第九章空氣供給工程設(shè)備

第四篇其他設(shè)備第九章空氣供給工程設(shè)備內(nèi)容空氣中微生物的分布發(fā)酵工業(yè)對(duì)空氣無菌程度的要求空氣除菌的方法介質(zhì)過濾除菌的機(jī)理介質(zhì)過濾除菌的工藝介質(zhì)過濾除菌的設(shè)備及計(jì)算空氣調(diào)節(jié)的方法空氣調(diào)節(jié)的工藝設(shè)備及計(jì)算概述需氧微生物的純培養(yǎng)：生長(zhǎng)及代謝需要氧氣的參與直接通空氣會(huì)導(dǎo)致染菌，工業(yè)上通純O2成本太高?？諝庵形⑸飳?duì)發(fā)酵等具有很大破壞性生物反應(yīng)或者保藏生物細(xì)胞和生物制品，需要潔凈的環(huán)境、合適的空氣溫度、濕度和空氣壓力。關(guān)于抗生素生產(chǎn)企業(yè)發(fā)酵染菌的分析及資料統(tǒng)計(jì)染菌原因比例/%染菌原因比例/%種子染菌或懷疑種子帶菌9.64接種管道滲漏0.39接種子罐壓跌零0.19閥門泄露1.45培養(yǎng)基滅菌不徹底0.79攪拌軸封泄露2.09總空氣系統(tǒng)帶菌19.96罐蓋泄露1.54泡沫升至罐頂0.48其他設(shè)備泄露10.15夾套穿孔12.36操作問題10.15蛇管穿孔滲漏5.89原因不明24.91GMP生物工程技術(shù)生產(chǎn)藥品時(shí)，要符合《藥品生產(chǎn)和質(zhì)量管理規(guī)范》（GoodManufacturingPractice，GMP)潔凈級(jí)別：根據(jù)國(guó)家藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范（GMP）的要求，生物制品、藥品的生產(chǎn)場(chǎng)地也需符合空氣潔凈度要求并有相應(yīng)的管理手段。

第一節(jié)

空氣除菌過程與設(shè)備一、空氣除菌和滅菌方法二、空氣過濾除菌流程三、空氣預(yù)處理過程設(shè)備四、介質(zhì)過濾除菌

一、空氣除菌和滅菌方法1.空氣中微生物的分布2.發(fā)酵對(duì)空氣無菌程度的要求3.空氣除菌及方法1.空氣中微生物的分布空氣的組成：各種氣體及顆粒空氣中的微生物：細(xì)菌及其芽孢、酵母、真菌和病毒分布方式：依附在塵埃上的，空氣中的塵埃數(shù)與細(xì)菌數(shù)的關(guān)系如下式數(shù)量：103~104個(gè)/m3

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(dòng)情況而異?？諝庵械奈⑸锓N類以細(xì)菌和細(xì)菌芽胞較多，也有酵母，霉菌和病毒。這些微生物一般附著在空氣中的灰塵上或霧滴上。空氣中微生物如何檢測(cè)？檢測(cè)：培養(yǎng)法或光學(xué)法測(cè)定其近似值？空氣微生物采樣器2.發(fā)酵對(duì)空氣無菌程度的要求

好氣性發(fā)酵過程中需要大量的無菌空氣，空氣要作到絕對(duì)無菌在目前是不可能的，也是不經(jīng)濟(jì)的。發(fā)酵對(duì)無菌空氣的要求是：無菌，無灰塵，無雜質(zhì)，無水，無油，正壓等幾項(xiàng)指標(biāo)；發(fā)酵對(duì)無菌空氣的無菌程度要求因菌種的生產(chǎn)能力的強(qiáng)弱、生長(zhǎng)速度的快慢、發(fā)酵周期的長(zhǎng)短等的不同而異而異，其要求為：只要在發(fā)酵過程中不因無菌空氣染菌，而造成損失即可?！盁o菌空氣”：是指通過除菌處理使空氣中的含菌量降低到某一個(gè)水平，從而使污染的可能性降至極小。根據(jù)生物產(chǎn)品的不同，可以按染菌概率10-3~10-6來表示無菌程度，10-3染菌率表示1000次培養(yǎng)所用的無菌空氣只允許1次染菌?？諝獬鞒淌前瓷a(chǎn)對(duì)無菌空氣要求具備的參數(shù)，根據(jù)空氣的性質(zhì)而制定的，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。發(fā)酵用無菌空氣的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（1）連續(xù)提供一定流量的壓縮空氣；（2）空氣的壓強(qiáng)（表壓）0.2-0.4MPa；（3）進(jìn)入過濾器之前，空氣的相對(duì)濕度小于70％；（4）進(jìn)入發(fā)酵罐的空氣溫度可比培養(yǎng)溫度高10－30℃；（5）壓縮空氣的潔凈度，取失敗率為10-3，也可以把100級(jí)作為無菌空氣的潔凈指標(biāo)。100級(jí)：每立方米空氣中，塵埃粒子數(shù)最大允許值≥0.5μm的為3500，≥5μm為0；微生物最大允許數(shù)為5個(gè)浮游菌/m3，1個(gè)沉降菌/m3

。美國(guó)國(guó)家航空和宇宙航行局（NASA）標(biāo)準(zhǔn)：≥0.5μm的微粒數(shù)≤100個(gè)/ft3生物微粒0.1個(gè)/ft3沉降量1200個(gè)/（ft3*周）3.空氣除菌及方法定義：除去或殺滅空氣中的微生物。常用的除菌方法有介質(zhì)過濾、輻射、化學(xué)藥品、加熱、靜電吸附等。輻射殺菌、化學(xué)藥品殺菌、干熱殺菌等都是將有機(jī)體蛋白質(zhì)變性而破壞其活力，從而殺滅空氣中的微生物。介質(zhì)過濾和靜電吸附方法則是利用分離方法將微生物粒子除去。（1）輻射殺菌超聲波、高能陰極射線、X射線、γ射線、β射線、紫外線，殺菌機(jī)理不詳紫外線。253.7~265nm時(shí)殺菌效力最強(qiáng)，它的殺菌力與紫外線的強(qiáng)度成正比，與距離的平方成反比。輻射滅菌：一些表面的以及對(duì)流不強(qiáng)情況下有限空間內(nèi)空氣的滅菌應(yīng)用范圍與缺點(diǎn)通常用于無菌室和醫(yī)院手術(shù)室。殺菌效率較低，殺菌時(shí)間較長(zhǎng)。一般要結(jié)合甲醛蒸汽等來保證無菌室的無菌程度。（2）熱滅菌法

