空氣除菌精品課件

1、空氣除菌第1頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五一 空氣中微生物的分布和發(fā)酵工業(yè)對(duì)空氣無(wú)菌程度的要求發(fā)酵工業(yè)應(yīng)用的“無(wú)菌空氣”是指通過(guò)除菌處理使空氣中含菌量降低在一個(gè)極低的百分?jǐn)?shù)，從而能控制發(fā)酵污染至極小機(jī)會(huì)。此種空氣稱為“無(wú)菌空氣”。（一）、無(wú)菌空氣的概念（二）、空氣中微生物的分布 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。研究空氣中的含菌情況，選擇良好的采風(fēng)位置和提高空氣系統(tǒng)的除菌效率是保證正常生產(chǎn)的重要內(nèi)容 第2頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，

2、5月20日，12點(diǎn)11分，星期五（三）、發(fā)酵對(duì)空氣無(wú)菌程度的要求 各種不同的發(fā)酵過(guò)程，由于所用菌種的生長(zhǎng)能力、生長(zhǎng)速度、產(chǎn)物性質(zhì)、發(fā)酵周期、基質(zhì)成分及pH值的差異，對(duì)空氣無(wú)菌程度的要求也不同。如酵母培養(yǎng)過(guò)程，其培養(yǎng)基以糖源為主，能利用無(wú)機(jī)氮，要求的pH值較低，一般細(xì)菌較難繁殖，而酵母的繁殖速度又較快，能抵抗少量的雜菌影響，因此對(duì)無(wú)菌空氣的要求不高而氨基酸與抗生素發(fā)酵因周期長(zhǎng)，對(duì)無(wú)菌空氣的要求就比較高。 一般按染菌機(jī)率為10-3來(lái)計(jì)算，即1000次發(fā)酵周期所用的無(wú)菌空氣只允許12次染菌。 第3頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五二 空氣除菌的方法發(fā)酵工業(yè)應(yīng)用的“無(wú)菌空氣”是

3、指通過(guò)除菌處理使空氣中含菌量降低在一個(gè)極低的百分?jǐn)?shù)，從而能控制發(fā)酵污染至極小機(jī)會(huì)。生產(chǎn)上使用的空氣量大，要求處理的空氣設(shè)備簡(jiǎn)單，遠(yuǎn)行可靠，操作方便，現(xiàn)就各種除菌方法簡(jiǎn)述如下 輻射殺菌 熱殺菌 靜電除菌 過(guò)濾除菌 第4頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五 輻射滅菌法 最常用的是用紫外光線進(jìn)行無(wú)菌室滅菌。2537波長(zhǎng)的紫外線具有極強(qiáng)烈的殺菌效力，它的主要作用是使微生物的DNA分子產(chǎn)生的胸腺嘧啶的二聚體，導(dǎo)致細(xì)胞死亡。無(wú)菌室常用的紫外燈功率為30W，安裝在操作臺(tái)上方一米左右高處，每次照射15-30min既可。紫外線有很強(qiáng)的殺菌力，但穿透力很弱，一張薄紙即可完全擋住紫外線，因此待

4、滅菌物品必須置于紫外光直接照射下，而且在一定范圍內(nèi)作用強(qiáng)度與距離平方成反比。第5頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五此外，紫外線對(duì)人體組織有一定刺激作用，眼睛、皮膚受照射后會(huì)產(chǎn)生某些癥狀，所以工作人員在無(wú)菌室操作時(shí)應(yīng)關(guān)閉紫外燈殺菌效率較低，殺菌時(shí)間較長(zhǎng)。一般要結(jié)合甲醛蒸汽等來(lái)保證無(wú)菌室的無(wú)菌程度。第6頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五熱滅菌原理：基于加熱后微生物體內(nèi)的蛋白（酶）熱變性而得以實(shí)現(xiàn)。如果采用蒸汽或電熱來(lái)加熱大量的空氣，以達(dá)到滅菌目的，這樣太不經(jīng)濟(jì)。利用空氣壓縮時(shí)產(chǎn)生的熱進(jìn)行滅菌對(duì)于無(wú)菌要求不高的發(fā)酵來(lái)說(shuō)則是一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的方法。 熱空氣進(jìn)

5、入培養(yǎng)系統(tǒng)之前，一般均需用壓縮機(jī)壓縮，提高壓力?？諝鈮嚎s后溫度能達(dá)到200度以上，保持一定時(shí)間后，便可實(shí)行干熱殺菌。第7頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五利用空氣壓縮時(shí)所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行滅菌的原理對(duì)制備大量無(wú)菌空氣有特別意義。實(shí)際應(yīng)用中需考慮培養(yǎng)裝置與空氣壓縮機(jī)的相對(duì)位置，連接壓縮機(jī)與培養(yǎng)裝置的管道的滅菌以及管道長(zhǎng)度等。第8頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五靜電除菌靜電除塵器可除去空氣中的水霧、油霧、塵埃，同時(shí)也除去微生物。原理：利用靜電引力來(lái)吸附帶電粒子而達(dá)到除塵滅菌目的。靜電除菌凈化空氣有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)阻力小，約1.01325104Pa；(2

