第四章 空氣除菌設(shè)備

1、第四章第四章 空氣除菌設(shè)備空氣除菌設(shè)備王鴻飛王鴻飛一、空氣中微生物的分布及發(fā)酵對空氣的要求一、空氣中微生物的分布及發(fā)酵對空氣的要求 1. 1.空氣中微生物的分布空氣中微生物的分布 空氣中微生物的含量和種類，隨地區(qū)、季節(jié)和空氣中灰塵粒子多少以空氣中微生物的含量和種類，隨地區(qū)、季節(jié)和空氣中灰塵粒子多少以及人們的活動情況而異。及人們的活動情況而異。 一般北方氣候干燥寒冷的空氣中含菌量較少，而南方潮濕溫暖的空氣一般北方氣候干燥寒冷的空氣中含菌量較少，而南方潮濕溫暖的空氣中含菌量較多。中含菌量較多。 人口稠密的城比人口密度少的農(nóng)村空氣中含菌量多。一般城市空氣中人口稠密的城比人口密度少的農(nóng)村空氣中含菌量多

2、。一般城市空氣中雜菌數(shù)為雜菌數(shù)為3000300080008000個個m m3 3 。 地平面比高空的空氣中含菌量多。一般每升高地平面比高空的空氣中含菌量多。一般每升高1010米，空氣中的含菌量米，空氣中的含菌量就降低一個數(shù)量級。就降低一個數(shù)量級。 空氣中的微生物種類以細菌和細菌芽胞較多，也有酵母、霉菌和病毒。空氣中的微生物種類以細菌和細菌芽胞較多，也有酵母、霉菌和病毒。這些微生物大小不一，一般附著在空氣中的灰塵上或霧滴上，空氣中微生這些微生物大小不一，一般附著在空氣中的灰塵上或霧滴上，空氣中微生物的含量一般為物的含量一般為10103 310104 4個米個米3 3。 灰塵粒子的平均大小約灰塵粒

3、子的平均大小約0.6m0.6m左右，所以空氣除菌主要是去除空氣中左右，所以空氣除菌主要是去除空氣中的微粒的微粒(0.6-1m(0.6-1m）。）。 因此，通過對空氣中微生物分布情況的研究，選擇良好的取風位置和因此，通過對空氣中微生物分布情況的研究，選擇良好的取風位置和提高空氣除菌系統(tǒng)的除菌效率，是確保發(fā)酵工業(yè)正常生產(chǎn)的重要條件。提高空氣除菌系統(tǒng)的除菌效率，是確保發(fā)酵工業(yè)正常生產(chǎn)的重要條件。 2. 2.發(fā)酵對空氣無菌程度的要求發(fā)酵對空氣無菌程度的要求 工業(yè)發(fā)酵對空氣處理的要求隨發(fā)酵產(chǎn)品和菌種不同而異。工業(yè)發(fā)酵對空氣處理的要求隨發(fā)酵產(chǎn)品和菌種不同而異。 半固體制曲和酵母生產(chǎn)中無菌要求不十分嚴格，一

4、般無半固體制曲和酵母生產(chǎn)中無菌要求不十分嚴格，一般無需復雜的空氣凈化處理；需復雜的空氣凈化處理； 密閉的深層通氣發(fā)酵需嚴格的純凈培養(yǎng)，進入發(fā)酵罐前密閉的深層通氣發(fā)酵需嚴格的純凈培養(yǎng)，進入發(fā)酵罐前空氣必須進行冷卻、脫水、脫油和過濾除菌等處理?？諝獗仨氝M行冷卻、脫水、脫油和過濾除菌等處理。 好氣性發(fā)酵過程中需要大量的無菌空氣，但空氣要作到好氣性發(fā)酵過程中需要大量的無菌空氣，但空氣要作到絕對無菌在目前是不可能的，也是不經(jīng)濟的。絕對無菌在目前是不可能的，也是不經(jīng)濟的。 發(fā)酵對無菌空氣的要求是：無菌，無灰塵，無雜質(zhì)，無發(fā)酵對無菌空氣的要求是：無菌，無灰塵，無雜質(zhì)，無水，無油等幾項指標。水，無油等幾項指標

5、。 發(fā)酵對無菌空氣的無菌程度要求是：只要在發(fā)酵過程中發(fā)酵對無菌空氣的無菌程度要求是：只要在發(fā)酵過程中不因無菌空氣染菌，而造成損失即可。不因無菌空氣染菌，而造成損失即可。 在工程設(shè)計中一般要求在工程設(shè)計中一般要求10001000次使用周期中只允許有次使用周期中只允許有1 1次次染菌，即經(jīng)過濾后空氣的無菌程度為染菌，即經(jīng)過濾后空氣的無菌程度為N=10N=10-3-3。 1. 1.空氣除菌的方法空氣除菌的方法 空氣除菌就是除去或殺滅空氣中的微生物。常用的除菌空氣除菌就是除去或殺滅空氣中的微生物。常用的除菌方法有方法有介質(zhì)過濾、輻射、化學藥品、加熱、靜電吸附介質(zhì)過濾、輻射、化學藥品、加熱、靜電吸附等方

6、法。等方法。其中輻射殺菌、化學藥品殺菌、干熱殺菌等都是將有機體蛋其中輻射殺菌、化學藥品殺菌、干熱殺菌等都是將有機體蛋白質(zhì)變性而破壞其活力，從而殺滅空氣中的微生物；而介質(zhì)白質(zhì)變性而破壞其活力，從而殺滅空氣中的微生物；而介質(zhì)過濾和靜電吸附的方法則是利用分離的方法將微生物粒子除過濾和靜電吸附的方法則是利用分離的方法將微生物粒子除去。去。 熱殺菌：熱殺菌：熱殺菌是一種有效的、可靠的殺菌方法。如細熱殺菌是一種有效的、可靠的殺菌方法。如細菌孢子雖然耐熱能力很強，但是懸浮在空氣中的細菌孢子在菌孢子雖然耐熱能力很強，但是懸浮在空氣中的細菌孢子在218218保溫保溫24s24s就被殺死?？墒侨绻捎谜羝螂妬砑?/p>

