發(fā)酵工業(yè)的空氣除菌及其設備

空氣除菌的意義

空氣凈化除菌的原理和方法空氣調(diào)節(jié)設備空氣介質(zhì)過濾除菌設備發(fā)酵工業(yè)是我國的一大產(chǎn)業(yè),目前發(fā)酵生產(chǎn)的有酶、氨基酸、核苷、抗生素、維生素等多個系列的產(chǎn)品。發(fā)酵生產(chǎn)要順利進行的一個重要條件就是要保證微生物的純培養(yǎng)。在實際生產(chǎn)中,由于工藝設計不合理、設備缺陷、人員失誤等原因,往往造成發(fā)酵染菌。

空氣除菌的意義

常見的染菌原因主要有如下幾種:空氣帶菌、培養(yǎng)基滅菌不徹底、設備死角、環(huán)境影響、人員操作等方面。溶解氧是這些微生物生長和代謝所必不可少的條件，工業(yè)上通常以空氣做為氧源，但是空氣中含有各種各樣的微生物，它們一旦隨著空氣進入培養(yǎng)液，在適宜的條件下就會大量的繁殖，干擾甚至是破壞預定發(fā)酵的正常進行，造成發(fā)酵徹底失敗的事故。空氣除菌的意義

因此，通風發(fā)酵所需要的空氣必須是潔凈無菌的，并且要有一定的壓力和溫度的空氣，所以要對空氣進行凈化除菌和調(diào)節(jié)處理生物工業(yè)生產(chǎn)對空氣質(zhì)量的要求

1.空氣中微生物的分布

空氣凈化除菌的原理和方法空氣中的含菌量隨環(huán)境不同而有很大差異：一般干燥寒冷的北方空氣中的含菌量較少，而潮濕溫暖的南方則含菌量較多；人口稠密的城市比人口少的農(nóng)村含菌量多，地面又比高空的空氣含菌量多。各地空氣中所懸浮的微生物種類及比例各不相同，數(shù)量也隨條件的變化而異，一般設計時以含量為103-104個／m3進行計算。生物工業(yè)生產(chǎn)對空氣質(zhì)量的要求1.空氣中微生物的分布空氣中的微生物以細菌、芽孢和真菌的孢子較多，也有酵母、霉菌、放線菌和噬菌體

空氣凈化除菌的原理和方法生物工業(yè)生產(chǎn)對空氣質(zhì)量的要求

2.生物工業(yè)生產(chǎn)對空氣質(zhì)量的要求

空氣凈化除菌的原理和方法

各種不同的發(fā)酵過程，對空氣無菌程度的要求也不同：不同菌種的生產(chǎn)能力、生長速度、發(fā)酵周期、產(chǎn)物性質(zhì)、培養(yǎng)基營養(yǎng)成分和pH的差異等不同，對空氣質(zhì)量有不同的要求一般按染菌機率為10-3來計算，即1000次發(fā)酵周期所用的無菌空氣只允許1~2次染菌。

例如酵母的生長能力強、繁殖快、培養(yǎng)基不豐富、pH值低,一般對無菌要求不太高。如果是采用營養(yǎng)缺陷型菌株的肌苷或肌苷酸發(fā)酵對無菌要求則十分嚴格,一般要采用多級空氣過濾器,并要加強控制,以保證在發(fā)酵過程中不致于染菌而造成損失。生物工業(yè)生產(chǎn)對空氣質(zhì)量的要求

2.生物工業(yè)生產(chǎn)對空氣質(zhì)量的要求

無菌空氣的概念

發(fā)酵工業(yè)應用的“無菌空氣”是指通過除菌處理使空氣中含菌量降低到零或者達到潔凈度100級的潔凈空氣，它已能夠滿足發(fā)酵工業(yè)的要求。

空氣凈化除菌的原理和方法

潔凈度100級是指處理后的空氣中≥0.5μm的微粒小于或等于100個ft3（1ft3=0.0283168m3）、生物微粒0.1個/ft3、沉降量1200個/（ft2.周）（1ft2=0.92903m2)空氣凈化除菌的方法

空氣除菌就是殺滅或除去空氣中的微生物，空氣除菌的方法有很多種，如輻射，化學藥品殺菌和加熱殺菌（使有機蛋白質(zhì)變性失活）靜電吸附和介質(zhì)過濾（利用分離的方法將微生物粒子除去）。目前仍以介質(zhì)過濾法較好，也是大多數(shù)發(fā)酵廠廣泛采用的方法。空氣凈化除菌的原理和方法空氣凈化除菌的方法1.熱殺菌

是一種可靠的有效的殺菌方法，空氣進入培養(yǎng)系統(tǒng)前，一般均需用壓縮機，提高壓力，此時空氣的溫度可達200℃以上，若能保持一定時間，可是微生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)發(fā)生變性，從而實現(xiàn)殺菌的目的。空氣凈化除菌的原理和方法空氣凈化除菌的方法1.熱殺菌

空氣進口溫度為21℃，空氣的出口溫度為187～198℃，壓力為0.7MPa。從壓縮機出口到空氣儲罐管道加保溫層，空氣達高溫后保持一段時間，保證微生物死亡。為了加長空氣的高溫時間，防止空氣在貯罐中走短路，最好在貯罐內(nèi)加裝導流筒。將空氣加熱至一定溫度，并維持一定時間，殺滅空氣中的微生物。空氣中的細菌芽孢在218℃維持24S，就被殺死。

空氣凈化除菌的原理和方法空氣凈化除菌的原理和方法空氣凈化除菌的方法

1.熱殺菌保溫維持管空氣壓縮機儲罐空氣凈化除菌的原理和方法空氣凈化除菌的方法

1.熱殺菌采用熱殺菌裝置時，還應裝有空氣冷卻器，并排除冷凝水，以防止在管道設備死角積聚而造成雜菌繁殖的場所。在進入發(fā)酵罐前，應加裝分過濾器以保證安全。但采用這樣系統(tǒng)壓縮機能量消耗會相應增大，壓縮機耐熱性能要增加，零部件也要選用耐熱材料加工。空氣凈化除菌的原理和方法

原理:射線、β射線、γ射線、紫外線、超聲波等從理論上講都能破壞蛋白質(zhì)，破壞生物活性物質(zhì)，從而起到殺菌作用。應用范圍:通常用于無菌室和醫(yī)院手術室。空氣凈化除菌的方法