6、)染菌率低，平均低于1015；(3)除水、除油的效果好；(4)耗電少缺點(diǎn)是設(shè)備龐大，需要采用高壓電技術(shù)，且一次性投資較大；對(duì)于一些直徑小的微粒，所帶電荷小，不能被吸附而沉降。其捕集率尚嫌不夠，需要采取其它措施第9頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五介質(zhì)過(guò)濾除菌 介質(zhì)過(guò)濾除菌是使空氣通過(guò)經(jīng)高溫滅菌的介質(zhì)過(guò)濾層，將空氣中的微生物等顆粒阻截在介質(zhì)層中，而達(dá)到除菌的目的。常用的過(guò)濾介質(zhì)有棉花；活性炭或玻璃纖維、有機(jī)合成纖維、有機(jī)和無(wú)機(jī)燒結(jié)材料等。由于被過(guò)濾的氣溶膠中微生物的粒子很小，一般只有0.52m，而過(guò)濾介質(zhì)的材料一般孔徑都大于微粒直徑幾倍到幾十倍，因此過(guò)濾機(jī)理比較復(fù)雜。從可

7、靠性，經(jīng)濟(jì)適用與便于控制等方面考慮，目前仍以介質(zhì)過(guò)濾法較好，也是大多數(shù)發(fā)酵廠廣泛采用的方法。第10頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五隨著工業(yè)的發(fā)展，過(guò)濾介質(zhì)逐漸由天然材料棉花過(guò)渡到玻璃纖維、超細(xì)玻璃纖維和石棉板、燒結(jié)材料(燒結(jié)金屬、燒結(jié)陶瓷、燒結(jié)塑料)、微孔超濾膜等。而且過(guò)濾器的形式也在不斷發(fā)生變化，出現(xiàn)了一些新的形式和新的結(jié)構(gòu)，把發(fā)酵工業(yè)中的染菌控制在極小的范圍 第11頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五三 空氣過(guò)濾除菌的流程 （一）空氣凈化的工藝要求 空氣過(guò)濾除菌流程是生產(chǎn)對(duì)無(wú)菌空氣要求具備的參數(shù)(如無(wú)菌程度、空氣壓力、溫度等)，并結(jié)合吸氣環(huán)境

8、的空氣條件和所用空氣除菌設(shè)備的特性，根據(jù)空氣的性質(zhì)而制訂的 對(duì)于一般要求的低壓無(wú)菌空氣，可直接采用一般鼓風(fēng)機(jī)增壓后進(jìn)入過(guò)濾器，經(jīng)一、二次過(guò)濾除菌而制得。如無(wú)菌室、超凈工作臺(tái)等用作層流技術(shù)的無(wú)菌空氣就是采用這種簡(jiǎn)單流程。自吸式發(fā)酵罐是由轉(zhuǎn)子的抽吸作用使空氣通過(guò)過(guò)濾器而除菌的。一般的深層通風(fēng)發(fā)酵，除要求無(wú)菌空氣具有必要的無(wú)菌程度外，還要具有一定高的壓力，這就需要比較復(fù)雜的空氣除菌流程 第12頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五供給發(fā)酵用的無(wú)菌空氣，需要克服介質(zhì)阻力、發(fā)酵液靜壓力和管道阻力，故一般使用空壓機(jī)。從大氣中吸入的空氣常帶有灰塵、沙土、細(xì)菌等；在壓縮過(guò)程中，又會(huì)污染潤(rùn)滑

9、油或管道中的鐵銹等雜質(zhì)。空氣經(jīng)壓縮，一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換成熱能，出口空氣的溫度在120160C之間，起到一定的殺菌作用，但在空氣進(jìn)入發(fā)酵罐前，必須先行冷卻； 冷卻出來(lái)的油、水，又必須及時(shí)排出，嚴(yán)防帶入空氣過(guò)濾器中，否則會(huì)使過(guò)濾介質(zhì)(如棉花等)受潮，失去除菌性能?？諝庠谶M(jìn)入空氣過(guò)濾器前，要先經(jīng)除塵、除油、除水，再經(jīng)空氣過(guò)濾器除菌，制備凈化空氣送入發(fā)酵罐，供菌體生長(zhǎng)與代謝的需要。 第13頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五過(guò)濾除菌的基本操作步驟： (1)首先將進(jìn)入空壓機(jī)的空氣粗濾，濾去灰塵、沙土等固體顆粒。這樣還有利于空壓機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，提高空壓機(jī)的壽命。(2)將經(jīng)壓縮后的熱空氣冷卻

