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1、第四章 空 气 除 菌,第一节 空气除菌的方法和原理 第二节 空气介质除尘设备 第三节 新型过滤器,第一节 空气除菌的方法和原理（p402)一、生物工业生产对空气质量的要求1. 空气中微生物的分布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。 潮湿、温度高南方 干燥的北方人口稠密城市 人口稀少农村地平面 高空 （每升高10英尺，含量减少一个数量级）因此选择高空取风。 空气中的微生物种类以细菌和细菌芽胞较多，也有酵母，霉菌和病毒。这些微生物大小不一，一般附着在空气中的灰尘上或雾滴上。空气中微生物数目的数量级可以认为，103104个/m3 .,无菌程度是一项关
2、键指标。生物工业生产中应用的“无菌空气”是指通过除菌处理含菌量 降低到零或极低。一般以染菌率为10-3来表示无菌程度，即1000次培养所用的无菌空气只允许1次染菌。对不同的生物发酵生产和同一工厂的不同生产区域（环节），应有不同的空气无菌度的要求。我国参考美国、日本等的标准也提出了空气洁净级别。（见表）,3.空气含菌量的测定据统计，大城市每立方米空气中的含菌数约为300010000个。培养法光学法粒子计数器粒子计数器：可测量 0.35m 各种浓度的微粒。强光 空气试样 聚集投入光电倍增管 光电转换器粒子大小电信号峰值 读数粒子数量电信号脉冲频率,二、空气净化除菌方法及原理（一）空气除菌方法介质过
3、滤分离微生物静电吸附 辐 射化学药品 杀灭微生物加 热,1. 热杀菌空气中的细菌孢子在 218 ，24s 被杀死。但需要消耗大量能源，需增设换热设备，不经济。鉴于空气在进入培养系统之前，一般需用空压机以提高压力，所以 空气热灭菌时所需温度的提高，可直接利用空气压缩时的温度升高来实 现。一般来说，要杀死空气中的杂菌，在不同温度下所需的时间如表,实际生产中：单独采用压缩过程杀菌（如图）两种情形 在空气灭菌流程中，加压过程升温起协助作用。,空气热灭菌流程：,粗过滤 预热,冷却,保温,增压,增压,2. 辐射杀菌 （尚待进一步研究）理论上（、）射线 、紫外线、超声波等都能破坏蛋白质 的活性，起到杀菌作用
4、。但在实际应用中紫外线较为广泛，波长253.7265nm的紫外线杀菌效力最强。 其杀菌力与强度呈正比，与距离的平方成反比。 （紫外线杀菌作用是在分子DNA上形成嘧啶聚体,使DNA受损 ）通常用于无菌室，距灯管500mm以内。 但杀菌效率较低，杀菌时间较长 （30min）。一般要结合甲醛蒸汽等来保证无菌室的无菌程度。3. 静电除菌（已有应用）：利用静电吸附带电粒子达到除菌目的。对水雾、油雾、尘埃和微生物在最佳条件下， 1 m微粒 的去除 率高达99%。能耗少，处理1000m3 空气 0.20.8Kw/hr空气压力损失小，设备体积小。但设备维护和安全技术措施要求较高。,静电除尘装置 电离区： 10
5、KV的直流电压，将小微粒电离使带电（对小微粒效果好）空气通过电离区后，它所带的细菌微粒被电离而带正电荷 。捕集区：5KV的直流电压，将小微粒吸附到极板上，定期清除微粒（尘厚1mm时),极板,4. 过滤除菌法（目前最常用）用定期灭菌的干燥介质来阻截流过的空气中所含微生物。深层过滤：过滤介质孔隙大于微粒直径，由一定滤层厚度达到过滤目的；发酵工厂采用的空气过滤设备为传统的深层过滤设备时，滤层厚度一般为12米。介质有：棉花、活性炭、玻璃纤维、合成纤维、烧结 材料、微孔滤膜等。（充填系数为8%时，棉花的空隙2050 m）绝对过滤：过滤介质的空隙小于微粒直径，可以除去0.2m左右的粒子，将微 生物绝对的阻