2.輻射滅菌殺菌效率較低，殺菌時間較長。一般要結(jié)合甲醛蒸汽等來保證無菌室的無菌程度。不適宜大規(guī)模的空氣滅菌。空氣凈化除菌的原理和方法空氣凈化除菌的方法3.靜電除菌

靜電除塵能除去空氣中的水霧，油霧，塵埃和微生物等，利用靜電引力來吸附帶電粒子而達到除塵、除菌的目的。懸浮于空氣中的微生物，其孢子大多帶有不同的電荷，沒有帶電荷的微粒進入高壓靜電場時都會被電離變成帶電微粒。一些工廠也會用靜電除菌的方法，但不是常用的方法。常用于潔凈工作室中使用空氣凈化除菌的原理和方法空氣凈化除菌的方法3.靜電除菌

電離區(qū)是一系列等距平行且接地的極板，極板間帶鎢絲或不繡鋼絲放電線，叫離化線。放電線接上10kＶ的直流電壓時，它與接地極板之間形成很強的電位梯度電場。空氣所帶的細菌微粒通過電離區(qū)后，被電離而帶電荷。

空氣凈化除菌的原理和方法空氣凈化除菌的方法3.靜電除菌

捕集區(qū)是由高壓電極板與接地電極板組成，交替排列，平行于氣流方向。高壓電極板上加上5kv直流電壓，極板間形成一均勻電場，氣流流過時，帶正電荷的微粒受庫倫力作用，產(chǎn)生一個向負極板移動的速度，這個速度與氣流的拖帶速度合成一個傾向負極板的合速度向極板移動，最后吸附在極板上。

空氣凈化除菌的原理和方法空氣凈化除菌的方法3.靜電除菌

空氣凈化除菌的原理和方法空氣凈化除菌的方法3.靜電除菌

捕集的微粒積聚到一定厚度，極板間的火花放電加劇，極板電壓下降，微粒的吸附力減弱甚至隨氣流飛散，除菌效率很快下降。要保持高的除菌效率，應定期清洗，一般電極板上塵厚lmm時應清洗。通常是采用噴水管自動噴水清洗。空氣凈化除菌的原理和方法空氣凈化除菌的方法4.過濾除菌

讓含菌空氣通過過濾介質(zhì)以阻截空氣中所含微生物，而取得無菌空氣的方法。通過過濾處理的空氣可達無菌，并有足夠的壓力和適宜的溫度以供耗氧培養(yǎng)過程使用。該法是目前廣泛用來獲得大量無菌空氣的常規(guī)方法。一個空氣過濾器的功能是從氣體中除去污染物（微生物）以使達到所需的氣體的無菌程度。過濾除菌是目前生物技術工業(yè)常使用的空氣除菌方法空氣凈化除菌的原理和方法空氣凈化除菌的方法4.過濾除菌

為了保證過濾后的空氣達到凈化標準,過濾前的空氣要進行降溫、除水、除油、減濕的處理。據(jù)文獻記載,只有當壓縮空氣的相對濕度60%,高效過濾器內(nèi)的過濾介質(zhì)保持干燥時,空氣通過高效過濾方能達到過濾的期望值。空氣凈化除菌的原理和方法空氣凈化除菌的方法

4.過濾除菌

過濾器經(jīng)常被認為是一種簡單的網(wǎng)或篩子，過濾/分離是在一個平面上進行的。實際上，空氣過濾器的濾材具有深度。“彎曲通道”的結(jié)果對污染物的去除起到了輔助作用。空氣凈化除菌的原理和方法空氣凈化除菌的方法

4.過濾除菌

絕對過濾和深層過濾絕對過濾：主要特點是過濾介質(zhì)孔隙小于或大大小于被過濾的微粒直徑，其孔隙小于0.5mm，甚至小于0.1mm（一般大小為1mm），將空氣中的細菌除去。空氣凈化除菌的原理和方法空氣凈化除菌的方法

4.過濾除菌

深層過濾：污染物被過濾介質(zhì)內(nèi)部捕獲的一種過濾方式，濾孔貫穿于整個介質(zhì)厚度。又分為兩種——

②用超細玻璃纖維（紙）、石棉板、燒結(jié)金屬板、聚乙烯醇、聚四氟乙烯等為介質(zhì)，濾層薄，仍屬于深層過濾的范疇。①以纖維（以棉花、玻璃纖維、尼龍等）或顆粒狀（活性炭）介質(zhì)為過濾層，這種過濾層較深，其空隙一般大于50mm，即遠大于細菌，因此這種除菌不是真正意義上的過濾作用，而是靠靜電、擴散、慣性和阻截等作用將細菌截留在濾層中。空氣凈化除菌的原理和方法介質(zhì)過濾除菌的原機理

當微粒隨氣流通過過濾器層時，過濾層纖維所形成的網(wǎng)格阻礙氣流前進，使氣流無數(shù)次改變運動速率和運動方向，繞過纖維等介質(zhì)而前進，而灰塵和微生物因碰撞、阻截、吸附、擴散等作用被截留在截止層內(nèi)，達到除菌的目的。

介質(zhì)過濾的設備及操作費用低廉，適用于大量空氣的凈化處理。空氣凈化除菌的原理和方法介質(zhì)過濾除菌的原機理

阻礙導致氣流出現(xiàn)無數(shù)次改變運動速度和方向，繞過纖維前進，從而產(chǎn)生了五種作用機理。1、慣性沖擊滯留作用機理2、攔截滯留作用機理3、布朗擴散作用機理4、重力沉降作用機理5、靜電吸附作用機理空氣凈化除菌的原理和方法介質(zhì)過濾除菌的原機理

1、慣性沖擊滯留作用機理

當微生物等顆粒物隨空氣以一定速度接近纖維時，氣流遇到纖維阻礙，會改變運動方向繞過纖維繼續(xù)前進，而顆粒物由于具有一定的質(zhì)量，借慣性作用而碰在纖維表面，并由于摩擦、粘附作用，被滯留在纖維表面上，這叫做慣性沖擊滯留作用。空氣凈化除菌的原理和方法介質(zhì)過濾除菌的原機理