10、，并將析出的油、水盡可能地除掉。常采用油水分離器與去霧器相結(jié)合的裝置(3)為防止往復(fù)壓縮機(jī)產(chǎn)生脈動(dòng)，和一般的空氣供給一樣，流程中需設(shè)置一個(gè)或數(shù)個(gè)貯氣罐。(4)空氣過(guò)濾器一般采用二臺(tái)總過(guò)濾器(交叉使用)和每個(gè)發(fā)酵罐單獨(dú)配備分過(guò)濾器相結(jié)合的方法，以達(dá)到無(wú)菌的要求 第14頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五（二）過(guò)濾除菌的一般流程 空氣過(guò)濾除菌一般是把吸氣口吸入的空氣先進(jìn)行壓縮前過(guò)濾，然后進(jìn)入空氣壓縮機(jī)。從空氣壓縮機(jī)出來(lái)的空氣(一般壓力在0.2MPa以上，溫度120160C)，先冷卻至適當(dāng)溫度(2025C)除去油和水，再加熱至3035C，最后通過(guò)總空氣過(guò)濾器和分過(guò)濾器(有的不用

11、分過(guò)濾器)除菌，從而獲得潔凈度、壓力、溫度和流量都符合工藝要求的滅菌空氣。一般，空氣凈化采取如下圖所示的工藝流程 第15頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五 在上述工藝過(guò)程中，各種設(shè)備系圍繞兩個(gè)目的：一是提高壓縮前空氣的質(zhì)量(潔凈度)；另一個(gè)是去除壓縮空氣中所帶的油和水。第16頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五主要措施是提高空氣吸氣口的位置和加強(qiáng)吸入空氣的壓縮前過(guò)濾 1 提高壓縮前空氣的質(zhì)量提高空氣吸氣口的高度可以減少吸入空氣的微生物含量。據(jù)報(bào)道，吸氣口每提高35m，微生物數(shù)量減少一個(gè)數(shù)量級(jí)。由于空氣中的微生物數(shù)量因地區(qū)、氣候而不同；因此吸氣口的高

12、度也必須因地制宜，一般以離地面510m為好。在吸氣口處需要設(shè)置防止顆粒及雜物吸入的篩網(wǎng)(也可以裝在粗過(guò)濾器上)，以免損壞空氣壓縮機(jī)。如果將粗過(guò)濾器提高到相當(dāng)于吸氣口的高度，則不需另設(shè)吸氣口。(1)空氣吸氣口第17頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五吸入的空氣在進(jìn)入壓縮機(jī)前先通過(guò)粗過(guò)濾器過(guò)濾，可以減少進(jìn)入空氣壓縮機(jī)的灰塵和微生物，減少往復(fù)式空氣壓縮機(jī)活塞和氣缸的磨損，減輕介質(zhì)過(guò)濾除菌的負(fù)荷。常用的粗過(guò)濾器有油浸鐵絲網(wǎng)、油浸鐵環(huán)和泡沫塑料等 (2)粗過(guò)濾器第18頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五2 去除壓縮空氣中所帶的油和水空氣中的微生物通常不單獨(dú)游離

13、存在，而依附在塵埃和霧滴上。因此，空氣進(jìn)入壓縮機(jī)前應(yīng)盡量除去塵埃和霧滴?？諝庵械撵F滴不僅帶有微生物，還會(huì)使空氣過(guò)濾器中的過(guò)濾介質(zhì)受潮而降低除菌效率，以及使空氣過(guò)濾器的阻力增加。為此，必須設(shè)法使進(jìn)入過(guò)濾器的空氣保持相對(duì)濕度在5060左右。從空氣壓縮機(jī)出來(lái)的空氣，溫度為120C(往復(fù)式壓縮機(jī))或150C(渦輪式壓縮機(jī))，其相對(duì)濕度大大降低，如果在此高溫下就進(jìn)入空氣過(guò)濾器過(guò)濾，可以減少壓縮空氣中夾帶的水分，使過(guò)濾介質(zhì)不致受潮。但是一般的過(guò)濾介質(zhì)耐受不了這樣高的溫度。因此，壓縮空氣一般先通過(guò)冷卻，降低溫度，提高空氣的相對(duì)濕度，使其達(dá)到飽和狀態(tài)并處于露點(diǎn)以下，使其中的水分凝結(jié)為水滴或霧沫，從而將它們分離

