CN207567234U - 一种平行反应器系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种平行反应器系统，其包括若干个反应器罐，内设有测量理化参数的传感单元，每个所述反应器罐上设置有第一进气管路和第一排气管路；打料罐，用于培养种子，并与每个所述反应器罐通过接种管路分别连通进行接种，每个所述接种管路上设置有接种泵，所述打料罐内设有第一搅拌机构使其内部种子液混合均匀；缓冲瓶，所有所述反应器罐的第一排气管路均连通至所述缓冲瓶，所述缓冲瓶上另设有主排气管路，所述主排气管路上设置有主排气调节阀；所述缓冲瓶或所述主排气管路上设有压力检测机构；以及平行取样装置，与每个所述反应器罐相连通进行取样。降低各平行反应器相互之间的偏差，以期提高培养过程研究结果的可信度。

Description

一种平行反应器系统

技术领域

本实用新型涉及生物技术领域，特别涉及一种平行反应器系统。

背景技术

生物反应器中的生物(微生物或动植物细胞)的培养过程，既取决于生物体内自身的遗传代谢特性，同时也受到反应器内培养环境的影响。生物培养过程的遗传特性与培养环境之间，会相互作用，相互影响，从而使生物培养过程区别于一般化学反应过程，无法实现定向与重复，这是生物培养过程的特点。生物反应器除了要保证常规的无菌要求以满足生物的纯种培养、反应器材质不要影响生物培养过程等基本要求外，如何准确地控制培养环境的各参数，以满足生物培养过程的需求，是衡量反应器性能优劣的核心问题。由于生物培养过程的不可重复性，在通过改变某些培养条件来进行生物培养工艺优化的研究过程中，这些条件变化所带来的培养结果的变化幅度，往往会与相同条件下不同批次的生物培养过程的自身结果偏差幅度难以区分，导致对优化研究结果的可信度降低，影响实验效率，甚至产生误导。为此，通常采用平行反应的概念，通过降低各平行反应器相互之间的偏差(即系统偏差)，以期提高培养过程研究结果的可信度。要实现这一要求，不能简单地把若干个规格相同的反应器进行简单组合，而是需要从平行培养研究本身的精确度需求特性，对平行反应器的性能提出具体的有针对性的系统性设计。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种平行反应器系统，尽可能的降低系统偏差，以提高研究结果的可信度。

本实用新型提供的技术方案如下：一种平行反应器系统，包括：

若干个反应器罐，用于进行平行对照试验，内设有测量理化参数的传感单元，每个所述反应器罐上设置有第一进气管路和第一排气管路；

打料罐，用于培养种子，并与每个所述反应器罐通过接种管路分别连通进行接种，每个所述接种管路上设置有打料泵，所述打料罐内设有第一搅拌机构使其内部料液混合均匀；

缓冲瓶，所有所述反应器罐的第一排气管路均连通至所述缓冲瓶，所述缓冲瓶上另设有主排气管路，所述主排气管路上设置有主排气调节阀；所述缓冲瓶或所述主排气管路上设有压力检测机构；

以及平行取样装置，与每个所述反应器罐相连通进行取样。

本技术方案，为平行反应器系统各个反应器罐输入的种子液来自于同一打料罐，打料罐可用于培养种子液，该罐体内的种子液通过搅拌机构的搅拌得以均匀混合。并可以调控料各个接种管路的流量，如此得以实现各反应器中初始种子液的量以及品质的一致，尤其是当用于接种时，可以使得各个反应器的初始种子的液质和量一致，提升最终研究结果的可靠性。各反应器罐的排气管路均同缓冲瓶联通，在缓冲瓶上另引出主排气管路，并在其上设置有排气调节阀，压力检测机构配合主排气管路上的排气调节阀对排气进行调整。由于汇总了各个反应器罐的排气进行缓冲，使得气体压力的波动幅度减小，有利于检测，提高控制的敏感度，从而提升整体的控制精度。同时解决了单独进行罐压控制时过程中波动时间不同步问题，以及各反应器罐对排气循环采样造成对各罐压测控的循环干扰。即使略有波动，也因为各罐是同步波动，可以保证相互之间变化的一致性。

优选的，所述平行取样装置包括：多条取样管路，取样端分别位于不同的所述反应器罐中，另一端为样品出口；第一蠕动泵，设置于每一条所述取样管路上，且位于所述取样端和所述样品出口之间；第二蠕动泵，设置于每一条所述取样管路上，且位于所述第一蠕动泵和所述样品出口之间；第一加热冷却器，分别设于每一条取样管路上，且位于所述第二蠕动泵和所述样品出口之间；气体总管路，一端连接有空气过滤器，另一端分支为多条气体分管路，每一条所述气体分管路分别与一条所述取样管路连通，且连接处位于所述第一蠕动泵与第二蠕动泵之间；第一夹管阀，设置于所述气体总管路上，且位于空气过滤器与气体分管路之间。