7、熱大量就被殺死?？墒侨绻捎谜羝螂妬砑訜岽罅康目諝?，以達到殺菌的目的，則需要消耗大量的能源和增設(shè)的空氣，以達到殺菌的目的，則需要消耗大量的能源和增設(shè)許多換熱設(shè)備，這在工業(yè)生產(chǎn)上是很不經(jīng)濟的。許多換熱設(shè)備，這在工業(yè)生產(chǎn)上是很不經(jīng)濟的。二、空氣凈化除菌的方法和原理二、空氣凈化除菌的方法和原理 利用空氣被壓縮時所產(chǎn)生的熱量進行加熱保溫殺菌在生產(chǎn)上有利用空氣被壓縮時所產(chǎn)生的熱量進行加熱保溫殺菌在生產(chǎn)上有重要的意義。如圖示?？諝膺M口溫度重要的意義。如圖示?？諝膺M口溫度2121，空氣的出口溫度為，空氣的出口溫度為187187198198，壓力為，壓力為0.7MPa0.7MPa。 輻射殺菌：輻射殺菌：X

8、X射線、射線、射線、紫外線、超聲波、射線、紫外線、超聲波、射線等從理論上都射線等從理論上都能破壞蛋白質(zhì)活性而起殺菌作用。但應(yīng)用較廣泛的還是紫外線，它波長能破壞蛋白質(zhì)活性而起殺菌作用。但應(yīng)用較廣泛的還是紫外線，它波長在在253.7253.7265nm265nm范圍殺菌效力最強，它的殺菌能力與紫外線的強度成正范圍殺菌效力最強，它的殺菌能力與紫外線的強度成正比，與距離的平方成反比。紫外線通常用于無菌室等空氣對流不大的環(huán)比，與距離的平方成反比。紫外線通常用于無菌室等空氣對流不大的環(huán)境下殺菌。但殺菌效率低，殺菌時間長，一般要結(jié)合甲醛蒸汽消毒或苯境下殺菌。但殺菌效率低，殺菌時間長，一般要結(jié)合甲醛蒸汽消毒或

9、苯酚的噴霧等來保證無菌室較高的無菌程度。酚的噴霧等來保證無菌室較高的無菌程度。 無菌室常用的紫外燈功率為無菌室常用的紫外燈功率為30W30W，安裝在操作臺上方一米左右高處，安裝在操作臺上方一米左右高處，每次照射每次照射15-30min15-30min即可。即可。 靜電除菌：靜電除菌：近年來，一些工廠已采用靜電除菌除去空氣中的水霧、近年來，一些工廠已采用靜電除菌除去空氣中的水霧、油霧、塵粒和微生物等，在最佳條件下，對油霧、塵粒和微生物等，在最佳條件下，對1um1um的微粒去除率高達的微粒去除率高達9999，消耗能量小，每處理消耗能量小，每處理1000m1000m3 3的空氣每小時只耗電的空氣每小

10、時只耗電0.20.20.8KW0.8KW，空氣壓力，空氣壓力損失少，一般僅為損失少，一般僅為3030150Pa150Pa，設(shè)備較小，但對設(shè)備維護和安全技術(shù)措施，設(shè)備較小，但對設(shè)備維護和安全技術(shù)措施要求較高。常用于潔凈工作臺、潔凈工作室所需無菌空氣的預(yù)處理，再要求較高。常用于潔凈工作臺、潔凈工作室所需無菌空氣的預(yù)處理，再配合高效過濾器使用。配合高效過濾器使用。靜電除塵是利用靜電引力吸附帶電粒子而達到除靜電除塵是利用靜電引力吸附帶電粒子而達到除菌除塵目的。懸浮空氣中的微生物，其孢子大多帶有不同的電荷，沒有菌除塵目的。懸浮空氣中的微生物，其孢子大多帶有不同的電荷，沒有帶電荷的微粒在進入高壓靜電場時都

11、會被電離變成帶電微粒，但對于一帶電荷的微粒在進入高壓靜電場時都會被電離變成帶電微粒，但對于一些直徑很小的微粒，它所帶的電荷很小，當產(chǎn)生的引力等于或小于氣流些直徑很小的微粒，它所帶的電荷很小，當產(chǎn)生的引力等于或小于氣流對微粒的拖帶力或微粒布朗擴散運動的動量時，則微粒就不能被吸附而對微粒的拖帶力或微粒布朗擴散運動的動量時，則微粒就不能被吸附而沉降，所以靜電除塵對很小的微粒效率較低。沉降，所以靜電除塵對很小的微粒效率較低。 靜電除菌裝置：靜電除菌裝置：由電離區(qū)和捕集區(qū)。如圖示，電離區(qū)是一系列等距離平行且由電離區(qū)和捕集區(qū)。如圖示，電離區(qū)是一系列等距離平行且接地的極板，極板間帶有用鎢絲或不銹鋼絲構(gòu)成的放

12、電線，叫離化線。當放電線接地的極板，極板間帶有用鎢絲或不銹鋼絲構(gòu)成的放電線，叫離化線。當放電線接上接上10kv10kv的直流電壓時，它與接地極板之間之間形成電位梯度很強的不均勻電場，的直流電壓時，它與接地極板之間之間形成電位梯度很強的不均勻電場，通過空氣所帶的細菌微粒通過電離區(qū)后則被電離而帶正電荷。通過空氣所帶的細菌微粒通過電離區(qū)后則被電離而帶正電荷。 捕集區(qū)是由高壓電極板與接地板組成，它們交替排列，并平行于氣流方向，捕集區(qū)是由高壓電極板與接地板組成，它們交替排列，并平行于氣流方向，它們的間隙很窄。在高壓電極板上加上它們的間隙很窄。在高壓電極板上加上5KV5KV的直流電壓，極板間形成均勻電場，