1、慣性沖擊滯留作用機理

(a)慣性空氣凈化除菌的原理和方法介質(zhì)過濾除菌的原機理

1、慣性沖擊滯留作用機理

慣性力與氣流流速成正比，當流速過低時，慣性捕集作用很小，甚至接近于零；當空氣流速增至足夠大時，慣性捕集則起主導作用。當氣流速度下降時，微粒的運動速度隨之下降，微粒的動量減少，慣性力減弱，微粒脫離主導氣流的可能性也減少，相應纖維滯留微粒的寬度減小，即捕集效率下降。

慣性捕集是空氣過濾器除菌的重要作用，其大小取決于顆粒的動能和纖維的阻力，也就是取決于氣流的流速。

空氣凈化除菌的原理和方法介質(zhì)過濾除菌的原機理

1、慣性沖擊滯留作用機理

纖維能滯留微粒的寬度區(qū)間d與纖維直徑df之比稱為單纖維的慣性碰撞捕集效率，用η1表示即

η1＝d/df實踐證明，η1是慣性力的無因次準數(shù)φ的函數(shù)

空氣凈化除菌的原理和方法介質(zhì)過濾除菌的原機理2.攔截滯留作用

降低氣流速度，可使慣性截留作用接近于零，此時的氣流速度成為臨界氣流速度。氣流速度在臨界速度以下時，微粒不能因慣性滯留于纖維上，捕集效率顯著下降。但實踐證明，隨著氣流速度的繼續(xù)下降，纖維對微粒的捕集效率又回升，說明有另一種機理在起作用，這就是攔截滯留作用。空氣凈化除菌的原理和方法介質(zhì)過濾除菌的原機理2.攔截滯留作用

微生物微粒直徑很小，質(zhì)量很輕，它隨低速氣流流動慢慢靠近纖維時，微粒所在的主導氣流流線受纖維所阻，從而改變流動方向，繞過纖維前進，而在纖維的周邊形成一層邊界滯流區(qū)。滯流區(qū)的氣流速度更慢，進到滯流區(qū)的微粒慢慢靠近和接觸纖維而被粘附滯留，稱為攔截滯留作用。空氣凈化除菌的原理和方法介質(zhì)過濾除菌的原機理2.攔截滯留作用

單個纖維對微粒阻攔效率可表示為R－微粒和纖維直徑之比ρ－空氣密度（kg/m3）Re－空氣流的雷諾準數(shù)Re=dfVρ/μ空氣凈化除菌的原理和方法介質(zhì)過濾除菌的原機理2.攔截滯留作用

(b)攔截空氣流速愈小，纖維直徑愈細，阻攔滯留作用愈大。在介質(zhì)過濾除菌中，攔截滯留作用不是主要的。空氣凈化除菌的原理和方法介質(zhì)過濾除菌的原機理3.布朗擴散截留作用

小顆粒在流速很慢的氣流中產(chǎn)生的一種不規(guī)則直線運動，稱為布朗擴散運動。

這種運動使較小微粒凝聚為較大微粒，隨即可能產(chǎn)生重力沉降或被介質(zhì)截留。微粒愈小，分子運動的速度愈大。空氣流速低時，分子運動比較顯著，微小粒子被除去的機會增加；空氣流速大時，凝聚現(xiàn)象為慣性沖擊滯留所取代。(c)擴散空氣凈化除菌的原理和方法介質(zhì)過濾除菌的原機理3.布朗擴散截留作用由于擴散而導致的微粒阻集效率η3。R－微粒和纖維直徑之比Re－空氣流的雷諾準數(shù)df纖維直徑空氣凈化除菌的原理和方法介質(zhì)過濾除菌的原機理4、重力沉降作用

微粒雖小，但仍具有重力。當微粒所受的重力大于氣流對它的拖帶力時，微粒就發(fā)生沉降現(xiàn)象。

就單一重力沉降而言，大顆粒比小顆粒作用顯著對于小顆粒只有氣流速度很慢時才起作用。重力沉降作用一般是與攔截作用相配合(d)重力空氣凈化除菌的原理和方法介質(zhì)過濾除菌的原機理5、靜電吸附作用

干空氣對非導體的物質(zhì)作相對運動摩擦時，會產(chǎn)生靜電現(xiàn)象，對于纖維和樹脂處理過的纖維，尤其是一些合成纖維更為顯著。懸浮在空氣中的微生物大多帶有不同的電荷。這些帶電荷的微粒會被帶相反電荷的介質(zhì)所吸附。空氣凈化除菌的原理和方法介質(zhì)過濾除菌的原機理5、靜電吸附作用

此外，表面吸附也屬這個范疇，如活性炭的大部分過濾效能應是表面吸附作用。(e)靜電空氣凈化除菌的原理和方法介質(zhì)過濾除菌的原機理

當空氣流過介質(zhì)時，上述五種除菌機理同時起作用，氣流速度不同，起主要作用的機理也就不同。

當氣流速度較大時，除菌效率隨氣流流度的增加而增加，此時慣性沖擊起主要作用；當氣流速度較小時，除菌效率隨氣流流度的增加而降低，此時布朗擴散起主要作用；當氣流速度中等時，攔截滯留起主要作用。如果空氣流速過大，除菌效率又下降，則是由于已被捕集的微粒又被湍動的氣流夾帶返回到空氣中。空氣凈化除菌的原理和方法介質(zhì)過濾除菌的原機理

上述機理中，有時很難分辨是哪一種單獨起作用。圖是單纖維除菌總效率ηs(包括慣性、擴散、攔截等作用)與氣流速度的關系。空氣凈化除菌的原理和方法介質(zhì)過濾除菌的原機理

就纖維過濾器而言，重力沉降作用和靜電吸附不計，則單個纖維的阻集效率η可表示為

η＝η1+η2+η3空氣介質(zhì)過濾除菌的流程1.對空氣過濾除菌流程的要求

空氣過濾除菌流程是按發(fā)酵生產(chǎn)對無菌空氣要求具備的參數(shù)，如無菌程度、空氣壓力、溫度等，并結(jié)合吸氣環(huán)境的空氣條件和所用除菌設備的特性，根據(jù)空氣的性質(zhì)而制定的。空氣介質(zhì)過濾除菌設備空氣介質(zhì)過濾除菌的流程1.對空氣過濾除菌流程的要求

