《第五章 空气供给工程设备》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第五章 空气供给工程设备（123页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,第五章 空气供给工程设备,内容,空气中微生物的分布 发酵工业对空气无菌程度的要求 空气除菌的方法 介质过滤除菌的机理 介质过滤除菌的工艺 介质过滤除菌的设备及计算 空气调节的方法 空气调节的工艺 设备及计算,概述,需氧微生物的纯培养 纯O2，是否可以？,关于抗生素生产企业发酵染菌的分析及资料统计,GMP,生物工程技术生产药品时，要符合药品生产和质量管理规范（Good Manufacturing Practice，GMP ) 洁净级别：根据国家药品生产质量管理规范（GMP）的要求，生物制品、药品的生产场地也需符合空气洁净度要求并有相应的管理手段。,第一节 空气除菌设备,一、空气除菌和灭菌方法
2、二、空气过滤除菌流程 三、空气预处理设备 四、介质过滤除菌,一、空气除菌和灭菌方法,1. 空气中微生物的分布 2. 发酵对空气无菌程度的要求 3.空气除菌及方法,1. 空气中微生物的分布,空气的组成：各种气体及颗粒 空气中的微生物：细菌及其芽孢、酵母、真菌和病毒 分布方式：依附在尘埃上 数量：103104个/m3,空气中微生物的含量和种类随地区，季节和空气中灰尘粒子多少，以及人们的活动情况而异。 空气中的微生物种类以细菌和细菌芽孢较多，也有酵母，霉菌和病毒。 这些微生物一般附着在空气中的灰尘上或雾滴上。,空气中微生物如何检测？,检测：培养法或光学法测定其近似值？,2. 发酵对空气无菌程度的要求
3、,好气性发酵过程中需要大量的无菌空气，空气要做到绝对无菌在目前是不可能的，也是不经济的。 发酵对无菌空气的要求是 ：无菌，无灰尘，无杂质，无水，无油，正压等几项指标。 发酵对无菌空气的无菌程度要求因菌种的生产能力的强弱、生长速度的快慢、发酵周期的长短等的不同而异。 其要求为：只要在发酵过程中不因无菌空气染菌，而造成损失即可。,“无菌空气”：是指通过除菌处理使空气中的含菌量降低到某一个水平，从而使污染的可能性降至极小。 根据生物产品的不同，可以按染菌概率10-310-6来表示无菌程度，10-3染菌率表示1000次培养所用的无菌空气只允许1次染菌。 空气除菌流程是按生产对无菌空气要求具备的参数，根
4、据空气的性质而制定的，同时还要结合吸气环境的空气条件和所用设备的特性进行考虑。,发酵用无菌空气的质量标准,（1）连续提供一定流量的压缩空气； （2）空气的压强（表压）0.2-0.4MPa； （3）进入过滤器之前，空气的相对湿度小于70； （4）进入发酵罐的空气温度可比培养温度高1030； （5）压缩空气的洁净度，取失败率为10-3。,3.空气除菌及方法,定义：除去或杀灭空气中的微生物。 常用的除菌方法有介质过滤、辐射、化学药品、加热、静电吸附等。 辐射杀菌、化学药品杀菌、干热杀菌等都是将有机体蛋白质变性而破坏其活力，从而杀灭空气中的微生物。 介质过滤和静电吸附方法则是利用分离方法将微生物粒子除
5、去。,（1） 辐射杀菌,超声波、高能阴极射线、X射线、射线、射线、紫外线。 紫外线：253.7265nm时杀菌效力最强，它的杀菌力与紫外线的强度成正比，与距离的平方成反比。 辐射灭菌：一些表面的以及对流不强情况下有限空间内空气的灭菌,应用范围与缺点,通常用于无菌室和医院手术室。 杀菌效率较低，杀菌时间较长。一般要结合甲醛蒸汽等来保证无菌室的无菌程度。,（2）热灭菌法,机理：加热后使微生物体内蛋白质（酶）氧化而致死亡。 有效、可靠 需要消耗大量能源和增设大量的换热设备，从技术经济上来看不是很合理。,（3）静电除菌,利用静电引力来吸附带电离子而达到除尘灭菌的目的 优点：阻力小，染菌率低，平均低于1
