趙老師第4章 空氣凈化工程及設(shè)備

第3章空氣凈化工程與設(shè)備2/2/202312/2/202322/2/202332/2/20234第一節(jié)空氣凈化除菌的方法與原理2/2/202352/2/20236空氣凈化是以創(chuàng)造潔凈空氣為主要目的的空氣調(diào)節(jié)措施。根據(jù)生產(chǎn)工藝要求對空調(diào)有不同的潔凈標(biāo)準(zhǔn)，即工業(yè)潔凈和生物潔凈。工業(yè)潔凈系指除去空氣中懸浮的塵埃，在某些場合還有除臭、增加空氣負(fù)離子等以創(chuàng)造潔凈的空氣環(huán)境。生物潔凈系指不僅除去空氣中的塵埃，而且除去細(xì)菌等以創(chuàng)造潔凈空氣的環(huán)境。制藥工業(yè)、生物學(xué)實(shí)驗(yàn)、醫(yī)院手術(shù)室等房間需要生物潔凈。2/2/20237生物工業(yè)生產(chǎn)中對無菌空氣的無菌程度要求是：一般要求1000次使用周期中只允許有一個(gè)菌通過，即經(jīng)過濾后空氣的無菌程度為N=10-3。2/2/20238一、潔凈室的凈化標(biāo)準(zhǔn)1、凈化級別①一般凈化：以溫、濕度為主要指標(biāo)的空調(diào)，可采用初效濾過器。②中等凈化：對室內(nèi)空氣含塵量有一定的含塵量指標(biāo)。這類空氣凈化采用初、中效二級濾過。③超凈凈化：對室內(nèi)空氣含塵量有嚴(yán)格的要求，以顆粒計(jì)數(shù)為指標(biāo)的要求，此類凈化必須經(jīng)過初、中、高效濾過器才能滿足要求。2/2/202392、潔凈室的潔凈度標(biāo)準(zhǔn)一般生產(chǎn)區(qū)沒有潔凈度要求；控制區(qū)的潔凈度要求為10萬級；潔凈區(qū)對潔凈度的要求為1萬級的一般無菌工作區(qū)；無菌區(qū)對潔凈度的要求為100級的工作區(qū)。2/2/202310等級每立方米(每升)空氣中≥0.5微米塵粒數(shù)每立方米(每升)空氣中≥5微米塵粒數(shù)100級≤35×100(3.5)

1000級≤35×1000(35)≤250(0.25)10000級≤35×10000(350)≤2500(2.5)100000級≤35×100000(3500)≤25000(25)潔凈度100級:大于等于0.5μm的塵粒數(shù)大于350粒／m3(0.35粒/L)到小于等于3500粒／m3(3.5粒/L)；大于等于5μm的塵粒數(shù)為02/2/202311二、含塵濃度的表示方法和測量方法1、含塵濃度的表示方法常用以下兩種方法表示：計(jì)數(shù)濃度：每升或每立方米空氣中所含粉塵個(gè)數(shù)（個(gè)/L或個(gè)/m3）。重量濃度：每立方米空氣中所含粉塵的毫克量（mg/m3）。2/2/2023122、空氣含菌量的測定方法粒子計(jì)數(shù)法固定膜采樣法2/2/202313輻射殺菌熱殺菌靜電除菌過濾除菌法化學(xué)藥品法三、空氣除菌方法