具体的，所述平行取样装置包括：多条取样管路，取样端分别位于不同的所述反应器罐中，另一端为样品出口；第一蠕动泵，设置于每一条所述取样管路上，且位于所述取样端和所述样品出口之间；第二夹管阀，设置于每一条所述取样管路上，且位于所述第一蠕动泵和所述样品出口之间；第一加热冷却器，分别设于每一条取样管路上，且位于所述第二夹管阀和所述样品出口之间；气体总管路，一端连接有空气过滤器，另一端分支为多条气体分管路，每一条所述气体分管路分别与一条所述取样管路连通，且连接处位于所述第一蠕动泵与第二夹管阀之间；第一夹管阀，设置于所述气体总管路上，且位于空气过滤器与气体分管路之间；

每一条所述气体分管路上分别设置有单向阀，所述单向阀为所述气体分管路向所述取样管路方向单向导通。

具体的，所述平行取样装置包括：多条取样管路，取样端分别位于不同的所述反应器罐中，另一端为样品出口；第三夹管阀，设置于每一条所述取样管路上，且位于所述反应器罐和样品出口之间；第二夹管阀，设置于每一条所述取样管路上，且位于第三夹管阀和样品出口之间；第一加热冷却器，分别设于每一条取样管路上，且位于第二夹管阀和样品出口之间；气体总管路，一端依次设置有第四夹管阀、空气过滤器，另一端分支为多条气体分管路，每一条气体分管路分别与一条所述取样管路连通，且连接处位于所述第一蠕动泵与第二夹管阀之间；所述注射泵与所述气体总管路连接，且连接点位于所述第四夹管阀与所述空气过滤器之间；缓冲罐，分别设置于每一条所述气体分管路上。

本技术方案，通过将平行反应器多个反应器罐取样功能的集成化，降低了取样装置的设备成本与维护工作量；基于此进行的平行培养实验，缩短取样操作时间，更能从取样环节保证取样的限量、无菌、同步一致性，降低了实验装置的系统偏差。

进一步的，所述平行反应器系统还包括电极标定装置，用于对所述传感单元进行标定；所述电极标定装置包括：

罐体，用于承装被测液体；

罐盖，可盖合在所述罐体上，并设置有若干接插口，所述待测电极插设在所述接插口上；

第三进气管路和第三排气管路，所述第三进气管路和第三排气管路装设在所述罐体或所述罐盖上，所述第三进气管路包括并联排布的若干个进气支路，每个所述进气支路上设置有气体流量计和第三进气调节阀，所述第三排气管路上设置有压力检测装置以及第三排气调节阀；

第二搅拌机构，作用于罐体中被测液体使其混合均匀；

温度电极以及标准温度计，插设在所述罐盖的接插口中以测量温度；

温度调节机构，对罐体液体进行加热和冷却；

以及标定机构，对所述待测电极进行标定。

其中提及的传感单元，是指温度电极、pH电极、DO电极及其他可用此标定装置标定的电极，如溶解二氧化碳、ORP等。本技术方案，在标定罐的罐盖上设计接插口以插设待测电极，并通过搅拌机构对罐体内的待测液体进行搅拌使其内部理化参数均匀，实现了在同一待测液体环境下同时进行多个电极标定的作用，如此可以解决各个电极单独标定过程中由于标准介质的波动和变化，以及外接干扰因素不确定性问题造成的标定误差，实现了一键式平行标定。同时通过设置罐体、罐盖、搅拌机构、进气排气以罐压测控、温度测控等基本结构，即可实现对于不同种类电极，如温度电极、pH电极、DO 电极、二氧化碳电极以及甲醇电极等的标定。

具体的，

所述缓冲瓶上还设有副排气管路，所述副排气管路上设有手动旁路阀；

和/或；

所述缓冲瓶上还设有泄压管路，所述泄压管路上设有安全泄压阀；

和/或；

所述缓冲瓶上还设有排污管路，所述排污管路从所述缓冲瓶的底部引出至所述缓冲瓶外，所述排污管路上设置有排液阀；

本技术方案，副排气管路上的手动旁路阀，用于在主排气调节阀故障或者流量不够时进行手动调节。泄压管路上的安全泄压阀是为避免罐压过高。排污管路用以将冷凝液等及时排出。

具体的，所述传感单元包括温度传感器、pH传感器、溶解氧传感器、全罐称量传感器、尾气分析仪、测速传感器、压力传感器、消泡传感器、补料称重传感器、细胞显微在线观察仪、活菌量传感器、氧化还原电位ORP传感器、菌浓OD传感器以及空气流量传感器中的一种或几种。

具体的，进一步包括监控系统和分析系统；所述监控系统与所述传感单元、所述平行取样装置、所述电极标定装置、所述主排气调节阀以及所述压力检测机构相连通进行数据采集和控制，所述分析系统对所述监控系统采集的数据进行分析。

