈接,而不能大規(guī)模整體使用于食品級和藥物級生物培養(yǎng)。

光生物反應器系統(tǒng)主要分為柱狀反應器和管道反應器。平板反應器由于受力不均且容量相對較小,成本相對較高,不做討論
柱狀反應器的主要材料就是PMMA(亞克力,又稱有機玻璃),這種形式的結(jié)構(gòu)最為合理。要取得高的生產(chǎn)量必須使用內(nèi)照明的燈具或者外部加強光照。反應器特點是在一個高而窄的,直立的圓桶狀的容器內(nèi)進行的。相同材料的容量最大,成本較低,系統(tǒng)可靠性較高。同時密封結(jié)構(gòu)簡單,不擔心漏水問題,為了減少螺紋處死角滋生細菌,我們一般采用底部焊接出料管的方式。
對于貼壁藻類處理,可以在筒體內(nèi)放入一些空心硅膠粒子用于隨機擦拭,內(nèi)置的鼓泡或者氣升系統(tǒng)可以帶動,非食品級可以用泡沫粒子(EPS)。
管道光生物反應器分為螺旋式和柵欄式
螺旋式流動最可靠螺旋處的死角很小,最大的問題是物料在超長管路里面的時間較長,對于光合細菌這類只需要光照不需要二氧化碳氧氣交換的產(chǎn)品比較合適,微藻就要將螺旋管路的單螺旋循環(huán)管長減短,一排管子可以多設幾個循環(huán)。
柵欄式多通由于水壓的問題每個管路的運行速度不一致,同時彎角的地方會有渦旋死角,可以將藻液循環(huán)的時間縮短到原來的1/N(N等于多通的數(shù)量,一般都是四通為主),對于柵欄管道反應器流速不均勻的解決方法就是加長柵欄管道的長度,這樣子直道阻力大于彎道阻力,可以做到流速均勻。
在材料上主要分為亞克力管道和玻璃管道
玻璃管道由于材料耐腐蝕(化學,藥物,氧化劑),材料不變形,抗紫外,透光性好,耐劃傷性,材料強度不易中間下垂(減少支撐),安裝時間較短,生物友好等優(yōu)點,同時管子生產(chǎn)加工的速度相對其他塑料管道較快。
在小管徑的管道反應器中主要使用玻璃(外徑在54-65mm之間,60mm居多),但是玻璃最大的問題在于易碎。
目前市面上除了肖特進口的玻璃管道以外,其他的玻璃管生產(chǎn)工藝達不到壁厚均勻,藻液在管路里面跑動如同汽車在路面不平的路上行駛會出現(xiàn)跳車,時間一久會導致玻璃管破碎。
同時單根最長是2.4米(肖特進口管子可以做到5.5米),連接件用到較多。滲水問題較為頭疼。
PMMA管道在外徑75-100mm的系統(tǒng)中更加普遍,本身有一定的韌性,可以做到耐沖擊,由于小管徑PMMA管道單根長度可以做到4-6米甚至更長(以運輸便利性為準),連接部分較少,目前可以做到采用玻璃相同的連接結(jié)構(gòu),減少螺紋死角的細菌滋生,PMMA材料的紫外透過性比玻璃要好,材料對食品友好,偶然出現(xiàn)裂痕也不會破碎滲液,保證系統(tǒng)運行連續(xù)性和可靠性。
PMMA材料容易變黃是一些客戶的印象,其實evonik(贏創(chuàng))的PMMA材料承諾30年不變黃,同時對于不同的生物生長要求和反應器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以做到韌性加強,紫外透過加強等。
同時PMMA材料可以與其他塑料管道焊接使得擴展性極佳(底部小段的PVC閥門、三通、管路、彎頭)
由于大管徑的系統(tǒng)材料相對比較省,因此單位容量造價會比小管徑的系統(tǒng)更加便宜。
大部分客戶可以根據(jù)自身需要選擇結(jié)構(gòu)和材料,歡迎隨時與上海光語生物科技有限公司聯(lián)系,同時我們還可以為客戶的光生物反應器系統(tǒng)提供可靠的密封連接,低剪切力循環(huán)泵,氣體交換等方案。
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