13、的直流電壓，極板間形成均勻電場，當電離后的氣流通過時，帶正電荷的微粒受到靜電場的庫侖力作用，產(chǎn)生一個向當電離后的氣流通過時，帶正電荷的微粒受到靜電場的庫侖力作用，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而負極板移動的速度，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而向負極板移動，最后吸附在極板上。向負極板移動，最后吸附在極板上。 當捕集的微粒積沉到一定的厚度時，極板間的火化放電加劇，極板當捕集的微粒積沉到一定的厚度時，極板間的火化放電加劇，極板電壓下降，微粒的吸附力減弱甚至隨氣流飛散，這時除塵除菌效率下降。電壓下降，微粒的吸附力減弱甚至隨氣流飛散，

14、這時除塵除菌效率下降。要保持高的除菌效率，應(yīng)定期清除微粒，一般電極板上塵厚要保持高的除菌效率，應(yīng)定期清除微粒，一般電極板上塵厚1mm1mm時就應(yīng)清時就應(yīng)清洗。通常用噴水管自動噴水清洗，洗凈干燥后重新投入使用。洗。通常用噴水管自動噴水清洗，洗凈干燥后重新投入使用。 用靜電除菌進行空氣凈化，由于極板間距小，電壓高，要求極板很用靜電除菌進行空氣凈化，由于極板間距小，電壓高，要求極板很平直，安裝間距均勻，才能保證電場電勢均勻，從而達到好的除菌效果平直，安裝間距均勻，才能保證電場電勢均勻，從而達到好的除菌效果及耗電少的特點。但使用該方法一次性投資費用較大。及耗電少的特點。但使用該方法一次性投資費用較大。

15、 過濾除菌：過濾除菌：是目前發(fā)酵工業(yè)中常用的空氣除菌方法，它采用定期滅是目前發(fā)酵工業(yè)中常用的空氣除菌方法，它采用定期滅菌的干燥介質(zhì)來阻截流過的空氣中的微生物，從而獲得無菌空氣。常用菌的干燥介質(zhì)來阻截流過的空氣中的微生物，從而獲得無菌空氣。常用的過濾介質(zhì)按孔隙分為：的過濾介質(zhì)按孔隙分為：一類是介質(zhì)間孔隙大于微生物，故必須有一定一類是介質(zhì)間孔隙大于微生物，故必須有一定的厚度的介質(zhì)濾層才能達到過濾除菌的目的；另一類是介質(zhì)的孔隙小于的厚度的介質(zhì)濾層才能達到過濾除菌的目的；另一類是介質(zhì)的孔隙小于微生物，含微生物的空氣通過過濾介質(zhì)時，微生物就被截留于介質(zhì)上而微生物，含微生物的空氣通過過濾介質(zhì)時，微生物就被

16、截留于介質(zhì)上而實現(xiàn)過濾除菌，稱絕對過濾。實現(xiàn)過濾除菌，稱絕對過濾。過濾介質(zhì)有棉花、活性炭、玻璃纖維、有過濾介質(zhì)有棉花、活性炭、玻璃纖維、有機合成纖維、燒結(jié)金屬、燒結(jié)陶瓷、燒結(jié)塑料、微孔超濾膜等。機合成纖維、燒結(jié)金屬、燒結(jié)陶瓷、燒結(jié)塑料、微孔超濾膜等。 由于空氣中的微生物粒子很小，通常只有由于空氣中的微生物粒子很小，通常只有0.50.52um2um，而一般的過濾，而一般的過濾介質(zhì)孔隙都比微粒大幾倍到幾十倍，因此過濾除菌機理比較復雜。介質(zhì)孔隙都比微粒大幾倍到幾十倍，因此過濾除菌機理比較復雜。 2. 2.介質(zhì)過濾除菌機理介質(zhì)過濾除菌機理 空氣的過濾除菌與通常的過濾原理不一樣，由于空氣中氣體引力較空氣

17、的過濾除菌與通常的過濾原理不一樣，由于空氣中氣體引力較少，而且微粒又很小?？諝庵形⑸锏奈⒘４笮≡谏?，而且微粒又很小?？諝庵形⑸锏奈⒘４笮≡?.50.52um2um之間，而深之間，而深層過濾常用的過濾介質(zhì)如棉花的纖維直徑為層過濾常用的過濾介質(zhì)如棉花的纖維直徑為161620um20um，當充填系數(shù)為，當充填系數(shù)為8 8時，所形成的網(wǎng)絡(luò)孔隙為時，所形成的網(wǎng)絡(luò)孔隙為202050um50um；又如超細纖維濾紙濾板，纖維直；又如超細纖維濾紙濾板，纖維直徑為徑為1 11.5um1.5um，濕法扎制緊密度大，形成的孔隙為，濕法扎制緊密度大，形成的孔隙為0.50.55um5um。這樣將如。這樣將如何過濾除菌

18、呢何過濾除菌呢? ? 微生物微粒隨空氣通過過濾層時，濾層纖維所形成的網(wǎng)格阻礙氣流微生物微粒隨空氣通過過濾層時，濾層纖維所形成的網(wǎng)格阻礙氣流前進，使氣流無數(shù)次改變運動速度和運動方向而繞過纖維前進，這些改前進，使氣流無數(shù)次改變運動速度和運動方向而繞過纖維前進，這些改變引起微生物微粒對濾層纖維產(chǎn)生變引起微生物微粒對濾層纖維產(chǎn)生慣性沖擊、重力沉降、攔截、布朗擴慣性沖擊、重力沉降、攔截、布朗擴散、靜電吸引散、靜電吸引等作用而等作用而 把微生物微粒滯留在纖維表面。把微生物微粒滯留在纖維表面。 慣性沖擊滯留作用機理：慣性沖擊滯留作用機理：以單根纖維空氣流線進行分析。設(shè)纖維斷以單根纖維空氣流線進行分析。設(shè)纖維