14、除去。冷卻去水后，再將壓縮空氣加熱，降低其相對(duì)濕度，使其未除去的水分不致凝結(jié)出來(lái)，然后進(jìn)行過(guò)濾 第19頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五空氣通過(guò)往復(fù)式壓縮機(jī)的氣缸后縮帶來(lái)的油霧滴，同樣會(huì)粘附微生物，降低過(guò)濾器的除菌效率及使過(guò)濾阻力增大，但通過(guò)冷卻后可以和水一起分離除去。如果往復(fù)式壓縮機(jī)采用半無(wú)油潤(rùn)滑或無(wú)油潤(rùn)滑，則可以大大降低壓縮空氣的油霧含量。現(xiàn)將去除油、水的工藝過(guò)程所需設(shè)備及其作用概述如下。用30C左右的水，把從壓縮機(jī)出來(lái)的120C或150C的空氣冷卻到4050C左右 （1）一級(jí)空氣冷卻器（2）二級(jí)空氣冷卻器用9C冷凍水或1518C地下水，把4050C的空氣冷卻到20

15、25C。冷卻后的空氣，其相對(duì)濕度提高到100%，由于溫度處于露點(diǎn)以下，其中的油、水即凝結(jié)為油滴和水滴 第20頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五用以分離5m以上的液滴。使用絲網(wǎng)除沫器需控制好空氣的流速，并不斷去掉凝結(jié)下來(lái)的油水。在空氣壓力為0.2Mpa（表壓）的情況下，最佳的空氣流速應(yīng)為12ms(空床速度)，在此操作條件下可以去掉較小的霧滴。（3）空氣貯罐用以沉降大的油滴和水滴及穩(wěn)定壓力。（4）旋風(fēng)分離器用以分離50m以上的液滴及部分較小的液滴。（5）絲網(wǎng)除沫器（6）空氣加熱器分離油、水以后的空氣的相對(duì)濕度仍然為100，當(dāng)溫度稍微下降時(shí)(例如冬天或過(guò)濾器阻力下降很大時(shí))就

16、會(huì)析出水來(lái)，使過(guò)濾介質(zhì)受潮。因此，還必須使用加熱器來(lái)提高空氣溫度，降低空氣的相對(duì)濕度(要求在60以下)，以免析出水來(lái)。 除空氣預(yù)處理外，影響空氣除菌的重要因素還有空氣過(guò)濾器的過(guò)濾介質(zhì)及操作 第21頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五油水分離器其內(nèi)部同時(shí)采用直接攔截，慣性碰撞，布朗擴(kuò)散及凝聚等機(jī)理，能有效地去除空氣中的水、油霧、塵埃，內(nèi)部不銹鋼絲網(wǎng)可清洗，使用壽命長(zhǎng)。第22頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五要制備較高無(wú)菌程度，具有一定壓力的無(wú)菌空氣，它的流程設(shè)備有空氣壓縮機(jī)。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(jiǎn)設(shè)備投資、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用和動(dòng)力

17、消耗，簡(jiǎn)便操作。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。 對(duì)空氣除菌流程的要求（三）三種典型空氣除菌流程第23頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五在環(huán)境污染比較嚴(yán)重的地方，要考慮改變吸風(fēng)的條件，以降低過(guò)濾器的負(fù)荷，提高空氣的無(wú)菌程度；在溫暖潮濕的南方，要加強(qiáng)除水設(shè)施，以確保和發(fā)揮過(guò)濾器的最大除菌效率；在壓縮機(jī)耗油嚴(yán)重的設(shè)備流程中則要加強(qiáng)消除油霧的污染等等。 第24頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五1 兩級(jí)分離、冷卻、加熱的空氣除菌流程 第25頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五該流程是一個(gè)比較完善的空氣除菌流程，

18、它可以適應(yīng)各種氣候條件，能充分地分離空氣中含有的水分和油分，使空氣在低的相對(duì)濕度下進(jìn)人過(guò)濾器，提高過(guò)濾除菌效率 兩圾冷卻、適當(dāng)加熱、兩次分離油水的主要優(yōu)點(diǎn)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(guò)濾。用地下水或冰水一級(jí)冷卻到30-35度，二級(jí)冷卻到20-25度。旋風(fēng)分離器分離較大的霧滴(油、水)，絲網(wǎng)分離器分離較小的霧滴，兩次分離油水完全、分離效果好，提高了傳熱系數(shù)，節(jié)約冷卻用水。經(jīng)第一級(jí)冷卻后大部分的水、油都已結(jié)成較大的霧粒，且霧粒濃度比較大，可以用旋風(fēng)分離器分離。二級(jí)冷卻器使空氣進(jìn)一步冷卻后析出較小的霧粒，宜采用絲網(wǎng)分離器分離，這類分離器可分離較小直徑霧粒，分離效牢高。 利用加熱