流程的制訂就根據(jù)所在的地理、氣候環(huán)境和設備條件而考慮。

如在環(huán)境污染比較嚴重的地方，要考慮改變吸風的條件，以降低過濾器的負荷，提高空氣的無菌程度；在溫暖潮濕的南方，要加強除水設施，以確保和發(fā)揮過濾器的最大除菌效率；在壓縮機耗油嚴重的設備流程中則要加強消除油霧的污染等等。空氣介質(zhì)過濾除菌設備空氣介質(zhì)過濾除菌的流程1.對空氣過濾除菌流程的要求

總之，生物工業(yè)生產(chǎn)中所使用的空氣除菌流程要根據(jù)生產(chǎn)的具體要求和各地的氣候條件而制定，要保持過濾器具有較高的過濾效率，要維持一定的氣體流速和不受油和水的干擾，滿足發(fā)酵生產(chǎn)的需要。

由于空氣中的雜菌通常依附在塵埃、油霧、水霧等，純凈干空氣不適合雜菌的生存，因此，空氣除菌前有個預處理過程。無菌空氣預處理包括對空氣進行冷卻、除水及雜質(zhì)、加熱以降低相對濕度的一系列過程。下面簡單的介紹幾種典型的空氣除菌的流程。空氣介質(zhì)過濾除菌設備幾種典型的空氣除菌流程

1.兩級冷卻、分離、加熱的空氣除菌流程

尤其適用潮濕的地區(qū)，其他地區(qū)可根據(jù)當?shù)氐那闆r，對流程中的設備作適當?shù)脑鰷p。比較完善的空氣除菌流程，可適應各種氣候條件，能充分地分離油水，使空氣達到低的相對濕度下進入過濾器，以提高過濾效率。空氣介質(zhì)過濾除菌設備幾種典型的空氣除菌流程1.兩級冷卻、分離、加熱的空氣除菌流程

這是一個比較完善的空氣除菌流程。其特點是：兩次冷卻、兩次分離和適當加熱。兩次冷卻、兩次分離油水的主要優(yōu)點是可節(jié)約冷卻用水，油水分離比較完全，保證干過濾。壓縮空氣經(jīng)第一次冷卻后，大部分的水、油結(jié)成顆粒較大、濃度較高的霧粒，可用旋風分離器分離；第二次冷卻，使空氣進一步析出其中的油和水，形成較小的霧粒，可用絲網(wǎng)分離器分離。此時，空氣的相對濕度還是100%，可用加熱的方法把空氣的相對濕度降到50～60%。空氣介質(zhì)過濾除菌設備幾種典型的空氣除菌流程1.兩級冷卻、分離、加熱的空氣除菌流程

空氣介質(zhì)過濾除菌設備幾種典型的空氣除菌流程

2.冷熱空氣直接混合式空氣除菌流程

該流程適應于中等濕含量的地區(qū)，特點是：可省去第二次冷卻分離設備和空氣再加熱設備，流程簡單，冷卻水用量少，利用壓縮空氣的熱量提高空氣溫度。壓縮空氣從貯罐分成兩部分流出，一部分進入冷卻器，冷卻到較低溫度，經(jīng)分離器分離水、油霧后與另一部分未處理的高溫高壓空氣混合后進入過濾器過濾。空氣的冷卻溫度和空氣分配比的關系隨吸取空氣的參數(shù)而變化。空氣介質(zhì)過濾除菌設備幾種典型的空氣除菌流程

2.冷熱空氣直接混合式空氣除菌流程

空氣介質(zhì)過濾除菌設備幾種典型的空氣除菌流程

3.高效前置過濾空氣除菌流程

該流程使空氣先經(jīng)中效、高效過濾后，進人空氣壓縮機。經(jīng)前置高效過濾器后，空氣的無菌程度已達99.99％，再經(jīng)冷卻、分離和主過濾器過濾后，空氣的無菌程度就更高。高效前置過濾器采用泡沫塑料（靜電除菌）和超細纖維紙串聯(lián)使用做過濾介質(zhì)。

空氣介質(zhì)過濾除菌設備幾種典型的空氣除菌流程

3.高效前置過濾空氣除菌流程

特點是利用壓縮機的抽吸作用，使空氣先經(jīng)中、高效過濾后，再進入空氣壓縮機，這樣就降低了主過濾器的負荷。采用了高效率的前置過濾設備，使空氣經(jīng)過多次過濾，因而所得的空氣無菌程度比較高。

空氣介質(zhì)過濾除菌設備幾種典型的空氣除菌流程

3.高效前置過濾空氣除菌流程

空氣介質(zhì)過濾除菌設備空氣介質(zhì)過濾除菌設備1.粗過濾器

安裝在空氣壓縮機前的粗過濾器，其主要作用：捕集較大的灰塵顆粒，防止壓縮機受損，同時也可減輕總過濾器負荷。粗過濾器一般要求過濾效率高，阻力小，否則會增加空氣壓縮機的吸入負荷和降低空氣壓縮機的排氣量。

空氣介質(zhì)過濾除菌設備空氣介質(zhì)過濾除菌設備1.粗過濾器

常用的粗過濾器有：布袋過濾、填料式過濾、油浴洗滌和水霧除塵等。空氣介質(zhì)過濾除菌設備空氣介質(zhì)過濾除菌設備1.粗過濾器油浴洗滌器

空氣進入裝置后要通過油箱中的油層洗滌，空氣中的微粒被油黏附而逐漸沉降于油箱底部而被除去，經(jīng)過油浴的空氣因帶有油霧，需要經(jīng)過百葉窗式的圓盤，分離較大粒油霧，再經(jīng)過濾網(wǎng)分離小顆粒油霧后，由中心管吸入壓縮機。這種洗滌器效果比較好，對有分離不凈的油霧帶入壓縮機時也無影響，阻力也不大，但耗油量大。空氣介質(zhì)過濾除菌設備空氣入口空氣介質(zhì)過濾除菌設備1.粗過濾器水霧除塵器

空氣從設備底部進入，經(jīng)上部噴下的水霧洗滌，將空氣中的灰塵、微生物微粒黏附沉降，從器底排出。帶有微細小霧的潔凈空氣經(jīng)上部過濾網(wǎng)過濾后排出，進入壓縮機經(jīng)洗滌后的空氣可除去大部分的微粒和小部分微小粒子。空氣介質(zhì)過濾除菌設備空氣介質(zhì)過濾除菌設備2.空氣壓縮機