機(jī)理：加熱后使微生物體內(nèi)蛋白質(zhì)（酶）氧化而致死亡

有效、可靠需要消耗大量能源和增設(shè)大量的換熱設(shè)備，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)上來看不是很合理。原理空壓機(jī)壓縮后空氣溫度升高多變指數(shù)m=1.25例題21℃的大氣經(jīng)空氣壓縮機(jī)的壓縮，空壓機(jī)空氣出口壓強(qiáng)為表壓0.7MPa，求壓縮后的空氣溫度？℃（3）靜電除菌

利用靜電引力來吸附帶電離子而達(dá)到除塵滅菌的目的優(yōu)點(diǎn)：阻力小，染菌率低，平均低于10-15％，除水、除油的效果好，耗電少，可同時(shí)除去水霧、油霧、塵埃缺點(diǎn)：設(shè)備龐大、一次性投資較大、捕集率尚嫌不夠，需要采取其它措施。受氣體溫、溫度等的操作條件影響較大。按氣流方向分為立式和臥式，按沉淀極極型式分為板式和管式，按沉淀極板上粉塵的清除方法分為干式濕式等臥式靜電除塵器管式靜電除塵器按氣流方向分為立式和臥式，按沉淀極極型式分為板式和管式，按沉淀極板上粉塵的清除方法分為干式濕式等靜電除塵器簡(jiǎn)圖：1-陽極；2-陰極；3-陰極上架4-陽極上部支架；

5-絕緣支座；6-石英絕緣管；7-陰極懸吊管；

8-陰極支撐架；9-頂板；10-陰極振打裝置；

11-陽極振打裝置；12-陰極下架；13-陽極吊錘；14-外殼15-進(jìn)口第一塊分布板；

16-進(jìn)口第二塊分布板17-出口分布板；18-排灰裝置

151687654321910121318111714（4）介質(zhì)過濾除菌

含菌空氣通過過濾介質(zhì)，以阻截空氣流中所含微生物，從而取得無菌空氣的方法。最常用的獲得大量無菌空氣的常規(guī)方法

從經(jīng)濟(jì)性、可操作性、有效性等方面考慮，生物加工過程的無菌空氣基本上采用介質(zhì)過濾的方法進(jìn)行。（4）介質(zhì)過濾除菌1.介質(zhì)過濾除菌機(jī)理2.空氣過濾設(shè)備的計(jì)算設(shè)計(jì)3.過濾介質(zhì)過濾介質(zhì)分類介質(zhì)間孔隙大于微生物直徑，有一定厚度的介質(zhì)濾層才能達(dá)到過濾除菌的目的，這類過濾介質(zhì)有棉花、活性炭、玻璃纖維、燒結(jié)材料等而另一類孔隙小于細(xì)菌，含細(xì)菌等微生物的空氣通過介質(zhì)，微生物就被截留于介質(zhì)上而實(shí)現(xiàn)過濾除菌，有時(shí)稱之為絕對(duì)過濾。除去0.2μm左右的粒子，故可以把生物全部過濾除去。過濾器的功能過濾器經(jīng)常被認(rèn)為是一種簡(jiǎn)單的網(wǎng)或篩子，過濾/分離是在一個(gè)平面上進(jìn)行的。實(shí)際上，空氣過濾器的濾材具有深度?！皬澢ǖ馈钡慕Y(jié)果對(duì)于污染物的去除起到了輔助作用

介質(zhì)過濾除菌機(jī)理直接攔截慣性沖擊重力沉降攔截布朗擴(kuò)散靜電吸附直接攔截流體中的基本過濾機(jī)制本質(zhì)是一種篩分效應(yīng)，機(jī)械攔截顆粒例如：一種簡(jiǎn)單的篩網(wǎng)可以攔截尺寸大于其孔徑的顆粒絕對(duì)截留：顆粒直徑大于過濾介質(zhì)間隙-顆粒被捕獲在濾材纖維之間形成的孔中搭橋作用：通過搭橋作用，尺寸小于濾孔的顆粒也可被攔截直接攔截直接攔截直接攔截通過搭橋作用，尺寸小于濾孔的顆粒也可被攔截搭橋機(jī)理：不規(guī)則形狀的顆粒/方向性多個(gè)顆粒同時(shí)撞擊到同一個(gè)濾孔堆積在過濾器表面的顆?？梢孕纬蔀V餅，提高過濾效率攔截在過濾器表面的顆粒堆積成顆粒層當(dāng)過濾器表面完全被一個(gè)厚的顆粒層所覆蓋時(shí)，所謂的“濾餅”即已形成了。濾餅顆粒間的孔隙亦如同一種過濾器，對(duì)細(xì)顆粒的攔截效率通常由此而提高直接攔截不規(guī)則形狀的搭橋直接攔截慣性沖擊滯留作用機(jī)理空氣通過濾層時(shí)，氣流僅能從纖維間的間隙通過，由于纖維縱橫交錯(cuò)，錯(cuò)綜復(fù)雜，迫使空氣流不斷地改變運(yùn)動(dòng)方向和速度。慣性沖擊滯留作用：當(dāng)微粒以一定的速度垂直纖維方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，空氣受阻即改變方向，繞過纖維前進(jìn)。而微粒由于運(yùn)動(dòng)慣性較大，未能及時(shí)改變運(yùn)動(dòng)方向，直沖到纖維的表面，由于摩擦黏附就滯留在纖維表面上。慣性撞擊當(dāng)流經(jīng)過濾介質(zhì)時(shí)流體必須沿彎曲通道行進(jìn)。這將增加過濾機(jī)制的有效性。慣性撞擊停留的顆粒減小了濾孔孔徑慣性撞擊慣性撞擊當(dāng)流體改變運(yùn)動(dòng)方向時(shí)，慣性使顆粒撞擊到濾材表面并由于吸附力而停留單纖維的慣性沖擊捕集效率b-纖維能滯留微粒的寬度區(qū)間，m；df-纖維直徑，m；根據(jù)實(shí)踐，捕集效率是微粒慣性力的無因次準(zhǔn)數(shù)φ的函數(shù)，Φ與纖維的直徑、微粒的直徑、微粒的運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系為：C-層流滑動(dòng)修正系數(shù)；v0-微粒的流速，m/s；df-纖維直徑，m；dp-

