第四章滅菌及空氣凈化

第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)本章講述的內(nèi)容第一節(jié)發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌處理第二節(jié)發(fā)酵過(guò)程中的染菌與防治第三節(jié)發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)第四節(jié)發(fā)酵培養(yǎng)基及設(shè)備管道的滅菌第五節(jié)空氣除菌第三節(jié)發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)加熱滅菌（包括干熱和濕熱加熱法）過(guò)濾除菌紫外線或電離輻射殺菌化學(xué)藥物滅菌火焰滅菌無(wú)菌技術(shù)：第四節(jié)

發(fā)酵培養(yǎng)基及設(shè)備管道的滅菌一、培養(yǎng)基濕熱滅菌原理1、微生物的熱阻

每一種微生物都有一定的生長(zhǎng)溫度范圍；當(dāng)微生物處在最低生長(zhǎng)溫度以下，代謝作用幾乎停止，而處于休眠狀態(tài)；當(dāng)溫度超過(guò)最高限度時(shí)，細(xì)胞中原生質(zhì)體和酶的基本成分就發(fā)生不可逆的變性，使微生物死亡。殺死微生物的極限溫度稱為致死溫度（Deathtemperature）在致死溫度下，殺死全部微生物所需的時(shí)間稱為致死時(shí)間(ThermalDeathTime;TDT)在致死溫度以上，溫度愈高，致死時(shí)間愈短。不同種類(lèi)微生物對(duì)熱的抵抗力不同。微生物對(duì)熱的抵抗力稱為熱阻（heatresistance）。即指微生物在某一特定條件（主要是溫度和加熱方式）下的致死時(shí)間，它反映了微生物對(duì)溫度的敏感性。

微生物相對(duì)熱阻細(xì)菌和酵母的營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞1細(xì)菌芽孢3×106霉菌孢子2-10病毒及噬菌體1-5某些微生物對(duì)濕熱的相對(duì)熱阻（與大腸桿菌比較）相對(duì)熱阻是指某一微生物在某條件下的致死時(shí)間與另一微生物在相同條件下的致死時(shí)間的比值

。2、微生物的熱死規(guī)律——對(duì)數(shù)殘留定律

微生物的熱死是指微生物的受熱失活，但物理性質(zhì)不變。

微生物雖然是一復(fù)雜的高分子體系，但受熱死亡是由于蛋白質(zhì)變性所致。

在一定溫度下，微生物熱死遵循分子反應(yīng)速度理論。對(duì)數(shù)殘留定律的概念：

數(shù)學(xué)表達(dá)式：-dN/d=NN——培養(yǎng)基中殘存活的微生物個(gè)數(shù)；

——死亡時(shí)間，即殺菌時(shí)間（s）;

——比死亡速率（s-1）(死亡速率常數(shù))dN/d——微生物的瞬間變化率，即死亡速率——

對(duì)微生物進(jìn)行濕熱滅菌時(shí)，培養(yǎng)基中的微生物受熱死亡的速率與殘存的微生物數(shù)量成正比，這就是對(duì)數(shù)殘留定律。

若開(kāi)始滅菌（=0）時(shí)，培養(yǎng)基中活的微生物數(shù)為N0=2.303logN0/N/-dN/d=NlnN/N0=-積分2.303logN0/N=or=2.303lgN0/N/可見(jiàn)：滅菌時(shí)間取決于污染程度(N0)、滅菌程度（殘留菌數(shù)N）和值◆

在培養(yǎng)基中有各種各樣的微生物，不可能逐一加以考慮。一般只考慮芽孢細(xì)菌和細(xì)菌的芽孢數(shù)之和作為計(jì)算依據(jù)?！?/p>

