微生物工程(發(fā)酵)第四章 無(wú)菌空氣的制備

1、第四章 無(wú)菌空氣(kngq)的制備共五十四頁(yè) 需氧微生物發(fā)酵所需氧氣來(lái)源于空氣，且需長(zhǎng)時(shí)間無(wú)間斷供應(yīng)，因此空氣的除菌非常重要。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，空氣系統(tǒng)(xtng)的染菌占總?cè)揪鷶?shù)的20，居第二位。 需建立確保無(wú)菌、簡(jiǎn)化流程、節(jié)約能源的空氣除菌系統(tǒng)。共五十四頁(yè)4.1無(wú)菌空氣(kngq)的標(biāo)準(zhǔn)4.1.1空氣中微生物的分布規(guī)律易附著(fzhu)于固體表面或液滴中，含菌量隨環(huán)境不同而有很大的差別： 潮濕南方多，干燥北方少； 人口稠密處多，人口稀少處少； 低空多，高空少 選擇良好的取風(fēng)位置與提高除菌系統(tǒng)效率同樣重要。共五十四頁(yè)4.1.1空氣(kngq)中微生物的分布規(guī)律城市(chngsh)一般含菌量： 103

2、個(gè)/m3或104個(gè)/m3共五十四頁(yè)結(jié)論：由于空氣中微生物是依附于塵埃、微粒及微細(xì)的水滴上，故凈化(jnghu)空氣就是要除去懸浮于空氣中的塵埃和細(xì)微水滴，使之無(wú)菌。4.1.1空氣中微生物的分布(fnb)規(guī)律共五十四頁(yè)4.1.2發(fā)酵(f jio)對(duì)空氣無(wú)菌程度的要求空氣中的微生物多是細(xì)菌(xjn)孢子，以及酵母、霉菌和病毒，常見(jiàn)菌株大小見(jiàn)右表：菌株直徑um長(zhǎng) um產(chǎn)氣桿菌1.01.51.02.5蠟狀芽孢桿菌1.32.08.125.8地衣芽孢桿菌0.50.71.83.3變形桿菌0.51.01.03.0銅綠假單胞菌0.30.50.50.8流感桿菌0.30.50.51.0噬菌體0.020.04共五十四

3、頁(yè)故認(rèn)為只要將0.3um以上的微粒全部除掉，就可達(dá)到無(wú)菌;生物工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)無(wú)菌空氣的無(wú)菌程度要求是：一般要求1000次使用(shyng)周期中只允許有一個(gè)菌通過(guò)，即經(jīng)過(guò)濾后空氣的無(wú)菌程度為N=10-3。共五十四頁(yè)需注意：不同的發(fā)酵過(guò)程對(duì)空氣除菌要求不同：一般酵母發(fā)酵時(shí)，pH低，周期短，抗雜菌能力(nngl)強(qiáng)，無(wú)菌要求低；細(xì)菌或細(xì)胞發(fā)酵時(shí)，周期長(zhǎng)，自身抗感染能力弱，無(wú)菌要求高。共五十四頁(yè)4.1.3空氣(kngq)含菌量的測(cè)定光學(xué)法與培養(yǎng)(piyng)法；粒子計(jì)數(shù)測(cè)定法；固定膜采樣法；共五十四頁(yè)4.2 空氣除菌方法(fngf)顯然用高熱蒸汽來(lái)加熱保溫滅菌不現(xiàn)實(shí)常用(chn yn)方法：過(guò)濾法其它