-微粒直徑，m；ρp-微粒密度，kg/m3；μ-空氣粘度，Pa·s；氣速和纖維直徑均能影響捕集效率，其中尤以空氣流速最為重要。慣性碰撞的臨界氣速以φ＝1/16

氣速達(dá)臨界氣速的條件

當(dāng)df

=1

μm，C=11.46，若μ＝1.86×10-5（帕·秒）（30℃時(shí)空氣的粘度），ρp＝1000（千克/米3）（微生物的密度與水接近），則：

攔截滯留作用攔截滯留作用：當(dāng)微粒隨低速氣流流動(dòng)慢慢靠近纖維時(shí)，微粒所在的主導(dǎo)氣流流線受纖維所阻而改變流動(dòng)方向，繞過纖維前進(jìn)，并在纖維的周邊形成一層邊界滯流區(qū)。滯流區(qū)內(nèi)的氣流速度更慢，進(jìn)入其中的微粒慢慢靠近和接觸纖維而被黏附滯留捕集效率是，它與氣流的雷諾準(zhǔn)數(shù)以及與微粒和纖維直徑之比有關(guān)，

R-微粒和纖維的直徑比；df-纖維直徑，m；dp-

-微粒直徑，m；布朗擴(kuò)散截留作用布朗擴(kuò)散：直徑很小的微粒在緩慢流動(dòng)的氣流中能產(chǎn)生一種不規(guī)則的直線運(yùn)動(dòng)；較大空間、較大氣速時(shí)不起作用；緩慢流動(dòng)的氣流和極小的纖維間隙間：增強(qiáng)了微粒與纖維的接觸和被捕捉擴(kuò)散攔截?cái)U(kuò)散攔截被隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的氣體分子碰撞的顆粒撞擊到過濾介質(zhì)上并被吸附截留擴(kuò)散攔截當(dāng)流經(jīng)過濾介質(zhì)時(shí)流體必須沿彎曲通道行進(jìn)。這將增加過濾機(jī)制的有效性。重力沉降作用機(jī)理穩(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。單一的重力沉降大顆粒比小顆粒作用顯著，小顆粒只有在氣流速度很慢時(shí)才起作用。一般與攔截作用相配合的，即在纖維的邊界滯留區(qū)內(nèi)，微粒的沉降作用提高了攔截滯留的捕集效率。靜電吸附作用機(jī)理干空氣與非導(dǎo)體物質(zhì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生摩擦?xí)r，會(huì)產(chǎn)生誘導(dǎo)電荷懸浮在空氣中的微生物微粒大多帶有不同的電荷受帶異性電荷物體的吸引而沉降吸附表面作用過濾除菌機(jī)理當(dāng)空氣流過介質(zhì)時(shí)，上述五種除菌機(jī)理同時(shí)起作用氣流速度不同，起主要作用的機(jī)理也就不同。當(dāng)氣流速度較大時(shí)，除菌效率隨空氣流速的增加而增加，慣性沖擊起主要作用；氣流速度較小，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；氣流速度中等，可能是截留起主要作用。如果空氣流速過大，除菌效率又下降，則是由于已被捕集的微粒又被湍動(dòng)的氣流夾帶返回到空氣中。

4、過濾介質(zhì)的類型表面過濾介質(zhì):編織網(wǎng)粉末燒結(jié)深度過濾介質(zhì):纖維材料結(jié)構(gòu)棉花活性炭或玻璃纖維有機(jī)合成纖維澆鑄膜結(jié)構(gòu)1.表面過濾介質(zhì)所有濾孔在一個(gè)平面上依靠直接攔截捕獲顆粒最嚴(yán)格的定義:表面過濾表面或篩網(wǎng)過濾的局限主要依靠直接攔截。小于孔徑的顆粒將穿過。慣性撞擊無效.擴(kuò)散攔截有微效.2.深度過濾介質(zhì)污染物被介質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)捕獲的一種過濾介質(zhì)，濾孔貫穿于整個(gè)介質(zhì)厚度。調(diào)整流道可以獲得高容污能力最嚴(yán)格的定義:深度過濾介質(zhì)第四節(jié)介質(zhì)過濾除菌的工藝空氣過濾除菌流程是按生產(chǎn)對(duì)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(duì)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。二、空氣過濾除菌流程

按生產(chǎn)對(duì)無菌空氣要求具備的參數(shù)結(jié)合吸氣環(huán)境的空氣條件和所用除菌設(shè)備的特性，根據(jù)空氣的性質(zhì)而制定的?？諌簷C(jī)或鼓風(fēng)機(jī)：提高壓力，克服阻力，（除水除油）風(fēng)壓要求低，輸送距離短，無菌要求也不高的場(chǎng)合及具有自吸作用的發(fā)酵系統(tǒng)離心式鼓風(fēng)機(jī)增壓，低壓發(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。氣流速度可由操作來控制；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(duì)濕度在50~60％的條件下過濾。（一）兩級(jí)冷卻、加熱除菌流程兩級(jí)冷卻、加熱除菌流程優(yōu)點(diǎn)適應(yīng)各種氣候條件，能充分地分離油水，使空氣達(dá)到低的相對(duì)濕度下進(jìn)入過濾器，以提高過濾效率兩次冷卻、兩次分離、適當(dāng)加熱。兩次加熱、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