滅菌程度，即殘留菌數(shù)，如果要求完全徹底滅菌，即

N=0，則為∞，上式無(wú)意義，事實(shí)上也不可能。

一般取N=0.001，即1000次滅菌中允許有1次失敗。例：

有一發(fā)酵罐內(nèi)裝40m3培養(yǎng)基，在121℃溫度下進(jìn)行實(shí)罐滅菌。原污染程度為每ml有2×105個(gè)耐熱細(xì)菌芽孢，121℃時(shí)滅菌死亡速度常數(shù)為1.8min－1。求滅菌失敗幾率為0.001時(shí)所需的滅菌時(shí)間。解：N0=40×106×2×105=8×1012(個(gè))N=0.001;=1.8(min－1)

=2.303lgN0N=2.3031.8lg(8×1015)=20.34(min)滅菌時(shí)間——到達(dá)殺菌溫度后所需要維持的時(shí)間。3、死亡速率常數(shù)（比死亡速率）◆

死亡速率常數(shù)是微生物耐熱性的一種特征，它隨微生物種類(lèi)和滅菌溫度而異?！?/p>

相同溫度下，值越小，則此微生物越耐熱。如：在121℃，細(xì)菌芽孢的值約為1min-1,而營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞的值為10－1010min-1。=2.303lgN0/N/細(xì)菌芽孢名稱值min-1枯草芽孢桿菌FS5230硬脂嗜熱芽孢桿菌FS1518硬脂嗜熱芽孢桿菌FS617產(chǎn)氣梭狀芽孢桿菌PA36793.8-2.60.772.91.8121℃某些細(xì)菌芽孢的值4、滅菌溫度與時(shí)間的選擇◆

培養(yǎng)基滅菌過(guò)程中，除微生物被殺死外，還伴隨著培養(yǎng)基成分被破壞，如在加熱條件下氨基酸、維生素等受破壞?！?/p>

培養(yǎng)基滅菌時(shí)，必須選擇既能達(dá)到滅菌目的，又能使培養(yǎng)基成分破壞減至最少的條件?！?/p>

滅菌過(guò)程微生物死亡屬于一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)類(lèi)型（從對(duì)數(shù)殘留定律表達(dá)式可知）?！?/p>

在其它條件不變時(shí)，比死亡速率與溫度的關(guān)系可用阿侖尼烏斯方程式表示。SvanteAugustArrhenius

wasaSwedishphysicalchemistbestknownforhistheorythatelectrolytes,certainsubstancesthatdissolveinwatertoyieldasolutionthatconductselectricity,areseparated,ordissociated,intoelectricallychargedparticles,orions,evenwhenthereisnocurrentflowingthroughthesolution.In1903hewasawardedtheNobelPrizeforChemistry.=AeRT

E－——ArrheniusequationA—比例常數(shù)；E—?dú)⑺兰?xì)菌所需的活化能，（J/mol）;T—絕對(duì)溫度，(K)R—?dú)怏w常數(shù)，[1.978×4.18J/(mol·K)]e—2.71(exp)=AeRTE－——lg=———+lgA－E2.303RT以lg對(duì)1/T作圖，得一直線，其斜率為-

E/2.303R，截距為lgA，從斜率和截距科求得A和

E值。1/Tlg截距=lgA斜率=－E

/2.303R培養(yǎng)基成分受熱破壞是化學(xué)分解反應(yīng)，也為一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)：-dC/d=′CC—對(duì)熱不穩(wěn)定物質(zhì)的濃度,(mol/L);′—分解速率常數(shù)（s－1）；—分解反應(yīng)時(shí)間（s）′隨反應(yīng)物質(zhì)種類(lèi)和溫度不同而不同。在化學(xué)反應(yīng)中，其他條件不變，′和溫度的關(guān)系也可用阿侖尼烏斯方程表示：′=A′eRTE

′－—A′—比例常數(shù)；E

′—分解活化能，（J/mol）;T—絕對(duì)溫度，(K)R—?dú)怏w常數(shù)，[1.978×4.18J/(mol·K)]e—2.71(exp)1=AeRT1E－———2=Ae－——ERT2相除取對(duì)數(shù)ln21=E11RT1T2－〔〕在滅菌時(shí)，當(dāng)溫度變化，雜菌死亡速率常數(shù)和培養(yǎng)基成分破壞速率常數(shù)′都在發(fā)生變化。溫度由T1升高到T2，值分別為：同樣，滅菌時(shí)培養(yǎng)基成分的破壞也可得類(lèi)似關(guān)系：ln2′1′=〔〕RT1T2

