工藝08_空氣凈化

1、第二節(jié)第二節(jié) 空氣的凈化空氣的凈化空氣中微生物的分布空氣中微生物的分布 空氣中微生物含量一般為空氣中微生物含量一般為103 104個米個米3。一一般附著在空氣中的灰塵上或霧滴上。般附著在空氣中的灰塵上或霧滴上。 北方氣候寒冷干燥，空氣中的含菌量較多。北方氣候寒冷干燥，空氣中的含菌量較多。 離地面越高，含菌量越少離地面越高，含菌量越少，一般每升高，一般每升高10米，空米，空氣中的含菌量就降低一個數量級；氣中的含菌量就降低一個數量級； 城市中空氣中含菌量較城市中空氣中含菌量較多，農村的空氣中含菌量多，農村的空氣中含菌量較少，一般城市中雜菌數為較少，一般城市中雜菌數為30008000/米米3 空氣中

2、的微生物以空氣中的微生物以細菌和細菌芽胞較多細菌和細菌芽胞較多，也有酵，也有酵母，霉菌和病毒。母，霉菌和病毒。無菌空氣的標準無菌空氣的標準 只要除去只要除去0.30.5m的微粒，就可認為是的微粒，就可認為是無菌。無菌。發(fā)酵對空氣無菌程度的要求發(fā)酵對空氣無菌程度的要求 發(fā)酵對無菌空氣的要求是：發(fā)酵對無菌空氣的要求是：無菌，無灰塵，無菌，無灰塵，無雜質，無水，無油，正壓無雜質，無水，無油，正壓等幾項指標。等幾項指標。 發(fā)酵對無菌空氣發(fā)酵對無菌空氣無菌程度無菌程度的要求是：只要的要求是：只要在發(fā)酵過程中不因無菌空氣染菌，造成損在發(fā)酵過程中不因無菌空氣染菌，造成損失即可。失即可。 在工程設計中，一般要

3、求在工程設計中，一般要求1000次使用周期次使用周期中只允許有一個菌通過，即經過濾后空氣中只允許有一個菌通過，即經過濾后空氣的無菌程度為的無菌程度為N=10-3。一、空氣凈化的方法一、空氣凈化的方法 （一）熱滅菌（一）熱滅菌 （二）靜電除菌（二）靜電除菌 （三）介質過濾除菌（三）介質過濾除菌（一）熱滅菌熱滅菌 熱空氣進入培養(yǎng)系統(tǒng)之前，一般均需用壓熱空氣進入培養(yǎng)系統(tǒng)之前，一般均需用壓縮機壓縮，提高壓力?？s機壓縮，提高壓力。 空氣壓縮后溫度能達到空氣壓縮后溫度能達到200度以上，保持一度以上，保持一定時間后，便可實行干熱滅菌。不必用蒸定時間后，便可實行干熱滅菌。不必用蒸汽或其他載體加熱。汽或其他載

4、體加熱。 利用空氣壓縮時所產生利用空氣壓縮時所產生的熱量進行滅菌的原理的熱量進行滅菌的原理對對制備大量無菌空氣制備大量無菌空氣有有特別意義。特別意義。 實際應用中需考慮培養(yǎng)實際應用中需考慮培養(yǎng)裝置與空氣壓縮機的相裝置與空氣壓縮機的相對位置，連接壓縮機與對位置，連接壓縮機與培養(yǎng)裝置中管道的滅菌培養(yǎng)裝置中管道的滅菌以及管道長度等。以及管道長度等。（二）靜電除菌（二）靜電除菌 靜電除塵器可除去空氣中靜電除塵器可除去空氣中的的水霧、油霧、塵埃水霧、油霧、塵埃，同，同時也除去時也除去微生物微生物。 原理：原理：利用靜電引力來吸利用靜電引力來吸附帶電粒子而達到除塵滅附帶電粒子而達到除塵滅菌目的。菌目的。

5、缺點：對于一些直徑小的缺點：對于一些直徑小的微粒，所帶電荷小，不能微粒，所帶電荷小，不能被吸附而沉降。被吸附而沉降。（三）介質過濾除菌（三）介質過濾除菌 介質過濾除菌是使空氣通過經高溫滅菌的介質過濾除菌是使空氣通過經高溫滅菌的介質過濾層，將空氣中的微生物等顆粒阻介質過濾層，將空氣中的微生物等顆粒阻截在介質層中，而達到過濾除菌的目的。截在介質層中，而達到過濾除菌的目的。 從可靠性，經濟適用與便于控制等方面考從可靠性，經濟適用與便于控制等方面考慮，目前仍以慮，目前仍以介質過濾法較好，也是大多介質過濾法較好，也是大多數發(fā)酵廠廣泛采用的方法數發(fā)酵廠廣泛采用的方法。過濾介質孔隙過濾介質孔隙絕對過濾絕對過