油水分離裝置－兩級(jí)冷卻器第一冷卻器冷卻后，大部分的水、油都已結(jié)成較大的顆粒，且霧粒濃度較大，故適宜用旋風(fēng)分離器分離。

第二冷卻器使空氣進(jìn)一步冷卻后析出一部分較小霧粒，宜采用絲網(wǎng)分離器分離

加熱裝置第一級(jí)冷卻到30~35℃，第二級(jí)冷卻到20~25℃。除水后，空氣的相對(duì)濕度仍較高，須用絲網(wǎng)分離器后的加熱器加熱空氣，使其相對(duì)濕度降低至50~60%，以保證過濾器的正常運(yùn)行。分水后加熱到30～35℃，因?yàn)闇囟壬撸鄬?duì)濕度下降。兩級(jí)冷卻、加熱除菌流程尤其適用潮濕的地區(qū)根據(jù)上式，空氣濕含量x及溫度t（即ps）不變，空氣壓強(qiáng)P越大，則相對(duì)濕度Φ也越大，若含濕量不變（x2=x1），則空氣除菌中水蒸氣含量計(jì)算1.大氣溫度為20℃，相對(duì)濕度為80%的空氣，當(dāng)壓縮至2kg/cm2

（表壓）時(shí)，溫度為120℃

，求空氣的相對(duì)濕度？20℃和120℃時(shí)ps分別為0.0238及2.025kg/cm2解：=2.76%2.若將上述壓縮空氣冷卻至40℃（壓力保持不變），相對(duì)濕度為多少？40℃時(shí)，ps=0.0752kg/cm2=74.3%3.若將上述壓縮空氣繼續(xù)冷卻（壓力保持不變）使之開始析出水滴，問需冷卻至幾度？即求其露點(diǎn)。kg/cm2即此時(shí)為飽和蒸汽壓根據(jù)蒸汽表，飽和蒸汽壓力為0.0558kg/cm2時(shí)，水溫為34.5℃4.若將題3壓縮空氣冷卻至25℃（壓力保持不變），求其濕含量x？并求每公斤干空氣將析出多少水分？使之開始析出水滴，問需冷卻至幾度？40℃時(shí)，ps=0.0323kg/cm2

。若將題4壓縮空氣加熱至35℃（壓強(qiáng)保持不變），求其相對(duì)濕度？35℃時(shí)，ps=0.0578kg/cm2

。（二）冷熱空氣直接混合式空氣除菌流程原理：壓縮空氣從貯罐出來后分成兩部分：一部分進(jìn)入冷卻器，冷卻到較低溫度，經(jīng)分離器分離水、油霧后與另一部分未處理過的高溫壓縮空氣混合，混合空氣已達(dá)到溫度為30~35℃，相對(duì)濕度為50~60%的要求，再進(jìn)入過濾器過濾。優(yōu)點(diǎn)特點(diǎn)：可省去第二次冷卻后的分離設(shè)備和空氣加熱設(shè)備，流程比較簡(jiǎn)單，利用壓縮空氣來加熱析水后的空氣，冷卻水用量少等此流程適用于中等混合量的地區(qū)。

（三）高效前置過濾空氣除菌流程高效前置過濾空氣除菌流程高效率的前置過濾設(shè)備，利用壓縮機(jī)的抽吸作用，使空氣先經(jīng)中、高效過濾后，再進(jìn)入空氣壓縮機(jī)

空氣無菌程度比較高

（四）利用熱空氣加熱冷空氣的流程利用熱空氣加熱冷空氣的流程利用壓縮后熱空氣和冷卻后的冷空氣進(jìn)行交換，使冷空氣的溫度升高，降低相對(duì)濕度。此流程對(duì)熱能的利用比較合理，熱交換器還可以兼做貯氣罐但由于氣—?dú)饨粨Q的傳熱系數(shù)很小，加熱面積要足夠大才能滿足要求

核工業(yè)理化工程研究院華核新技術(shù)開發(fā)公司空氣過濾系統(tǒng)過濾二、過濾器的結(jié)構(gòu)1，深層棉花、活性炭過濾器立式圓筒形，內(nèi)部填充過濾介質(zhì)，以達(dá)到除菌的目的。填充物的裝填順序如下：

孔板→鐵絲網(wǎng)→麻布→棉花→麻布→活性碳→麻布→棉花→麻布→鐵絲網(wǎng)→孔板

2，濾紙過濾器3，金屬過濾器（1）過濾器外殼圖外殼濾芯接口圖外殼示意圖

（2）預(yù)過濾器

氣體預(yù)過濾器結(jié)構(gòu)圖（單芯）氣體預(yù)過濾器結(jié)構(gòu)圖（多芯）氣體預(yù)過濾器外殼圖（3）過濾系統(tǒng)過濾系統(tǒng)由金屬過濾器、預(yù)過濾器及蒸汽過濾器組成。預(yù)過濾器的作用是將空氣前處理系統(tǒng)中的鐵銹等雜物進(jìn)行預(yù)濾。蒸汽過濾器則是阻擋蒸氣管路中的銹蝕物和鍋爐污垢等雜質(zhì)。上述二種過濾器的功能是保護(hù)金屬過濾器，延長(zhǎng)其使用壽命。QJXZG高效蒸汽過濾器工作過程蒸汽消毒過程（4）主要技術(shù)參數(shù)

過濾效率：99.9%過濾微粒直徑≥0.2μm過濾介質(zhì)：預(yù)過濾器為中空玻璃纖維或高效過濾紙，蒸汽過濾器為聚四氟乙烯,金屬過濾器為金屬粉末鎳冶煉而成。最大工作壓力：0.8MPa工作溫度：預(yù)過濾器≤130℃蒸汽過濾器≤130℃金屬過濾器≤130℃氣體阻力：在額定流量下，進(jìn)口壓力0.1MPa時(shí)，初始?jí)航敌∮?.01MPa。QJX-A金屬膜過濾器工作過程金屬膜管工作過程5，膜過濾（1）示意圖