4、方法：熱殺法、射線法、靜電除菌法。共五十四頁(yè)4.2.1熱殺法微生物加熱(ji r)后體內(nèi)蛋白質(zhì)（酶）的氧化變性而死亡。原理：利用空氣壓縮時(shí)溫度的升高來(lái)實(shí)現(xiàn)，根據(jù)多變壓縮公式：T1T2=P2P1m-1 mm為多變指數(shù)(zhsh)，取1.21.3共五十四頁(yè)熱殺菌(sh jn)空氣熱滅菌流程(lichng)示意圖1-空氣壓縮機(jī) 2-粗過(guò)濾器 3-保溫管 4-貯氣罐 5-保溫罐 6-列管式冷卻器 7-渦輪壓縮機(jī) 8-預(yù)熱器 9-粗過(guò)濾器 10-空氣吸入塔共五十四頁(yè)4.2.1熱殺法優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)生空氣量大，熱殺時(shí)間短，維持設(shè)備不必太龐大。不足：設(shè)備必須耐高壓(goy)、高溫，且需加大冷卻器的熱負(fù)荷。因此從經(jīng)濟(jì)

5、角度考慮，實(shí)際生產(chǎn)中較少采用。共五十四頁(yè)4.2.2靜電(jngdin)除塵法原理:在強(qiáng)度較大的電場(chǎng)中，負(fù)極出現(xiàn)電暈現(xiàn)象，使附近(fjn)的中性分子電離為正負(fù)離子，并向兩極運(yùn)動(dòng)。因負(fù)離子的移動(dòng)距離大，所以使固體和液體微粒向正極運(yùn)動(dòng)，而在正極沉淀。正極為沉淀極，負(fù)極為電暈極。共五十四頁(yè)靜電(jngdin)除菌電極鋼絲鋼管絕緣瓶鋼板空氣出口封頭管板法蘭空氣進(jìn)口靜電除塵器裝置(zhungzh)圖管式靜電除菌器共五十四頁(yè)4.2.2靜電(jngdin)除塵法特點(diǎn)：除塵效率高（1um微塵去除率達(dá)99以上）能量消耗少（處理1000m3只需0.4-0.8度電）空氣阻力小不足：前期投入高、因使用(shyng)高壓

6、電技術(shù)，故制造、安裝復(fù)雜、維修要求嚴(yán)格。共五十四頁(yè)4.3過(guò)濾(gul)除菌利用能定期(dngq)滅菌的過(guò)濾介質(zhì)阻截流過(guò)的空氣中所含有的微生物，從而獲得無(wú)菌空氣。目前生物工業(yè)生產(chǎn)中最常用、適用的空氣除菌方法。共五十四頁(yè)按過(guò)濾介質(zhì)的空隙大小(dxio)，可分為絕對(duì)過(guò)濾介質(zhì)和深層過(guò)濾介質(zhì)。絕對(duì)過(guò)濾介質(zhì)：空隙小于細(xì)菌和孢子，當(dāng)空氣通過(guò)時(shí)，微生物被阻留在介質(zhì)的一側(cè)。深層過(guò)濾介質(zhì)：孔隙大于微生物，為了達(dá)到除菌效果，必須具有一定厚度。共五十四頁(yè)纖維介質(zhì)深層過(guò)濾除菌的原理氣流通過(guò)濾層時(shí)基于濾層纖維的層層阻礙，迫使氣體在流動(dòng)(lidng)中出現(xiàn)無(wú)數(shù)次改變速度和方向的繞流運(yùn)動(dòng)，而導(dǎo)致菌體微粒與濾層纖維間產(chǎn)生撞擊、

7、攔截、布朗擴(kuò)散、重力沉降和靜電引力作用，把微粒截留、捕集在纖維表面上，達(dá)到過(guò)濾的目的。4.3過(guò)濾(gul)除菌共五十四頁(yè)(c)擴(kuò)散(b)攔截(a)慣性(d)重力(e)靜電共五十四頁(yè) 利用慣性、攔截和擴(kuò)散作用除去顆?；蛞旱蔚睦w維工作(gngzu)原理空氣(kngq)過(guò)濾空氣共五十四頁(yè)4.4過(guò)濾介質(zhì)(jizh)和過(guò)濾器結(jié)構(gòu)共五十四頁(yè)2.4.1常用(chn yn)過(guò)濾介質(zhì)4.4.1常用過(guò)濾(gul)介質(zhì)過(guò)濾介質(zhì)是過(guò)濾除菌過(guò)程中的關(guān)鍵，它直接影響除菌的效果，動(dòng)力的消耗，設(shè)備的尺寸以及運(yùn)行的可靠性。常見(jiàn)的過(guò)濾介質(zhì)有：棉花，超細(xì)玻璃纖維，各種合成纖維，微孔燒結(jié)材料和微孔超濾膜等。共五十四頁(yè)2.4.1常用(