6、截在介质一边。还可除去0.01m微粒称为高效绝对过滤器常见悬浮于空气中的微生物粒子大小在0.52微米之间，,（二）介质除菌机理 （深层过滤）1. 惯性冲击滞留作用微粒随空气运动时具有一定的惯性， 遇到介质时，空气绕过介质继续 前进， 微粒则由于运动惯性冲至介质（纤维） 表面，由于摩擦粘附而滞留。 惯性冲击为介质过滤的主要作用。,图7-3 单纤维空气流程图,2. 拦截滞留作用当气流下降到临界速度以下时，微粒不再因惯性滞留在纤维上。但当速度进一步下降，捕集效率有回升， 即拦截滞留。当微生物随气流低速运动时， 气流在绕道前行时在纤维周围形成边 界滞留区，在滞留区流速更慢，进到 滞留区的微粒慢慢靠近纤
7、维被吸附。,拦截,3. 布朗扩散作用微粒在流速小时产生不规则直线运动布朗运动，运动距离短，除菌作用在较大的气速或较大的纤维间隙不起作用，但在很小的气速和小间隙中能大大增加了微粒与纤维的接触滞留机会。布朗扩散与微粒和纤维的直径有关，与流速成反比，在气流速度小时，起重要作用之一。4. 重力沉降作用重力沉降是一个稳定的分离作用，当微粒所受的重力大于气流对它的拖带力时，微粒就容易沉降.就单一的重力沉降情况下，大颗粒比小颗粒作用显著，对于小颗粒只有在气流速度很慢时才起作用。一般它是与拦截作用相配合的，即在纤维的边界滞留区内，微粒的沉降作用提高了拦截滞留的捕集效率。,5. 静电吸附作用干空气对非导体的物质
8、相对运动磨擦时，会产生诱导电荷，纤维和树脂处理过的纤维m尤其是一些合成纤维更为显著。悬浮在空气中的微生物微粒大多带有不同的电荷，如枯草杆菌孢子20%带正电荷，20% 带负电荷。 这些带电的微粒会受带异性电荷的物体所吸引而沉降.,当空气流过介质时，上述五种截留除菌机理同时起作用，不过气流速度不同，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，此时惯性冲击起主要作用；,当气流速度较小时，除菌效率随气流速度的增加而降低，此时，扩散起主要作用；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返回到空气中。,第二节 空气介质除尘设备,一、介质过滤除
9、菌流程： 1.空气压缩冷却过滤流程 2.两极冷却、分离、加热的空气除菌流程 3.前置高效过滤除菌流程 4.空气过滤除菌实用化流程,1. 两级冷却、分离、加热的空气除菌流程,流程特点：压缩后两次冷却、两次分离、适当加热。较完善，适应各种气候条件。 应用：柠檬酸生产 该除菌流程尤其适用潮湿的地区，其他地区可根据当地的情况，对流程中的设备作适当的增减。一些对无菌程度要求比较高的微生物工程产品，均使用此流程。,2.前置高效过滤除菌流程,丝网分离器,空气 高效过滤器 空压机 贮罐 冷却器 过滤器 加热器 丝网分离器 该流程特点：无菌程度高 从空压机以后的流程与前面的两级流程的第二级相同。 前置的高效过滤
10、器：采用泡沫塑料（静电除菌）和超细纤维纸串联组合的过滤介质。过滤后无菌程度已达99.99%，再经冷却、分离和主过滤器过滤，空气的无菌程度更高。,3. 空气过滤除菌实用化流程（味精厂等）,沉浸式空气冷却器,油水 分离器,空气 冷却管,除雾器,金属微孔管 过滤器,过滤,过滤,过滤,特点：两次冷却 ，三次分离，三次过滤， 最后过滤器前加热。,二、空气介质过滤除菌流程中的设备 作用：空压机：增压。保证空气过滤后还有足够的压力推动空气在管道和无菌空间中流动。贮罐：消除脉动，维持空气压力。冷却器：使油雾、水雾冷凝。旋风分离器：气液两相分离，第一级冷却后油水结成较大的雾，适合用旋风分离器分离。丝网分离器：分