6、0-15 ，除水、除油的效果好，耗电少 ，可同时除去水雾、油雾、尘埃 缺点：设备庞大 、一次性投资较大 、捕集率尚嫌不够，需要采取其它措施。受气体温、湿度等的操作条件影响较大。,按气流方向分为立式和卧式，按沉淀极极型式分为板式和管式，按沉淀极板上粉尘的清除方法分为干式、湿式等,卧式静电除尘器,管式静电除尘器,（4）介质过滤除菌,含菌空气通过过滤介质，以阻截空气流中所含微生物，从而取得无菌空气的方法。最常用的获得大量无菌空气的常规方法。 从经济性、可操作性、有效性等方面考虑，生物加工过程的无菌空气基本上采用介质过滤的方法进行。,（4）介质过滤除菌,1. 介质过滤除菌机理 2. 空气过滤设备的计算
7、设计 3. 过滤介质,过滤介质分类,介质间孔隙大于微生物直径，有一定厚度的介质滤层才能达到过滤除菌的目的，这类过滤介质有棉花、活性炭、玻璃纤维、烧结材料等 而另一类孔隙小于细菌，含细菌等微生物的空气通过介质，微生物就被截留于介质上而实现过滤除菌，有时称之为绝对过滤。除去0.2m左右的粒子，故可以把微生物全部过滤除去。,介质过滤除菌机理,直接拦截 惯性冲击 重力沉降 拦截 布朗扩散 静电吸附,直接拦截,流体中的基本过滤机制 本质是一种筛分效应，机械拦截颗粒 例如：一种简单的筛网可以拦截尺寸大于其孔径的颗粒 绝对截留：颗粒直径大于过滤介质间隙- 颗粒被捕获在滤材纤维之间形成的孔中 搭桥作用：通过搭
8、桥作用，尺寸小于滤孔的颗粒也可被拦截,直接拦截,直接拦截,直接拦截,通过搭桥作用，尺寸小于滤孔的颗粒也可被拦截 搭桥机理： 不规则形状的颗粒 / 方向性 多个颗粒同时撞击到同一个滤孔,堆积在过滤器表面的颗粒可以形成滤饼，提高过滤效率 拦截在过滤器表面的颗粒堆积成颗粒层 当过滤器表面完全被一个厚的颗粒层所覆盖时，所谓的“滤饼”即已形成了。 滤饼颗粒间的孔隙亦如同一种过滤器，对细颗粒的拦截效率通常由此而提高,直接拦截,不规则形状的搭桥,惯性冲击滞留作用机理,空气通过滤层时，气流仅能从纤维间的间隙通过，由于纤维纵横交错，错综复杂，迫使空气流不断地改变运动方向和速度。 惯性冲击滞留作用：当微粒以一定的
9、速度垂直纤维方向运动时，空气受阻即改变方向，绕过纤维前进。而微粒由于运动惯性较大，未能及时改变运动方向，直冲到纤维的表面，由于摩擦黏附就滞留在纤维表面上。,惯性撞击,当流经过滤介质时流体必须沿弯曲通道行进。 这将增加过滤机制的有效性。,惯性撞击,停留的颗粒减小了滤孔孔径,惯性撞击,惯性撞击,当流体改变运动方向时，惯性使颗粒撞击到滤材表面并由于吸附力而停留,拦截滞留作用,拦截滞留作用：当微粒随低速气流流动慢慢靠近纤维时，微粒所在的主导气流流线受纤维所阻而改变流动方向，绕过纤维前进，并在纤维的周边形成一层边界滞流区。 滞流区内的气流速度更慢，进入其中的微粒慢慢靠近和接触纤维而被黏附滞留,布朗扩散截
10、留作用,布朗扩散：直径很小的微粒在缓慢流动的气流中能产生一种不规则的直线运动； 较大空间、较大气速时不起作用； 缓慢流动的气流和极小的纤维间隙间：增强了微粒与纤维的接触和被捕捉,扩散拦截,被随机运动的气体分子碰撞的颗粒 撞击到过滤介质上并被吸附截留,过滤除菌机理,当空气流过介质时，上述五种除菌机理同时起作用 气流速度不同，起主要作用的机理也就不同。当气流速度较大时，除菌效率随空气流速的增加而增加，惯性冲击起主要作用； 气流速度较小，除菌效率随气流速度的增加而降低，此时扩散起主要作用； 气流速度中等，可能是截留起主要作用。如果空气流速过大，除菌效率又下降，则是由于已被捕集的微粒又被湍动的气流夹带
11、返回到空气中。,4、过滤介质的类型,表面过滤介质: 编织网粉末烧结 深度过滤介质: 纤维材料结构 棉花 活性炭或玻璃纤维 有机合成纤维 浇铸膜结构,1表面过滤介质,所有滤孔在一个平面上 依靠直接拦截捕获颗粒,表面或筛网过滤的局限,主要依靠直接拦截。小于孔径的颗粒将穿过。 惯性撞击无效. 扩散拦截有微效.,2深度过滤介质,污染物被介质内部结构捕获的一种 过滤介质，滤孔贯穿于整个介质厚度。 调整流道可以获得高容污能力,深度过滤介质,介质过滤除菌的工艺,空气过滤除菌流程是按生产对无菌空气要求具备的参数，根据空气的性质而制订的，同时还要结合吸气环境的空气条件和所用设备的特性进行考虑。 对于一般要求的低