E

′11ln(2

/1)ln(2′

/1′)＝EE

′上面兩式相除，得由于滅菌的E值大于培養(yǎng)基成分分解的E′值，因此：ln2/1＞ln2′/1′名稱E(J/mol）葉酸泛酸維生素B12維生素B1嗜熱脂肪芽孢桿菌枯草桿菌肉毒梭菌70.387.996.792.1283318343

即隨著溫度的上升，滅菌的速度常數(shù)的增加倍數(shù)大于培養(yǎng)基成分破壞的增加倍數(shù)?；蛘哒f(shuō)，當(dāng)滅菌溫度上升時(shí)，微生物殺滅速度的上升超過(guò)培養(yǎng)基成分破壞的速度。也即，為達(dá)到相同的滅菌效果，提高滅菌溫度可以明顯縮短滅菌時(shí)間。

根據(jù)這一理論，培養(yǎng)基滅菌采用高溫短時(shí)的方法，有利于減少營(yíng)養(yǎng)成分的破壞。

滅菌溫度/℃滅菌時(shí)間/min維生素B1破壞量/%10040099.3110366711515501204271300.581450.0821500.01＜1（1）、pH◆

微生物在pH6.0～8.0范圍內(nèi)耐熱性最大◆

pH低于6.0時(shí)，氫離子極易滲入微生物細(xì)胞，從而改變細(xì)胞的生理反應(yīng)而促進(jìn)其死亡，故培養(yǎng)基酸度愈高，則所需的殺菌時(shí)間愈短。5、影響培養(yǎng)基滅菌的其它因素

溫度孢子數(shù)滅菌時(shí)間(min)(℃)(個(gè)/ml)pH=6.15.35.04.74.51201000087533

11510000252516131311010000706535302410010000740720180150150

pH對(duì)滅菌時(shí)間的影響（2）、起始菌的濃度起始濃度越高，所需滅菌時(shí)間越長(zhǎng)。例如：如肉毒梭狀芽孢桿菌，在105℃濕熱滅菌時(shí)間

芽孢桿菌數(shù)/ml時(shí)間(min)9×108489×106369×104209×1021492

=2.303lgN0/N/（3）、培養(yǎng)基成分◆

油脂、糖類(lèi)及一定濃度的蛋白質(zhì)會(huì)增加微生物的耐熱性。

因高濃度有機(jī)物會(huì)環(huán)繞細(xì)菌的四周形成一層薄膜，影響熱的傳入?！?/p>

而高濃度的鹽類(lèi)、色素等則會(huì)削弱其抗性。（4）培養(yǎng)基的物理狀態(tài)◆固體培養(yǎng)基的滅菌時(shí)間比液體培養(yǎng)基的滅菌時(shí)間長(zhǎng)因液體培養(yǎng)基滅菌時(shí)，熱的傳遞除了傳導(dǎo)作用外還有對(duì)流作用，而固體培養(yǎng)基只有傳導(dǎo)作用而沒(méi)有對(duì)流作用。此外，液體培養(yǎng)基的傳熱系數(shù)比固體物質(zhì)大的多。（5）、泡沫