具体的，所述第一搅拌机构与所述第二搅拌机构均包括搅拌桨以及驱动所述搅拌桨的搅拌电机。

本实用新型提供的一种平行反应器系统，能够带来以下至少一种有益效果：

接种时，为平行反应器系统各个反应器罐输入的种子液来自于同一打料罐进行平行接种；发酵时，通过一个缓冲罐连通所有反应器罐的排气管路，配合以缓冲罐上进一步引出的主排气管路进行罐压平行控制；取样时通过集成式的管路进行平行取样。此外，在初始时，应用平行标定装置基于一个罐体中的被测种子液对各个反应器罐用到的测试电极进行一键式平行标定。通过一系列的装置设计，降低各平行反应器相互之间的偏差(即系统偏差)，以期提高培养过程研究结果的可信度。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对倒置定量气雾剂阀门的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是平行进料装置的示意图。

图2是罐压控制装置的示意图。

图3-a是平行取样装置的一种组成形式的示意图。

图3-b是平行取样装置的另一种组成形式的示意图。

图3-c是平行取样装置的又一种组成形式的示意图。

图4是电极标定装置的示意图。

附图标号说明：

100、打料罐罐体，110、打料罐罐盖，120、第一搅拌机构，130、出液管，131、出液泵，140、补料管，141、补料泵，150、控制系统，160、pH电极，161、pH调节管路，162、酸碱蠕动泵，170、温度电极，171、控温系统， 180、DO电极，181、进气管路，182、排气管路；

200、反应器罐，210、第一进气管路，211、质量流量计，212、转子流量计，213、单向阀，220、搅拌电机，221、搅拌桨，222、转速检测装置， 230、第一排气管路，240、缓冲瓶，250、主排气管路，251、自控排气调节阀，252、压力传感器，253、机械背压阀，254、手动旁路阀，255、安全泄压阀，260、排污管路；

300、取样管道，301、样品出口，302、第一蠕动泵，303、第二蠕动泵， 304、加热冷却器，310、总管道，311、空气过滤器，312、气体分管道，320、第一夹管阀，321、第二夹管阀，322、第三夹管阀，323、第四夹管阀，324、单向阀，325、缓冲罐，326、注射泵；

400、标定罐罐体，410、标定罐罐盖，411、接插口，420、第三进气管路，421、气体流量计，430、第三排气管路，431、第三排气调节阀，432、压力检测装置，440、温度电极，441、标准温度计，442、加热热源，443、冷却管，450、待测电极，460、标定机构，470、控制系统；

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。

装置实施例一

本实施例公开一种平行反应器系统，包括：若干个反应器罐200，用于进行平行对照试验，内设有测量理化参数的传感单元，

平行反应器系统还包括为各个反应器罐接种的平行打料装置，用于向平行反应的反应器罐200中输入种子液。如图1所示，平行打料装置包括：打料罐、第一搅拌机构120、出液管130以及出液泵131。打料罐由打料罐罐体100与打料罐罐盖110组成。打料罐罐体100用于承装种子液，打料罐罐盖 110盖合在打料罐罐体100上使其密闭。第一搅拌机构120，作用于打料罐罐体100中种子液使种子液混合均匀，示例性的，如图所示，第一搅拌机构120 可为一个电机带动的搅拌桨结构。出液管130，一端分为若干个出液管130的支路，出液管130的每个支路可连接至一个反应器内。而另一端延伸至打料罐罐体100的底部以抽取打料罐罐体100中的种子液。出液泵131设置在出液管130的支路上使种子液经由出液管130进入反应器。也即在出液泵的310 的动力支持下，打料罐罐体100中的种子液经由出液管130被导引出，进而经过出液管130的若干支路得以分流，并同时被出液泵131控制相应支路中的流量，该动作也可以由控制系统150通过控制几个出液泵131以调整进入各个反应器的种子液的量相同。除通过出液泵131以及控制机构配合控制出料量外，还可以在出液管130的支路上设置夹管阀(图中未画出)控制打料量，其以罐压为动力启闭。示例性的，平行打料装置还包括补料管140，补液管上设置有补料泵141。可以通过补料管140输入料液以补充到打料罐罐体 100，示例性的，出液泵131和补料泵141可以选用蠕动泵或注射泵。

平行打料装置还包括作用于打料罐罐体100的气压调节装置、温度调节装置以及pH调节装置。打料罐罐盖110上设置有插接口以装设温度电极170、 pH电极160、DO电极180，分别用以测量罐体内料液的温度、pH值、溶氧与压力，温度电极170的示数经由控制系统分析最终控制控温机构171的动作使得温度按照预设的参数运行控制，pH电极160经由控制系统分析最终控制酸碱蠕动泵162的作用以控制pH调节管路161通入的试剂以调整罐体内料液的pH值。进气管路181和排气管路182也插设在打料罐罐盖110上，通过控制系统调控其进排气，以维持所需罐压。

平行反应器系统还包括控制各个反应器罐罐压的罐压控制装置，如图2 所示，罐压控制装置包括:与反应器罐200连通的第一进气管路210和排气管路230、缓冲瓶240、压力检测机构和排气调节阀。