由于供發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)用的空氣要求在生產(chǎn)過程中克服各種阻力，因此要求提供生產(chǎn)用的空氣有一定的壓力，壓力有0.2-0.3MPa具有這樣壓力的空氣屬于低壓壓縮空氣，提供大量的低壓壓縮空氣最理想的設備是離心式空氣壓縮機。但是目前往復式空氣壓縮機還廣泛的應用于工業(yè)生產(chǎn)上。

空氣介質(zhì)過濾除菌設備空氣介質(zhì)過濾除菌設備

2.空氣壓縮機空氣除菌中除去水霧油霧的原因：（1）導致傳熱系數(shù)降低，給空氣冷卻帶來困難。（2）如果油霧的冷卻分離不干凈，帶入過濾器會堵塞過濾介質(zhì)的纖維空隙，增大空氣壓力損失。（3）黏附在纖維表面，可能成為微生物微粒穿透濾層的途徑，降低過濾效率，嚴重時還會浸潤介質(zhì)而破壞過濾效果。

空氣介質(zhì)過濾除菌設備空氣介質(zhì)過濾除菌設備2.空氣壓縮機

分為離心式空氣壓縮機和往復式空氣壓縮機兩種。離心式：輸氣量大，輸出空氣壓力穩(wěn)定，效率高，輸出的空氣不帶油霧。往復式：靠活塞在氣缸內(nèi)的往復運動而將空氣抽吸和壓出。壓力不穩(wěn)定，有油霧。空氣介質(zhì)過濾除菌設備空氣介質(zhì)過濾除菌設備2.空氣壓縮機

離心式空氣壓縮機一般由電機直接帶動渦輪，靠渦輪高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的空穴現(xiàn)象，吸入空氣并使得空氣獲得較高的離心力，在通過固定的導輪和渦輪形成機殼，使部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓后輸出。

空氣介質(zhì)過濾除菌設備空氣介質(zhì)過濾除菌設備2.空氣壓縮機

往復式空氣壓縮機是靠活塞在汽缸內(nèi)的往復運動而將空氣抽吸和壓出的，因此出口的壓力不穩(wěn)定，而且因為汽缸內(nèi)要加入潤滑活塞的潤滑油，使空氣中帶有油霧，導致傳熱系數(shù)降低，給空氣的冷卻帶來困難，如果油霧冷卻分離的不干凈，帶入過濾器會堵塞過濾介質(zhì)，增大空氣壓力損失。

空氣介質(zhì)過濾除菌設備空氣介質(zhì)過濾除菌設備2.空氣壓縮機

往復式空氣壓縮機有單缸，多缸之分。多缸的有W形V形L形H形對置式等氣缸排列方式，直立式和臥立式現(xiàn)在生產(chǎn)已經(jīng)很少見，若以出口的壓力來分類，往復式空氣壓縮機可以分為高壓（8~100MPa）及低壓（1MPa）之分。空氣介質(zhì)過濾除菌設備空氣介質(zhì)過濾除菌設備2.空氣壓縮機

目前國內(nèi)生產(chǎn)的往復式的壓縮機除小型的單缸之外，大多是雙缸二級壓縮的。所謂的二級壓縮是指，空氣進入第一級汽缸壓縮和中間冷卻后進入第二級汽缸進行壓縮，然后排出，雙缸的壓縮機多以L型的最為普遍，對于生物工業(yè)生產(chǎn)而言，認為壓力過高，對動力消耗不夠節(jié)約，因此常常把二級壓縮的氣缸改為可以單獨吸入新鮮空氣的低壓氣缸，這樣兩個低壓氣缸都可以吸入新鮮空氣，輸氣量為之增加，出口的壓力降低。空氣介質(zhì)過濾除菌設備空氣介質(zhì)過濾除菌設備3.空氣儲罐貯氣罐的作用：（1）消除脈動維持罐壓的穩(wěn)定。（2）使部分液滴在罐內(nèi)沉降。（3）保溫滅菌。

空氣介質(zhì)過濾除菌設備空氣介質(zhì)過濾除菌設備

3.空氣儲罐

大多數(shù)空氣儲罐緊接著壓縮機安裝，雖然由于空氣溫度較高，容器要求稍大，但對設備防腐，冷卻器熱交換都有好處，往復式空氣壓縮機由于排氣壓力不穩(wěn)定，在其后面安裝空氣儲罐，以使后面的管道，容器壓力穩(wěn)定，氣流速度均勻。空氣介質(zhì)過濾除菌設備空氣介質(zhì)過濾除菌設備3.空氣儲罐

V=0.1~0.2VCV儲罐體積,m3VC壓縮機的排氣量m3/min空氣介質(zhì)過濾除菌設備安全閥壓力表排氣管人孔進氣管排污口空氣介質(zhì)過濾除菌設備3.空氣儲罐

儲罐的結(jié)構(gòu)簡單，有些單位在儲罐內(nèi)安有冷卻蛇管，利用空氣冷卻器排出的冷卻水進行冷卻，提高冷卻水的利用效率，有的在儲罐內(nèi)加裝導筒，使進入儲罐的熱空氣沿一定的路線經(jīng)過，增加殺菌效果。空氣介質(zhì)過濾除菌設備人孔空氣介質(zhì)過濾除菌設備4.氣液分離器

是利用各種填料如焦炭、活性炭、瓷環(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抽霧。將空氣中被冷凝成霧狀的水霧和油霧粒子除去的設備一般常用的有旋風式和填料式。空氣介質(zhì)過濾除菌設備空氣介質(zhì)過濾除菌設備4.氣液分離器（1）旋風分離器構(gòu)造：進氣管、上筒體、下錐體和中央升氣管等操作原理：空氣介質(zhì)過濾除菌設備含塵氣體由進氣管進入旋風分離器后，沿圓筒的切線方向，自上而下作圓周運動。顆粒在隨氣流旋轉(zhuǎn)過程中，受到的離心力大，故逐漸向筒壁運動，到達筒壁后沿壁面落下，自錐體排出進入灰斗。凈化后的氣流在中心軸附近范圍內(nèi)由下而上做旋轉(zhuǎn)運動，最后經(jīng)頂部排氣管排出。空氣介質(zhì)過濾除菌設備4.氣液分離器（1）旋風分離器

