第五章第五章 发酵工程的灭发酵工程的灭 菌与空气除菌菌与空气除菌 ————设备、基质和空气的净化设备、基质和空气的净化 第三节第三节 空气的除菌空气的除菌 ————空气净化的方法、原理和流程空气净化的方法、原理和流程 发酵过程空气除菌的必要性发酵过程空气除菌的必要性 n n 绝大多数工业发酵均是利用好氧微生物进绝大多数工业发酵均是利用好氧微生物进 行纯种培养，氧气的供给量很大行纯种培养，氧气的供给量很大 n n 空气中微生物空气中微生物很多，如不设法除去，则必很多，如不设法除去，则必 定会造成发酵过程的染菌定会造成发酵过程的染菌 n n 例如：一个通气量为例如：一个通气量为40m40m 3 3 /min/min的发酵罐，一天的发酵罐，一天 所需的空气量高达所需的空气量高达5.76×105.76×10 4 4 mm 3 3 ，假如所用的空，假如所用的空 气中含菌量气中含菌量1010 4 4 /m/m 3 3 ，那么一天将有，那么一天将有5.75×105.75×10 8 8 个微个微 生物细胞进入发酵罐生物细胞进入发酵罐 一、发酵使用的净化空气的标准一、发酵使用的净化空气的标准 n n 空气中微生物的情况空气中微生物的情况 n n 主要微生物：细菌及其芽孢主要微生物：细菌及其芽孢 n n 浓度的影响因素：地区、高度、季节等浓度的影响因素：地区、高度、季节等 n n 发酵工业对空气无菌程度的要求发酵工业对空气无菌程度的要求 n n 不同工业有区别不同工业有区别 n n 一般要求：一般要求：1010-3 -3 n n 发酵工厂的发酵工厂的空气洁净度等级空气洁净度等级 二、空气预处理二、空气预处理 n n 空气预处理的目的空气预处理的目的 n n 一是对进入空气过滤器的空气进行预处理，达一是对进入空气过滤器的空气进行预处理，达 到合适的空气状态（温度、湿度、油水）；到合适的空气状态（温度、湿度、油水）； n n 二是对空气进行过滤处理，以除去微生物颗粒二是对空气进行过滤处理，以除去微生物颗粒 ，满足生物细胞培养需要。
满足生物细胞培养需要 n n 空气净化系统流程如空气净化系统流程如图图5-115-11所示 图图5-11 5-11 空气除菌设备流程图空气除菌设备流程图 1—粗过滤器；2—压缩机；3—贮罐；4，6—冷却器；5—旋风分离器； 7—丝网除沫器；8—加热器；9—空气过滤器 空气预处理过程 来自采风塔 二、空气预处理二、空气预处理 1. 1. 采风塔采风塔 n n 设立采风塔的原理设立采风塔的原理 n n 高度每上升高度每上升10m10m，空气中微生物量下降，空气中微生物量下降一个数量级一个数量级 ，因此，空气吸入口一般都选在比较洁净处，并，因此，空气吸入口一般都选在比较洁净处，并 尽量提高吸入口的高度，以减少吸入空气的尘埃尽量提高吸入口的高度，以减少吸入空气的尘埃 含量和微生物含量含量和微生物含量 n n 一般位置一般位置 n n 采风塔一般选择在当地的上采风塔一般选择在当地的上风口风口地点，并远离尘地点，并远离尘 埃集中处，高度一般在埃集中处，高度一般在10m10m左右可建在左右可建在空压机房空压机房 的屋顶上的屋顶上 二、空气预处理二、空气预处理 2. 2. 粗过滤器粗过滤器 n n 指空气进入空气压缩机前的前置过滤器。
指空气进入空气压缩机前的前置过滤器 n n 作用：作用： n n 滤去空气中颗粒较大的尘埃，减少进入空气压缩滤去空气中颗粒较大的尘埃，减少进入空气压缩 机的灰尘和微生物含量机的灰尘和微生物含量 n n 减少空压机的磨损，延长其寿命，并可减轻主过减少空压机的磨损，延长其寿命，并可减轻主过 滤器的负荷滤器的负荷 n n 特点要求：特点要求： n n 过滤效率高，阻力小，容灰量大过滤效率高，阻力小，容灰量大 n n 主要设备：滤袋、填料、油浴、水雾主要设备：滤袋、填料、油浴、水雾 二、空气预处理二、空气预处理 1. 