8、chn yn)過(guò)濾介質(zhì)4.4.1常用過(guò)濾(gul)介質(zhì)棉花應(yīng)選用長(zhǎng)纖維并疏松的新鮮棉花；標(biāo)準(zhǔn)：壓緊后仍有彈性，長(zhǎng)度適中（2-3cm），直徑16-21um，實(shí)密度1520kg/m3，填充密度130-150 1520kg/m3，填充率8.5-10%；為使填充均勻，可先制成棉墊。共五十四頁(yè)2.4.1常用過(guò)濾(gul)介質(zhì)玻璃纖維8-19um的無(wú)堿玻璃纖維，直徑小，過(guò)濾效率好，不易吸水，壓降小，耐高溫，光滑，不易長(zhǎng)菌。靜電引力起重要作用；缺點(diǎn)：體積大，不易填充；換裝(hun zhun)時(shí)纖維有大量碎末；2.4.1常用過(guò)濾介質(zhì)玻璃纖維8-19um的無(wú)堿玻璃纖維，直徑小，過(guò)濾效率好，不易吸水，壓降小，耐高

9、溫，光滑，不易長(zhǎng)菌。靜電引力起重要作用；缺點(diǎn)：體積大，不易填充；換裝時(shí)纖維有大量碎末；共五十四頁(yè)2.4.1常用過(guò)濾(gul)介質(zhì)活性炭吸附微生物的能力遠(yuǎn)低于棉花，故其主要作用是位于兩層棉花之間，使氣流均勻(jnyn)再分布。2.4.1常用過(guò)濾介質(zhì)活性炭吸附微生物的能力遠(yuǎn)低于棉花，故其主要作用是位于兩層棉花之間，使氣流均勻再分布。共五十四頁(yè)2.4.1常用過(guò)濾(gul)介質(zhì)超細(xì)纖維玻璃紙直徑1-2um，厚0.25-1mm的無(wú)堿玻璃纖維(b lixinwi)紙。具很高的過(guò)濾效率，較低的過(guò)濾阻力，堅(jiān)韌，抗?jié)瘢?.4.1常用過(guò)濾介質(zhì)超細(xì)纖維玻璃紙直徑1-2um，厚0.25-1mm的無(wú)堿玻璃纖維紙。具很高

10、的過(guò)濾效率，較低的過(guò)濾阻力，堅(jiān)韌，抗?jié)瘢?.4.1常用過(guò)濾介質(zhì)共五十四頁(yè)優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)度高、壽命長(zhǎng)、耐高溫，可逆洗再生、使用方便；不足：填充率高、流量小、壓力降大、容易阻塞，實(shí)際需要數(shù)目多，接點(diǎn)(ji din)多，易造成泄露污染，很難徹底滅菌。優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)度高、壽命長(zhǎng)、耐高溫，可逆洗再生、使用方便；不足：填充率高、流量小、壓力降大、容易阻塞，實(shí)際需要數(shù)目(shm)多，接點(diǎn)多，易造成泄露污染，很難徹底滅菌。共五十四頁(yè)微孔聚合物：聚乙烯醇過(guò)濾板，將聚乙烯醇乙?；?，并涂敷耐熱樹脂(shzh)制成；能高溫滅菌，安裝方便，微孔多、過(guò)濾效率高，壓力降小。微孔聚合物：聚乙烯醇過(guò)濾板，將聚乙烯醇乙?；?，并涂敷耐熱(na