12、压无菌空气，可直接采用一般鼓风机增压后进入过滤器，经一、二次过滤除菌而制得。 而一般的深层通气发酵，除要求无菌空气具有必要的无菌程度外，还要具有一定的压力，这就需要比较复杂的空气除菌流程。,二、空气过滤除菌流程,按生产对无菌空气要求具备的参数结合吸气环境的空气条件和所用除菌设备的特性，根据空气的性质而制定的。 空压机或鼓风机：提高压力，克服阻力，（除水除油） 风压要求低，输送距离短，无菌要求也不高的场合及具有自吸作用的发酵系统离心式鼓风机增压。,发酵厂所使用的空气除菌流程，随各地的气候条件及设备条件不同而有很大的差别。 要保持过滤器有比较高的过滤效率，应维持一定的气流速度和不受油、水的干扰。气
13、流速度可由操作来控制；要保持不受油、水干扰则要有一系列冷却、分离、加热的设备来保证空气的相对湿度在5060的条件下过滤。,（一）两级冷却、加热除菌流程,两级冷却、加热除菌流程优点,适应各种气候条件，能充分地分离油水，使空气达到低的相对湿度下进入过滤器，以提高过滤效率 两次冷却、两次分离、适当加热。 两次加热、两次分离油水的好处是能提高传热系数，节约冷却水，油水分离得比较完全,油水分离装置两级冷却器,第一冷却器冷却后，大部分的水、油都已结成较大的颗粒，且雾粒浓度较大，故适宜用旋风分离器分离。 第二冷却器使空气进一步冷却后析出一部分较小雾粒，宜采用丝网分离器分离,加热装置,第一级冷却到3035，第
14、二级冷却到2025。 除水后，空气的相对湿度仍较高，须用丝网分离器后的加热器加热空气，使其相对湿度降低至5060%，以保证过滤器的正常运行。 分水后加热到3035，因为温度升高，相对湿度下降。 两级冷却、加热除菌流程尤其适用潮湿的地区,（二）冷热空气直接混合式空气除菌流程,原理：压缩空气从贮罐出来后分成两部分：一部分进入冷却器，冷却到较低温度，经分离器分离水、油雾后与另一部分未处理过的高温压缩空气混合，混合空气已达到温度为3035，相对湿度为5060%的要求，再进入过滤器过滤。,优点,特点：可省去第二次冷却后的分离设备和空气加热设备，流程比较简单，利用压缩空气来加热析水后的空气，冷却水用量少等
15、 此流程适用于中等混合量的地区。,（三）高效前置过滤空气除菌流程,高效前置过滤空气除菌流程,高效率的前置过滤设备，利用压缩机的抽吸作用，使空气先经中、高效过滤后，再进入空气压缩机 空气无菌程度比较高,（四）利用热空气加热冷空气的流程,利用热空气加热冷空气的流程,利用压缩后热空气和冷却后的冷空气进行交换，使冷空气的温度升高，降低相对湿度。 此流程对热能的利用比较合理，热交换器还可以兼做贮气罐 但由于气气交换的传热系数很小，加热面积要足够大才能满足要求,填充物的装填顺序如下： 孔板铁丝网麻布棉花麻布活性碳麻布棉花麻布铁丝网孔板,三、空气预处理过程设备,（一）空气预处理的作用与原理 （二）空气预处理
16、设备,（一）空气预处理的作用与原理,目的 1提高压缩空气的洁净度，降低空气过滤器的负荷； 2去除压缩后空气中所带的油水，以合适的空气湿度和温度进入空气过滤器。,如何提高压缩空气的洁净度？,提高压缩前空气的洁净度的主要措施是提高空气吸气口的位置和加强吸入空气的前过滤。 前过滤：布袋过滤器、填料过滤器、油浴洗涤和水雾除尘装置,（二）空气预处理设备,1粗过滤器：捕集较大的灰尘颗粒，防止压缩机受损，同时也可减轻总过滤器负荷。 粗过滤器一般要求过滤效率高，阻力小，否则会增加空气压缩机的吸入负荷和降低空气压缩机的排气量。 常用的粗过滤器：布袋过滤；填料过滤；油浴洗涤；水雾除尘。,袋式过滤器,是应用广泛的一种除尘器，对细尘粒（15m）的效率达到99以上。其适应性较强，不受粉尘比电阻的影响，也不存在其它污染问题。,袋式除尘器,早期布袋除尘器用人工或机械振打清灰，应用受限。1950年以来，