1. 布袋过滤器布袋过滤器 将滤布缝制成与骨将滤布缝制成与骨 架相同形状的布袋，紧架相同形状的布袋，紧 套于焊在进气管的骨架套于焊在进气管的骨架 上，并缝紧所有会造成上，并缝紧所有会造成 短路的空隙短路的空隙气流气流流量流量 一般为一般为2~2.5m2~2.5m 3 3 / /（（ mm 2 2 · ·minmin），空气阻力大），空气阻力大 约为约为600~1200Pa600~1200Pa滤布 现多采用合成纤维制的现多采用合成纤维制的 ，要定期换洗要定期换洗 图图5-12 5-12 机械振动袋式除尘器机械振动袋式除尘器 二、空气预处理二、空气预处理 2. 2. 填料式粗过滤器填料式粗过滤器 一般用油浸铁丝一般用油浸铁丝网网、、 玻璃纤维或其他合成纤维玻璃纤维或其他合成纤维 等作填料，过滤效果比布等作填料，过滤效果比布 袋过滤稍好，阻力损失也袋过滤稍好，阻力损失也 较小，但结构较复杂，占较小，但结构较复杂，占 地面积也较大，内部填料地面积也较大，内部填料 经常洗换才能保持一定的经常洗换才能保持一定的 过滤作用，操作比较麻烦过滤作用，操作比较麻烦 。
图图5-13 5-13 微孔陶瓷管式粗过滤器微孔陶瓷管式粗过滤器 二、空气预处理二、空气预处理 3. 3. 油浴洗涤装置油浴洗涤装置 空气进入装置后通空气进入装置后通 过油层洗涤，空气中的过油层洗涤，空气中的 微粒被油黏附而逐渐沉微粒被油黏附而逐渐沉 降于油箱底部而除去降于油箱底部而除去 这种装置的洗涤除菌效这种装置的洗涤除菌效 果好，阻力也不很大但果好，阻力也不很大但 耗油量较多耗油量较多 图图5-14 5-14 油浴洗涤装置油浴洗涤装置1- 滤网 2- 加油斗 空气 入口 二、空气预处理二、空气预处理 4. 4. 水雾除尘装置水雾除尘装置 空气从设备底部空气从设备底部 进入，经上部喷下的进入，经上部喷下的 水雾洗涤，将空气中水雾洗涤，将空气中 的灰尘、微生物微粒的灰尘、微生物微粒 黏附沉降，从器底排黏附沉降，从器底排 出，带有微细小水雾出，带有微细小水雾 的洁净空气经上部过的洁净空气经上部过 滤网过滤后排出对滤网过滤后排出对 直径大于直径大于5μm5μm的粒子的粒子 可基本去除可基本去除 污水排出 图图5-15 5-15 水雾除尘装置水雾除尘装置 二、空气预处理二、空气预处理 3. 3. 空气压缩机空气压缩机 n n 空气压缩机空气压缩机 (Air Compressor, AC) (Air Compressor, AC) 是将原动机是将原动机 ( (通常是电动机通常是电动机) ) 的机械能转换成气体压力能的机械能转换成气体压力能 的装置。
的装置 n n 目前常用的空压机有目前常用的空压机有往复式往复式 ( (活塞式活塞式) )和和涡轮涡轮 式式两种空气经压缩后，温度会显著上升，两种空气经压缩后，温度会显著上升， 压缩比愈高，温度也愈高压缩比愈高，温度也愈高 n n 空压机是整个发酵生产线空气管线的压力来空压机是整个发酵生产线空气管线的压力来 源，同时还有一定的空气杀菌作用源，同时还有一定的空气杀菌作用 当活塞式压缩机的曲轴旋转时，通过连杆的传动，活塞便做往复运动，当活塞式压缩机的曲轴旋转时，通过连杆的传动，活塞便做往复运动， 由气缸内壁、气缸盖和活塞顶面所构成的工作容积则会发生周期性变化活由气缸内壁、气缸盖和活塞顶面所构成的工作容积则会发生周期性变化活 塞式压缩机的活塞从气缸盖处开始运动时，气缸内的工作容积逐渐增大，这塞式压缩机的活塞从气缸盖处开始运动时，气缸内的工作容积逐渐增大，这 时，气体即沿着进气管，推开进气阀而进入气缸，直到工作容积变到最大时时，气体即沿着进气管，推开进气阀而进入气缸，直到工作容积变到最大时 为止，进气阀关闭；活塞式压缩机的活塞反向运动时，气缸内工作容积缩小为止，进气阀关闭；活塞式压缩机的活塞反向运动时，气缸内工作容积缩小 ，气体压力升高，当气缸内压力达到并略高于排气压力时，排气阀打开，气，气体压力升高，当气缸内压力达到并略高于排气压力时，排气阀打开，气 体排出气缸，直到活塞运动到极限位置为止，排气阀关闭。
