本实用新型属于动物细胞生物反应器工程技术领域，具体涉及一种带螺旋挡板的振荡式生物反应器。
背景技术：
上世纪初，振荡式生物反应器就已经用于微生物的培养。过去多采用线性往复振荡的形式，但在最近的十几年，圆周振荡形式越来越受到重视。振荡式生物反应器容积从几毫升到几千升不等，其特点在于具有较好的溶氧和混合能力，同时反应器内的剪切率也较小，比较适合昆虫和哺乳动物细胞的培养。但随着反应器培养体积的增加，培养效果也是越来越差。因为振荡式生物反应器不像传统搅拌式生物反应器，内部存在搅拌桨有助于培养液的混合，它完全是依赖于反应器自身的旋转来带动培养液的旋转，因此反应器容积越大，反应器的溶氧与混合性能也越差。充足的氧气供应是培养哺乳动物细胞的基本要求，而在反应器中设置挡板结构是提高混合性能的主要方式。
因此需要对现有的振荡式生物反应器结构进行优化，在提升较大容积反应器的溶氧和混合能力的同时，保留振荡式生物反应器原有的低剪切的特点。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种螺旋挡板结构的振荡式生物反应器，提高了混合和溶氧性能，同时保持较低的剪切率，能满足细胞培养的需求。
为了实现本实用新型的上述目的，特采用以下技术方案：
本实用新型所提供的一种螺旋挡板结构振荡式生物反应器，包括罐体；
所述罐体与振荡器刚性连接，振荡器运动形式为偏心圆周运动；
所述罐体的罐壁内部设置有螺旋挡板，螺旋挡板可为单头螺旋挡板或双头螺旋挡板；螺旋挡板为沿反应器罐壁的环形结构，由螺旋挡板和反应器罐壁组成l形结构，形成反应液通道；螺旋挡板纵截面呈梯形，长边端与罐壁相连，短边端的两端采用圆弧倒角；螺旋挡板以焊接的形式与罐壁内表面相连，螺旋始于罐体上部圆柱形和下部圆锥形过渡段，螺旋圈数为1圈；双头螺旋挡板中的两个挡板，其起始位置沿反应器罐壁中心对称。
与现有技术相比，该反应器设置了螺旋挡板结构，加大了反应器正常工作时的气液交界面面积，有利于提升反应器的溶氧和混合能力，同时培养液与螺旋挡板间不会产生直接碰撞，剪切率提升幅度较小。
附图说明
图1为本实用新型一种带单头螺旋挡板的振荡式生物反应器主视图
图2为本实用新型一种带双头螺旋挡板的振荡式生物反应器主视图
图3为本实用新型一种带螺旋挡板的振荡式生物反应器的螺旋挡板截面图
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步的详细描述：
一种振荡式生物反应器，包括罐体1，在罐体上设置有螺旋挡板2，
所述罐体1与振荡器刚性连接，振荡器运动形式为偏心圆周运动，优选的，振荡器偏心半径为30～60mm，振荡频率为40～60转每分钟。
所述罐体1形状为圆柱形，优选的，罐体1的底部为圆锥结构，更优选的，圆锥结构的半锥角为50°～70°。
所述罐体1的罐壁内部设置有螺旋挡板2，螺旋挡板2为沿反应器罐壁的环形结构，由螺旋挡板和反应器罐壁组成l形结构，形成反应液通道；螺旋挡板2分为单头螺旋挡板和双头螺旋挡板两类，优选的，螺旋挡板2的宽度为1/10～1/5的罐径，螺旋挡板2的螺距为1/10～1/4的罐径。
