(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211018929.8 (22)申请日 2022.08.24 (71)申请人 北京喜藻环能科技有限公司 地址 101399 北京市顺 义区军营街16号院8 号楼1层128 (72)发明人 何海蔚　张书豪　郭恩棉　李姜伊　 朱嘉铭　杨凤仙　张毅　李安　 朱敏　赵大权　杨鹏程　赵嘉珩　 (74)专利代理 机构 浙江得恒知识产权代理有限 公司 33504 专利代理师 赵芳 (51)Int.Cl. C12M 1/00(2006.01) (54)发明名称 一种连续相为液体的低剪切力大型生物反 应器 (57)摘要 本发明公开了一种连续相为液体的低剪切 力大型生物反应器。 该大型生物反应器的底部为 弧形设计， 反应器内壁的表面粗糙度Ra≤0.2， 所 述大型反应器还包括一个或多个流体 分散管， 所 述流体分散管垂直安装于大型反应器中， 所述流 体分散管上端为进料端， 下端封闭； 所述流体分 散管上分布有多个开口。 本发明的大型生物反应 器具有弧形设计的底部， 光滑的器壁以及产生低 剪切力、 高湍流、 高运动、 非稳态的强传质环境的 流体分散 管， 具有分散效率高、 能耗低、 抗生物器 内附着等优点。 权利要求书1页 说明书4页 附图4页 CN 115386452 A 2022.11.25 CN 115386452 A 1.一种连续相为液体的低剪切力大型生物反应器， 其特征在于， 所述大型生物反应器 的底部为弧形设计， 反应器内壁的表面粗糙度R a≤0.2， 所述大型反应器还包括一个或多个 流体分散管， 所述流体 分散管垂 直安装于大型反应器中， 所述流体分散管上端为进 料端， 下 端封闭； 所述 流体分散管 上分布有 多个长方 形开口。 2.根据权利要求1所述的一种连续相为液体的低剪切力大型生物反应器， 其特征在于， 所述反应 器罐底与罐壁的连接处做圆滑处 理。 3.根据权利要求1所述的一种连续相为液体的低剪切力大型生物反应器， 其特征在于， 所述反应 器罐底面向出 料口倾斜， 坡度>2％。 4.根据权利要求1所述的一种连续相为液体的低剪切力大型生物反应器， 其特征在于， 所述反应 器为椭圆形。 5.根据权利要求1所述的一种连续相为液体的低剪切力大型生物反应器， 其特征在于， 所述反应 器内壁还具有防腐涂层。 6.根据权利要求1所述的一种连续相为液体的低剪切力大型生物反应器， 其特征在于， 沿着所述 流体分散管的管周方向上， 所述 开口的宽度小于 5mm。 7.根据权利要求1所述的一种连续相为液体的低剪切力大型生物反应器， 其特征在于， 述开口上下错位等间距分布， 上 下相邻的所述 开口的垂直间距为 开口宽的10 ‑20倍。 8.根据权利要求1所述的一种连续相为液体的低剪切力大型生物反应器， 其特征在于， 所述多个流体分散管在大 型反应器中的长度随着其与出 料口的距离的增 加而增长 。 9.根据权利要求1所述的一种连续相为液体的低剪切力大型生物反应器， 其特征在于， 所述多个流体分散管在大 型反应器中的分布密度随着其与出 料口的距离的增 加而增大。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115386452 A 2一种连续相为液体的低剪切力 大型生物反 应器 技术领域 [0001]本发明属于生物、 环保、 医药、 食品及化工设备技术领域， 具体涉及一种连续相为 液体的低剪切力大 型生物反应 器。 背景技术 [0002]生物反应器是指人们对生物有机体进行有控制的培养以生产某种产品或进行特 定反应的容器。 在生物工程的开 发与设计过程中， 生物反应器是最关键和最重要的设备， 其 开发技术也是生物工程的核心技术。 生物反应器广泛应用于生物、 环保、 医药、 食品及化工 等各个领域， 其中以液体(通常是水溶液)为连续相的生物反应器最为常见， 这也是由生命 生存的特性所决定的。 常见的生物反应器包括 发酵罐、 固定化酶或固定化细胞反应器、 生物 培养罐、 生物法尾气处 理罐等。 [0003]随着现代工业的不断发展， 生物反应器的大型化设计已逐渐成为方向， 尤其是在 食品、 医药和环保领域， 这种需求更为迫切。 目前， 生物领域所需的大型和超大型生物反应 器仍存在技术空 白， 难以突破技术瓶颈， 生物过程的放大能力已严重限制 了生物产业的发 展。 在大型生物反应器的开 发过程中， 有两个最为关键的技术难点需要解决： 一个是低剪切 力条件下的流体分散问题， 另一个是生物尤其是微 生物的器内附着问题。 [0004]流体分散技术是大型和超大型生物反应器 的技术难点， 也是技术关键， 其效果会 对反应体系中的传质、 传热过程产生直接影响。 与化工 设备最大的区别 在于， 由于生物的脆 弱性， 流体 分散最好在低剪切力下进 行， 以减少剪切力对细胞的伤害， 这就使传统的高搅设 备受到了限制。 [0005]搅拌器是流体分散最常见的方式， 其技术也非常成熟， 但是应用于大型反应器中， 却存在能耗高、 设备沉重、 维修成本高、 密封性差等很多问题， 而且放大效应突出， 流体状况 复杂， 模拟计算困难， 难以满足大型反应器的开发和设计要求。 而最关键的是， 搅拌器的分 散方式决定了， 流体分散越充分， 也就意味着更高的搅拌速度和更高的剪切力， 也就会带来 更高的生物受伤概 率， 这一矛盾很难解决。 [0006]鼓泡床以及类似的气浮式反应器以气体作为强化液体分散的手段， 在 微生物培养 和环保尾气处理中应用较多， 但气体本身通常也是关键的反应物， 其流量会受到反应工艺 的严格限制， 而要想满足大型反应器的液体分散要求， 就必须要求 足够高的气体通量， 两者 之间的矛盾往往难以解决， 而且， 大通量气流会引起严重的雾沫夹带现象， 对反应极为不 利， 因此在大 型反应器的设计中很少直接采用。 [0007]而生物的器内附着也是一个棘手的难题， 尤其在 微生物培养过程中这一问题更为 突出， 这一点从舰船和潜 艇的外壁 生物污染上就可以看出。 [0008]因此， 针对现有技术中存在的问题， 亟需开发一种低剪切力条件下的分散效率高、 能耗低、 抗 生物器内附着的大 型生物反应 器。说　明　书 1/4 页 3 CN 115386452 A 3