11、离油水，第二级冷却后，雾粒较小，适宜丝网吸附分离。加热器：继续降低湿度达到5060%，使后过滤器正常工作。,二、空气介质过滤除菌流程中的设备布袋式、填料式1. 粗过滤器 油浴洗涤 水雾除尘 2.空气压缩机3.空气贮罐 4.气液分离器 旋风分离器丝网分离器5.空气冷却器 列管式、沉浸式、喷淋式等 纤维介质深层过滤器 填料式 6.空气过滤器 纤维纸平板过滤器 平板式管式过滤器接迭式低速过滤器,（ 一）粗滤器 一般作为空气压缩机的附件，安排在空压缩机的空气进口，有的则单独设置。其结构为一个内装过滤介质的方形或园形器体。,高空取气管,粗过滤器 捕集较大的灰尘颗粒，防止压缩机受损作用 ：减轻总过滤器的负
12、荷 要求： 过滤效率高、阻力小。布袋过滤器：采用合成纤维，减小阻力。填料式过滤器：一般用油浸铁回丝、玻璃纤维 常用粗过滤器 或其它合成纤维做填料。 油浴洗涤 水雾除尘 ,1.填料式过滤器 一般用油浸铁回丝、玻璃纤维或其他合成纤维等作填料。 过滤效果比布袋过滤稍好，阻力损失也较小，但结构较复杂，占地面积也较大，内部填料经常洗换才能保持一定的过滤作用，操作比较麻烦。,2 油浴洗涤装置空气进入 通过油浴 经过圆盘 滤网 由上往下从中心通过 压缩机油层：微粒被油黏附而逐渐沉降于油箱底部。圆盘：百叶窗式，分离较大粒油雾滤网：分离小颗粒油雾 特点：效果较好，阻力损失小，但耗油量大,3.水雾除尘装置结构：如
13、图空气经过由上部喷下的水雾洗涤， 将灰尘、微生物微粒黏附沉降。空 气再经过滤网滤除水雾，从上出。洗涤室内，空气流速不能太快， 一般12m/s，否则带出水雾太多 会影响压缩机，降低排气量。 （二）空压机,（三）空气贮罐作用：消除空气压缩机（特别是往复式） 造成的脉动，维持罐内稳定；使部分液滴在罐内沉降。如能在贮罐内放置丝网除雾器则 更好。结构：装有安全阀、压力表的空罐壳体。有些单位在罐内装冷却蛇管，利用空气冷却器排出的冷却水进行冷却，提高冷却水的利用率。也有的在贮罐内加装导筒，使进入贮罐的热空气沿一定路线经过，增加一定热杀菌效果。,（四）气液分离器作用： 将被冷凝成雾状的水雾和油雾除去。形式很多
14、 旋风式分离器常用的 填料式分离器1. 旋风分离器（气固、气液分离）适于分离 10m 的微粒。但对10m以下的微粒分离就比较困难。一般冷凝水雾粒的大小为10200m，可选用旋风分离器进行分离。旋风分离器的压头损失通常是500一2000Pa。,旋风分离器结构多种，总的要求是：（1）直径不宜太大，因为离心力与半径成反比。分离量大时，可采用多个并联。直径可由公式估算：（2）进口气速要适当。离心力与气流速度的平方成正比。但进口气速过大，则能量损失多，产生涡流，降低效率。一般进气1525m/s ，排气 48m/s 。,2. 填料分离器利用各种填料如焦碳、活性炭、瓷环、金属丝网、塑料丝网等的惯性挡截作用分离空气中的水雾或油雾。瓷环 87.5204m2/m3 比表面积 丝网(d = 0.10.4mm ) 10002000m2/m3 且间隙小要达到同样的分离效果，丝网的设备小，,丝网分离器 结构如图：空气切线进入 ，雾状微粒随空气经丝 网，向上排出，大的雾粒沿壁从下部 排出。 特点：分离器体积小，可除去5m的雾状微粒。分离效率可达98%99%，且阻力损失不大。对于雾沫浓度很大的场合，会因雾沫阻塞孔隙而增大阻力损失。（所以，对于两级分离时，用在第二级）,