◆泡沫中的空氣形成隔熱層，使熱量難以滲透進(jìn)培養(yǎng)基去殺死其中潛伏的微生物。

因此，易產(chǎn)生泡沫的培養(yǎng)基在滅菌時(shí)，可加入少量消泡劑。（6）、顆粒

◆顆粒小，滅菌容易，顆粒大，滅菌難。二、空罐滅菌1、目的：

1）消除罐內(nèi)死角，確保下一批發(fā)酵的成功。

2）殺滅與罐直接相通的各管路、閥門(mén)的微生物。

3）殺滅上批發(fā)酵的活的微生物，減輕環(huán)境污染。

2、步驟：

（熱蒸汽法）1）先徹底清洗作用：a）有利于消除死角

b）免于物料受熱（尤其是干熱的部位）干焦而集于罐體、管或閥門(mén)2）從底部通入蒸汽3）排冷氣4）升壓

打開(kāi)各個(gè)需滅菌的管路、放氣閥等（如接種管、取樣管、空氣進(jìn)管、流量計(jì)等）5）保壓

通常1kg/cm2,30～60min6)降溫

關(guān)閉各放氣閥，切斷汽源，慢慢放氣；或自然冷卻，或泵循環(huán)水加速冷卻注意:

a）確保無(wú)死角產(chǎn)生

b）也可采用甲醛蒸煮或熏蒸的方法

c）勿激碎視鏡三、培養(yǎng)基分批滅菌（實(shí)罐滅菌）分批滅菌指在發(fā)酵罐中加入培養(yǎng)基后，直接通入蒸汽將培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備一起進(jìn)行滅菌的過(guò)程，也稱實(shí)罐滅菌。全過(guò)程包括升溫、保溫、降溫三個(gè)過(guò)程。一）操作1、在進(jìn)行培養(yǎng)基滅菌之前，通常應(yīng)先把發(fā)酵罐的分空氣過(guò)濾器滅菌并用無(wú)菌空氣吹干。（若已先行空罐滅菌，此步可不進(jìn)行）2、預(yù)熱向夾套或蛇管中通入蒸汽，間接將培養(yǎng)基加熱至70℃左右。作用：減少冷凝水的生成；減輕噪音。如果是直接通蒸汽，則需通過(guò)試驗(yàn)掌握冷凝水的生成量，確保培養(yǎng)基的濃度。3、開(kāi)啟蒸汽管，向培養(yǎng)基中通入蒸汽，升溫。4、罐壓達(dá)1kg/cm2(0.1MPa)時(shí)，安裝在發(fā)酵罐封頭的接種管、補(bǔ)料管、消泡劑管等應(yīng)排汽。升溫階段5、保溫調(diào)節(jié)好各進(jìn)汽和排汽閥門(mén)，使罐壓和溫度保持在一穩(wěn)定水平，維持一定時(shí)間。在保溫階段，凡進(jìn)口在培養(yǎng)基液面下的各管道都應(yīng)通入蒸汽；在液面上的其余管道則應(yīng)排放蒸汽，這樣才能保證滅菌徹底，不留死角。保溫階段6、保溫結(jié)束后，依次關(guān)閉各排汽、進(jìn)汽閥；待罐內(nèi)壓力降至0.5kg/cm2左右時(shí)，向罐內(nèi)通入無(wú)菌空氣，向夾套或蛇管中通入冷水，使培養(yǎng)基降至所需溫度。通入無(wú)菌空氣的作用：加速降溫；保持罐內(nèi)正壓。降溫階段ABCD升溫保溫降溫小型罐升、降溫快，可忽略升、降溫時(shí)間；但大型罐不可忽視?！鎚in二）滅菌時(shí)間的計(jì)算=2.303lgN0/N/在不同規(guī)模的發(fā)酵罐中達(dá)到同樣滅菌效果所需維持的時(shí)間發(fā)酵罐規(guī)模（升）１２０℃維持時(shí)間（分）

20017.550012.6500011.3500008.8為什么罐越大，維持的時(shí)間越短？三）分批滅菌的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：●

不需專(zhuān)門(mén)的滅菌設(shè)備，投資少、設(shè)備簡(jiǎn)單、滅菌效果可靠。●

對(duì)蒸汽的要求較低，一般3-4kg/cm2即可滿足。缺點(diǎn)：在滅菌過(guò)程中蒸汽用量變化大，造成鍋爐負(fù)荷波動(dòng)大◆中小型罐經(jīng)常采用四、培養(yǎng)基的連續(xù)滅菌（連消）