2/2/202314（一）輻射滅菌α射線、X射線、β射線、γ射線、紫外線、超聲波等從理論上講都能破壞蛋白質(zhì)，破壞生物活性物質(zhì)，從而起到殺菌作用。但應(yīng)用較廣泛的還是紫外線，它在波長為250~260nm時(shí)殺菌效力最強(qiáng)，通常用于無菌室和醫(yī)院手術(shù)室。但殺菌效率較低，殺菌時(shí)間較長。一般要結(jié)合甲醛蒸汽等來保證無菌室的無菌程度。2/2/202315（二）加熱滅菌利用壓縮熱進(jìn)行空氣滅菌，空氣進(jìn)口溫度為21°C，出口溫度為187~198°C，壓力為0.7MPa。壓縮后的空氣用管道或貯氣罐保溫一定時(shí)間以增加空氣的受熱時(shí)間，促使有機(jī)體死亡。2/2/202316（三）靜電除塵靜電除菌防塵是利用靜電引力來吸附帶電粒子而達(dá)到除塵、除菌的目的。對1μm的微粒去除率可達(dá)99％。2/2/202317（四）介質(zhì)過濾介質(zhì)過濾是目前工業(yè)上常使用的空氣除菌方法。它采用定期滅菌的干燥介質(zhì)來阻截流過的空氣中所含的微生物，從而制得無菌空氣。常用的過濾介質(zhì)有棉花；活性炭或玻璃纖維、有機(jī)合成纖維、微孔超濾膜、有機(jī)和無機(jī)燒結(jié)材料等。2/2/202318空氣濾過屬于介質(zhì)濾過，可分為表面濾過與深層濾過。表面過濾系指粒子截留在介質(zhì)表面上，此時(shí)粒子大小必須大于濾過介質(zhì)的微孔。常用的有醋酸纖維素、硝酸纖維素制成的微孔濾膜。主要用于要求高的無塵、無菌潔凈室的末級濾過。深層過濾系指粉塵的濾過過程發(fā)生在濾過介質(zhì)內(nèi)部，此時(shí)塵粒的粒徑可小于介質(zhì)的微孔。常用的介質(zhì)有玻璃纖維、天然纖維、合成纖維、粒狀活性炭、發(fā)泡性濾材及薄層濾紙等。2/2/202319第二節(jié)空氣過濾除菌的原理與流程2/2/202320空氣過濾除菌是采用定期滅菌的介質(zhì)來阻截流過的空氣中所含微生物而制得無菌壓縮空氣。2/2/202321介質(zhì)過濾：介質(zhì)間孔隙大于微生物，有一定厚度的介質(zhì)濾層才能達(dá)到過濾除菌目的；20－50um（微生物為0.5－5um）絕對過濾：介質(zhì)的孔隙小于細(xì)菌，實(shí)現(xiàn)過濾除菌。（小于0.5um）如聚偏氟乙烯（PVDF）和聚四氟乙烯（PTFE）2/2/202322一、空氣過濾除菌的原理1、慣性捕集作用當(dāng)塵粒隨空氣流過纖維層的彎曲通道時(shí)，由于顆粒的慣性較大，脫離彎曲流線與纖維碰撞而附著。這種作用隨氣速和粒徑的增大而增大。直徑0.3~1微米的顆粒和液滴，能夠通過濾芯的微孔。但它們通過過濾介質(zhì)的路徑非常曲折，污染顆粒和液滴具有足夠的質(zhì)量和動(dòng)量，會使得它們與濾芯纖維碰撞并被阻擋和捕獲。2/2/202323污染物0.3to1微米濾芯纖維濾芯纖維2/2/2023242、擴(kuò)散捕集作用當(dāng)塵粒隨空氣圍繞纖維表面作布朗運(yùn)動(dòng)時(shí)，因擴(kuò)散作用使與纖維接觸而被附著。這一作用在塵粒越小、濾過速度越低時(shí)越明顯。<0.3微米的顆粒和液滴，具有極小的質(zhì)量。在氣流中，這些顆粒進(jìn)行大量的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)（布朗運(yùn)動(dòng)）。由于這種布朗運(yùn)動(dòng)，這種尺寸的污染物事實(shí)上會與濾芯纖維碰撞，從而被濾除。2/2/202325污染物<0.3micron2/2/2023263、攔截捕集作用當(dāng)粒徑大于纖維間的間隙時(shí)，或塵粒與纖維發(fā)生接觸時(shí)，或氣流速度在臨界速度以下時(shí)，塵粒被纖維截留的作用。對于直徑大于1微米的液滴或顆粒，當(dāng)其試圖通過過濾介質(zhì)材料的微孔時(shí)由于顆粒直徑大于微孔直徑，因此而被直接阻擋、攔截，達(dá)到去除的效果。2/2/202327大于1微米的污染物介質(zhì)纖維介質(zhì)纖維2/2/2023284、靜電吸附作用當(dāng)含塵氣流通過纖維時(shí)，由于摩擦產(chǎn)生的靜電作用使塵粒沉積在纖維表面。5、其它重力沉降作用、分子間范德華力等作用使塵粒截留在纖維表面。2/2/202329二、空氣濾過的影響因素1、粒徑的影響粒徑越大，慣性、攔截、重力沉降作用越大；粒徑越小，擴(kuò)散作用越顯著。因此存在濾過效率最低的中間粒徑，往往用這一粒徑的塵粒檢測高效過濾器的效果。深層濾過常用粒徑為0.3um的塵粒來檢測。2/2/2023302、濾過風(fēng)速風(fēng)速越大，慣性作用強(qiáng)，但過強(qiáng)將附著的塵粒吹出，而且阻力增大；而風(fēng)速小，擴(kuò)散作用強(qiáng)，能捕集小塵粒，而且阻力小。常用極小的風(fēng)速捕集更小的塵粒。2/2/2023313、介質(zhì)纖維直徑和密實(shí)性纖維越細(xì)、越密實(shí)，則接觸面積大、慣性作用與攔截作用增強(qiáng)，但過于密實(shí)阻力增大，擴(kuò)散作用弱。4、附塵作用隨著濾過的進(jìn)行，在纖維表面沉積的塵粒可增加攔截效果，但到一定程度后塵粒有再次飛散的可能，因此有必要定期清洗。2/2/202332對過濾除菌介質(zhì)的要求：1、除菌效率高。2、能用高溫滅菌、耐高壓、不易被油、水污染。3、阻力小。4、成本低、來源充足，耐用且便于調(diào)換。2/2/202333空氣過濾介質(zhì)（1）棉花未脫脂棉（脫脂棉易于吸水而體積變?。?。（2）活性炭對油霧的吸附效果較好，可以作為總過濾器除去油霧、灰塵、管垢和鐵銹等。（3）玻璃纖維用無堿的玻璃纖維作用過濾介質(zhì)（普通玻璃纖維遇水或經(jīng)蒸汽滅菌后易于粉碎）。（4）超細(xì)玻璃纖維紙

