一种搅拌桨叶及生物反应器的制作方法

本发明属于生物工程装备，特别涉及一种搅拌桨叶及生物反应器。

背景技术：

1、现有技术中，生物反应器普遍采用常规的平直桨叶进行搅拌，如中国专利cn201320119782.1“一种用于高粘度生物发酵的搅拌装置”公开了一种典型的平直桨叶搅拌装置。然而，当搅拌桨叶转速较高时，产生的剪切力会对细胞或细菌造成损伤，导致细胞破裂，影响生物反应效果。此外，转速较低时，培养液混合效果不佳，存在浓度梯度，影响细胞的生长。需要一种改进的搅拌桨叶设计以克服上述不足。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种改进的搅拌桨叶及其应用的生物反应器，该搅拌桨叶能够在低转速下实现高效的混合，减少流体阻力和细胞剪切损伤，从而提高生物反应器的培养效率和效果。

2、为了实现上述目的，本发明提供了一种搅拌桨叶及其应用的生物反应器，具体技术方案如下：

3、搅拌桨叶的技术方案：

4、叶片的基本结构：

5、搅拌桨叶包括轴套和若干叶片，叶片包括叶片主体，以及分别设置于叶片主体两端的上折边和下折边。这种设计使得叶片在搅拌时能够产生更多的湍流，从而提高混合效率。

6、弯折角度：

7、叶片主体的上折边和下折边的相对于叶片主体所在平面的弯折角度均为10-15°。这种特定的弯折角度可以优化流体的运动路径，减少流体阻力，进一步提高搅拌效率。

8、叶片数量和分布：

9、叶片的数量为3-8个，并均匀分布在轴套的外侧，所述叶片主体所在平面相对于轴套轴向的倾斜角度为35-40°。这种均匀分布的设计确保了搅拌桨叶在低转速下也能均匀混合液体，减少了混合死角。

10、叶片厚度：叶片主体的厚度为1.5-3毫米。这种厚度保证了叶片的强度和韧性，使其在搅拌过程中不易变形或损坏。

11、外边缘弧形设计：

12、叶片主体的外边缘呈弧形。弧形外边缘减少了流体阻力，使得液体流动更加顺畅，提高了搅拌效率并减少了能量消耗。

13、搅拌桨叶的安装位置：

14、搅拌桨叶设置于转动轴的下端。这种安装方式确保了搅拌桨叶能够在反应罐内有效运作，提高了混合效率。

15、生物反应器的技术方案：

16、生物反应器的基本结构：

17、生物反应器包括上述搅拌桨叶、转动轴、搅拌驱动装置、罐体、设置于罐体上部的罐盖、用于将罐盖安装于罐体上的罐盖密封装置、用于固定支撑罐体的架体；罐盖中部开设搅拌孔；转动轴的下端穿过搅拌孔并设置于罐体内；转动轴的上端设置于罐体外并与搅拌驱动装置连接；搅拌桨叶设置于转动轴的下端。这种结构设计确保了搅拌桨叶能够在反应罐内高效运作，并且调速器的设置使得搅拌速度可以根据需要进行调节，提高了反应过程的灵活性。

18、罐盖密封装置：

19、罐盖密封装置包括中部开洞的上夹板、中部开洞的下夹板、若干夹紧螺栓；罐体的罐口处设置凸台；罐体穿设于下夹板内，并且凸台架设在下夹板上；罐盖的上部设置夹板固定槽，下部设置罐盖密封槽；上夹板套设于夹板固定槽内；罐盖密封槽内设置罐盖密封圈；上夹板以及下夹板上的四周间隔设置相对应的螺栓孔；各个夹紧螺栓分别穿过上夹板以及下夹板上对应的螺栓孔，将上夹板以及下夹板连接在一起。这种密封装置确保了罐盖和罐体之间的密封性，防止液体泄漏，提高了反应器的安全性和稳定性。