將配制好的培養(yǎng)基在向發(fā)酵罐輸送的同時(shí)進(jìn)行加熱、保溫和冷卻等滅菌操作的過(guò)程。培養(yǎng)基連消工藝流程圖

溫度（℃）時(shí)間（min)12124.81304.11380.721460.141540.0291630.0061滅菌時(shí)間與溫度的關(guān)系（以殺死細(xì)菌芽孢為準(zhǔn)）噴淋冷卻連續(xù)滅菌流程一）連續(xù)滅菌流程1、預(yù)熱可在專(zhuān)門(mén)的預(yù)熱罐，也可用配料罐兼作溫度：一般預(yù)熱至70℃左右預(yù)熱的物料用泵泵入連消裝置輸料泵：

常用旋渦泵、往復(fù)泵、螺桿泵旋渦泵往復(fù)泵螺桿泵2、加熱常用連消裝置有三類(lèi)：

套管式連消器

汽液混合式連消器

噴射式加熱器物料泵入加熱器，培養(yǎng)基與蒸汽混合，溫度迅速上升至130～140℃。套管式連消塔開(kāi)孔上疏下密，45°小孔，孔徑6毫米左右培養(yǎng)液流動(dòng)線速度小于0.1m/s;在管內(nèi)逗留時(shí)間為15～20秒

汽液混合式連消器噴射加熱器3、保溫保溫設(shè)備（維持設(shè)備）保溫材料包裹兩種形式：

罐式管式

1）、維持罐連續(xù)滅菌時(shí)，關(guān)2開(kāi)1；預(yù)熱罐中的物料輸送完后，關(guān)1開(kāi)2。培養(yǎng)基的平均停留時(shí)間=V/FM---平均停留時(shí)間（s）V---維持罐的體積（m3）FM---培養(yǎng)基的流量（m3/s）Note:

培養(yǎng)基在維持罐的流動(dòng)不可能非常均勻，可能產(chǎn)生滑流，造成一部分培養(yǎng)基在罐內(nèi)的停留時(shí)間少于平均值。為保證滅菌徹底，在設(shè)計(jì)罐式維持器時(shí)，通常取平均停留時(shí)間的3～5倍。經(jīng)驗(yàn)：在滅菌溫度為130℃時(shí)，實(shí)際平均時(shí)間可取10分鐘；在140℃時(shí)則可取3～4分鐘。2）、管式維持器在設(shè)計(jì)管式維持設(shè)備時(shí)，須采用停留時(shí)間分布的概念，而不能采用單純的停留時(shí)間。圓管內(nèi)不同流動(dòng)形式流體的速度分布情況

湍流

Vaverage=0.82Vmax

活塞流

Vaverage=Vmax

粘滯流

Vaverage=0.5Vmax

在管式維持器中，若培養(yǎng)基流動(dòng)為活塞流，可根據(jù)維持管的內(nèi)徑、培養(yǎng)基的流量求出管長(zhǎng)。

但實(shí)際上培養(yǎng)基不可能呈活塞流，當(dāng)培養(yǎng)基處于粘滯留狀態(tài)時(shí)，管內(nèi)速度呈拋物線，管中心部位的最大流速為平均流速的2倍；若以平均流速確定管長(zhǎng)，則會(huì)造成邊緣部分的培養(yǎng)基過(guò)熱（加熱過(guò)長(zhǎng)）。

確定維持管的長(zhǎng)度，應(yīng)采用擴(kuò)散模型(Dispersionmodel).（復(fù)雜，略）4、冷卻噴淋冷卻器板式冷卻器真空冷卻器噴淋冷卻器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；廣泛使用板式換熱器體積小，換熱效率高；但流動(dòng)阻力較大板式換熱器板式換熱器原理圖二）連續(xù)滅菌的優(yōu)缺點(diǎn)及注意事項(xiàng)1）可采用高溫短時(shí)滅菌，培養(yǎng)基受熱時(shí)間短，營(yíng)養(yǎng)成分破壞少，有利于提高發(fā)酵產(chǎn)率；2）蒸汽負(fù)荷均衡，鍋爐利用率高，操作方便。3）適于自動(dòng)控制，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。缺點(diǎn)：