反应器罐200设有第一进气管路210与排气管路230以进排气，每个反应器罐200均至少设置一组进出气管路，其中所有排气管路230均连通至缓冲瓶240，而压力检测机构对于缓冲瓶240内的压力进行检测，缓冲瓶240上另引出一主排气管路250，排气调节阀设置在主排气管路250上以通过缓冲瓶 240调整所有反应器罐200内的压强。通过人手动或者控制机构的作用控制排气调节阀的动作，即选用如图中所示的自控排气调节阀251或者机械背压阀 253。示例性的，压力检测机构可以选用机械压力表或者压力传感器252。

进一步优选的，在选用自控排气调节阀251或机械背压阀253之后，还可以增添以下管路结构中的一种或几种。

(1)缓冲瓶240上另引出一条副排气管路，其上设置有手动旁路阀254，。在排气流量不足或者自控排气调节阀251控制发生故障时通过手动旁路阀254 手动调节。

(2)缓冲瓶240上另引出一条泄压管路，其上设置有安全泄压阀255。如此可以避免平行反应器的罐压控制装置的罐压超高时的危险。

(3)缓冲瓶240上另引出一条排污管路260，从缓冲瓶240的底部引出以排出废液。

第一进气管路210上设置有进气流量计以及单向阀213。其中有进气流量计可以选用质量流量计211和/或转子流量计212。单向阀213的设计是为了避免气体倒窜。

装置实施例二

以装置实施例一为基础，本实施例公开三种平行取样装置的具体组成形式。

组成形式1

参见图3-a，平行取样装置，用于对反应器罐200中的反应物进行取样，包括：多条取样管道300，一端分别位于不同的反应器罐200中，另一端为样品出口301；第一蠕动泵302，设置于每一条所述取样管道300上，且位于反应器罐200和样品出口301之间；第二蠕动泵303，设置于每一条所述取样管道300上，且位于第一蠕动泵302和样品出口301之间；加热冷却器304，分别设于每一条取样管道300上，且位于第二蠕动泵303和样品出口301之间；总管道310，一端连接于空气过滤器311，另一端设有多条气体分管道312，每一条气体分管道312分别与一条所述取样管道300连通，且连接处位于所述第一蠕动泵302与第二蠕动泵303之间；第一夹管阀320，设置于所述总管道310上，且位于空气过滤器311与气体分管道312之间。其中，加热冷却器304用于不取样时维持高温以避免杂菌沿管道污染培养液、取样时先进行冷却后取样，以避免高温对取样液中微生物形态产生影响。具体的，本实用新型实施例中均以三通道自动定量无菌取样装置进行解释说明。

三通道自动定量无菌取样装置可以同时对三个反应器罐200同时或者分别进行取样，将原来需要三套取样装置的工作集成到一套装置中，降低了取样装置的设备成本以及维护工作量；并且同时简化了连接管道的连接使用，便于在短时间对三个反应器罐200进行取样，降低了因管道系统产生的实验失败的风险。另外由于所有的取样管道300所处的设定参数以及环境参数保持一致，可以很好地消除系统偏差。

利用此种组成的平行取样装置进行取样的具体操作步骤如下：

一、对防止取样操作造成污染的控制：

1、该装置的所述总管道310、气体分管道312以及所述取样管道300上的所有器件均采用夹管方式，例如：夹管阀、蠕动泵、加热冷却器304，使夹管阀、蠕动泵、加热冷却器等器件与被取样无直接接触，可以避免二次污染。

2、所述总管道310、气体分管道312以及所述取样管道300采用柔性硅胶管，所述总管道310上配有空气过滤器311，所述取样管道300与反应器罐 200，实现连接就位，所述总管道310与所述取样管道300与外界接口夹死或无菌包扎。使用前与反应器罐200一起放入高压灭菌锅内灭菌，灭菌完毕后按图1所示与各反应器以及相应的阀门、蠕动泵等安装与连接。使用时只需在培养过程本身所需环境条件下操作，将管道分别卡入夹管阀、蠕动泵、加热冷却器304。由于第一蠕动泵302、第二蠕动泵303已将取样管道300夹死，第一夹管阀320将总管道310夹死，从总管道310到气体分管道312，再到取样管道300，都无法直接跟反应器罐200连通，此时，所述取样管道300与外界接口进行连接时，不会产生连接过程对培养液的污染。

3、设有第一蠕动泵302、第二蠕动泵303的取样管道300与外界的非无菌管道的连接，在长时间培养过程中可能造成杂菌越过第一蠕动泵302、第二蠕动泵303造成对反应器罐200内的污染，采用无菌空气(压缩空气经上述空气过滤器311过滤)对系统进行无菌保压、取样完毕打开第一夹管阀320，压缩空气从总管道310通过各个气体分管道312分别进入各个取样管道300 内，将粘附于管道壁上的液滴吹掉；同时根据巴士德消毒原理，利用设置在各个取样管道300上的加热冷却器304对各个取样管道300进行热保温，以杜绝杂菌沿管道逆向繁殖、污染反应器罐200内部。如取出样品经过这段高温管道可能对组分、镜检外形等产生影响，可在取样时通过将加热模式切换为冷却模式对管道进行降温。