19、斷面的直徑為面的直徑為d df f，當微生物微粒隨氣流以一定速度垂直向纖維方向運動時，當微生物微粒隨氣流以一定速度垂直向纖維方向運動時，空氣受阻改變運動方向，繞過纖維前進。而微粒由于它的運動慣性較大，空氣受阻改變運動方向，繞過纖維前進。而微粒由于它的運動慣性較大，未能及時改變運動方向，直沖到纖維表面，由于摩擦黏附，微粒就滯留未能及時改變運動方向，直沖到纖維表面，由于摩擦黏附，微粒就滯留在纖維的表面上，這稱為慣性沖擊滯留作用。在纖維的表面上，這稱為慣性沖擊滯留作用。 纖維能滯留微粒的寬度區(qū)間纖維能滯留微粒的寬度區(qū)間b b與纖維直徑與纖維直徑d df f 之比，稱為單纖維的慣性沖擊捕集效率之比，稱

20、為單纖維的慣性沖擊捕集效率1 1。 1 1b/db/df f 。微粒的運動慣性愈大，它受氣流換。微粒的運動慣性愈大，它受氣流換向干擾愈小，向干擾愈小，b b值就愈大。同時，時間證明，捕值就愈大。同時，時間證明，捕集效率是微粒慣性力的無因次準數(shù)集效率是微粒慣性力的無因次準數(shù)的函數(shù)：的函數(shù)：1 1f f().).準數(shù)準數(shù)與纖維直徑與纖維直徑d df f、微粒直徑、微粒直徑d dp p 、微粒的運動速度微粒的運動速度v v0 0有關(guān)系：有關(guān)系： （c cp p d dp p2 2 v v0 0 ）/(18ud/(18udf f) ) 其中其中c c為層流滑動為層流滑動修正系數(shù)，修正系數(shù)， p p為微

21、粒的密度（為微粒的密度（kg/mkg/m3 3），），u u為空為空氣的粘度（氣的粘度（PaPas s）。在其它條件不變的情況下，）。在其它條件不變的情況下，氣流速度是影響捕集效率的重要因素。改變氣氣流速度是影響捕集效率的重要因素。改變氣流的速度就是改變微粒的慣性力。當氣流速度流的速度就是改變微粒的慣性力。當氣流速度下降時，微粒速度下降，微粒的慣性力減弱，下降時，微粒速度下降，微粒的慣性力減弱，微粒脫離主導氣流的可能性就減小，相應(yīng)的微粒脫離主導氣流的可能性就減小，相應(yīng)的b b值值就減小，即捕集效率下降。當氣流速度下降到就減小，即捕集效率下降。當氣流速度下降到微粒的慣性力不足以脫離主導氣流時，微

22、粒就微粒的慣性力不足以脫離主導氣流時，微粒就隨氣流改變方向繞過纖維前進。隨氣流改變方向繞過纖維前進。此時此時b b0 0，1/161/16，1 10 0。這時的氣流速度稱為慣性碰撞。這時的氣流速度稱為慣性碰撞的臨界速度，此速度隨纖維的直徑和微粒的直的臨界速度，此速度隨纖維的直徑和微粒的直徑而變化。徑而變化。 攔截滯留作用機理：攔截滯留作用機理：當氣流速度下降到臨界速度以下時，微生物微當氣流速度下降到臨界速度以下時，微生物微粒就不能因慣性碰撞而滯留在纖維表面上，捕集效率顯著下降。但是實粒就不能因慣性碰撞而滯留在纖維表面上，捕集效率顯著下降。但是實踐證明，隨著氣流速度的繼續(xù)下降，纖維對微粒捕集效率

23、不再下降反而踐證明，隨著氣流速度的繼續(xù)下降，纖維對微粒捕集效率不再下降反而回升，說明另一種機理在起作用，這就是攔截滯留作用機理?；厣?，說明另一種機理在起作用，這就是攔截滯留作用機理。 當微生物微粒隨低速氣流慢慢靠近纖維時，微粒所在的主導氣流受當微生物微粒隨低速氣流慢慢靠近纖維時，微粒所在的主導氣流受纖維阻礙而改變流動方向，繞過纖維前進，并在纖維的周邊形成一層邊纖維阻礙而改變流動方向，繞過纖維前進，并在纖維的周邊形成一層邊界滯留區(qū)，滯留區(qū)的氣流速度更慢，進入到滯留區(qū)的微生物微粒慢慢靠界滯留區(qū)，滯留區(qū)的氣流速度更慢，進入到滯留區(qū)的微生物微粒慢慢靠近和接觸纖維而被黏附滯留，稱為攔截滯留作用。近和接觸

24、纖維而被黏附滯留，稱為攔截滯留作用。 攔截滯留作用的捕集效率決定于微粒直徑和纖維直徑之比，又與氣攔截滯留作用的捕集效率決定于微粒直徑和纖維直徑之比，又與氣流速度成反比，當氣流速度低時攔截滯留才起作用。流速度成反比，當氣流速度低時攔截滯留才起作用。 布朗擴散作用機理：布朗擴散作用機理：直徑很小的微粒在流速很小的氣流中能產(chǎn)生一直徑很小的微粒在流速很小的氣流中能產(chǎn)生一種不規(guī)則的直線運動，稱為布朗擴散。種不規(guī)則的直線運動，稱為布朗擴散。布朗擴散的運動距離很短。布朗布朗擴散的運動距離很短。布朗擴散除菌作用在較大的氣流或較大的纖維間隙中不起作用，但在很小的擴散除菌作用在較大的氣流或較大的纖維間隙中不起作用

25、，但在很小的氣流速度和較小的纖維間隙中，布朗擴散作用大大的增加了微粒與纖維氣流速度和較小的纖維間隙中，布朗擴散作用大大的增加了微粒與纖維的接觸滯留機會。的接觸滯留機會。 布朗擴散作用與微粒的直徑和纖維的直徑有關(guān)，并與氣流速度成反布朗擴散作用與微粒的直徑和纖維的直徑有關(guān)，并與氣流速度成反比，氣流速度小時，它時介質(zhì)過濾除菌的重要作用之一。比，氣流速度小時，它時介質(zhì)過濾除菌的重要作用之一。 重力沉降作用機理：重力沉降作用機理：當微粒的重力大于氣流對它的拖帶力時，微粒當微粒的重力大于氣流對它的拖帶力時，微粒就沉降。就單一的微粒而言，大微粒比小微粒沉降作用顯著，對于小微就沉降。就單一的微粒而言，大微粒比