設(shè)備復(fù)雜，投資大優(yōu)點(diǎn)：連消注意事項(xiàng)：1）連消前，應(yīng)先進(jìn)行空罐、維持罐（管）、冷卻系統(tǒng)的滅菌；2）確保管路無(wú)滲漏；3）當(dāng)培養(yǎng)基含有較大固體顆?；蛴休^多泡沫時(shí)，采用連消容易發(fā)生滅菌不徹底。第五節(jié)空氣除菌（一）概述

空氣除菌的必要性

以一個(gè)50m3的發(fā)酵罐為例，若裝料系數(shù)為0.7，要求每立方米發(fā)酵液每分鐘通氣0.8m3，培養(yǎng)周期170h，那么每個(gè)周期需通氣量2.86×105

m3(50×0.7×0.8×170×60)，而每立方米大氣中約有103-104個(gè)微生物。無(wú)菌空氣的概念發(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到一個(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”。發(fā)酵對(duì)無(wú)菌空氣的要求是：無(wú)菌，無(wú)灰塵，無(wú)雜質(zhì)，無(wú)水，無(wú)油，正壓等幾項(xiàng)指標(biāo)；發(fā)酵對(duì)無(wú)菌空氣的無(wú)菌程度要求是：只要在發(fā)酵過(guò)程中不因無(wú)菌空氣染菌，而造成損失即可。輻射殺菌：超聲波、高能陰極射線，x射線、β射線、γ射線、紫外線(2265?-3287?)加熱殺菌：加熱方法可用蒸汽、電和空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的熱量靜電除菌：常用于潔凈工作臺(tái)、潔凈工作室所需無(wú)菌無(wú)塵空氣的第一次除塵，配合高效過(guò)濾器使用。過(guò)濾除菌：采用定期滅菌的介質(zhì)來(lái)阻截流過(guò)的空氣所含的微生物而取得無(wú)菌空氣。常用的過(guò)濾介質(zhì)有棉花、活性炭、玻璃纖維、有機(jī)合成纖維、有機(jī)和無(wú)機(jī)燒結(jié)材料等等。

（二）空氣除菌方法（三)、空氣除菌流程不同的發(fā)酵、不同的工廠采用的工藝不盡相同。流程的制定應(yīng)根據(jù)所在地的地理、氣候環(huán)境和設(shè)備條件綜合考慮環(huán)境污染比較嚴(yán)重的地方，要考慮改變吸風(fēng)的條件；在溫暖潮濕的南方，要加強(qiáng)除水設(shè)施；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，也可采用無(wú)油潤(rùn)滑的往復(fù)式壓縮機(jī)；往復(fù)式壓縮機(jī)，要配備前置粗過(guò)濾器及空氣貯罐。通常要求壓縮空氣的相對(duì)濕度Φ=50%-60%時(shí)通過(guò)過(guò)濾器為好。1、空氣過(guò)濾除菌流程的要求2.

空氣除菌流程的分析幾種典型的設(shè)備流程：兩級(jí)冷卻、加熱除菌流程冷熱空氣直接混合式空氣除菌流程高效前置過(guò)濾空氣除菌流程將空氣冷卻至露點(diǎn)以上的流程利用熱空氣加熱冷空氣流程一次冷卻和析水的空氣過(guò)濾流程