20、缓冲圈设计：

21、下夹板与凸台之间设置缓冲圈。缓冲圈的设置可以减少密封装置在高压或高温下的变形，进一步提高密封性能。

22、夹板把手设计：

23、上夹板两侧设置把手。夹板把手的设计方便操作人员在安装或拆卸罐盖时进行操作，提高了使用的便利性。

24、架体结构：

25、架体包括底座、设置于底座下的若干底脚、两块相互平行且垂直设置于底座上的支撑板、设置于两块支撑板后侧的提手板、设置于两块支撑板上部的上面板、若干调节螺栓；上面板的中部开设与罐体匹配的开口；上面板开口的两侧分别设置螺栓孔；下夹板的两侧设置中部开设螺栓孔的耳板；各个耳板的螺栓孔分别与上面板的螺栓孔相对应；各个调节螺栓分别穿过各个耳板的螺栓孔以及上面板的螺栓孔，将下夹板固定于上面板上。这种架体结构提供了稳定的支撑，确保反应器在操作过程中的安全和稳定。

26、搅拌驱动装置：

27、搅拌驱动装置包括电机、安装筒、轴套筒、上轴承、下轴承、筒状磁钢、柱状磁钢、保护套；上轴承的外圈固定于轴套筒内壁上端；下轴承的外圈固定于轴套筒内壁下端；转动轴穿设并固定于上轴承以及下轴承的内圈；转动轴的上端开设安装孔；柱状磁钢的中部开设安装孔；连接螺丝穿过柱状磁钢中部的安装孔以及转动轴上端的安装孔，将柱状磁钢固定于转动轴的上端；保护套套设于柱状磁钢上并与轴套筒固定连接；保护套与轴套筒之间设置内侧密封圈a；轴套筒的下部外壁设置环形槽，环形槽内设置外侧密封圈；环形槽上部设置定位环；轴套筒的下部插入搅拌孔中；定位环架设于罐盖上；筒状磁钢套设于保护套上，并在与柱状磁钢的相互作用下，与保护套浮动连接；筒状磁钢上端设置连接接口；电机安装于安装筒上端；电机的输出轴穿过安装筒上端并固定于连接接口内；安装筒套设于筒状磁钢、轴套筒外；安装筒侧壁开设若干固定孔；各个固定螺丝分别穿过对应的固定孔并顶紧轴套筒，将安装筒与轴套筒固定连接。这种搅拌驱动装置结构提供了稳定的动力传递和密封性，确保了搅拌过程的高效和安全。

28、陶瓷轴承：

29、上轴承以及下轴承为陶瓷轴承。陶瓷轴承具有良好的耐腐蚀性和耐磨性，提高了搅拌驱动装置的使用寿命，避免了培养过程中有害金属物质的脱落、降低转动过程的噪音。

30、轴套垫套：

31、上轴承与下轴承之间设置轴套垫套。轴套垫套的设置可以减少轴承之间的摩擦，提高传动效率，保证转动轴转动的稳定性。

32、罐盖接口：

33、罐盖上开设若干电极接口、若干进排气口、若干补料口；罐体的外侧包裹加热毯。罐盖上的多个接口设计便于外接设备，增强了生物反应器的功能多样性；加热毯的设计确保了培养液温度的稳定，提高了反应效率。

34、通过上述技术方案，本发明的搅拌桨叶及其应用的生物反应器在低转速下能够实现高效的混合，减少流体阻力和细胞剪切损伤，提高培养效率和效果。

35、具体有以下几个显著的有益效果：

36、1.提高混合效率：叶片的折边和弧形设计增加了液体的湍流强度，确保培养液均匀混合。

37、2.减少流体阻力：叶片的弧形外边缘设计有效减少了流体阻力，提高了搅拌效率，减少能量消耗。

38、3.减少细胞损伤：优化的叶片设计减少了搅拌过程中的剪切力，减少细胞或细菌的损伤，提高生物反应效果。

39、4.增强设备耐用性：叶片的合理厚度设计保证了其在高强度搅拌下的耐用性和稳定性。

40、5.多功能控制：生物反应器的调速器、温度控制装置和气体分布装置，使反应过程更加可控和优化，适应不同的培养需求。

41、通过上述创新设计和技术改进，本发明显著提高了生物反应器的性能和使用效果，为生物工程领域的研究和生产提供了更高效和可靠的解决方案。