6、濾:孔徑孔徑(0.01-0.2 )小于微生物粒小于微生物粒子（子（0.5-2 )的微孔過濾膜。的微孔過濾膜。相對過濾：過濾介質孔隙大于微生物相對過濾：過濾介質孔隙大于微生物直徑。如棉花、活性炭、玻璃纖維等直徑。如棉花、活性炭、玻璃纖維等二、空氣過濾除菌法二、空氣過濾除菌法 （一）空氣過濾除菌的原理（一）空氣過濾除菌的原理 （二）空氣過濾除菌的介質（二）空氣過濾除菌的介質 （三）介質過濾效率（三）介質過濾效率 （四）影響介質過濾效率的因素（四）影響介質過濾效率的因素 （五）提高過濾除菌效率的措施（五）提高過濾除菌效率的措施（一）空氣過濾除菌的原理（一）空氣過濾除菌的原理 微粒隨空氣流通過一定厚度

7、的過濾層微粒隨空氣流通過一定厚度的過濾層時，濾層纖維所形成的網格對氣流進行無時，濾層纖維所形成的網格對氣流進行無數次的阻礙，從而無數次的改變氣流的運數次的阻礙，從而無數次的改變氣流的運動速度和方向而繞流運動，這將引起微粒動速度和方向而繞流運動，這將引起微粒對濾層纖維產生對濾層纖維產生慣性撞擊、重力沉降、攔慣性撞擊、重力沉降、攔截、布朗擴散、靜電引力截、布朗擴散、靜電引力等作用，將微粒等作用，將微粒捕獲在纖維表面實現(xiàn)過濾。捕獲在纖維表面實現(xiàn)過濾。1、慣性碰撞截留、慣性碰撞截留 原理：空氣氣流流速大時，氣流中的微粒具有原理：空氣氣流流速大時，氣流中的微粒具有較大的慣性力。當微粒隨氣流以一定速度向纖

8、較大的慣性力。當微粒隨氣流以一定速度向纖維垂直運動因受纖維阻擋而急劇改變運動方向維垂直運動因受纖維阻擋而急劇改變運動方向時，由于微粒具有的慣性作用使它仍然沿原來時，由于微粒具有的慣性作用使它仍然沿原來方向前進碰撞到纖維表面，產生摩擦粘附而使方向前進碰撞到纖維表面，產生摩擦粘附而使微粒被截留在纖維表面，這種作用稱微粒被截留在纖維表面，這種作用稱慣性碰撞慣性碰撞截留。截留。 慣性力與氣流流速成正比慣性力與氣流流速成正比 當空氣流速過低時，慣性撞擊截留作用很當空氣流速過低時，慣性撞擊截留作用很小。小。 當空氣流速增大時，慣性撞擊截留作用起當空氣流速增大時，慣性撞擊截留作用起主導作用。主導作用。 通過

9、降低流速可以使慣性截留作用接近于通過降低流速可以使慣性截留作用接近于零，此時的氣流流速稱臨界氣流速度。零，此時的氣流流速稱臨界氣流速度。 當氣流速度降到臨界速度以下時，當氣流速度降到臨界速度以下時，微粒就微粒就不能因慣性碰撞而滯留于纖維上，捕集效不能因慣性碰撞而滯留于纖維上，捕集效率顯著下降。但實踐證時，隨著氣流速度率顯著下降。但實踐證時，隨著氣流速度的繼續(xù)下降，的繼續(xù)下降，纖維對微粒的捕集效率不再纖維對微粒的捕集效率不再下降，反而又有所回升下降，反而又有所回升，WHY？2、攔截截留作用、攔截截留作用 原理原理：因為微生物微粒直徑很小，質量很輕，它：因為微生物微粒直徑很小，質量很輕，它隨氣流流