兩級(jí)冷卻、加熱的空氣過(guò)濾除菌流程流程的特點(diǎn)是：兩次冷卻，兩次分離，適當(dāng)加熱。１—粗過(guò)濾器,２—壓縮機(jī),３—貯罐,４,６—冷卻器,５—旋風(fēng)分離器,７—絲網(wǎng)分離器,８—加熱器,９—過(guò)濾器冷熱空氣直接混合式空氣過(guò)濾除菌流程特點(diǎn)：可省第二冷卻分離設(shè)備和空氣再加熱設(shè)備，流程比較簡(jiǎn)單，冷卻水用量較少，利用壓縮空氣的熱量來(lái)提高空氣溫度。

冷熱空氣直接混合式空氣除菌流程圖1-粗過(guò)濾器；2-壓縮機(jī)；3-貯罐；4-冷卻器；5-絲網(wǎng)分離器；6-過(guò)濾器

利用熱空氣加熱冷空氣的流程示意圖1-高空采風(fēng)；2-粗過(guò)濾器；3-壓縮機(jī)；4-熱交換器；5-冷卻器；6，7-析水器；8-空氣總過(guò)濾器；9-空氣分過(guò)濾器

將空氣冷卻至露點(diǎn)以上的流程1－高空采風(fēng)；2－粗過(guò)濾器；3－壓縮機(jī)；4－冷卻器；5－冷卻器；6－空氣總過(guò)濾器；7－空氣分過(guò)濾器

高效前置過(guò)濾空氣除菌流程圖1—高效前置過(guò)濾器；2—壓縮機(jī)；3—貯罐；4—冷卻器；5—絲網(wǎng)分離器；6—加熱器；7—過(guò)濾器特點(diǎn)：無(wú)菌程度高

一次冷卻和析水的空氣過(guò)濾流程示意圖1－高空采風(fēng)；2－粗過(guò)濾器；3－壓縮機(jī)；4－冷卻器；5，6—析水器；7—貯罐；8—加熱器；9—空氣總過(guò)濾器；10—空氣分過(guò)濾器（四）空氣預(yù)處理除塵(外源空氣的前處理)：防塞，提高過(guò)濾效率和濾器壽命；降溫：防燒傷介質(zhì)及水分蒸發(fā)嚴(yán)重，對(duì)發(fā)酵不利除油、除水：防塞（因油膜堵），防止過(guò)濾器長(zhǎng)菌堵塞（因水滴）加熱：保持相對(duì)濕度穩(wěn)壓：防止壓力波動(dòng)，貯罐預(yù)處理流程設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)繁關(guān)鍵：去濕問(wèn)題措施：建吸風(fēng)塔、粗過(guò)濾器（布袋過(guò)濾器、填料過(guò)濾器、油浴洗滌和水霧除塵裝置等）、高效前置過(guò)濾器1、空氣預(yù)處理方法將濾布縫制成與骨架相同形狀的布袋，繃緊縫于焊接在進(jìn)風(fēng)口的骨架上。多用毛質(zhì)絨布或合成纖維濾布；濾布應(yīng)定期更換。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，過(guò)濾效率高；但過(guò)濾阻力大布袋式過(guò)濾器油浴洗滌過(guò)濾器空氣通過(guò)油箱中的油層洗滌，空氣中的微粒被油黏附而逐漸沉降于油箱底部而被除去。百葉窗式的圓盤(pán)可分離大滴油霧，過(guò)濾網(wǎng)分離小顆粒油霧。效果好；但耗油多水霧除塵過(guò)濾器空氣從設(shè)備底部進(jìn)口管吸入，經(jīng)裝置上部噴下的水霧洗滌，空氣中的灰塵、微生物微粒被黏附沉降，從器底排出?？諝饬魉?-3m/s，太高則帶入水霧太多，降低空壓機(jī)的排氣量。過(guò)濾機(jī)理大型空壓機(jī)2、空氣壓縮和壓縮空氣的冷卻

空氣的壓縮過(guò)程可看作絕熱過(guò)程，故壓縮后的空氣溫度與被壓縮的程度有關(guān)：

T2=T1(P2/P1)(k-1)/k

式中T1,T2——壓縮前后空氣的絕對(duì)溫度，K。P1,P2——壓縮前后空氣的絕對(duì)壓強(qiáng)，Pa。k——絕熱指數(shù)，空氣為1.4。