二、对取样过程废液排放量的控制：

1、由于采取了上述无菌控制措施，保证了管道内部的无菌状态，在取样前打开第一夹管阀320，通过第一蠕动泵302反转，如逆时针旋转，将反应器罐200中取样管道300内的残存液体打回取样装置内。再使第一蠕动泵302、第二蠕动泵303正转，如顺时针旋转，此时取出的样品为即时样，而不用排出废液。

2、根据取样量需求，通过对蠕动泵转速、管道内径、蠕动泵两端压差等状态确定下对应蠕动泵流量的标定，即可通过蠕动泵的运转时间的设定，控制取样量。当达到所需取样量时，使第一蠕动泵302反转，如逆时针旋转，第二蠕动泵303继续正转，如顺时针旋转。

此时以无菌空气管道接入点为分界点，近第一蠕动泵302端的残余液体被完全压入反应器罐200，近第二蠕动泵303端的取出样在无菌空气的顶推下完全流入外接取样装置或分析仪，整个过程不会产生采样过量与废液。

组成形式2

参见图3-b，其所示为本实施例提供的另一种平行取样装置的组成示意图。

平行取样装置包括：多条取样管道300，一端分别位于不同的反应器罐 200中，另一端为样品出口301；第一蠕动泵302，设置于每一条所述取样管道300上，且位于反应器罐200和样品出口301之间；第二夹管阀321，设置于每一条所述取样管道300上，且位于第一蠕动泵302和样品出口301之间；加热冷却器304，分别设于每一条取样管道300上，且位于第二夹管阀321和样品出口301之间；总管道310，一端连接于空气过滤器311，另一端设有多条气体分管道312，每一条气体分管道312分别与一条所述取样管道300连通，且连接处位于所述第一蠕动泵302与第二夹管阀321之间；第一夹管阀320，设置于所述总管道310上，且位于空气过滤器311与气体分管道312之间。其中，加热冷却器304用于不取样时维持高温以避免杂菌沿管道污染培养液、取样时先进行冷却后取样，以避免高温对取样液中微生物形态产生影响。具体的，本实用新型实施例中均以三通道自动定量无菌取样装置进行解释说明。

实施例一方案中的第二蠕动泵303是用于在取样完成后将第一蠕动泵302 与第二蠕动泵303之间管道内的残余取出样抽出取样管道300以及封闭取样管道300防止杂菌从取样管道300的自由端口向反应器罐200蔓延污染。由于从气体分管道312进入取样管道300的无菌空气可以将第一蠕动泵302与第二蠕动泵303之间管道内的残余取出样吹出取样管道300，因此，为简化系统结构组成，本实施例中，将实施例一中的第二蠕动泵303用第二夹管阀321 替代，同时为避免取样通道从反应器内取样时液体通过总管道310相互流通干扰，在三条气体分管道312的每一条气体分管道312上设置一个单向阀324，依靠单向阀324避免无菌空气反向流动，阻隔液体通过气体分管道312进入总管道310后的交叉流动。

组成形式3

参见图3-c，其所示为本实施例提供的另一种平行取样装置的组成示意图。

在本实施例中，平行取样装置，用于对反应器罐200中的反应物进行取样，包括：多条取样管道300，一端分别位于不同的反应器罐200中，另一端为样品出口301；第三夹管阀322，设置于每一条所述取样管道300上，且位于反应器罐200和样品出口301之间；第二夹管阀321，设置于每一条所述取样管道300上，且位于第三夹管阀322和样品出口301之间；加热冷却器304，分别设于每一条取样管道300上，且位于第二夹管阀321和样品出口301之间；总管道310，一端依次设置有第四夹管阀323、空气过滤器311，另一端设有多条气体分管道312，每一条气体分管道312分别与一条所述取样管道 300连通，且连接处位于所述第一蠕动泵302与第二夹管阀321之间，所述第四夹管阀323与空气过滤器311之间连接有注射泵326；缓冲罐325，分别设置于每一条所述气体分管道312上。其中，加热冷却器304用于不取样时维持高温以避免杂菌沿管道污染培养液、取样时先进行冷却后取样，以避免高温对取样液中微生物形态产生影响。具体的，本实用新型实施例中均以三通道自动定量无菌取样装置进行解释说明。

采用组成形式3提供的平行取样装置的各个通道依次进行取样操作的具体流程如下，

1、抽取反应器罐200内培养液至气体分管道312上的缓冲罐325内：

关闭总管道310上的第四夹管阀323以及取样管道300上的第二夹管阀 321；打开取样管道300上的第三夹管阀322，然后启动注射泵326抽气定量取样至缓冲罐325内。

2、出样：

关闭第三夹管阀322，打开第二夹管阀321，注射泵326压气将暂存在缓冲罐325内的培养液通过取样管道300压入样品容器内，然后关闭第二夹管阀321。

依次重复步骤1、步骤2的操作完成各个取样通道的取样操作。

3、吹气：

打开总管道310上的第四夹管阀323，然后依次或者同时打开各个取样管道300上的第二夹管阀321，将各个取样通道的缓冲罐325以及取样管道300 内的残余培养液吹入样品容器内。