19、器把空氣的相對(duì)濕度降到50-60，保證干過(guò)濾，過(guò)濾效率高。 該流程的特點(diǎn)是：適應(yīng)性強(qiáng)，各種氣候條件都行，尤其是適用于潮濕的南方地區(qū)。第26頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五 2冷熱空氣直接混合式除菌流程第27頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五此除菌流程是一個(gè)設(shè)備較簡(jiǎn)單的空氣除菌流程，它由壓縮機(jī)、貯罐、空氣冷卻器和過(guò)濾器組成。它只能適用于那些氣候寒冷且相對(duì)濕度很低的地區(qū)。由于空氣的溫度低，經(jīng)壓縮后它的溫度也不會(huì)升高很多，特別是空氣的相對(duì)濕度低。空氣中的絕對(duì)濕含量很小，雖然空氣經(jīng)壓縮并冷卻到培養(yǎng)要求的溫度，但最后空氣的相對(duì)濕度還能保持在60以下，這就

20、能保證過(guò)濾設(shè)備的過(guò)濾除菌效率，滿足微生物培養(yǎng)對(duì)無(wú)菌空氣的要求。但是室外溫度低到什么程度和空氣的相對(duì)濕度低到多少才能采用這個(gè)流程，得通過(guò)空氣中相對(duì)濕度的計(jì)算來(lái)確定。適用于無(wú)菌要求不太高的發(fā)酵過(guò)程第28頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五3 高效前置過(guò)濾除菌流程 高效前置過(guò)濾器壓縮機(jī)貯罐冷卻器 絲網(wǎng)分離器加熱器過(guò)濾器 第29頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五 該流程的特點(diǎn)是： 采用高空采風(fēng)，初始空氣含菌量低。使用前置過(guò)濾器，無(wú)菌程度較高?？諝庀冉?jīng)中效、高效過(guò)濾后，利用壓縮機(jī)的抽吸作用進(jìn)人空氣壓縮機(jī)。經(jīng)前置高效過(guò)濾器后，空氣的無(wú)菌程度已達(dá)9999，再經(jīng)冷

21、卻、分離和主過(guò)濾器過(guò)濾后，空氣的無(wú)菌程度就更高，以保證安全。高效前置過(guò)濾器采用泡沫塑料(靜電除菌)和超細(xì)纖維紙串聯(lián)作過(guò)濾介質(zhì) 第30頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五四、過(guò)濾除菌原理 和設(shè)備 過(guò)濾除菌是目前發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)中最常用的空氣除菌方法，它采用定期滅菌的干燥介質(zhì)來(lái)阻截流過(guò)空氣中所含的微生物，從而獲得無(wú)菌空氣。常用的過(guò)濾介質(zhì)按孔隙的大小可分成兩大類：一類是介質(zhì)間孔隙大于微生物，故必須有一定厚度的介質(zhì)濾層才能達(dá)到過(guò)濾除菌目的，稱為深層過(guò)濾介質(zhì)；而另一類介質(zhì)的孔隙小于細(xì)菌，含細(xì)菌等微生物的空氣通過(guò)介質(zhì)時(shí)，微生物就被截留于介質(zhì)上而實(shí)現(xiàn)過(guò)濾除菌，稱之為絕對(duì)過(guò)濾介質(zhì) 前者有棉花

22、、活性炭、玻璃纖維、有機(jī)合成纖維、燒結(jié)材料(燒結(jié)金屑、燒結(jié)陶瓷、燒結(jié)塑料)。后者有微孔超濾膜等。絕對(duì)過(guò)濾在發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用逐漸增多，它可以除去0.2um左右的粒子，故可把細(xì)菌等微生物全部過(guò)濾除去 。還開發(fā)成功了可除去0.01um微粒的高效絕對(duì)過(guò)濾器 深層過(guò)濾是目前發(fā)酵工業(yè)主要的除菌工藝第31頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五（一）深層過(guò)濾原理空氣的過(guò)濾除菌原理與液體的過(guò)濾原理不一樣 深層過(guò)濾常用的過(guò)濾介質(zhì)棉花的纖維直徑一般為1620微米。充填系數(shù)為8%時(shí)，棉花纖維所形成網(wǎng)格的孔隙為2050微米，微粒大小為(0.5-2微米)。微粒隨氣流通過(guò)濾層時(shí)，濾層纖維所形成的網(wǎng)格

23、阻礙氣流前進(jìn)，使氣流出現(xiàn)無(wú)數(shù)次改變運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)方向，繞過(guò)纖維前進(jìn)；這些改變引起微粒以對(duì)濾層纖維產(chǎn)生慣性沖擊、阻攔、重力沉降、布朗擴(kuò)散、靜電吸引等作用而把微粒滯留在纖維表面上。 第32頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五纖維介質(zhì)阻留微粒的機(jī)制下圖為一帶顆粒的氣流流過(guò)單纖維截面的假想模型。當(dāng)氣流為層流時(shí)，氣體中的顆粒隨氣流做平行運(yùn)動(dòng)，靠近纖維時(shí)氣流方向發(fā)生改變，而所夾帶的微粒的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示。接近纖維表面的顆粒(處于纖維能滯留微粒的寬度區(qū)間b中的顆粒)被纖維捕獲，而位于b以外的氣流中的顆粒繞過(guò)纖維繼續(xù)前進(jìn)。 因?yàn)檫^(guò)濾層是由無(wú)數(shù)單纖維層組成的所以就增加了捕獲的機(jī)會(huì)。 第33