GS-Z型蒸汽過濾器（上）及濾芯（下），濾芯材質(zhì)為聚四氟乙烯（粉末燒結(jié)）、鈦金屬或不銹鋼纖維燒結(jié)氈蒸汽過濾器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖金屬濾芯膜過濾芯過濾器(聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯等)（2）系統(tǒng)組成蒸汽過濾器預(yù)過濾器（粗）除菌過濾器（精）預(yù)過濾器形式：以管式、袋式、折疊式為主，也可以是填充床式、浮動(dòng)床式的過濾器，以及離心機(jī)、真空機(jī)等過濾器材。預(yù)過濾器一般選用深層過濾器，在使用過程中要求有低的壓降、高的容塵量和變動(dòng)幅度小的過濾精度和效率。過濾介質(zhì)：玻璃纖維復(fù)合氈（聚丙烯纖維復(fù)合氈）。技術(shù)參數(shù)：過濾精度:0.3-0.5μm過濾效率:95%-99.9%初始?jí)翰?≤0.005MP工作溫度:≤80℃可耐最大壓差:0.08MPa

除菌過濾器形式以板框式、管式、折疊式為主過濾介質(zhì)：微過濾膜（聚偏氟乙烯膜、聚四氟乙烯膜、聚砜膜、聚酰胺膜等。）除菌過濾應(yīng)具備的特點(diǎn)：①高的過濾精度;②大的通過量;③能耐反復(fù)的消毒操作;④強(qiáng)的親水性或疏水性;⑤足夠的使用強(qiáng)度。

QJX-B折疊膜過濾器過濾過程總過濾器工作過程技術(shù)參數(shù)過濾精度：0.01μm過濾效率：99.9999%工作溫度：<60°C可耐最大壓差：0.4MPa（25°C，正向）蒸汽滅菌：125°C±2°C，每次30min，可達(dá)160次各級(jí)過濾的配置各級(jí)過濾的配置問題主要有通過量與精度兩個(gè)方面，不同的物料處理流程是有區(qū)別的。如在無菌空氣的處理中，壓縮機(jī)的前置過濾器精度一般為＞5μm，壓縮機(jī)后的除油過濾器，出氣含油量要求≤3×10~6mg/ml，總過濾器的過濾精度一般為0.5μm，過濾效率95%左右，預(yù)過濾器的過濾精度為0.3μm，過濾效率約99%，除菌過濾器的精度為0.01μm，過濾效率99.9999%以上。消毒問題濾芯（器）消毒是一個(gè)日常操作工序。濾芯常見的消毒方法有蒸汽、熱水和化學(xué)試劑消毒三種。蒸汽消毒要注意選擇飽和蒸汽，一則是可以可靠殺死細(xì)菌，二則是可通過控制壓力來調(diào)節(jié)溫度。蒸汽消毒對(duì)于疏水濾芯來說相對(duì)是簡(jiǎn)單的，但對(duì)親水濾芯特別是膜材料耐溫度不高的濾芯來說，操作方法是至關(guān)重要的空氣過濾器的操作要點(diǎn)過濾器蒸氣滅菌時(shí)，先將蒸汽管和過濾器內(nèi)部的冷凝水放掉，滅菌蒸汽的壓力應(yīng)保持在0．17~0．2MPa(表壓)。開始時(shí)先將夾套預(yù)熱(若無夾套則不需預(yù)熱)，然后將蒸汽直接沖入介質(zhì)層中：小型過濾器的滅菌時(shí)間約為0.5h，蒸汽從上向下沖；大型過濾器的約為lh，蒸汽一般先從下向上沖0.5h，再?gòu)纳舷蛳聸_0.5h。滅菌后應(yīng)立即引入空氣，以便將介質(zhì)層內(nèi)部的水分吹出，但溫度不宜過高，以免介質(zhì)被烤焦或焚化。蒸汽壓力和排氣速度不宜過大，以避免過濾介質(zhì)被沖翻而造成短路。在使用過濾器時(shí)，如果發(fā)酵罐的壓力大于過濾器的壓力(這種情況主要發(fā)生在突然停止進(jìn)空氣或空氣壓力忽然下降)，則發(fā)酵液會(huì)倒流到過濾器中來。因此，在過濾器通往發(fā)酵罐的管道上應(yīng)安裝單向閥門，操作時(shí)必須予以注意。QJX-ZN止逆裝置防止倒罐過程QJX-ZN止逆裝置通氣過程三、空氣預(yù)處理過程設(shè)備（一）空氣預(yù)處理的作用與原理（二）空氣預(yù)處理設(shè)備（一）空氣預(yù)處理的作用與原理目的1．提高壓縮空氣的潔凈度，降低空氣過濾器的負(fù)荷；2．去除壓縮后空氣中所帶的油水，以合適的空氣濕度和溫度進(jìn)入空氣過濾器。如何提高壓縮空氣的潔凈度？提高壓縮前空氣的潔凈度的主要措施是提高空氣吸氣口的位置和加強(qiáng)吸入空氣的前過濾。前過濾：布袋過濾器、填料過濾器、油浴洗滌和水霧除塵裝置