11、i r)樹脂制成；能高溫滅菌，安裝方便，微孔多、過(guò)濾效率高，壓力降小。4.4.1常用過(guò)濾介質(zhì)共五十四頁(yè)4.4.1常用過(guò)濾(gul)介質(zhì)石棉濾板用纖維短而直的藍(lán)石棉與紙漿纖維混合打漿而成。過(guò)濾效率較低；不易穿孔或折斷，可耐受蒸汽反復(fù)(fnf)滅菌，抗?jié)窆参迨捻?yè)4.4.1常用(chn yn)過(guò)濾介質(zhì)新型過(guò)濾介質(zhì)用四氟乙烯經(jīng)膨化而制成的過(guò)濾介質(zhì)；優(yōu)點(diǎn)(yudin)：過(guò)濾面積大、流量快、阻力小、體積小共五十四頁(yè)4.4.2過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)(jigu)深層棉花過(guò)濾器一般為立式(l sh)圓筒形，下方為進(jìn)氣口，上方出氣口；介質(zhì)安裝順序：孔板、鐵絲網(wǎng)、麻布、棉花、麻布、活性炭、麻布、棉花、麻布、鐵絲網(wǎng)、孔板；深

12、層纖維介質(zhì)空氣過(guò)濾器進(jìn)氣口壓緊架出氣口纖維介質(zhì)換熱夾套活性炭共五十四頁(yè)使用(shyng)注意事項(xiàng)：安裝后用空氣蒸汽吹一段時(shí)間，打開(kāi)檢查是否有松動(dòng)，以補(bǔ)加。使用一段時(shí)間后必須滅菌，由上向下通入0.2-0.2MPa干燥蒸汽，約45min，然后用壓縮空氣吹干。共五十四頁(yè)4.5無(wú)菌空氣(kngq)的制備流程空氣(kngq)壓縮后，溫度不變，相對(duì)濕度會(huì)增加，易析出水滴，會(huì)對(duì)過(guò)濾介質(zhì)造成影響，故空氣(kngq)壓縮后應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，使除油、降低濕度后再進(jìn)入空氣(kngq)過(guò)濾器。一般使用冷卻再加熱法；共五十四頁(yè)4.5無(wú)菌空氣(kngq)的制備流程采風(fēng)（高度）預(yù)過(guò)濾（去除5m的微粒）空氣壓縮 0.6-0.

13、8MPa空氣(kngq)儲(chǔ)罐（穩(wěn)定壓力，沉降作用）冷卻（去除水分）油水分離（利用離心力去除油滴、液滴）共五十四頁(yè)除霧（填料式除霧器，捕集小液滴）加熱 （50，空氣(kngq)相對(duì)濕度60%）總過(guò)濾 80-90%罐前除霧 99%預(yù)過(guò)濾 99.9999%除菌過(guò)濾（精過(guò)濾）共五十四頁(yè)利用熱空氣加熱冷空氣的除菌流程1-高空采風(fēng)(ci fng) 2-粗過(guò)濾器 3-空壓機(jī) 4-熱交換器 5-冷卻器 6、7-旋風(fēng)分離器 8-空氣總過(guò)濾器 9-空氣分過(guò)濾器共五十四頁(yè)空氣壓縮冷卻過(guò)濾(gul)流程1-粗過(guò)濾器 2-空氣壓縮機(jī) 3-貯罐 4-冷卻器 5-過(guò)濾器共五十四頁(yè)共五十四頁(yè)2.5.3壓縮空氣(ysu kng