24、頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五1 慣性沖擊滯留作用 慣性沖擊滯留作用是空氣過(guò)濾器除菌的重要作用。如圖所示：當(dāng)空氣通過(guò)纖維濾層時(shí)，僅能從纖維層的間隙通過(guò)，由于受到交錯(cuò)纖維所阻迫，空氣要不斷改變方向和運(yùn)動(dòng)速度才能通過(guò)濾層。當(dāng)空氣流向突然改變時(shí)，其中所含的細(xì)菌由于慣性的作用，仍然呈直線方向運(yùn)動(dòng)；與介質(zhì)碰撞，由于摩擦粘附，于是細(xì)菌附著于介質(zhì)表面，這稱為慣性沖擊滯留作用。第34頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五當(dāng)空氣流速大時(shí)，微粒的運(yùn)動(dòng)慣性大，受氣流換向的干擾小，b值就越大。纖維滯留微粒的寬度b的大小由微粒的運(yùn)動(dòng)慣性所決定。在一定條件下(即微生物微粒直

25、徑、纖維直徑和空氣溫度等保持一定)，改變氣流的流速就是改變微粒的慣性力。 臨界速度隨纖維直徑和微粒直徑而變化 當(dāng)氣流速度下降時(shí)，微粒的運(yùn)動(dòng)速度就隨著下降，微粒的動(dòng)量減小，其脫離主導(dǎo)氣流滯留微粒的寬度b減小，則捕集效率1下降當(dāng)空氣速度下降到微粒的慣性力不足于使微粒脫離主導(dǎo)氣流而與纖維產(chǎn)生碰撞，此時(shí)在氣流的任一處，微粒也隨氣流改變運(yùn)動(dòng)方向繞過(guò)纖維前進(jìn)，纖維的碰撞滯留效率等于零。這時(shí)的空氣流速V0稱為慣性碰撞的臨界速度 第35頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五截留區(qū)域的大小決定于微粒運(yùn)動(dòng)的慣性力，所以，氣流速度愈大，慣性力大，截留效果也愈好。此外，慣性碰撞截面作用也與纖維直徑

26、有關(guān)，纖維愈細(xì)，捕集效果愈好。慣性碰撞截面在介質(zhì)除塵中起主要作用。第36頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五2 攔截滯留作用當(dāng)氣流速度下降到臨界速度以下時(shí)，微粒就不能因慣性碰撞而滯留于纖維上，捕集效率顯著下降。但實(shí)踐證明，隨著氣流速度的繼續(xù)下降，纖維對(duì)微粒的捕集效率不再下降，反而又有所回升，說(shuō)明有另一種機(jī)理在起作用，這就是攔截滯留作用機(jī)理 當(dāng)氣流在滯流狀態(tài)下夾帶微粒慢慢靠近介質(zhì)時(shí)，主導(dǎo)氣流流向受纖維所阻而改變流動(dòng)方向，統(tǒng)過(guò)纖維前進(jìn)，并在纖維的周邊形成一層邊界滯流區(qū)，區(qū)內(nèi)的氣流速度更慢。滯留區(qū)的微粒逐漸靠近和接觸纖維而被粘附滯流，稱為攔截滯留作用。截留作用的捕集效率決定于微

27、粒直徑和纖維直徑之比，又與空氣流速成反比，當(dāng)氣流速度低時(shí)截留才起作用。第37頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五 3布朗擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)：直徑小于1的微粒在運(yùn)動(dòng)中往往產(chǎn)生種不規(guī)則的布朗運(yùn)動(dòng)，使微粒間相互凝集成較大的粒子，從而發(fā)生重力沉降或被介質(zhì)截留。但是這種作用只有在氣流速度較低時(shí)才較顯著。第38頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五、重力沉降作用機(jī)理重力沉降是一個(gè)穩(wěn)定的分離作用，當(dāng)微粒所受的重力大于氣流對(duì)它的拖帶力時(shí)，微粒就容易沉降。就單一的重力沉降情況下，大顆粒比小顆粒作用顯著，對(duì)于小顆粒只有在氣流速度很慢時(shí)才起作用。一般它是與攔截作用相配合的，即在纖維的