26、小微粒沉降作用顯著，對于小微粒只有在氣流的速度很低時才起作用。重力沉降作用與攔截滯留作用配粒只有在氣流的速度很低時才起作用。重力沉降作用與攔截滯留作用配合，在纖維的邊界滯留區(qū)內(nèi)，微粒的沉降作用可提高攔截作用的捕集效合，在纖維的邊界滯留區(qū)內(nèi)，微粒的沉降作用可提高攔截作用的捕集效率。率。 靜電吸附作用機理：靜電吸附作用機理：靜電吸附的原因之一是微生物微粒帶有與介質(zhì)靜電吸附的原因之一是微生物微粒帶有與介質(zhì)表面相反的電荷，或是由于感應(yīng)而得到相反的電荷而被吸附；另一個原表面相反的電荷，或是由于感應(yīng)而得到相反的電荷而被吸附；另一個原因是由于空氣流過介質(zhì)時，介質(zhì)表面就感應(yīng)出很強的靜電荷而使微生物因是由于空氣

27、流過介質(zhì)時，介質(zhì)表面就感應(yīng)出很強的靜電荷而使微生物微粒被吸附，特別是用樹脂處理過的纖維表面，這種作用特別明顯。懸微粒被吸附，特別是用樹脂處理過的纖維表面，這種作用特別明顯。懸浮在空氣中的微生物微粒大多數(shù)帶有不同的電荷，如枯草桿菌孢子中浮在空氣中的微生物微粒大多數(shù)帶有不同的電荷，如枯草桿菌孢子中2020以上帶有正電荷，以上帶有正電荷，1515以上帶有負電荷，其余為中性。這些帶電的微以上帶有負電荷，其余為中性。這些帶電的微粒會受帶異性電荷物體所吸引而沉降。粒會受帶異性電荷物體所吸引而沉降。 當空氣流過介質(zhì)時，上述當空氣流過介質(zhì)時，上述5 5中截留除菌機理慣性撞擊、截留、布朗中截留除菌機理慣性撞擊、

28、截留、布朗擴散、重力沉降和靜電吸附同時起作用。不過氣流速度不同，起主要作擴散、重力沉降和靜電吸附同時起作用。不過氣流速度不同，起主要作用的機理也不同。當氣流速度較大時，慣性沖擊起主要作用；當氣流速用的機理也不同。當氣流速度較大時，慣性沖擊起主要作用；當氣流速度較小時，擴散起主要作用；當氣流速度中等時，可能是截留起主要作度較小時，擴散起主要作用；當氣流速度中等時，可能是截留起主要作用。用。 1. 1.空氣除菌流程的要求空氣除菌流程的要求 要制備較高無菌程度的、具有一定壓力的無菌空氣，在要制備較高無菌程度的、具有一定壓力的無菌空氣，在空氣除菌的流程中就要有空氣壓縮機等設(shè)備，空氣壓縮機一空氣除菌的流

29、程中就要有空氣壓縮機等設(shè)備，空氣壓縮機一方面是增加空氣的壓力便于輸送，另一方面是增加空氣溫度方面是增加空氣的壓力便于輸送，另一方面是增加空氣溫度進行熱殺菌。進行熱殺菌。 由于采用空氣壓縮機，空氣的參數(shù)變化大，就需要一些由于采用空氣壓縮機，空氣的參數(shù)變化大，就需要一些附屬設(shè)備，附屬設(shè)備用于空氣的除濕、除油、冷卻等，對于附屬設(shè)備，附屬設(shè)備用于空氣的除濕、除油、冷卻等，對于附屬設(shè)備要求盡量采用新技術(shù)、提高效率、減少設(shè)備、精簡附屬設(shè)備要求盡量采用新技術(shù)、提高效率、減少設(shè)備、精簡設(shè)備投資、降低運轉(zhuǎn)費用和動力消耗以及簡便操作等。設(shè)備投資、降低運轉(zhuǎn)費用和動力消耗以及簡便操作等。 流程的制訂就根據(jù)所在的地理、

30、氣候環(huán)境和設(shè)備條件而流程的制訂就根據(jù)所在的地理、氣候環(huán)境和設(shè)備條件而考慮，在環(huán)境污染比較嚴重的地方，要考慮改變吸風的條件，考慮，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(shè)施，以確保和發(fā)揮過濾器的最大除菌效南方，要加強除水設(shè)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(shè)備流程中則要加強消除油霧的污率；在壓縮機耗油嚴重的設(shè)備流程中則要加強消除油霧的污染等等。染等等。三、空氣介質(zhì)除菌流程三、空氣介質(zhì)除菌流程 2.2.空氣除菌流程空氣除菌流程 發(fā)酵工廠中所使用的空

31、氣除菌流程，隨各地的氣候條件不同有很大差別。發(fā)酵工廠中所使用的空氣除菌流程，隨各地的氣候條件不同有很大差別。 空氣壓縮冷卻過濾流程：空氣壓縮冷卻過濾流程：如圖示，它由壓縮機、貯罐、空氣冷卻器和過濾如圖示，它由壓縮機、貯罐、空氣冷卻器和過濾器組成。適應(yīng)于氣候寒冷、相對濕度較低的地方。由于空氣溫度低，經(jīng)壓縮后空器組成。適應(yīng)于氣候寒冷、相對濕度較低的地方。由于空氣溫度低，經(jīng)壓縮后空氣的溫度升高不會很多，特別是空氣的相對濕度較低時，空氣經(jīng)壓縮冷卻到培養(yǎng)氣的溫度升高不會很多，特別是空氣的相對濕度較低時，空氣經(jīng)壓縮冷卻到培養(yǎng)要求的溫度（要求的溫度（3535），能夠保證過濾設(shè)備的除菌效率，滿足微生物培養(yǎng)對無