14、q)預(yù)處理設(shè)備空氣氣口的高度與位置：采取10m以上(yshng)的高度，遠(yuǎn)離廢氣的排氣口。2.5.3壓縮空氣預(yù)處理設(shè)備空氣氣口的高度與位置：采取10m以上的高度，遠(yuǎn)離廢氣的排氣口。共五十四頁(yè)粗過(guò)濾器：在壓縮機(jī)吸入口之前(zhqin)的過(guò)濾器，捕集空氣中較大的灰塵以減少對(duì)壓縮機(jī)的磨損。阻力小，容塵量大。常用的粗過(guò)濾器有：布袋過(guò)濾、填料式過(guò)濾、油浴洗滌和水霧除塵等。共五十四頁(yè)空氣壓縮機(jī)：往復(fù)式空氣壓縮機(jī)由活塞在汽缸中往復(fù)運(yùn)動(dòng)，完成吸氣、壓縮、排氣；氣流不穩(wěn)定、脈沖(michng)大、空氣油含量高；共五十四頁(yè)渦輪式壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)，氣體(qt)由于離心力向周圍蝸殼通道運(yùn)動(dòng)，獲得較高壓強(qiáng)后排出

15、，排氣量大、占地小、壓力穩(wěn)定、不含油霧；但噪音過(guò)大。共五十四頁(yè)螺桿式空壓機(jī)目前較理想的空壓機(jī)，占地(zhn d)小，供氣量大，油霧少或無(wú)油霧，噪音小。共五十四頁(yè)冷卻：空氣壓縮后溫度上升，若直接通入空氣過(guò)濾器，會(huì)損壞過(guò)濾介質(zhì)，影響(yngxing)培養(yǎng)基溫度及培養(yǎng)物的生長(zhǎng)；因此，必須冷卻。冷卻：空氣壓縮后溫度(wnd)上升，若直接通入空氣過(guò)濾器，會(huì)損壞過(guò)濾介質(zhì)，影響培養(yǎng)基溫度(wnd)及培養(yǎng)物的生長(zhǎng)；因此，必須冷卻。4.5.1壓縮空氣預(yù)處理原理共五十四頁(yè)空氣(kngq)貯罐 作用：消除壓縮機(jī)排出空氣量的脈沖，維持穩(wěn)定的空氣壓力，同時(shí)也可以利用重力沉降作用分離(fnl)部分油霧。安全閥壓力表排氣管

16、人孔進(jìn)氣管共五十四頁(yè)共五十四頁(yè)空氣(kngq)換熱設(shè)備常用的類型有：立式(l sh)列管式熱交換器、沉浸式熱交換器、噴淋式熱交換器和板翹式熱交換器等。共五十四頁(yè)析水設(shè)備(shbi)旋風(fēng)分離機(jī) 作用：將空氣中被冷凝(lngnng)成霧狀的水霧和油霧粒子除去的設(shè)備。 共五十四頁(yè)析水設(shè)備(shbi)絲網(wǎng)除沫器利用(lyng)各種填料如焦炭、活性炭、磁環(huán)、金屬絲網(wǎng)、塑料絲網(wǎng)等的慣性攔截作用分離空氣中水霧或油霧。共五十四頁(yè)具有熱交換器的預(yù)處理流程：冷卻(lngqu)后的壓縮空氣與壓縮機(jī)出口溫度較高的空氣進(jìn)行熱交換，節(jié)省熱能和冷卻(lngqu)水。共五十四頁(yè)析水設(shè)備(shbi)絲網(wǎng)除沫器利用(lyng)各種填料如焦炭、活性炭、磁環(huán)、金屬絲網(wǎng)、塑料絲網(wǎng)等的慣性攔截作用分離空氣中水霧或油霧。共五十四頁(yè)本章(bn zhn)小結(jié)空氣除菌的主要原因發(fā)酵(f jio)對(duì)空氣無(wú)菌程度的要求空氣除菌方法：過(guò)濾法、熱殺法、射線法、靜電除菌法原理纖維介質(zhì)深層過(guò)濾除菌的原理常用過(guò)濾介質(zhì)及其優(yōu)缺點(diǎn)壓縮空氣預(yù)處理的原因共五十四頁(yè)內(nèi)容摘要第四章 無(wú)菌空氣的制備。需建立確保無(wú)菌、簡(jiǎn)化流程、節(jié)約能源的空氣除菌系統(tǒng)。103個(gè)/m3或104個(gè)/m3?？諝庵械奈⑸锒嗍?/p>