28、邊界滯留區(qū)內(nèi)，微粒的沉降作用提高了攔截滯留的捕集效率。 第39頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五、靜電吸附作用機(jī)理干空氣對(duì)非導(dǎo)體的物質(zhì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)磨擦?xí)r，會(huì)產(chǎn)生誘導(dǎo)電荷，纖維和樹脂處理過(guò)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微粒大多帶有不同的電荷，如枯草桿菌孢子20%帶正電荷，20%帶負(fù)電荷，15%中性， 這些帶電的微粒會(huì)受帶異性電荷的物體所吸引而沉降。第40頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五此外，表面吸附也歸屬于這個(gè)范疇，如活性炭的大部分過(guò)濾效能應(yīng)是表面吸附的作用。當(dāng)空氣流過(guò)介質(zhì)表面時(shí)，上述五種機(jī)理慣性撞擊、截留、擴(kuò)散、重力沉降和

29、靜電吸附同時(shí)都起作用不過(guò)氣流速度不同，起主要作用的機(jī)理也就不同。當(dāng)氣流速度很大時(shí)，除菌效率隨空氣流速的增加而增加，此時(shí)，慣性撞擊起主要作用；當(dāng)氣流速度較小時(shí)，除菌效率隨氣流速度的增加而降低，此時(shí)，擴(kuò)散起主要作用；當(dāng)氣流速度中等時(shí)，可能是截留和重力沉降起主要作用。 如果空氣流速巨大，除菌效率反而下降，則是由于已被捕集的微粒又返回到氣流中 第41頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五（二）空氣過(guò)濾除菌介質(zhì)、棉花、玻璃纖維、活性炭 、超細(xì)玻璃纖維紙 、石棉濾板 、燒結(jié)材料過(guò)濾介質(zhì) 、新型過(guò)濾介質(zhì) （絕對(duì)過(guò)濾介質(zhì)）第42頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五1棉

30、花 棉花是比較傳統(tǒng)的過(guò)濾介質(zhì)工業(yè)規(guī)模和實(shí)驗(yàn)室均采用棉花作為過(guò)濾介質(zhì)。棉花的質(zhì)量隨品種和種植條件不同有較大差別，最好選用纖維細(xì)長(zhǎng)疏松的新鮮產(chǎn)品。貯藏過(guò)久，纖維會(huì)發(fā)脆甚至斷裂，增大了壓強(qiáng)降；脫脂纖維會(huì)因易吸濕而降低過(guò)濾效果。棉花纖維直徑一般為16-21um，裝填時(shí)要分層均勻鋪砌，最后要壓緊，裝填密度達(dá)到150-200kg/m3為好。如果壓不緊或是裝填不均勻，會(huì)造成空氣走短路，甚至介質(zhì)翻動(dòng)而喪失過(guò)濾效果 2玻璃纖維 作為散裝充填過(guò)濾器的普通玻璃纖維，一般直徑為8-19um不等。纖維直徑越小越好。但纖維越小，其強(qiáng)度越低，很容易斷碎而造成堵塞，增大阻力。玻璃纖維的充填系數(shù)不宜太大，一般采用610，它的阻

31、力損失一般比棉花小。如果采用硅硼玻璃纖維，則可得直徑較細(xì)(o，3o5um)的高強(qiáng)度纖維，一般將其制成23mm厚的濾材，裝填過(guò)濾器后可除去001um的微粒，故可用于去除噬菌體和所有的微生物 第43頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五3活性炭活性炭有非常大的比表面積，主要通過(guò)表面吸附作用而吸附截留微生物。一般采用直徑3mm、長(zhǎng)5-10mm的圓柱狀活性炭。其粒子間隙大，故對(duì)空氣的阻力較小，僅為棉花的112，但它的過(guò)濾效率比棉花要低得多。目前，工廠都是將活性炭夾裝在兩層棉花中使用，以降低濾層阻力。活性炭的好壞決定于它的強(qiáng)度和比表面積。比表面積小，則吸附性能差，過(guò)濾效率低；強(qiáng)度不足

32、，則易破碎，堵塞孔隙，增大氣流阻力。它的用量為總過(guò)濾層的13-l2。第44頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五4超細(xì)玻璃纖維紙超細(xì)玻璃纖維是利用質(zhì)量較好的無(wú)堿玻璃，采用噴吹法制成的直徑很小的纖維(直徑為l-1.5um。由于纖維特別細(xì)小，故不宜散裝充填，一般采用造紙的方法將超細(xì)玻璃纖維做成0.25-1mm的纖維紙，這種纖維紙的密度為380kg/m3(當(dāng)厚度為0.25mm時(shí)，每1kg紙的表面積有20m2)，它所形成網(wǎng)格的孔隙為0.5-5um，故它有較高的過(guò)濾效率。當(dāng)空氣流速為0.02m/s時(shí)，一層0.25mm的超細(xì)纖維紙用油霧測(cè)試，對(duì)03um的微粒過(guò)濾效率為9999，通過(guò)后空