10、動慢慢靠近纖維時，微粒所在主導氣流隨氣流流動慢慢靠近纖維時，微粒所在主導氣流流線受纖維所阻改變流動方向，繞過纖維前進，流線受纖維所阻改變流動方向，繞過纖維前進，并在纖維的周邊形成一層并在纖維的周邊形成一層邊界滯留區(qū)邊界滯留區(qū)，滯留區(qū)的，滯留區(qū)的氣流流速更慢，進到滯留區(qū)的微粒慢慢靠近和接氣流流速更慢，進到滯留區(qū)的微粒慢慢靠近和接觸纖維而被粘附截留。觸纖維而被粘附截留。 截留作用的捕集效率決定于微粒直徑和纖截留作用的捕集效率決定于微粒直徑和纖維直徑之比，又與空氣流速成反比，維直徑之比，又與空氣流速成反比，當氣當氣流速度低時截留才起作用。流速度低時截留才起作用。空氣流速愈小，空氣流速愈小，纖維直徑愈

11、細，阻攔截留作用愈大。纖維直徑愈細，阻攔截留作用愈大。但是但是在介質過濾的除塵除菌中，阻攔截留并不在介質過濾的除塵除菌中，阻攔截留并不起主要作用。起主要作用。3、布朗擴散截留作用、布朗擴散截留作用 直徑很小的微粒在很慢的氣流中能產生一種不規(guī)直徑很小的微粒在很慢的氣流中能產生一種不規(guī)則的直線運動稱為布朗擴散，布朗擴散的運動距則的直線運動稱為布朗擴散，布朗擴散的運動距離很短，在較大的氣速、較大的纖維間隙中是不離很短，在較大的氣速、較大的纖維間隙中是不起作用的，但起作用的，但在很慢的氣流速度和較小的纖維間在很慢的氣流速度和較小的纖維間隙中布朗擴散作用大大增加微粒與纖維的接觸滯隙中布朗擴散作用大大增加

12、微粒與纖維的接觸滯留機會。留機會。4、重力沉降作用、重力沉降作用 重力沉降起到一個穩(wěn)定的分離作用，當微粒所受重力沉降起到一個穩(wěn)定的分離作用，當微粒所受的重力大于氣流對它的拖帶力時微粒就沉降。就的重力大于氣流對它的拖帶力時微粒就沉降。就單一的重力沉降情況來看，單一的重力沉降情況來看，大顆粒比小顆粒作用大顆粒比小顆粒作用顯著，對于小顆粒只有氣流速度很慢才起作用顯著，對于小顆粒只有氣流速度很慢才起作用。一般它是配合攔截截留作用而顯著出來的。一般它是配合攔截截留作用而顯著出來的。即在即在纖維的邊界滯留區(qū)內微粒的沉降作用提高了攔截纖維的邊界滯留區(qū)內微粒的沉降作用提高了攔截截留的效率。截留的效率。5、靜電

13、吸引作用、靜電吸引作用 當具有一定速度的氣流通過介質濾層時，由于當具有一定速度的氣流通過介質濾層時，由于摩摩擦會產生誘導電荷擦會產生誘導電荷。當菌體所帶的電荷與介質所。當菌體所帶的電荷與介質所帶的電荷相反時，就會發(fā)生靜電吸引作用。帶電帶的電荷相反時，就會發(fā)生靜電吸引作用。帶電的微粒會受帶異性電荷的物體所吸引而沉降。此的微粒會受帶異性電荷的物體所吸引而沉降。此外表面吸附也歸屬中這個范疇，如活性炭的大部外表面吸附也歸屬中這個范疇，如活性炭的大部分過濾效能是表面吸附的作用。分過濾效能是表面吸附的作用。慣性截留慣性截留攔截攔截布朗運動布朗運動重力重力靜電引力靜電引力作用較大作用較大作用小作用小 （）纖

14、維狀或顆粒狀過濾介質（）纖維狀或顆粒狀過濾介質 棉花：常用，有彈性，纖維長度適中。棉花：常用，有彈性，纖維長度適中。 玻璃纖維：直徑小，不易折斷，過濾效果好。玻璃纖維：直徑小，不易折斷，過濾效果好。 活性炭：要求質地堅硬，顆粒均勻?；钚蕴浚阂筚|地堅硬，顆粒均勻。 缺點：缺點：體積大，裝填費時費力，松緊度不易掌體積大，裝填費時費力，松緊度不易掌握，空氣壓降大。握，空氣壓降大。（二）空氣過濾除菌的介質（二）空氣過濾除菌的介質（）紙類過濾介質（）紙類過濾介質超細玻璃纖維紙超細玻璃纖維紙 3 3 6 6張疊在一起使用，過濾效率高，壓降小。張疊在一起使用，過濾效率高，壓降小。 缺點：缺點：強度不大（特