①

旋風分離器的直徑不要太大，因為氣流旋轉(zhuǎn)運動所產(chǎn)生的離心力與分離器的半徑成反比，如果半徑太大，分離的效率進會降低，要分離空氣量大時，可采用多個分離器并聯(lián)。②進口的空氣流速要適當，氣流速度小分離的效果差，但如果氣流速度過大，則能量損失的多，同時也會產(chǎn)生渦流降低效率。空氣介質(zhì)過濾除菌設備空氣介質(zhì)過濾除菌設備4.氣液分離器（1）旋風分離器

旋風分離器對于分離10μm以上的微粒效率較高，但是10μm以下的微粒較為困難分離，一般的冷凝水霧粒的大小為10~200μm可以選用旋風分離器進行分離，旋風分離器的壓頭損失通常是500~2000Pa。空氣介質(zhì)過濾除菌設備空氣介質(zhì)過濾除菌設備4.氣液分離器（2）填料式分離器

填料式分離器是利用各種填料如焦炭、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。空氣介質(zhì)過濾除菌設備空氣介質(zhì)過濾除菌設備5.空氣冷卻器

常用的類型有：立式列管式熱交換器、沉浸式熱交換器、噴淋式熱交換器等等。目前采用的冷卻器多為列管式換熱器。熱空氣中夾帶的油、水蒸汽經(jīng)冷凝，由器底的油水排出閥排除。空氣介質(zhì)過濾除菌設備空氣介質(zhì)過濾除菌設備5.空氣冷卻器

使用列管式的熱交換器時，冷卻水在管內(nèi)流動，流速為0.5-3m/s空氣在殼體內(nèi)流動，流速為2-15m/s。為了增加冷卻水的流速，可采用多程（一般為2-4程）熱交換器，同時增加空氣在殼內(nèi)的湍流運動，如果水質(zhì)條件好雜質(zhì)不易積成水垢時，為了提高空氣的給熱系數(shù)，可安排空氣走管內(nèi)，造成多程流動以提高空氣的流速。空氣介質(zhì)過濾除菌設備空氣介質(zhì)過濾除菌設備6.空氣過濾器（1）空氣過濾除菌的對數(shù)穿透定律

過濾除菌效率穿透率是經(jīng)過濾后空氣中剩留顆粒數(shù)與原有顆粒數(shù)之比，過濾效率是被捕集的顆粒數(shù)與原有顆粒數(shù)之比（也叫捕集效率）。空氣介質(zhì)過濾除菌設備空氣介質(zhì)過濾除菌設備6.空氣過濾器（1）空氣過濾除菌的對數(shù)穿透定律四點假定：

在研究空氣過濾器的過濾規(guī)律時，先排除一些復雜的因素,因此我們假定（1）過濾器中過濾介質(zhì)每一纖維的空氣流態(tài)并不因其他鄰近纖維的存在而受影響；（2）空氣中的微粒與纖維表面接觸后即被吸附，不再被氣流卷起帶走；（3）過濾器的過濾效率與空氣中微粒的濃度無關；（4）空氣中微粒在濾層中的遞減均勻，即每一纖維薄層除去同樣百分率的菌體。空氣介質(zhì)過濾除菌設備空氣介質(zhì)過濾除菌設備6.空氣過濾器（1）空氣過濾除菌的對數(shù)穿透定律

介質(zhì)過濾效率與介質(zhì)纖維直徑關系很大，在其他條件相同時，介質(zhì)纖維直徑越小，過濾效率越高。對于相同介質(zhì)，過濾效率與介質(zhì)濾層厚度、介質(zhì)填充密度和空氣流量有關。空氣介質(zhì)過濾除菌設備空氣介質(zhì)過濾除菌設備6.空氣過濾器（1）空氣過濾除菌的對數(shù)穿透定律

空氣介質(zhì)過濾除菌設備式中N1——過濾前空氣中微粒含量，個／m3 N2——過濾后空氣中微粒含量，個／m3。我們把過濾前后空氣中微粒濃度的比值，即穿透濾層的微粒濃度N2與原微粒濃度N1的比值，稱為穿透率。過濾效率空氣介質(zhì)過濾除菌設備6.空氣過濾器（1）空氣過濾除菌的對數(shù)穿透定律

空氣介質(zhì)過濾除菌設備式中L－－過濾介質(zhì)層厚度，m； K——過濾常數(shù)，1／m。上式即為深層介質(zhì)過濾除菌的對數(shù)穿透定律，它表示進人濾層的微粒濃度與穿透濾層的微粒濃度之值的對數(shù)是濾層厚度的函數(shù)。其常數(shù)K的值與多個因素有關，如纖維的種類、直徑、填充密度，空氣流速和空氣中微粒的直徑等。空氣介質(zhì)過濾除菌設備6.空氣過濾器（1）空氣過濾除菌的對數(shù)穿透定律

空氣介質(zhì)過濾除菌設備L90：過濾效率90％的濾層厚度。空氣介質(zhì)過濾除菌設備6.空氣過濾器

空氣介質(zhì)過濾除菌設備（2）空氣過濾常用介質(zhì)

過濾介質(zhì)是過濾除菌的關鍵，它的好壞不但影響到介質(zhì)的消耗量，過濾過程的動力消耗，操作的勞動強度，維護管理等，而且決定設備的結(jié)構(gòu)、尺寸還關系到運轉(zhuǎn)過程的可靠性。過濾對介質(zhì)的要求：吸附性強，除菌效率高，耐受高溫高壓，不易被油水污染，阻力小，空氣流量大，成本低，易更換。空氣介質(zhì)過濾除菌設備6.空氣過濾器

空氣介質(zhì)過濾除菌設備（2）空氣過濾常用介質(zhì)

要評價過濾介質(zhì)是否優(yōu)越，最重要的是看它的過濾效率，而過濾效率是過濾常數(shù)K和慮層厚度L的函數(shù)，K值越大，L值越小越好同時阻力降ΔP越小越好，因此可以把KL/ΔP的值做為過濾介質(zhì)的綜合評價指標。空氣介質(zhì)過濾除菌設備6.空氣過濾器