（二）空氣預(yù)處理設(shè)備1．粗過濾器：捕集較大的灰塵顆粒，防止壓縮機(jī)受損，同時(shí)也可減輕總過濾器負(fù)荷。粗過濾器一般要求過濾效率高，阻力小，否則會(huì)增加空氣壓縮機(jī)的吸入負(fù)荷和降低空氣壓縮機(jī)的排氣量。常用的粗過濾器：布袋過濾；填料過濾；油浴洗滌；水霧除塵。袋式過濾器是應(yīng)用廣泛的一種除塵器，對(duì)細(xì)塵粒（1~5μm）的效率達(dá)到99％以上。其適應(yīng)性較強(qiáng)，不受粉塵比電阻的影響，也不存在其它污染問題。袋式除塵器早期布袋除塵器用人工或機(jī)械振打清灰，應(yīng)用受限。1950年以來，隨著逆向噴吹型（反吹風(fēng)）和脈沖型技術(shù)的發(fā)明與應(yīng)用，使除塵能夠連續(xù)進(jìn)行，由于阻力穩(wěn)定，氣流速度高，以及新型、耐用、耐腐蝕濾材的應(yīng)用，尤其是非織物的聚合物濾材和金屬織物混合物濾材的發(fā)展，其應(yīng)用日益廣泛。布袋除塵器除塵原理：重力沉降；篩濾；慣性沖擊；布朗擴(kuò)散；集灰方式：振動(dòng)濾袋法；反吹風(fēng)法；脈沖噴氣法；聲波清灰法。濾材：天然纖維：棉纖維、毛纖維等；無機(jī)纖維：玻璃纖維等；合成纖維：尼龍纖維等。新技術(shù)：聚四氟乙烯覆膜技術(shù)，耐高溫，可以阻擋粉塵透過聚四氟乙烯膜，不會(huì)在濾料內(nèi)形成塵餅，及時(shí)剝離表層塵粒，濾料透氣性降低有限，壓力降小。脈沖布袋除塵器脈沖袋式除塵器油浴洗滌裝置

效果好阻力小費(fèi)油壓縮機(jī)空氣過濾器（油浴式）水霧除塵裝置

空氣流速1-2米/秒2．空氣壓縮機(jī)

克服阻力

:管道、過濾介質(zhì)0.2~0.3MPa的低壓壓縮空氣。離心式空氣壓縮機(jī)、往復(fù)式空氣壓縮機(jī)離心式空氣壓縮機(jī)電機(jī)直接帶動(dòng)渦輪，靠渦輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的“空穴”現(xiàn)象，吸入空氣并使其獲得較高的離心力，再通過固定的導(dǎo)輪和渦輪形成機(jī)殼，使部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓后輸出離心式空氣壓縮機(jī)具有體積和重量都小而流量很大、供氣均勻、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、易損部件少、維護(hù)方便、獲得的空氣不帶油霧等特點(diǎn)，是非常理想的生物加工過程供氣設(shè)備。離心式空氣壓縮機(jī)適用于生物加工過程的離心式空氣壓縮機(jī)是低壓渦輪空氣壓縮機(jī)，出口壓力一般為0.25~0.5MPa。低壓離心空氣壓縮機(jī)有單級(jí)和多級(jí)，后者還可以分段。段與段間有中間冷卻設(shè)備。輸氣量一般在100m3/min以上，最大的可達(dá)12000m3/min。往復(fù)式空氣壓縮機(jī)活塞在汽缸內(nèi)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)而將空氣抽吸和壓出的，出口壓力不夠穩(wěn)定，產(chǎn)生空氣的脈動(dòng)。往復(fù)式空氣壓縮機(jī)油潤(rùn)滑空氣壓縮機(jī)，使空氣中帶入油霧，導(dǎo)致傳熱系數(shù)降低，給空氣冷卻帶來困難，如果油霧的冷卻分離不干凈，帶入過濾器會(huì)堵塞過濾介質(zhì)的纖維空隙，增大空氣壓力損失。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(yán)重時(shí)還會(huì)浸潤(rùn)介質(zhì)而破壞過濾效果

往復(fù)式空氣壓縮機(jī)單缸和多缸，多缸中又有V形、W形、L形、H形對(duì)置式等汽缸排列形式出口壓力：高壓（8~100MPa）、中壓（1~8MPa）、低壓（1MPa以下）低壓小型（1m3/min）是單缸，大多數(shù)是雙缸二級(jí)壓縮的：空氣先進(jìn)入第一級(jí)（低壓）汽缸經(jīng)壓縮和冷卻后進(jìn)入第二級(jí)（高壓）汽缸進(jìn)行壓縮，然后排出，以L形的設(shè)計(jì)最為普遍，額定出口壓力為0.8MPa，可在0.4~0.8MPa的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)理論功率和實(shí)際功率

KT—?dú)怏w不同壓力溫度等熵指數(shù)；R—?dú)怏w常數(shù)；Z1、Z2—名義進(jìn)氣、排氣狀態(tài)下壓縮系數(shù)；T—?dú)怏w溫度；P—?dú)怏w壓強(qiáng)實(shí)際功率實(shí)際功率消耗值為，效率一般為0.6~0.8，同時(shí)在配備電機(jī)時(shí)，一般還需增加5%~15%的安全系數(shù)。3．空氣貯罐消除脈動(dòng)維持罐壓的穩(wěn)定使部分液滴在罐內(nèi)沉降利用高溫滅菌圓筒部分高徑比通常為2~2.5。應(yīng)裝安全閥，底部應(yīng)裝排污口，空氣在貯罐中的流向應(yīng)自下而上，若在罐內(nèi)放置鐵絲網(wǎng)除霧器則更為理想4．氣液分離器壓縮空氣冷卻后會(huì)有大量水蒸汽及油分凝結(jié)下來，使過濾介質(zhì)受潮，使過濾器失效油水分離旋風(fēng)分離器：離心力介質(zhì)過濾器：利用慣性進(jìn)行攔截旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、阻力小、分離效果較高的氣—固或氣—液分離設(shè)備氣體通過進(jìn)氣口的速度為10~25m/s，一般采用15~20m/s所產(chǎn)生的離心力可以分離出小到5μm的顆粒及霧沫。排氣口氣流速度為4~8m/s，油水滴在旋風(fēng)分離器中的徑向速度與氣流速度的平方成正比，但隨回轉(zhuǎn)半徑的增加而減小填料過濾器利用塊狀介質(zhì)、顆粒狀介質(zhì)、網(wǎng)狀介質(zhì)或高分子材料絲網(wǎng)的慣性攔截作用來分離空氣中的水滴或油滴的方法。填料主要有焦炭、活性炭、瓷環(huán)、金屬車屑、金屬絲網(wǎng)、塑料絲網(wǎng)等。絲網(wǎng)分離器具有較高的分離效率，對(duì)直徑大于5μm的顆粒的分離效果可達(dá)99%，大于10μm的可達(dá)99.5%，且能部分除去較細(xì)的顆粒，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，阻力不大等，已被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)中缺點(diǎn)：在霧沫濃度很大的場(chǎng)合，會(huì)因霧沫堵塞空隙而增大阻力損失。絲網(wǎng)除沫器（又名絲網(wǎng)除霧器、捕沫器，：wiremeshdemister、wiremeshmisteliminators）原理：帶霧沫氣體速度上升通過絲網(wǎng)時(shí)，由于慣性作用，霧沫與絲網(wǎng)細(xì)絲相碰撞而被附著在細(xì)絲表面上。細(xì)絲表面上霧沫的擴(kuò)散、霧沫的重力沉降，使霧沫形成較大的液滴沿著細(xì)絲流至兩根絲的交接點(diǎn)。細(xì)絲的可潤(rùn)濕性等作用下，液滴越來越大，當(dāng)液滴大到其自身重力超過氣體的上升力與液體表面張力的合力時(shí)，液滴就從細(xì)絲上分離下落。各種絲網(wǎng)填料絲網(wǎng)介質(zhì)層高度最少為100mm，常用的是150mm，分離細(xì)霧時(shí)可用200~300mm。分離器圓筒直徑按容器的空容器截面氣速進(jìn)行計(jì)算：D-絲網(wǎng)分離器的直徑，m；V-通過分離器的空氣體積流量，m3/s；VS-空容器截面空氣流速，m/s，空容器截面空氣流速約為絲網(wǎng)間隙中空氣實(shí)際流速的75%。Vmax-空氣最大流速，m/s；ρL-霧沫液體的密度，kg/m3；ρG-通過空氣的密度，kg/m3；K-經(jīng)驗(yàn)系數(shù)一般取0.107，當(dāng)壓力變動(dòng)較大時(shí)取0.08。絲網(wǎng)過濾器的壓力降

