第二章空氣凈化除菌與空氣

第二章空氣凈化除菌與空氣第1頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)空氣過濾除菌原理

一、生物發(fā)酵中凈化空氣的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)1、適當(dāng)壓強(qiáng)（P）：0.2～0.35MPa(表壓)?2、適當(dāng)溫度（T）:3、適當(dāng)流量（Vg）：4、相對(duì)濕度（φ）≤50％～60%5、空氣潔凈度：無菌，100級(jí)100級(jí)空氣中含有≥0.5μm粒子數(shù)小于3.5個(gè)/L第2頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)

潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范

GBJ73-84空氣潔凈度等級(jí)≤25000(25)≤35×100000(3500)100000≤2500(2.5)≤35×10000(350)10000≤250(0.25)≤35×1000(35)1000≤35×100(3.5)100每立方米(每升)空氣中

≥5微米塵粒數(shù)每立方米(每升)空氣中

≥0.5微米塵粒數(shù)等級(jí)0第3頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三100級(jí)空氣中含有≥0.5μm粒子數(shù)小于3.5個(gè)/L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103~104個(gè)／立方米。一般每升高10米，空氣中的含菌量就降低一個(gè)數(shù)量級(jí)；第4頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三空氣過濾除菌原理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。第5頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三介質(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(duì)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）第6頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三空氣過濾除菌原理

慣性沖擊滯留作用攔截滯留作用布朗擴(kuò)散滯留作用重力沉降作用靜電吸附作用第7頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三空氣過濾介質(zhì)（1）棉花未脫脂棉（脫脂棉易于吸水而體積變?。＃?）活性炭對(duì)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

第8頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三（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(duì)過濾）小于0.5um）第9頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三第10頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三對(duì)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。第11頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)壓縮空氣冷卻后的除水、除油

一.目的

去除壓縮后空氣中所帶的油和水，提高壓縮空氣的潔凈度，以合適的空氣濕度和溫度進(jìn)入空氣過濾器，降低空氣過濾器的負(fù)荷。

保證通氣發(fā)酵用無菌空氣的質(zhì)量指標(biāo)。第12頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三二、重要概念1）相對(duì)濕度（φ）：

空氣絕對(duì)濕度與同溫度下飽和絕對(duì)濕度的比值

空氣絕對(duì)濕度：1m3空氣中含水蒸氣的量（kg）空氣中水蒸氣的分壓與同溫度時(shí)飽和水蒸氣壓的比值。

第13頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三

干濕球濕度表第14頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三干濕球濕度表原理空氣濕度越小，濕球表面的水分蒸發(fā)越快，濕球溫度降得越多，干濕球的溫差就越大；當(dāng)空氣的相對(duì)濕度為100％時(shí)，干球與濕球溫度計(jì)的讀數(shù)相同。第15頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三2）空氣的露點(diǎn)（td)：

指空氣在水汽含量和氣壓都不改變的條件下，冷卻到飽和時(shí)的溫度。（DewPointTemperature）在100%的相對(duì)濕度時(shí)，周圍環(huán)境的溫度就是露點(diǎn)溫度。當(dāng)溫度小于露點(diǎn)溫度時(shí)，有水析出。第16頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三3）濕含量（X）濕空氣中水汽的重量與濕空氣中干空氣的重量之比。又稱空氣的濕度。Mw:水蒸汽的相對(duì)分子質(zhì)量；Mg:空氣的平均分子質(zhì)量；P:濕空氣的總壓力第17頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三

三除水原理相對(duì)濕度φ=100%達(dá)到飽和(對(duì)應(yīng)溫度為露點(diǎn)溫度)?φ>100%有水析出φ<100%無水析出濕含量從狀態(tài)1狀態(tài)2

X1=X2

無水析出X1>X2

有水析出第18頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三狀態(tài)1狀態(tài)2當(dāng)x1=x2時(shí)，即此過程沒有水析出時(shí)，有第19頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三例題2－1有一空壓機(jī)吸氣時(shí)溫度20℃，壓強(qiáng)為0.1033MPa(絕壓)，相對(duì)濕度φ=80%，經(jīng)過壓縮壓力為0.3033MPa(絕壓)，溫度為120℃，一冷后溫度是40℃、二冷后溫度是25℃，假設(shè)忽略此壓力損失，問一冷后、二冷后是否有水析出，每千克干空氣析出多少水。

第20頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三例題2－1參數(shù)吸氣狀態(tài)壓縮后一冷后二冷后加熱后P(Mpa)0.10330.30330.30330.30330.3033t(℃)2012040 25Φ(%)80% X(kg/kg)Ps(MPa)0.002350.19970.007400.00318

第21頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三

第22頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三第23頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三第24頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三例題2－1參數(shù) 吸氣狀態(tài)壓縮后一冷后二冷后加熱后P(Mpa)