若壓縮為多變過(guò)程，則可用多變指數(shù)m（對(duì)于空氣m=1.2-1.3）代替絕熱指數(shù)k。例3：20oC的大氣被壓縮至表壓2.5kg/cm2時(shí)溫度是多少？解：T1=20+273=293kP2/P1=（2.5+1.033）/1.033=3.42m=1.3T2=T1(P2/P1)(m-1)/m=293×3.420.3/1.3=389k

∴t2=389-273=116oC空氣預(yù)處理流程設(shè)計(jì)3.

幾個(gè)概念空氣的絕對(duì)濕度：1m3

濕空氣中含有的水蒸氣絕對(duì)量(kg)空氣的相對(duì)濕度（Φ）：空氣的絕對(duì)濕度與同溫度下飽和絕對(duì)濕度之比值或者空氣中水蒸汽分壓與同溫度時(shí)的飽和水蒸汽壓之比值，稱為空氣的相對(duì)濕度。

Φ=Pw/Ps

式中

Pw——空氣中水蒸氣分壓，

Pa

Ps——同溫度下水的飽和蒸氣壓，Pa，

它可由各類(lèi)手冊(cè)中查到?？諝獾臐窈浚╔）：1kg干空氣中含有的水汽量

（kg/kg干空氣）空氣的濕含量（X）

設(shè)Ggkg干空氣中含Gwkg水蒸汽時(shí)，則

X=Gw/Gg

又Pw/Pg=nw/ng=(Gw/Mw)/(Gg/Mg)=(Gw/Gg)·(Mg/Mw)

（Mw，Mg分別為水和空氣的分子量）∴X=Gw/Gg=(PwMw)/(PgMg)=(18/28.94)·(Pw/Pg)=0.622Pw/(P-Pw)Φ與X的關(guān)系

將ΦPs=Pw代入式4-1中得

X=0.622ΦPs/（P-ΦPs）所以，已知某一溫度T時(shí)Φ值，便可求得X。①當(dāng)X一定時(shí)，T1→T2，導(dǎo)致Φ1→Φ2

，則X1=0.622Φ1Ps1/(P1-Φ1Ps1)X2=0.622Φ2Ps2/(P2-Φ2Ps2)∵X1=X2∴Φ2=Φ1(PS1/PS2)(P2/P1)

（式4-2）②當(dāng)X發(fā)生變化，即有水析出時(shí)，X降低，此時(shí)Φ2=100%，

定義：當(dāng)Ф=1時(shí)，空氣中水蒸氣已飽和，此時(shí)溫度稱為露點(diǎn)Td。當(dāng)T<Td時(shí)，有水析出，X↓。當(dāng)ΔX=0時(shí)，壓縮過(guò)程中，隨著T↑，Ps↑，P↑，Ф↓；降溫過(guò)程中，隨著T↓，Ps↓，P一定，Ф↑

。加熱后空氣的溫度設(shè)析出水后，在升溫階段ΔX=0，根據(jù)式4-2可以求出析水后應(yīng)升溫到多少度才能滿足相對(duì)濕度保持50-60%。

∵Φ后=ΦdPsd/Ps后∴Ps后=ΦdPsd/Φ后

Ps后→T后１—粗過(guò)濾器,２—壓縮機(jī),３—貯罐,４,６—冷卻器,５—旋風(fēng)分離器,７—絲網(wǎng)分離器,８—加熱器,９—過(guò)濾器例4：溫度20℃、Φ=85%的空氣，當(dāng)壓縮至2.0kg/cm2時(shí)，溫度為120℃，求此時(shí)空氣相對(duì)濕度是多少？若在壓力不變的情況下將溫度冷卻至40℃后，相對(duì)濕度又是多少？

已知：20℃時(shí)，Ps1=0.0238kg/cm2,120℃時(shí)，P