当活塞式压缩机体排出气缸，直到活塞运动到极限位置为止，排气阀关闭当活塞式压缩机 的活塞再次反向运动时，上述过程重复出现总之，活塞式压缩机的曲轴旋的活塞再次反向运动时，上述过程重复出现总之，活塞式压缩机的曲轴旋 转一周，活塞往复一次，气缸内相继实现进气、压缩、排气的过程，即完成转一周，活塞往复一次，气缸内相继实现进气、压缩、排气的过程，即完成 一个工作循环一个工作循环 图图5-16 5-16 往复式往复式( (活塞式活塞式) )空压机工作原理空压机工作原理 随着机轴随着机轴 传递给叶片的传递给叶片的 动能，气体在动能，气体在 叶片驱使下高叶片驱使下高 速旋转速旋转, ,产生离产生离 心力，机内气心力，机内气 体在离心力作体在离心力作 用下，沿叶片用下，沿叶片 流道向叶片出流道向叶片出 口甩出从叶口甩出从叶 片出口流出的片出口流出的 高速气体，在高速气体，在 蜗壳流道内速蜗壳流道内速 度逐渐变慢，度逐渐变慢， 压力逐渐升高压力逐渐升高 图图5-17 5-17 涡轮式空压机工作原理涡轮式空压机工作原理 并沿排出口排出与此同时，叶片入口并沿排出口排出与此同时，叶片入口 处的气体减少，压力降低处的气体减少，压力降低, ,形成出入口压形成出入口压 差，也就连续吸入新的气体。
差，也就连续吸入新的气体 二、空气预处理二、空气预处理 4. 4. 空气贮罐空气贮罐 n n 空气贮罐是一个装有安全阀、压力表的空罐空气贮罐是一个装有安全阀、压力表的空罐 壳体 n n 空气贮罐的作用空气贮罐的作用 1. 1. 消除压缩机排出空气量消除压缩机排出空气量 的脉动；的脉动； 2. 2. 利用重力沉降作用分离利用重力沉降作用分离 部分油雾；部分油雾； 二、空气预处理二、空气预处理 5. 5. 空气冷却器空气冷却器 n n 压缩空气降温的必要性压缩空气降温的必要性 n n 防止过滤介质碳化防止过滤介质碳化 n n 降低培养装置降温负荷降低培养装置降温负荷 n n 冷却降湿避免过滤器受潮冷却降湿避免过滤器受潮 n n 空气冷却器的种类空气冷却器的种类 n n 列管式空气冷却器列管式空气冷却器 n n 板式空气冷却器板式空气冷却器 n n 空气冷却器的工作流程空气冷却器的工作流程 n n 一般两级串联一般两级串联 二、空气预处理二、空气预处理 6. 6. 气液分离器气液分离器 n n 气液分离器的作用气液分离器的作用 n n 除油除油 n n 除水除水 n n 气液分离器的种类气液分离器的种类 n n 利用离心力进行沉降的利用离心力进行沉降的旋风分离器旋风分离器 n n 利用惯性进行拦截的利用惯性进行拦截的介质过滤器介质过滤器 n n 丝网除沫器丝网除沫器 n n 进一步分离油水进一步分离油水 ( (小油滴、雾滴小油滴、雾滴) ) 二、空气预处理二、空气预处理 7. 7. 空气的加热空气的加热 n n 加热的必要性加热的必要性 n n 防止主过滤器受潮防止主过滤器受潮 n n 加热要求加热要求 n n 温差在温差在10~1510~15℃℃左右左右 n n 加热设备加热设备 n n 各种换热器各种换热器 ( (主要是主要是列管式换热器列管式换热器) ) 三、空气净化的方法三、空气净化的方法 （一）热杀菌（一）热杀菌 n n 电热和蒸汽热杀菌能耗不大可行电热和蒸汽热杀菌能耗不大可行 n n 采用空气压缩机同时完成热杀菌可行采用空气压缩机同时完成热杀菌可行 n n 空压机出口温度可达空压机出口温度可达187187～～198198℃℃，压力为，压力为0.7MPa0.7MPa n n 只要维持只要维持一定的时间一定的时间即可即可 n n 缺点缺点 n n 设备耐热性要求提高设备耐热性要求提高 n n 能耗有。