2/2/202334活性炭又稱活性炭黑。是黑色粉末狀或顆粒狀的無定形碳?；钚蕴恐鞒煞殖颂家酝膺€有氧、氫等元素?；钚蕴吭诮Y(jié)構(gòu)上由于微晶碳是不規(guī)則排列，在交叉連接之間有細(xì)孔，在活化時(shí)會產(chǎn)生碳組織缺陷，因此它是一種多孔碳，堆積密度低，比表面積大。2/2/2023352/2/2023362/2/2023372/2/202338（5）金屬燒結(jié)管空氣過濾器新型、高效過濾器。使用壽命長、可反復(fù)蒸汽滅菌、耐高熱、氣體阻力小、安裝維修方便，可作為終過濾器?？刮廴灸芰Σ?。（6）多孔陶瓷濾器，除菌效果很好，但是容易受油水污染而失效。（7）新一代微孔膜過濾器（絕對過濾）小于0.5um）2/2/202339燒結(jié)，是把粉狀物料轉(zhuǎn)變?yōu)橹旅荏w，是一個(gè)傳統(tǒng)的工藝過程。人們很早就利用這個(gè)工藝來生產(chǎn)陶瓷、粉末冶金、耐火材料、超高溫材料等。一般來說，粉體經(jīng)過成型后，通過燒結(jié)得到的致密體是一種多晶材料，其顯微結(jié)構(gòu)由晶體、玻璃體和氣孔組成。2/2/2023402/2/2023412/2/202342（一）空氣除菌流程的要求空氣過濾除菌流程是按生產(chǎn)對無菌空氣要求具備的參數(shù)，根據(jù)空氣的性質(zhì)而制訂的，同時(shí)還要結(jié)合吸氣環(huán)境的空氣條件和所用設(shè)備的特性進(jìn)行考慮。對于一般要求的低壓無菌空氣，可直接采用一般鼓風(fēng)機(jī)增壓后進(jìn)入過濾器，經(jīng)一、二次過濾除菌而制得。而一般的深層通氣發(fā)酵，除要求無菌空氣具有必要的無菌程度外，還要具有一定的壓力，這就需要比較復(fù)雜的空氣除菌流程。第三節(jié)空氣介質(zhì)過濾除菌設(shè)備2/2/202343流程的設(shè)備：主設(shè)備：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，精簡設(shè)備流程，降低設(shè)備投資、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用和動(dòng)力捎耗，簡便操作。流程的制訂應(yīng)考慮：地理、氣候環(huán)境設(shè)備條件2/2/202344（二）制備無菌空氣的大致過程吸風(fēng)塔前置過濾器（粗濾器）空壓機(jī) 187~198°C