，Paf-摩擦系數(shù)，對(duì)金屬可取14.2；H-絲網(wǎng)高度，m；ε-絲網(wǎng)的空隙率，0.9~0.98；d-絲網(wǎng)的直徑，m。5．空氣冷卻器立式列管式熱交換器、噴淋式熱交換器等要提高傳熱系數(shù)列管式換熱器：冷卻水在管內(nèi)流動(dòng)，流速為0.5~3m/s；空氣在殼內(nèi)流動(dòng)，流速為2~15m/s。（二）空氣過濾設(shè)備的計(jì)算設(shè)計(jì)過濾效率：就是濾層所濾去的微粒數(shù)與原來微粒數(shù)的比值，它是衡量過濾器過濾能力的指標(biāo)。微生物在濾層中減少的規(guī)律符合對(duì)數(shù)穿透定律，類似一級(jí)衰減規(guī)律的形式

對(duì)數(shù)穿透定律研究過濾器的過濾規(guī)律時(shí)，先排除一些復(fù)雜的因素，假定：過濾器中過濾介質(zhì)每一纖維的空氣流態(tài)并不因其它鄰近纖維的存在而受影響；空氣中的微粒與纖維表面接觸后即被吸附，不再被氣流帶走；過濾器的過濾效率與空氣中微粒的濃度無關(guān)；空氣中的微粒在濾層中遞減均勻，即每一纖維薄層除去同樣百分率的菌體。空氣通過單位濾層后，微粒濃度下降量與進(jìn)入此介質(zhì)的空氣中的微粒濃度成正比，即：

dN/dL-單位濾層所除去的微粒數(shù)，個(gè)/cm；K-過濾常數(shù)，1/cm微生物的穿透能力與濾層厚度L為對(duì)數(shù)關(guān)系K、K’為過濾常數(shù)或阻塞因子（1/cm）、（1/m），表示過濾床阻止微生物穿透的能力，取決于過濾介質(zhì)的性質(zhì)和操作如纖維的種類、直徑、填充率、空氣流速及空氣中微粒的直徑等等在設(shè)計(jì)空氣過濾器時(shí)，常把N／N0

＝1015作為設(shè)計(jì)指標(biāo)。壓力降

L-濾層厚度，m；ρ-空氣密度，kg/m3；α-介質(zhì)填充率；v0-空氣在介質(zhì)間隙的實(shí)際流速，m/s；vs-過濾器空罐氣速，m/s；df-纖維直徑，m；m-實(shí)驗(yàn)指數(shù)；c-阻力系數(shù)；第二節(jié)生物加工過程的空氣調(diào)節(jié)一、空氣調(diào)節(jié)的方法二、濕空氣焓—濕圖

空氣調(diào)節(jié)發(fā)展史人類改造客觀環(huán)境的能力取決于社會(huì)生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平。AC17,-Fans,1831，AC18,-Coolingsystems,1831-AMPerkins(Boiler)，1902－1904，Belfast，1903-Carrier,1920－Effectivetemperaturechart,ASHVEwasfoundedin1894空調(diào)發(fā)展取決于時(shí)代的社會(huì)生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平1902,ACSystemswithairconditionedpartswasbuiltupinapressfactoryinUSA.1919,ACSystemswithairconditionedpartswasbuiltupinacinemainUSA.1931,FirstACSystemswithairconditionedpartswasbuiltupinaShanghaiTextileFactory,China.定義空氣調(diào)節(jié)是指在一定的空間內(nèi)對(duì)其空氣溫度、濕度、清潔度和空氣流動(dòng)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，達(dá)到并保持滿足人體舒適和工藝要求的過程途徑改變空氣的熱焓量和濕含量等狀態(tài)參數(shù)最常用的是各種濕熱交換設(shè)備。熱、濕交換的介質(zhì)有水、蒸汽、液體吸濕劑和制冷劑。據(jù)工作特點(diǎn)可將它們分成兩大類：直接接觸式和表面式。直接接觸式熱、濕交換設(shè)備特點(diǎn)是空氣進(jìn)行熱、濕交換的介質(zhì)和被處理的空氣接觸，通常是將其噴淋到被處理的空氣中去