33、氣的壓力損失為30pa左右 超細(xì)玻璃纖維紙屬于高速過(guò)濾介質(zhì)。在低速過(guò)濾時(shí)，它的過(guò)濾機(jī)理以攔截?cái)U(kuò)散作用機(jī)理為主。當(dāng)氣流速度超過(guò)臨界速度時(shí)，以慣性沖擊機(jī)理為主，氣流速度越高，過(guò)濾效率越高。生產(chǎn)上操作的氣流速度應(yīng)避開效率最低的臨界速度 超細(xì)玻璃纖維紙雖然有較高的過(guò)濾效率，但由于纖維細(xì)短，強(qiáng)度很差，容易受空氣沖擊而破壞，特別是受濕以后，這樣細(xì)短的纖維間隙很小，水分在纖維間因毛細(xì)管表面張力作用使纖維松散，強(qiáng)度大大下降。為增加強(qiáng)度，可采用樹脂處理纖維紙。 第45頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五 5石棉濾板 石棉濾板是采用20纖維小而直的藍(lán)石棉和80紙漿纖維混合打漿抄制而成。由于纖

34、維比較粗，直徑大，纖維間隙也比較大，濾板較厚(35mm)。但過(guò)濾效率還是比較低，只適用于裝填分過(guò)濾器。其特點(diǎn)是濕強(qiáng)度較大，受潮時(shí)也不易穿孔或折斷，能耐受蒸汽反復(fù)殺菌，使用時(shí)間較長(zhǎng) 6燒結(jié)材料 燒結(jié)材料過(guò)濾介質(zhì)種類很多，有燒結(jié)金屬(蒙乃爾合金、青銅等)、燒結(jié)陶瓷、燒結(jié)塑料等。制造時(shí)用這些材料的微粒粉末加壓成型后，處于熔點(diǎn)溫度下凝結(jié)固定，但只是粉末表面熔融粘結(jié)而保持粒子的空間和間隙，形成了微孔通道，具有微孔過(guò)濾的作用。某些可溶于有機(jī)溶劑的塑料，也可采用溶劑粘結(jié)法。這種過(guò)濾介質(zhì)加工比較困難，濾板孔隙也不可能做得很小。孔徑大小決定于燒結(jié)粉末的大小，太小則燒結(jié)溫度和時(shí)間難以掌握，容易全部熔融而堵塞微孔。

35、一般孔隙都在10-30um之間 第46頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五 7新型（絕對(duì)）過(guò)濾介質(zhì) 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和發(fā)酵工藝條件的需要，許多新的過(guò)濾介質(zhì)應(yīng)運(yùn)而生。這些新過(guò)濾介質(zhì)的微孔直徑只有o1o22um，小于細(xì)菌直徑，使得菌體粒子不能通過(guò)，該過(guò)濾稱之為絕對(duì)過(guò)濾。絕對(duì)過(guò)濾器也有兩大類，一類是能除去全部微生物，如Mili Pore公司的0.22um的膜式過(guò)遺器，用可耐蒸汽滅菌的膜材PVDF(聚偏氟乙烯)和PTEE(配四氟乙烯)制成。這種過(guò)濾器可全部濾除細(xì)菌等微生物，但不能除去噬菌體。另一類可除去小至o01um的微粒，故可濾除全部噬菌體。如英國(guó)的DH公司研制的絕對(duì)空氣過(guò)濾

36、器，可100過(guò)濾除去oolum以上的微粒，且可耐121度反復(fù)加熱殺菌，被公認(rèn)是最保險(xiǎn)、安全的空氣除菌過(guò)濾器。使用微孔膜等絕對(duì)過(guò)濾器必須安裝空氣預(yù)過(guò)濾器，以濾除鐵銹、塵埃等微粒，延長(zhǎng)主過(guò)濾器的使用壽命。對(duì)無(wú)菌程度要求高的發(fā)酵系統(tǒng)，需裝設(shè)阻力小的絕對(duì)空氣過(guò)濾器 第47頁(yè)，共56頁(yè)，2022年，5月20日，12點(diǎn)11分，星期五（三）過(guò)濾器1纖維介質(zhì)深層過(guò)濾器纖維介質(zhì)深層過(guò)濾器結(jié)構(gòu)如圖所示。通常是立式圓筒形，內(nèi)部充填過(guò)濾介質(zhì)，空氣由下向上通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)。纖維介質(zhì)主要有棉花、玻璃纖維、超細(xì)玻璃纖維等。由于需要濾層厚，耗用棉花多，安裝較困難，且阻力損失很大，故工廠常用活性碳作為中間層。通常總的高度中，上下棉花層厚度各為總過(guò)濾層的14-l3，中間活性炭層占1312。