貯氣罐冷卻器氣液分離器

20-35℃φ=100%加熱器總過濾器精過濾器培養(yǎng)罐35-45℃，φ≤60%2/2/202345空氣過濾除菌流程的分析發(fā)酵廠所使用的空氣除菌流程，隨各地的氣候條件及設(shè)備條件不同而有很大的差別。要保持過濾器有比較高的過濾效率，應(yīng)維持一定的氣流速度和不受油、水的干擾。

—?dú)饬魉俣瓤捎刹僮鱽砜刂?；—要保持不受油、水干擾則要有一系列冷卻、分離、加熱的設(shè)備來保證空氣的相對濕度在50~60％的條件下過濾。2/2/202346壓縮空氣冷卻后的除水、除油的目的提高壓縮空氣的潔凈度，降低空氣過濾器的負(fù)荷；去除壓縮后空氣中所帶的油和水，以合適的空氣濕度和溫度進(jìn)入空氣過濾器。2/2/202347（三）空氣除菌流程

1.空氣壓縮冷卻過濾流程壓縮機(jī)貯氣罐空氣冷卻器過濾器適合于氣候寒冷，相對濕度很低的地區(qū)。溫度低，壓縮后溫度不會升高很多，相對濕度低，空氣中的絕對含濕量很小。2/2/202348空氣壓縮冷卻過濾流程2/2/2023492）兩級冷卻、分離、加熱的空氣除菌流程2/2/202350第一冷卻器（通常30～35℃），大部分的水、油都已結(jié)成較大的顆粒，且霧粒濃度很大，故適宜用旋風(fēng)分離器分離。第二冷卻器（20～25℃）使空氣進(jìn)一步冷卻后析出一部分較小的霧粒，宜采用絲網(wǎng)分離器分離。除水后空氣的相對濕度仍較高，需用加熱器加熱空氣，使相對濕度降低到50～60％以保證過濾器的正常運(yùn)行。2/2/202351兩級冷卻空氣除菌流程特點(diǎn)：1、兩次冷卻、兩次分離油水的好處是能提高傳熱系數(shù)，節(jié)約冷卻水，油水分離得比較完全。2、可以適合各種氣候條件。3、對無菌程度要求高的微生物工程產(chǎn)品，均使用此流程。2/2/2023523）前置高效過濾除菌流程前置高效過濾除菌流程1-高效過濾器2-空壓機(jī)3-貯罐4-冷卻器5-絲網(wǎng)分離器6-加熱器7-過濾器2/2/202353前置高效過濾除菌流程特點(diǎn)：利用高效率的前置過濾設(shè)備（泡沫塑料和超細(xì)纖維紙作介質(zhì)），使空氣先經(jīng)過中、高效過濾后，再進(jìn)入空氣壓縮機(jī)，降低主過濾器負(fù)荷?？諝饨?jīng)過多次過濾，因而所得的空氣無菌程度比較高。2/2/202354（4）提高過濾除菌效率的措施（1）減少進(jìn)口空氣的含菌數(shù)減少生產(chǎn)環(huán)境空氣中的含菌數(shù)空氣進(jìn)風(fēng)口應(yīng)設(shè)在上風(fēng)向提高進(jìn)口空氣的采氣位置加強(qiáng)空氣壓縮前