15、別是受潮后）。強度不大（特別是受潮后）。（3）微孔濾膜類介質）微孔濾膜類介質 屬絕對過濾屬絕對過濾節(jié)能能量時間，操作簡便節(jié)能能量時間，操作簡便棉花棉花玻璃纖維玻璃纖維合成纖維合成纖維顆粒狀活性炭顆粒狀活性炭超細玻璃纖維紙過濾器，這些材料除菌超細玻璃纖維紙過濾器，這些材料除菌效率高，無需填充得很厚，如果用超細效率高，無需填充得很厚，如果用超細纖維玻璃紙只需要少量幾張就可以了纖維玻璃紙只需要少量幾張就可以了 在實驗室或中試規(guī)模，空氣過濾器只設在實驗室或中試規(guī)模，空氣過濾器只設一級，而大發(fā)酵工廠大多采用兩級甚至三一級，而大發(fā)酵工廠大多采用兩級甚至三級過濾。第一級過濾器常稱為級過濾。第一級過濾器常稱為

16、總過濾器總過濾器，二、三級過濾器稱為二、三級過濾器稱為分過濾器分過濾器。 過濾器在使用前，也需要進行滅菌過濾器在使用前，也需要進行滅菌，一般，一般是使用蒸汽滅菌，滅菌后用壓縮空氣吹干。是使用蒸汽滅菌，滅菌后用壓縮空氣吹干。總過濾器約每月滅菌一次，為了使總過濾總過濾器約每月滅菌一次，為了使總過濾器不間斷地進行工作，一般應有備用，以器不間斷地進行工作，一般應有備用，以便在滅菌時替換使用。便在滅菌時替換使用。（三）介質過濾效率（三）介質過濾效率 當空氣中的微粒穿過一定厚度的濾層時，不斷地當空氣中的微粒穿過一定厚度的濾層時，不斷地被捕捉，含量逐漸減少，表現(xiàn)為類似一級衰減規(guī)被捕捉，含量逐漸減少，表現(xiàn)為類

17、似一級衰減規(guī)律的形式即：律的形式即： dN/dl= KN初始條件：初始條件：N0,N, 進出濾層微生物的濃度。進出濾層微生物的濃度。濾層厚度：濾層厚度：0，LK除菌常數（除菌常數（1/m,1/cm),反映的是介質阻止微生物穿透的能力反映的是介質阻止微生物穿透的能力 由由式積分的式積分的N/ N0= -KL 對數穿透定律對數穿透定律 過濾效率過濾效率=1-N/N0=1-exp(-KL ) N/N0 穿透率穿透率壓力降計算壓力降計算p=cL(2 02m)/(df)L過濾層的厚度（過濾層的厚度（m) 空氣密度（空氣密度（kg/m3) 介質填充率介質填充率0 空氣的流速（空氣的流速（m/s)df 纖維

18、直徑（纖維直徑（m)m 實驗指數實驗指數（四）影響介質過濾效率的因素（四）影響介質過濾效率的因素 介質介質纖維直徑越小纖維直徑越小，過濾效率越高，過濾效率越高 介質介質填充厚度越高填充厚度越高，過濾效率越高，過濾效率越高 介質介質填充密度越大填充密度越大，過濾效率越高，過濾效率越高 當當空氣流速很低空氣流速很低時，過濾效率隨氣流流速時，過濾效率隨氣流流速增加而降低，當氣增加而降低，當氣流流速增加流流速增加至臨界值后，至臨界值后，過濾效率隨空氣流速增加而提高。過濾效率隨空氣流速增加而提高。選擇過濾介質時，要考慮到過濾效選擇過濾介質時，要考慮到過濾效率高，又要使壓力降小率高，又要使壓力降小（五）提

19、高過濾除菌效率的措施（五）提高過濾除菌效率的措施減少進口空氣的菌數減少進口空氣的菌數加強生產場地的衛(wèi)生管理加強生產場地的衛(wèi)生管理選擇壓縮空氣站為上風口選擇壓縮空氣站為上風口提高采風位置提高采風位置加強空氣預處理加強空氣預處理設計和安裝合理的空氣過濾器，選用除菌效率設計和安裝合理的空氣過濾器，選用除菌效率高的過濾介質高的過濾介質設計合理的空氣預處理設備，達到除油、水和雜設計合理的空氣預處理設備，達到除油、水和雜質的目的質的目的降低進入空氣過濾器的空氣降低進入空氣過濾器的空氣的相對濕度，保證過濾介質的相對濕度，保證過濾介質在干燥的狀態(tài)下工作在干燥的狀態(tài)下工作使用無油壓縮機使用無油壓縮機加強冷卻和去