32、菌空），能夠保證過濾設(shè)備的除菌效率，滿足微生物培養(yǎng)對無菌空氣的要求。氣的要求。 這種流程在使用渦輪式空氣壓縮機或無油潤滑空壓機的情況下效果是好的，這種流程在使用渦輪式空氣壓縮機或無油潤滑空壓機的情況下效果是好的，但采用普通空氣壓縮機時，可能會引起油霧污染過濾器，這時就必須增加絲網(wǎng)分但采用普通空氣壓縮機時，可能會引起油霧污染過濾器，這時就必須增加絲網(wǎng)分離器將油霧分離。離器將油霧分離。 兩級冷卻、分離、加熱的空氣除菌流程：兩級冷卻、分離、加熱的空氣除菌流程：如圖示，它可以適應(yīng)各種氣候條如圖示，它可以適應(yīng)各種氣候條件，能成充分地分離空氣中含有的水分，使空氣在低的相對濕度下進入過濾器，件，能成充分地分

33、離空氣中含有的水分，使空氣在低的相對濕度下進入過濾器，提高過濾除菌效率。特點是：提高過濾除菌效率。特點是：2 2次冷卻、次冷卻、2 2次分離、適當加熱。次分離、適當加熱。2 2次冷卻、次冷卻、2 2次分離次分離油水的優(yōu)點是可節(jié)約冷卻用水，油和水霧分離除去比較完全，保證干過濾。經(jīng)第油水的優(yōu)點是可節(jié)約冷卻用水，油和水霧分離除去比較完全，保證干過濾。經(jīng)第一級冷卻后，大部分的水、油都已結(jié)成較大的霧粒，且霧粒濃度大，適合用旋風一級冷卻后，大部分的水、油都已結(jié)成較大的霧粒，且霧粒濃度大，適合用旋風分離器分離。第二級冷卻器使空氣進一步冷卻后析出較小的霧粒，宜采用絲網(wǎng)分分離器分離。第二級冷卻器使空氣進一步冷卻

34、后析出較小的霧粒，宜采用絲網(wǎng)分離器，這類分離器可分離直徑較小的霧粒，而且效果較高。經(jīng)離器，這類分離器可分離直徑較小的霧粒，而且效果較高。經(jīng)2 2次分離后，空氣次分離后，空氣中的霧沫就較小，兩級冷卻可以減少油膜污染對傳熱的影響。中的霧沫就較小，兩級冷卻可以減少油膜污染對傳熱的影響。 前置高效過濾空氣除菌流程：前置高效過濾空氣除菌流程：如圖示，它的特點是無菌程度高。如圖示，它的特點是無菌程度高。該流程使空氣先中、高效過濾后，進入空氣壓縮機。前置高效過濾器該流程使空氣先中、高效過濾后，進入空氣壓縮機。前置高效過濾器后，空氣的無菌程度已達后，空氣的無菌程度已達99.9999.99，在經(jīng)冷卻、分離和主過

35、濾器后，空，在經(jīng)冷卻、分離和主過濾器后，空氣的無菌程度就更高，以保證發(fā)酵安全。高效前置過濾器采用泡沫塑氣的無菌程度就更高，以保證發(fā)酵安全。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)使用作過濾介質(zhì)。料（靜電除菌）和超細纖維紙串聯(lián)使用作過濾介質(zhì)。目前味精廠等發(fā)酵工廠常采用的空氣過濾除菌流程。目前味精廠等發(fā)酵工廠常采用的空氣過濾除菌流程。 四、空氣介質(zhì)除菌設(shè)備四、空氣介質(zhì)除菌設(shè)備 1. 1.高空取氣管高空取氣管 高空取氣管是遠離地面幾高空取氣管是遠離地面幾十米的管子。一般而言，地面十米的管子。一般而言，地面附近空氣中所含的微生物和灰附近空氣中所含的微生物和灰塵等均比高空空氣中含的多，塵等

36、均比高空空氣中含的多，據(jù)資料介紹，每升高據(jù)資料介紹，每升高1010米，空米，空氣中雜菌可降低一個數(shù)量級，氣中雜菌可降低一個數(shù)量級，因此從高空取氣要比從低空取因此從高空取氣要比從低空取氣有利得多。氣有利得多。 2.2.粗過濾器粗過濾器 粗過濾器安裝在空氣壓縮機之前，主要捕集較大的灰粗過濾器安裝在空氣壓縮機之前，主要捕集較大的灰塵顆粒，防止壓縮機受磨損，同時也減輕總過濾器的負荷。塵顆粒，防止壓縮機受磨損，同時也減輕總過濾器的負荷。粗過濾器的過濾效率要高、阻力要小，否則會增加空氣壓粗過濾器的過濾效率要高、阻力要小，否則會增加空氣壓縮機的負荷和降低空氣壓縮機的排氣量。常用的有布袋過縮機的負荷和降低空氣

37、壓縮機的排氣量。常用的有布袋過濾器、填料式過濾器、油浴洗滌器和水霧除塵器等。濾器、填料式過濾器、油浴洗滌器和水霧除塵器等。 布袋過濾器：布袋過濾器：結(jié)構(gòu)最簡單，只有將布縫制成與骨架相結(jié)構(gòu)最簡單，只有將布縫制成與骨架相同的形狀，緊套于焊在進氣管的骨架上，并縫緊所有會造同的形狀，緊套于焊在進氣管的骨架上，并縫緊所有會造成短路的空隙。布質(zhì)結(jié)實細致，則過濾效率高，阻力大。成短路的空隙。布質(zhì)結(jié)實細致，則過濾效率高，阻力大。最好采用毛質(zhì)絨布，現(xiàn)多采用合成纖維布。氣流速度一般最好采用毛質(zhì)絨布，現(xiàn)多采用合成纖維布。氣流速度一般為為2 22.5m2.5m3 3/ /（m m2 2 minmin），空氣阻力大約）