在上述各个实施例中，在本实用新型实施例中，该取样装置还包括控制器，所述控制器包括：输入输出装置；中央控制器，与所述输入输出装置连接；多路继电器，分别连接于每一个取样通道的控制部件，如夹管阀、蠕动泵以及注射泵326等；电源模块，与所述多路继电器连接。并且各个继电器与中央控制器为并联连接，即每个继电器单独控制一个取样通道，可以分别单独设定每一个取样通道的取样操作过程；即各个取样通道可以同时进行取样操作，也可以分别进行取样操作。

装置实施例三

在装置实施例一或装置实施例二的基础上，如图4所示，平行反应器系统还包括电极标定装置，用于对所述传感单元进行标定，电极标定装置包括：标定罐，第三进气管路420、第三排气管路430、第二搅拌机构、温度电极440 以及温度调节机构以及标定机构9。其中标定罐由标定罐罐体400与标定罐罐盖410组成。第二搅拌机构作用于标定罐罐体400中液体使其混合更为均匀，使得标定罐罐体400内液体的理化参数的分布是均匀的。电极标定装置所使用的第二搅拌机构与平行进料装置以及反应器罐中使用的搅拌机构的结构组成类似，如图2所示，其包括搅拌电机220、搅拌桨221以及转速检测装置 222。温度调节机构可以选用位于标定罐罐体400外部的加热热源442进行加热，配合位于标定罐罐体400内部的冷却管443进行冷却。

标定罐罐盖410盖合在标定罐罐体400罐口处，被测液体盛装在标定罐罐体400中，标定罐罐盖410上设计有若干插接口411。本实施例中有左侧3 个插接口411上可以插设三个待测电极450，其右侧设置有标准温度计441以及温度电极440。温度调节机构、标定机构460可以集成在平行反应器的控制柜中，也可以独立于平行反应器控制柜而另集成于电极标定装置内，反应器的主测控系统通过通讯连接以完成标定步骤。

温度电极440的作用是为了测定标定罐罐体400内液体的温度从而可以控制温度调节结构对标定罐罐体400内液体温度进行调节。第三进气管路420 和第三排气管路430装设在标定罐罐体400或标定罐罐盖410上进排气，其中第三进气管路420上设置有气体流量计421和进气调节阀，排气管路上设置有压力检测装置42以及排气调节阀41。同时第三进气管路420包括并联排布的若干个进气支路，气体流量计421设置在进气支路上。示例性的，可以包括2个进气支路，分别通入氮气同氧气的混合气体，则可以通过对氮气同氧气的气相分压大小、比例以及罐压的控制，形成一定氧气溶解浓度的待测液体，该氧气溶解浓度的值可以作为DO电极的标定标准值。而将氧气改变为二氧化碳或者甲醇，则可以对二氧化碳电极或者甲醇电极的标定。

其中温度调控以及进排气调控这两种调整动作既可以通过手动实现，也可以通过控制系统470来自动控制实现。

使用该电极标定装置对温度电极进行平行标定，包括以下步骤：

S100，将平行反应器的所述待测温度电极插入插接口411中；

S200，在标定罐罐体400内注入液体，将标定罐罐盖410放置在标定罐罐体400上固定，开启所述搅拌机构，通过所述温度电极440以及所述温度调节机构进行控温，使被测液体达到预先设定的温度值，将所述标准温度计 441的示值作为标定的标准值；

S300，通过所述标定机构460进行所述待测温度电极的平行标定。

本实用新型还公开一种pH电极的平行标定方法，使用前述的平行反应器电极标定装置，包括以下步骤：

S100，将平行反应器待测的pH电极插入插接口411中；

S200，在标定罐罐体400内注入所需pH值的缓冲溶液，而后将标定罐罐盖410放置标定罐罐体400上固定，并将缓冲溶液的pH值设定为所述pH电极标定的标准值；

S300，通过所述标定机构460进行pH电极的平行标定。

当然，在所述插接口中插入ORP电极，并在所述罐体中注入ORP标准液，所述平行标定方法也适用于测量相应的OPR电极的标定。此外，只要是采用标准溶液进行标定的电极，均可以使用本实施例的方法进行标定，诸如ORP 电极、电导电极、氟化物电极。

本实用新型还公开一种DO电极的平行标定方法，使用前述的平行反应器电极标定装置，包括以下步骤：

S100，将平行反应器待测的DO电极插入插接口411中；

S200，在所述罐体内注入合适液体，将标定罐罐盖410放置标定罐罐体 400上固定；并通过控制进气分压比例以及罐压形成所需氧气溶解浓度的液体，并将该氧气溶解浓度设定为所述DO电极标定的标准值；还可以进一步的在接插口21中插入一根精度较高的对照电极，如此可以将流量计控制气体组分形成的气体溶解计算浓度与对照电极的实测浓度进行比对，将可信结果输入平行反应器的标定界面作为DO电极标定的标准值。