20、油、水加強冷卻和去油、水提高空氣溫度，以降低提高空氣溫度，以降低相對濕度相對濕度三、空氣凈化流程三、空氣凈化流程生產對無菌空氣過濾流程的要求：生產對無菌空氣過濾流程的要求： 進入發(fā)酵罐的無菌空氣應保持一定的進入發(fā)酵罐的無菌空氣應保持一定的，需要供氣設備。需要供氣設備。 選取空氣選取空氣塵埃小塵埃小的空氣，延長過濾器的壽的空氣，延長過濾器的壽命（高空采風）。命（高空采風）。 除水和油除水和油，保證過濾器的除菌效率（冷卻，保證過濾器的除菌效率（冷卻，加熱和分離器）。加熱和分離器）。發(fā)酵生產中制備無菌空氣的大致過程發(fā)酵生產中制備無菌空氣的大致過程 空氣空氣高空取氣管高空取氣管除塵器除塵器空氣壓縮機空

21、氣壓縮機（1.96*105Pa以上，溫度以上，溫度120-150）貯貯氣罐氣罐一級冷卻器一級冷卻器（20-25 ）油水分油水分離器離器二級分離器二級分離器除霧氣除霧氣加熱器（加熱器（30-35 ）總過濾器總過濾器分過濾器分過濾器無菌空氣無菌空氣（潔凈度、壓力、溫度、流量）（潔凈度、壓力、溫度、流量）常見空氣凈化流程常見空氣凈化流程高空取氣管高空取氣管 高空取氣管是遠離地面高空取氣管是遠離地面幾十米的管子。一般而幾十米的管子。一般而言，地面附近空氣中氣言，地面附近空氣中氣含的微生物數和灰塵等含的微生物數和灰塵等均比高空空氣中含的多，均比高空空氣中含的多，據資料介紹，每升高據資料介紹，每升高10米

22、，空氣中雜菌可降低米，空氣中雜菌可降低一個數量級，因此從高一個數量級，因此從高空取氣要比從低空取氣空取氣要比從低空取氣有利的多。有利的多。空氣貯罐空氣貯罐： 主要是起緩沖主要是起緩沖作用，使用氣作用，使用氣流平穩(wěn)，同時流平穩(wěn)，同時也起到冷卻的也起到冷卻的作用。作用。 空氣冷卻器空氣冷卻器：由于空壓機出口的空氣溫度：由于空壓機出口的空氣溫度高達高達140160左右，因此必須進行冷卻。左右，因此必須進行冷卻。 1、極有可能引起過濾介質的碳化和燃燒、極有可能引起過濾介質的碳化和燃燒; 2、增加發(fā)酵罐的降溫負荷，給培養(yǎng)溫度、增加發(fā)酵罐的降溫負荷，給培養(yǎng)溫度的控制帶來困難的控制帶來困難; 3、高溫空氣會

23、增大發(fā)酵液氣體的蒸發(fā)，、高溫空氣會增大發(fā)酵液氣體的蒸發(fā)，影響微生物的生長。影響微生物的生長。旋風分離器旋風分離器旋風分離器旋風分離器利用離心力進行沉降，對于利用離心力進行沉降，對于10 m以上的微粒分離效率較高。以上的微粒分離效率較高。絲網分離器絲網分離器 其同部同時采用直接攔截，慣性碰撞，布朗擴散及凝其同部同時采用直接攔截，慣性碰撞，布朗擴散及凝聚等機理，能有效地去除空氣中的水、油霧、塵埃，聚等機理，能有效地去除空氣中的水、油霧、塵埃，內部有銹鋼絲網可清洗，使用壽命長。內部有銹鋼絲網可清洗，使用壽命長。絲網分離器絲網分離器利用慣性進行攔利用慣性進行攔截，分離效率較截，分離效率較高，能除去高，能除去25 m的細小顆粒。的細小顆粒。發(fā)酵車間的空氣過濾器發(fā)酵車間的空氣過濾器金屬燒結管空氣過濾器金屬燒結管空氣過濾器膜過濾器膜過濾器1、兩級冷卻、分離、加熱的空氣除、兩級冷卻、分離、加熱的空氣除菌流程菌流程 適應性強，各種氣候條件都行，尤其是適用于潮濕的南適應性