38、，空氣阻力大約0.60.61.2KPa1.2KPa。濾。濾布要定期清洗，以減少阻力和提高過濾效率。布要定期清洗，以減少阻力和提高過濾效率。 填料式過濾器：填料式過濾器：一般用油浸鐵回絲、玻璃纖維或其它一般用油浸鐵回絲、玻璃纖維或其它合成纖維作填料，過濾效果稍比布袋過濾器好，阻力也較合成纖維作填料，過濾效果稍比布袋過濾器好，阻力也較小，但結(jié)構(gòu)復雜，占地面積較大，內(nèi)部填料要經(jīng)常清換才小，但結(jié)構(gòu)復雜，占地面積較大，內(nèi)部填料要經(jīng)常清換才能保持一定的過濾作用，操作比較麻煩。能保持一定的過濾作用，操作比較麻煩。 油浴洗滌器：油浴洗滌器：如如圖示，空氣進入會要圖示，空氣進入會要通過油箱中的油層洗通過油箱中的

39、油層洗滌，空氣中的微粒被滌，空氣中的微粒被油粘附而逐漸沉降于油粘附而逐漸沉降于油箱底部而除去，經(jīng)油箱底部而除去，經(jīng)過油浴的空氣因帶有過油浴的空氣因帶有油霧，需要經(jīng)過百葉油霧，需要經(jīng)過百葉窗式的圓盤，分離大窗式的圓盤，分離大粒油霧，再經(jīng)氣液過粒油霧，再經(jīng)氣液過濾網(wǎng)分離小顆粒油霧濾網(wǎng)分離小顆粒油霧后，由中心管吸入空后，由中心管吸入空氣壓縮機。氣壓縮機。 水霧除塵器：水霧除塵器：如圖示，如圖示，空氣從設(shè)備的底部進入，空氣從設(shè)備的底部進入，經(jīng)上部噴下來的水霧洗滌，經(jīng)上部噴下來的水霧洗滌，將空氣中的灰塵、微生物將空氣中的灰塵、微生物微粒黏附沉降，從器底部微粒黏附沉降，從器底部排出。帶有微細水霧的潔排出。

40、帶有微細水霧的潔凈空氣經(jīng)上部過濾網(wǎng)過濾凈空氣經(jīng)上部過濾網(wǎng)過濾后排出，進入空氣壓縮機。后排出，進入空氣壓縮機。一般對一般對0.5um0.5um的粒子過濾效的粒子過濾效率為率為50507070，對，對1um1um的粒子過濾效率為的粒子過濾效率為55558888，對，對5um5um以上的粒子除以上的粒子除去效率為去效率為90909999。一。一般空氣流速為般空氣流速為1 12m/s2m/s。 3.3.空氣壓縮機空氣壓縮機 供發(fā)酵生產(chǎn)用的空氣要具有供發(fā)酵生產(chǎn)用的空氣要具有0.20.20.3MPa0.3MPa的壓力，而且空氣在輸送過的壓力，而且空氣在輸送過程中又要克服各種阻力，提供給空氣所需的壓力要空氣

41、壓縮機來完成。程中又要克服各種阻力，提供給空氣所需的壓力要空氣壓縮機來完成。目前適用于發(fā)酵用的空氣壓縮機有目前適用于發(fā)酵用的空氣壓縮機有低壓渦輪式空氣壓縮機低壓渦輪式空氣壓縮機和和往復式空氣往復式空氣壓縮機。壓縮機。 渦輪式空氣壓縮機渦輪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)時所一般由電機直接帶動渦輪，靠渦輪高速旋轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的產(chǎn)生的“空穴空穴”現(xiàn)象，吸入空氣并使其獲得較高的離心力，再通過固定現(xiàn)象，吸入空氣并使其獲得較高的離心力，再通過固定的導論和渦輪形機殼，使部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓后輸出。其輸氣量大，輸?shù)膶д摵蜏u輪形機殼，使部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓后輸出。其輸氣量大，輸出空氣壓力穩(wěn)定，效率高

42、，設(shè)備緊湊，占地面積小，獲得的空氣不帶油出空氣壓力穩(wěn)定，效率高，設(shè)備緊湊，占地面積小，獲得的空氣不帶油霧等特點，是理想的發(fā)酵生產(chǎn)的供氣設(shè)備。一般出口壓力為霧等特點，是理想的發(fā)酵生產(chǎn)的供氣設(shè)備。一般出口壓力為0.250.250.5MPa0.5MPa。 往復式空氣壓縮機往復式空氣壓縮機是靠活塞在氣缸內(nèi)的往復運動而將空氣抽吸和壓是靠活塞在氣缸內(nèi)的往復運動而將空氣抽吸和壓出的，因此，出口壓力不穩(wěn)定，而且氣缸內(nèi)要入潤滑活塞用的潤滑油，出的，因此，出口壓力不穩(wěn)定，而且氣缸內(nèi)要入潤滑活塞用的潤滑油，使空氣中帶進油霧，導致傳熱系數(shù)降低，給空氣冷卻帶來困難，會堵塞使空氣中帶進油霧，導致傳熱系數(shù)降低，給空氣冷卻帶

43、來困難，會堵塞過濾介質(zhì)，增加阻力，還會黏附在纖維表面，可能成為微生物微粒穿透過濾介質(zhì)，增加阻力，還會黏附在纖維表面，可能成為微生物微粒穿透濾層的途徑，降低過濾效率，嚴重時還會造成污染。濾層的途徑，降低過濾效率，嚴重時還會造成污染。 往復式空氣壓縮機有往復式空氣壓縮機有單缸、多缸之分，多缸中又有單缸、多缸之分，多缸中又有V V形、形、W W形、形、L L形、形、H H形等形等。往復式空氣壓縮機又可分成高壓（。往復式空氣壓縮機又可分成高壓（8 8100MPa100MPa）、中壓（）、中壓（1 18MPa8MPa）及低壓（及低壓（1MPa1MPa以下）。目前廣泛使用的是雙缸二級空氣壓縮機，其出口以下