S300，淹没所述待测电极以及所述DO电极，通过所述标定机构460进行DO电极的平行标定。可根据标定需要，更换通入标定罐罐体400内的氧气和氮气组分比例和/或气体总压力，通过搅拌加快达到平衡状态，稳定后即可对平行反应器的DO电极进行后续氧气溶解浓度的平行标定，以对在标定区间内不同标定值下标定结果的线性度或相互间的平行度进行比较。

该实施例中，将上文中通入的氧气改变为其它气体(如二氧化碳等)，按照同样的流程步骤操作，则可以实现对该气体溶解度(如溶解二氧化碳等) 电极的标定。

具体的，所述传感单元包括温度传感器、pH传感器、溶解氧传感器、全罐称量传感器、尾气分析仪、测速传感器、压力传感器、消泡传感器、补料称重传感器、细胞显微在线观察仪、活菌量传感器、氧化还原电位ORP传感器、菌浓OD传感器以及空气流量传感器中的一种或几种。

具体的，进一步包括监控系统和分析系统；所述监控系统与所述传感单元、所述平行取样装置、所述电极标定装置、所述主排气调节阀以及所述压力检测机构相连通进行数据采集和控制，所述分析系统对所述监控系统采集的数据进行分析。

需要说明的是，前述实施例中的平行取样装置、罐压控制装置、电极标定装置、平行打料装置的控制部件、相应软件以及系统可以集成在平行反应器的控制柜中，也可以独立于平行反应器的控制柜单独布置为一控制结构，通过通讯装置与平行反应器通讯连接，以完成相应的动作。

方法实施例

本实用新型还公开一种平行对照试验的方法，使用前述的平行反应器系统，其步骤包括：

S100，通过所述电极标定装置对传感单元进行标定；

S200，在所述打料罐中加入种子培养基，进行灭菌、接种和培养；

S300，在所述反应器罐中加入培养基、灭菌；

S400，通过打料装置将所述打料罐中培养好的种子接种至各个所述反应器罐中；

S500，配合使用所述压力检测机构以及所述主排气调节阀，经由所述缓冲瓶对各个所述反应器罐的压力进行控制，进行发酵；

S600，通过所述平行取样装置对各个反应器罐进行取样分析，而后将分析获得数据输入所述分析系统；

S700，通过所述分析系统对所述监控系统获得的数据以及所述步骤S600 中获得数据进行相关分析，确定发酵过程中的最优控制参数。

总结来看，要降低系统偏差，除了反应器罐体的几何结构尺寸、包括搅拌桨间距等二次安装尺寸外，主要在于传感器检测准确度的提高。

生物反应器设计的常用传感器包括：温度T、酸碱度pH、溶解氧DO、搅拌转速AG、罐压P、进气流量F，以及补料量、消泡AF，其他根据实验需要还有溶解二氧化碳、ORP、尾气浓度等。这其中，如果精度要求高的话，进气流量可以采用热质量流量计，搅拌转速可以采用变频电机或伺服电机，补料量可采用间接计算流量的蠕动泵、称重或电磁流量计或注射泵，等等。这些参数从控制角度来说，都是可独立测控的，属于常规现有技术。

对培养过程至关重要的一些参数，要实现消除或降低系统偏差，有些可以从测控技术方案上进行优化，有些因无法直接测量而必须根据其原理从整体系统方案上进行优化设计。这些参数包括：

■培养温度T：直接影响微生物培养过程中细胞体内各种没反应的动力学常数

■培养液pH：可引起细胞膜电荷的变化，从而影响微生物对营养物质的吸收，影响代谢过程中酶的活性

■溶解氧DO：宏观上是反映了培养过程的供氧与耗氧的平衡，如配合其他参数还可进一步了解流体特性、DO变化原因、培养过程的临界氧范围、半饥饿状态等

■反应器罐压：影响气体溶解。重要性与搅拌转速、空气流量相同，但可以进一步优化，以期提高控制一致性及降低测控成本

■接种种龄：微生物是活性生命体，接种过程如果种龄时间有一定差异，会导致培养结果的进一步差异，且这种差异也无法量化

■取样：培养过程也具有时变特性，取样时间的差异会对检测加过产生干扰；同时，对较小规模的反应器，取样量的大小，不但影响取样次数限制，还会由于各反应器剩余培养液体积的差异对培养过程与结果造成无法量化的干扰

因此本实用新型针对上述特点，从平行反应器的系统上进行了创新与优化设计，以期最大限度地降低平行反应器的系统偏差，提高实验结果的可信度与可靠性。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种平行反应器系统，其特征在于，包括：

若干个反应器罐，用于进行平行对照试验，内设有测量理化参数的传感单元，每个所述反应器罐上设置有第一进气管路和第一排气管路；

打料罐，与每个所述反应器罐通过接种管路分别连通进行接种，每个所述接种管路上设置有接种泵，所述打料罐内设有第一搅拌机构使其内部种子液混合均匀；

缓冲瓶，所有所述反应器罐的第一排气管路均连通至所述缓冲瓶，所述缓冲瓶上另设有主排气管路，所述主排气管路上设置有主排气调节阀；所述缓冲瓶或所述主排气管路上设有压力检测机构；