表面式熱濕交換設(shè)備：與空氣進(jìn)行熱濕交換的介質(zhì)不和空氣直接接觸，熱、濕交換是通過處理設(shè)備的金屬表面來進(jìn)行的。二、濕空氣焓—濕圖（一）濕空氣的幾個(gè)主要狀態(tài)參數(shù)（二）濕空氣焓濕圖介紹

（三）空氣狀態(tài)變化過程及狀態(tài)變化過程的表示方法

（一）濕空氣的幾個(gè)主要狀態(tài)參數(shù)1．水蒸汽分壓PW,根據(jù)分壓定律，PW與干空氣分壓之比摩爾水汽與摩爾干空氣之比，其中為濕空氣的總壓

2．空氣的濕含量H單位質(zhì)量干空氣中所含水汽的質(zhì)量，稱為空氣的濕含量或絕對(duì)濕度，簡(jiǎn)稱濕度，其單位為kg/kg，增濕或減濕過程中干空氣質(zhì)量不變Pw-空氣中水汽分壓；Mrw-水汽的相對(duì)分子質(zhì)量，Mra-空氣的相對(duì)分子質(zhì)量3．空氣的相對(duì)濕度

表示距離飽和狀態(tài)的程度，常用相對(duì)濕度來衡量

,相對(duì)濕度定義為空氣中水汽分壓與同溫度下飽和水汽壓之比Pw/Ps-空氣中水汽分壓/同溫度下飽和水汽壓

4．露點(diǎn)溫度

td、濕球溫度tw與干球溫度露點(diǎn)溫度

td：空氣在濕含量H不變的情況下冷卻，達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)的溫度稱為露點(diǎn)溫度。濕球溫度tw：溫度計(jì)在溫度t、濕度為H的不飽和空氣流中，在絕熱條件下達(dá)到平衡所顯示的溫度，稱為空氣的濕球溫度。干球溫度：相對(duì)于濕球溫度而言，在空氣流中普通溫度計(jì)所測(cè)得的溫度。6．濕空氣的焓

I濕空氣的焓等于干空氣的焓與其中所帶水汽的焓之和。以干空氣作為基準(zhǔn)，并以0℃作為基準(zhǔn)溫度，則濕空氣的焓為

Cw-水汽的質(zhì)量熱容，kJ/kg·K；CH-濕空氣的質(zhì)量熱容或簡(jiǎn)稱濕質(zhì)量熱容，單位為kg/（kg·K）。R0-水在0℃的汽化潛熱。

kJ/kg。

空氣增、減濕原理：是空氣與水兩相間傳熱與傳質(zhì)同時(shí)進(jìn)行的過程。增濕，就是增加空氣的濕含量；減濕則是減少空氣的濕含量?？諝獾臐窈繛镠，熱焓值為I，經(jīng)調(diào)節(jié)后的濕含量變化值和熱焓變化值分別為△H和△I

表示單位濕含量的變化所引起的熱焓量變化

空氣和水進(jìn)行熱、質(zhì)傳遞的相互關(guān)系：

以橫坐標(biāo)表示垂直于界面的距離，縱坐標(biāo)表示溫度或濕度，且令：t’-水主體的溫度；ti-界面的溫度；t-空氣主體的溫度，即空氣的干球溫度；H-空氣主體的濕度；Hi-空氣在界面溫度下的飽和濕度。虛線箭頭代表水汽在氣相中的傳遞方向，實(shí)線箭頭代表通過空氣和水到界面的傳熱（分顯熱和潛熱）方向

最簡(jiǎn)單的情況是空氣的絕熱冷卻過程（增濕）

水分不斷從兩相界面?zhèn)鬟f到空氣中去。與此同時(shí)也進(jìn)行著傳熱過程。由于空氣溫度高于水溫，借助對(duì)流給熱，熱量從空氣傳遞到水，放出顯熱而空氣自身的溫度降低，水吸收了顯熱而升溫。但此時(shí)，由于水分汽化后把潛熱帶到空氣中，這部分熱量的傳遞方向剛好與上述顯熱的傳遞方向相反。減濕過程與增濕過程相反，空氣的濕含量超過了界面處的空氣濕含量，所以水分?jǐn)U散的方向正好與增濕相反，空氣的濕含量不斷減少，空氣中水分冷凝放出的潛熱和空氣降溫的顯熱，通過對(duì)流傳給水，變?yōu)樗娘@熱，使水的溫度升高?？諝庠鰸?、減濕方法：增濕向空氣中通入直接蒸汽：空氣初溫較低時(shí)可行，增濕的同時(shí)，溫度也上升；噴水：使水以霧狀噴入不飽和空氣中，使其增濕；空氣混合增濕：將待增濕的空氣和高濕含量的空氣混合而增濕，經(jīng)此處理，可以得到未飽和的空氣、飽和的空氣或過飽和的空氣。噴淋低于該空氣露點(diǎn)溫度的冷水：使空氣中水分冷凝析出而降濕減溫；用熱交換器把空氣冷卻至其露點(diǎn)溫度以下：空氣中部分水分冷凝析出而；將空氣壓縮后冷卻至初溫；用吸收或吸附方法除去水分；將濕空氣與干燥空氣混合?？諝庠鰸?、減濕方法：減濕（二）濕空氣焓濕圖介紹

將一定大氣壓力P下的t、H、ψ、I、PW等濕空氣的狀態(tài)參數(shù)之間關(guān)系用線算圖表示出來

以焓為縱坐標(biāo)，以含濕量為橫坐標(biāo)的焓濕圖，又稱I-H圖

I-H圖上的每一個(gè)點(diǎn)代表了濕空氣的一個(gè)狀態(tài)，而每一條線則表示了濕空氣的狀態(tài)變化過程。因此，I-H圖既能聯(lián)系以上講過的狀態(tài)參數(shù)，又能表達(dá)空氣的各種狀態(tài)變化過程

1．等焓線和等含濕線確定坐標(biāo)比例尺之后，就可以在圖上繪出一系列與縱坐標(biāo)平行的等H線及與橫坐標(biāo)平行的等I線。T=0和H=0的干