44、）。目前廣泛使用的是雙缸二級空氣壓縮機，其出口壓力為壓力為0.40.40.8MPa0.8MPa。 4.4.空氣貯罐空氣貯罐 空氣貯罐的作用是空氣貯罐的作用是消除空氣壓縮機排出空消除空氣壓縮機排出空氣的脈沖，維持空氣穩(wěn)氣的脈沖，維持空氣穩(wěn)定的壓力。同時也可以定的壓力。同時也可以利用重力沉降作用分離利用重力沉降作用分離部分油霧。大多數(shù)是將部分油霧。大多數(shù)是將貯罐緊接著空氣壓縮機貯罐緊接著空氣壓縮機安裝。貯罐結(jié)構(gòu)簡單，安裝。貯罐結(jié)構(gòu)簡單，是一個裝有安全閥、壓是一個裝有安全閥、壓力表的空罐殼體。力表的空罐殼體。 5. 5.氣液分離器氣液分離器 氣液分離器的作用是將空氣中氣液分離器的作用是將空氣中被冷凝

45、成霧狀的水霧和油霧粒子除被冷凝成霧狀的水霧和油霧粒子除去的設(shè)備。一般常用的有旋風分離去的設(shè)備。一般常用的有旋風分離器和填料分離器。器和填料分離器。 旋風分離器：旋風分離器：是利用氣流從切是利用氣流從切線方向進入容器時，在容器內(nèi)形成線方向進入容器時，在容器內(nèi)形成旋轉(zhuǎn)運動所產(chǎn)生的離心力場來分離旋轉(zhuǎn)運動所產(chǎn)生的離心力場來分離重度較大的微粒。如圖示，總的要重度較大的微粒。如圖示，總的要求是直徑不要太大，進口風速求是直徑不要太大，進口風速151525m/s25m/s，排氣風速，排氣風速4 48m/s8m/s。 旋風分離器對于分離旋風分離器對于分離10um10um以上以上的微粒效果較高，但對于的微粒效果較

46、高，但對于10um10um以下以下的微粒分離就比較困難。一般冷凝的微粒分離就比較困難。一般冷凝的水霧和油霧微粒大小為的水霧和油霧微粒大小為1010200um200um，可選用旋風分離器進行分，可選用旋風分離器進行分離。離。 填料分離器：填料分離器：如圖示，是利用填如圖示，是利用填料的慣性攔截作用，將空氣中的水霧料的慣性攔截作用，將空氣中的水霧和油霧分離出來。填料有焦炭、活性和油霧分離出來。填料有焦炭、活性炭、瓷環(huán)、金屬絲網(wǎng)、塑料絲網(wǎng)等。炭、瓷環(huán)、金屬絲網(wǎng)、塑料絲網(wǎng)等。 瓷環(huán)的比表面積為瓷環(huán)的比表面積為87.5 87.5 204 204 m m2 2/m/m3 3，而，而0.10.10.4mm0

47、.4mm直徑的絲網(wǎng)的比直徑的絲網(wǎng)的比表面積高達表面積高達100010002000m2000m2 2/m/m3 3。因此用。因此用絲網(wǎng)作填料，分離器的體積小，可除絲網(wǎng)作填料，分離器的體積小，可除去去5um5um的微粒，效率可達的微粒，效率可達98989999，且阻力不大。且阻力不大。 常用的絲網(wǎng)有不銹鋼、鎳、鋁、常用的絲網(wǎng)有不銹鋼、鎳、鋁、銅、聚乙烯、聚丙烯、滌綸、錦綸等銅、聚乙烯、聚丙烯、滌綸、錦綸等材料制成。絲的直徑為材料制成。絲的直徑為0.25mm0.25mm左右，左右，也可以為也可以為0.10.10.4mm0.4mm的扁絲，一般將的扁絲，一般將絲織成寬為絲織成寬為100100150mm1

48、50mm的網(wǎng)帶，絲網(wǎng)的網(wǎng)帶，絲網(wǎng)孔為孔為20208080目。填料過濾層的厚度為目。填料過濾層的厚度為100mm100mm或或150mm150mm。 6.6.空氣冷卻器空氣冷卻器 列管式熱交換器等列管式熱交換器等. . 7. 7.空氣過濾器空氣過濾器 過濾介質(zhì)過濾介質(zhì) 棉花：棉花：是傳統(tǒng)的過濾介質(zhì)，最好選用纖維細長的新鮮棉花。棉花的纖維直徑是傳統(tǒng)的過濾介質(zhì)，最好選用纖維細長的新鮮棉花。棉花的纖維直徑一般為一般為161621um21um，裝填時分層壓緊，密度達到，裝填時分層壓緊，密度達到150150200Kg/m200Kg/m3 3。 玻璃纖維：玻璃纖維：玻璃纖維一般直徑為玻璃纖維一般直徑為8 8

49、19um19um，纖維直徑越小越好，但阻力大。，纖維直徑越小越好，但阻力大。因此充填裝系數(shù)一般為因此充填裝系數(shù)一般為6 61010。 活性炭：活性炭：主要是吸附作用而吸附截留微生物。一般采用直徑主要是吸附作用而吸附截留微生物。一般采用直徑3mm3mm、長、長5 510mm10mm的圓柱狀活性炭。使用時，夾裝在二層棉花中使用。的圓柱狀活性炭。使用時，夾裝在二層棉花中使用。 超細玻璃纖維紙：超細玻璃纖維紙：用無堿玻璃，采用噴吹法制成的直徑很小的纖維，一般直用無堿玻璃，采用噴吹法制成的直徑很小的纖維，一般直徑為徑為1 11.5mm1.5mm，由于太細，故做成，由于太細，故做成0.25-1mm0.25-1mm厚的纖維紙，這種紙的密度為厚的纖維紙，這種紙的密度為380Kg/m380Kg/m3 3，當厚度為，當厚度為0.25mm0.25mm時，每時，每1Kg1Kg紙有紙有20m20m2 2，它所形成的網(wǎng)絡(luò)孔隙約為，它所形成的網(wǎng)絡(luò)孔隙約為0.5-0.5-5um5um，比棉花小，比棉花小10101515倍，故有較高的過濾效率。目前大多數(shù)采用多層復合超細倍，故有較高的過濾效率。目前大多數(shù)采用多層復合超細纖維濾紙。纖維濾紙。 石棉濾板