以及平行取样装置，与每个所述反应器罐相连通进行取样。

2.根据权利要求1所述的平行反应器系统，其特征在于，

所述平行取样装置包括：多条取样管路，取样端分别位于不同的所述反应器罐中，另一端为样品出口；第一蠕动泵，设置于每一条所述取样管路上，且位于所述取样端和所述样品出口之间；第二蠕动泵，设置于每一条所述取样管路上，且位于所述第一蠕动泵和所述样品出口之间；第一加热冷却器，分别设于每一条取样管路上，且位于所述第二蠕动泵和所述样品出口之间；气体总管路，一端连接有空气过滤器，另一端分支为多条气体分管路，每一条所述气体分管路分别与一条所述取样管路连通，且连接处位于所述第一蠕动泵与第二蠕动泵之间；第一夹管阀，设置于所述气体总管路上，且位于空气过滤器与气体分管路之间。

3.根据权利要求1所述的平行反应器系统，其特征在于，

所述平行取样装置包括：多条取样管路，取样端分别位于不同的所述反应器罐中，另一端为样品出口；第一蠕动泵，设置于每一条所述取样管路上，且位于所述取样端和所述样品出口之间；第二夹管阀，设置于每一条所述取样管路上，且位于所述第一蠕动泵和所述样品出口之间；第一加热冷却器，分别设于每一条取样管路上，且位于所述第二夹管阀和所述样品出口之间；气体总管路，一端连接有空气过滤器，另一端分支为多条气体分管路，每一条所述气体分管路分别与一条所述取样管路连通，且连接处位于所述第一蠕动泵与第二夹管阀之间；第一夹管阀，设置于所述气体总管路上，且位于空气过滤器与气体分管路之间；

每一条所述气体分管路上分别设置有单向阀，所述单向阀为所述气体分管路向所述取样管路方向单向导通。

4.根据权利要求1所述的平行反应器系统，其特征在于，

所述平行取样装置包括：多条取样管路，取样端分别位于不同的所述反应器罐中，另一端为样品出口；第一蠕动泵，设置于每一条所述取样管道上，且位于所述取样端和所述样品出口之间；第三夹管阀，设置于每一条所述取样管路上，且位于所述反应器罐和样品出口之间；第二夹管阀，设置于每一条所述取样管路上，且位于第三夹管阀和样品出口之间；第一加热冷却器，分别设于每一条取样管路上，且位于第二夹管阀和样品出口之间；气体总管路，一端依次设置有第四夹管阀、空气过滤器，另一端分支为多条气体分管路，每一条气体分管路分别与一条所述取样管路连通，且连接处位于所述第一蠕动泵与第二夹管阀之间；所述气体总管路上连接有注射泵，且连接点位于所述第四夹管阀与所述空气过滤器之间；缓冲罐，分别设置于每一条所述气体分管路上。

5.根据权利要求1-4任一所述的平行反应器系统，其特征在于，所述平行反应器系统还包括电极标定装置，用于对所述传感单元进行标定；所述电极标定装置包括：

罐体，用于承装被测液体；

罐盖，可盖合在所述罐体上，并设置有若干接插口，待测电极插设在所述接插口上；

第三进气管路和第三排气管路，所述第三进气管路和第三排气管路装设在所述罐体或所述罐盖上，所述第三进气管路包括并联排布的若干个进气支路，每个所述进气支路上设置有气体流量计和第三进气调节阀，所述第三排气管路上设置有压力检测装置以及第三排气调节阀；

第二搅拌机构，作用于罐体中被测液体使其混合均匀；

温度电极以及标准温度计，插设在所述罐盖的接插口中以测量温度；

温度调节机构，对罐体液体进行加热和冷却；

以及标定机构，对所述待测电极进行标定。

6.根据权利要求1-4任一所述的平行反应器系统，其特征在于，

所述缓冲瓶上还设有副排气管路，所述副排气管路上设有手动旁路阀；

和/或；

所述缓冲瓶上还设有泄压管路，所述泄压管路上设有安全泄压阀；

和/或；

所述缓冲瓶上还设有排污管路，所述排污管路从所述缓冲瓶的底部引出至所述缓冲瓶外，所述排污管路上设置有排液阀。

7.根据权利要求1-4任一所述的平行反应器系统，其特征在于，所述传感单元包括温度传感器、pH传感器、溶解氧传感器、全罐称量传感器、尾气分析仪、测速传感器、压力传感器、消泡传感器、补料称重传感器、细胞显微在线观察仪、活菌量传感器、氧化还原电位ORP传感器、菌浓OD传感器以及空气流量传感器中的一种或几种。

8.根据权利要求5所述的平行反应器系统，其特征在于，

进一步包括监控系统和分析系统；所述监控系统与所述传感单元、所述平行取样装置、所述电极标定装置、所述主排气调节阀以及所述压力检测机构相连通进行数据采集和控制，所述分析系统对所述监控系统采集的数据进行分析。

9.根据权利要求5所述的平行反应器系统，其特征在于，所述第一搅拌机构与所述第二搅拌机构均包括搅拌桨以及驱动所述搅拌桨的搅拌电机。