空氣介質(zhì)過濾除菌設備（2）空氣過濾常用介質(zhì)

1.棉花

棉花是傳統(tǒng)的過濾介質(zhì)，工業(yè)上和實驗上都常用，儲藏過久纖維會發(fā)脆甚至是斷裂，增加了壓強降，脫脂棉因為吸濕而降低了過濾效果。裝填時要分層均勻鋪砌，最后要壓緊，裝填密度150~200kg/m3為好，如果壓的不緊或者是裝填不均勻，會造成空氣短路，甚至是翻動而喪失過濾效果。空氣介質(zhì)過濾除菌設備6.空氣過濾器

空氣介質(zhì)過濾除菌設備（2）空氣過濾常用介質(zhì)

2.玻璃纖維

直徑8-19μ

m，直徑越小越好，但小易斷，增加空氣阻力，填料系數(shù)不宜過大一般采用6%~10%，阻力損失一般比棉花要小，如果采用硅硼玻璃纖維，可制成較細直徑的高強度纖維可除去0.01μm的微粒，故可以除去噬菌體3.活性碳

大表面，物理吸附，空氣阻力小，常夾帶在二層棉花中降低阻力，為整個過濾器的1/3-1/2空氣介質(zhì)過濾除菌設備6.空氣過濾器

空氣介質(zhì)過濾除菌設備（2）空氣過濾常用介質(zhì)

4.超細玻璃纖維紙:

超纖微玻璃紙是利用較好的無堿玻璃，采用噴吹法制成的直徑很小的纖維（1~1.5μm）由于纖維特別的小故不宜散裝填充，而是采用造紙的方法做成0.25~1μm厚的纖維紙，過濾效率較高。超纖微玻璃紙雖然過濾效率較高，但是由于纖維細短，強度很差，容易收到空氣的沖擊而破壞。為了增加強度采用樹脂處理，但是要注意樹脂的濃度，濃度過大會堵塞小孔，采用厚濾紙可以增加過濾效率和強度，但是也增大了過濾阻力空氣介質(zhì)過濾除菌設備6.空氣過濾器

空氣介質(zhì)過濾除菌設備（2）空氣過濾常用介質(zhì)

藍石棉20％加80％紙將混合打漿。溫強度大，過濾效率低，耐蒸氣反復殺菌。由于纖維空隙比較大，雖然濾板較厚（3~5mm）但過濾效率較低，其特點是濕強度大，受潮時也不易穿孔或折斷，能耐受蒸汽反復殺菌，使用時間較長。5.石棉濾板：

空氣介質(zhì)過濾除菌設備6.空氣過濾器

空氣介質(zhì)過濾除菌設備（2）空氣過濾常用介質(zhì)

6.燒結(jié)材料過濾介質(zhì)：

燒結(jié)過濾材料介質(zhì)種類很多，如燒結(jié)金屬、燒結(jié)陶瓷，燒結(jié)塑料等，制造時用這些材料的微粒粉末加壓成型后，處于熔點溫度以下凝結(jié)成型，但是只是粉末表面熔融黏結(jié)保持粒子的空間和空隙，形成微孔道，具有微孔過濾作用。空氣介質(zhì)過濾除菌設備6.空氣過濾器

空氣介質(zhì)過濾除菌設備（2）空氣過濾常用介質(zhì)

隨著科學的發(fā)展和發(fā)酵條件的需要，研究出來的一種新型的過濾介質(zhì)微孔徑只有0.1-0.22μm小于細菌的直徑，故菌體粒子不能通過，也就是絕對過濾7、新型過濾介質(zhì)：

可耐蒸汽殺菌的膜材料有PVDF(聚偏氟乙烯)和PTFE(聚四氟乙烯)這種濾膜可以全部濾除微生物，但不能濾除噬菌體，另一類可以除去小至0.01μm的微粒所以可以濾除所有的噬菌體。（英國的DH公司研究出的空氣過濾器可以100%的濾除0.01μm以上的微粒，可以耐121℃反復殺菌，被公認為是最保險安全的空氣過濾器.)7、新型過濾介質(zhì)：

圓筒型JPF空氣過濾器

1—濾芯2--殼體空氣介質(zhì)過濾除菌設備6.空氣過濾器

空氣介質(zhì)過濾除菌設備提高過濾除菌效率的措施鑒于目前所采用的過濾介質(zhì)均需要干燥條件下才能進行除菌，因此需要圍繞介質(zhì)來提高除菌效率。（3）保證進口空氣清潔度，如加強生產(chǎn)場地衛(wèi)生管理，正確選擇進風口，加強空氣壓縮前的預處理。（4）降低進入空氣過濾器的空氣相對濕度，如使用無油潤滑的空氣壓縮機，加強空氣冷卻和去油，提高進入過濾器的空氣溫度。（1）設計合理的空氣預處理設備，選擇合適的空氣凈化流程，以達到除油、水和雜質(zhì)的目的。（2）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(zhì)。空氣介質(zhì)過濾除菌設備6.空氣過濾器

（3）過濾器結(jié)構(gòu)

空氣介質(zhì)過濾除菌設備

纖維介質(zhì)深層過濾器孔板——金屬絲網(wǎng)——麻布織品——棉花——麻布織品——活性炭——麻布織品——棉花——麻布織品——金屬絲網(wǎng)——孔板立式圓筒形，內(nèi)部充填過濾介質(zhì)，空氣由下向上通過過濾介質(zhì)，以達到除菌的目的。空氣介質(zhì)過濾除菌設備6.空氣過濾器

（3）過濾器結(jié)構(gòu)

空氣介質(zhì)過濾除菌設備

纖維介質(zhì)深層過濾器

空氣過濾器的尺寸主要包括直徑D和有效濾層高度L。其中，D可由下式求出式中qv——空氣流經(jīng)過濾器時的體積流量，m3／s； vs——空截面空氣速度，m／s。空截面空氣速度一般取0.1～0.3m／s，按操作工藝而定，原則是應使過濾器在較高過濾效率的氣流速度區(qū)運行。空氣介質(zhì)過濾除菌設備6.空氣過濾器

（3）過濾器結(jié)構(gòu)