所述螺旋挡板2纵截面呈梯形，长边端与罐壁相连，短边端的两端采用圆弧倒角，减少由挡板形状带来的细胞损伤。螺旋挡板2以焊接的形式与罐壁内表面相连，螺旋始于罐体1上部圆柱形和下部圆锥形过渡段，螺旋圈数为1圈。双头螺旋挡板中的两个挡板，其起始位置沿反应器罐壁中心对称，两个螺旋挡板的螺距和宽度可以相同，也可以不同。
例如，在两个实施方式中，生物反应器罐体为50l罐体，罐体底部是半锥角为60°的圆锥结构。罐壁上分别设置单头双螺旋挡板和双头螺旋挡板，螺旋挡板的宽度为100mm，螺距为185mm。反应器振荡偏心半径为40mm，振荡频率为40转每分钟。在这两个实施例基础上设置对比例；
实施例1：单头螺旋挡板反应器
实施例2：双头螺旋挡板反应器
对比例1：与实施例1区别仅在于，去除螺旋挡板，即无挡板反应器。
对比例2：与实施例1区别仅在于，单头螺旋挡板改为矩形挡板。
分别建立单头螺旋反应器、双头螺旋反应器、无挡板反应器和矩形挡板反应器的计算流体力学模型，通过数值仿真得到各反应器内流体的混合、溶氧、剪切特性，如下表所示。
注1：对比例2增幅＝(对比例2数值-对比例1数值)÷对比例1数值×100％；
注2：实施例1增幅＝(实施例1数值-对比例1数值)÷对比例1数值×100％；
注3：实施例2增幅＝(实施例2数值-对比例1数值)÷对比例1数值×100％。
注4：湍动能和湍动能耗散率表征了反应器的混合性能，单位体积氧传质系数表征了反应器的溶氧性能，平均剪切率表征了反应器的剪切性能。
从对比例1和2可知，相较于无挡板条件而言，螺旋挡板打破了原有反应器内液体的稳定流动状态，对液体混合效果起到了较好的促进作用；而相较于相同条件下的矩形挡板，螺旋挡板缓和了液体与挡板垂直碰撞的情况，有效降低了反应器内液体的平均剪切率大小，改善了细胞生存的剪切环境，使其变得有利于细胞生长发育。
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
1.一种带螺旋挡板的振荡式生物反应器，其特征在于，包括罐体和振荡器，所述罐体和振荡器刚性连接，在罐体上设置有螺旋挡板，所述螺旋挡板与罐壁内表面相连，所述螺旋挡板呈环形，从罐体下方沿罐壁螺旋上升。
2.根据权利要求1所述的一种带螺旋挡板的振荡式生物反应器，其特征在于，所述罐体上部为圆柱形，下部呈圆锥形，圆锥结构的半锥角为50°～70°。
3.根据权利要求1所述的一种带螺旋挡板的振荡式生物反应器，其特征在于，所述螺旋挡板纵截面呈梯形，长边端与罐壁相连，短边端指向容器中心。
4.根据权利要求1所述的一种带螺旋挡板的振荡式生物反应器，其特征在于，所述反应器采用无鼓泡溶氧方式。
5.根据权利要求1所述的一种带螺旋挡板的振荡式生物反应器，其特征在于，所述振荡器运动形式为偏心圆周运动，振荡器偏心半径为30～60mm，振荡频率为40～60转每分钟。
6.根据权利要求1所述的一种带螺旋挡板的振荡式生物反应器，其特征在于，所述螺旋挡板为单头螺旋挡板或双头螺旋挡板。
7.根据权利要求6所述的一种带螺旋挡板的振荡式生物反应器，其特征在于，所述单头螺旋为一条完整螺旋线，所述螺旋挡板的宽度为1/10～1/5的罐径，所述螺旋挡板的螺距为1/10～1/4的罐径，所述螺旋挡板的螺旋始于罐体上部圆柱形和下部圆锥过渡段，所述螺旋挡板的圈数为1圈。
8.根据权利要求6所述的一种带螺旋挡板的振荡式生物反应器，其特征在于，所述双头螺旋挡板中的两个挡板，其起始位置沿反应器罐壁中心对称。
技术总结