空氣介質(zhì)過濾除菌設備平板式纖維紙分過濾器由筒身、頂蓋、濾層、夾板和緩沖層構(gòu)成。空氣從筒身中部切線方向進入，空氣中的水霧油霧沉于桶底，由排污管排出，空氣經(jīng)緩沖層通過下孔板經(jīng)薄層介質(zhì)過濾后，從上孔板進入頂蓋排氣孔排出。空氣介質(zhì)過濾除菌設備6.空氣過濾器

（3）過濾器結(jié)構(gòu)

空氣介質(zhì)過濾除菌設備平板式纖維紙分過濾器過濾器的直徑可由過濾面積決定。過濾面積按通過過濾器的空氣體積流量V（m3／s）和空氣流過該介質(zhì)時的視過濾速度Vs（m／s）計算空氣介質(zhì)過濾除菌設備6.空氣過濾器

（3）過濾器結(jié)構(gòu)

空氣介質(zhì)過濾除菌設備

管式過濾器將過濾介質(zhì)卷入裝在孔管上成為管式過濾器，過濾面積大，其單位體積的過濾面積比平板式大得多。可用于一般的含微粒小的空氣過濾。空氣介質(zhì)過濾除菌設備6.空氣過濾器

（3）過濾器結(jié)構(gòu)

空氣介質(zhì)過濾除菌設備

折疊式過濾器為了將很大的過濾面積安裝在較小體積的設備內(nèi)，可將長長的濾紙接折成瓦楞狀，安裝在楞條支撐的濾框內(nèi)，濾紙的周邊用環(huán)氧樹脂與濾框粘結(jié)密封。

生物工業(yè)生產(chǎn)均涉及純培養(yǎng)，均需要潔凈的環(huán)境，而且對空氣也有一定的要求，不僅要求空氣具有一定的無菌度和壓力，而且要求空氣具有一定的濕度和溫度，在對空氣進行處理時既要進行凈化除菌操作，又要進行狀態(tài)調(diào)節(jié)。空氣調(diào)節(jié)設備空氣調(diào)節(jié)設備空氣增減濕的原理

1.濕空氣的性質(zhì)（1）濕度x濕空氣中所含的水蒸氣質(zhì)量與所含的絕干空氣質(zhì)量之比，稱為空氣的濕度，也稱濕含量，以x表示，單位為Kg水蒸氣/Kg干空氣。

若濕空氣中水蒸氣的分壓強PW等于該空氣濕度下水的飽和蒸氣壓PS，這空氣就稱為被水蒸氣所飽和，空氣的飽和濕度用XS表示可由下式所決定：

由于水的飽和蒸氣壓只與溫度有關，故飽和濕度Xs決定于它的溫度和總壓。空氣調(diào)節(jié)設備空氣調(diào)節(jié)設備

（2）相對濕度ф相對濕度是表示濕空氣飽和程度的一個量，它是濕空氣里水蒸氣分壓與同溫度下水的飽和蒸氣壓之比（通常以百分數(shù)表示）。—空氣中水蒸汽分壓（Pa）—同溫下水的飽和蒸汽壓（Pa）空氣調(diào)節(jié)設備（3）熱含量I濕空氣的熱含量（或簡稱焓）就是其中絕干空氣的熱含量與水蒸氣熱含量之和。為了便于計算，以1kg絕干空氣為基準，以0℃為基溫（起點），取0℃時空氣的熱含量和液體水的熱含量都為零，所以空氣的熱含量只計算其顯熱部分，而水蒸氣的熱含量則包括水在0℃時的汽化潛熱和水蒸氣在0℃以上的顯熱。空氣調(diào)節(jié)設備空氣增減濕的原理

2．空氣增減濕的原理

定義：空氣的增濕或減濕過程是空氣與水兩相間的傳熱與傳質(zhì)同時進行的過程，所謂的增濕，是指增加空氣的濕含量；減濕則是減少空氣的濕含量。

空氣增濕機理：MN是水與空氣的兩相界面，在界面上空氣的濕含量為xi，空氣主體濕含量為x，濕球溫度為ti，所以xi就是ti下飽和空氣的濕含量。由于xi大于x，故在濕含量差Δx＝xi-x的作用下，空氣不斷增濕，也就是說，在濕度差推動力的作用下，水分不斷由兩相界面擴散到空氣中去，進行傳質(zhì)。與此同時也進行著傳熱過程。由于空氣的溫度高于水的溫度，借助對流給熱，空氣把熱量傳給水，放出顯熱而使自身溫度降低，水吸收空氣的顯熱而溫度升高。空氣調(diào)節(jié)設備空氣調(diào)節(jié)設備空氣增減濕的原理

2．空氣增減濕的原理

水MN空氣xix水分ttwti潛熱顯熱空氣增濕機理空氣減濕機理水MN空氣xix水分ttwti潛熱顯熱顯熱空氣調(diào)節(jié)設備空氣的增濕和減濕方法增濕方法（1）往空氣中通往直接蒸汽。當空氣初溫較低時，可按計算蒸汽直接加入空氣中混合，使空氣增濕。其結(jié)果是空氣的濕含量增加了，但溫度也隨之升高。應用：當大氣溫度溫度太低時，可以采用此法，以達到既增濕又升溫的目的。缺點：采用這種方法來增濕，既難于使?jié)窨諝膺_到飽和，又不能使空氣降溫，故通常不能單獨使用。（2）噴水。使水以霧狀噴入不飽和空氣中使空氣增濕。最常用的方法是將大量水噴灑于不飽和空氣中，結(jié)果使部分水汽化后進入空氣中，得到近乎飽和的濕空氣，并使空氣降溫。缺點：該法在生產(chǎn)操作中難于精確控制，因而不方便應用。應用：使水噴灑于不飽和空氣中，結(jié)果使部分噴水凈化后進入空氣中，并使空氣降溫。這是應用最普遍的增濕方法。空氣調(diào)節(jié)設備（3）空氣混合增濕：使待增濕的空氣與高濕含量的空氣混合而增濕。這種把兩種不同狀態(tài)的空氣混合的方法，可以得到未飽和空氣、飽和空氣或過飽和空氣。應用：這種利用兩種不同狀態(tài)的空氣進行混合的過程，在通風式發(fā)芽的空氣調(diào)節(jié)中獲得廣泛的應用。優(yōu)點:從表層出來的空氣，濕含量高，把其中一部分循環(huán)與