0.10330.3033 0.30330.30330.3033t(℃)2012040 25Φ(%)80% (2.82) (76.1)(174)

X(kg/kg)(0.0115)

(0.0066)

Ps(MPa)

0.002350.19970.007400.00318露點(diǎn)t(℃)

(35)由Ps＝0.00565查表得。第25頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三結(jié)論壓縮后（120℃）高溫下空氣中水是不會(huì)析出（相對(duì)濕度下降），壓縮空氣冷卻后，相對(duì)濕度升高。壓縮空氣的露點(diǎn)溫度比吸氣狀態(tài)空氣的露點(diǎn)溫度高，壓縮比越大，露點(diǎn)溫度也越高，更易析出水.第26頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三當(dāng)x2<x1時(shí)，即有水析出，此時(shí)的相對(duì)濕度為100％?？諝饫鋮s一定溫度后有水析出，若不升溫加熱，只要溫度稍有降低，便會(huì)再有水析出，使過濾器受潮喪失過濾效能。因此吸水后要適當(dāng)加熱，降低相對(duì)適度保護(hù)過濾器。第27頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三為了節(jié)約能量在氣溫和相對(duì)濕度較低的季節(jié)，壓縮空氣經(jīng)冷卻后，無冷凝水析出時(shí)，可直接通入過濾器。在氣溫和相對(duì)濕度較高的季節(jié)則先將壓縮空氣冷卻至較低的溫度經(jīng)析水，再加熱，使空氣相對(duì)濕度保持在60％左右，再通入過濾器。第28頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三第三節(jié)空氣凈化系統(tǒng)的流程設(shè)計(jì)及設(shè)備計(jì)算第29頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三1無菌空氣處理工藝流程吸風(fēng)塔前置過濾器（粗濾器）空壓機(jī)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%第30頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三（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(duì)濕度很低的地區(qū)。溫度低，壓縮后溫度不會(huì)升高很多，相對(duì)濕度低，空氣中的絕對(duì)含濕量很小。第31頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三2）兩級(jí)冷卻、分離、加熱的空氣除菌流程第32頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三第一冷卻器（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(duì)濕度仍較高，需用加熱器加熱空氣，使相對(duì)濕度降低到50～60％以保證過濾器的正常運(yùn)行。第33頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三第34頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三第35頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三兩級(jí)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(duì)無菌程度要求高的微生物工程產(chǎn)品，均使用此流程。第36頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三（3）前置高效過濾除菌流程第37頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三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。第38頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三2.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)空氣壓縮前的預(yù)處理（2）設(shè)計(jì)合理的空氣預(yù)處理設(shè)備，以達(dá)到除油、水和雜質(zhì)的目的（3）設(shè)計(jì)和安裝合理的空氣過濾器，選用除菌效率高的過濾介質(zhì)第39頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三（4）降低進(jìn)入空氣過濾器的空氣的相對(duì)濕度，保證過濾介質(zhì)能在干燥狀態(tài)下工作：使用無油潤滑的空氣壓縮機(jī)加強(qiáng)空氣冷卻和除油、除水提高進(jìn)入過濾器的空氣溫度，降低其相對(duì)濕度。（5）穩(wěn)定壓縮空氣的壓力，采用合適容量的貯氣罐。第40頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三3、空氣凈化系統(tǒng)設(shè)備的設(shè)計(jì)及選型（1）吸風(fēng)管（吸風(fēng)塔）設(shè)計(jì)參數(shù)：空氣流速Wg=4-8（m/s）

第41頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三（2）粗過濾器

作用：安裝在壓縮機(jī)前，作用是搜集較大的灰塵顆粒，防止壓縮機(jī)受損，同時(shí)也可減輕總過濾器的負(fù)荷。設(shè)計(jì)要求：過濾效率高，阻力小，否則會(huì)增加壓縮機(jī)的吸入負(fù)荷和降低排氣量。Wg=0.5（m/s）

第42頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三粗過濾器分類布袋過濾：定期清洗填料式過濾：洗換填料，操作麻煩油浴洗滌：耗油量多，空氣帶油，少用。水霧除塵：

水霧影響壓縮機(jī)，降低排氣量第43頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三布袋式過濾器第44頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三布袋式過濾器材質(zhì)：毛質(zhì)絨布，合成纖維濾布，無紡布?？諝饬魉僖话銥?～2.5m3/(m2.min)，空氣阻力一般為600～1200Pa第45頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三第46頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三前置過濾器絨布或聚氨酯泡沫塑料無紡布。流速小于0.5m/s第47頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三（3）空氣壓縮機(jī)作用：提供動(dòng)力，克服系統(tǒng)阻力；類型：

渦輪式（離心）空氣壓縮機(jī)（常用0.25－0.5MPa（低壓）輸氣量100m3/min-12000m3/min

往復(fù)式空氣壓縮機(jī)（油污染較重）第48頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三渦輪式壓縮機(jī)特點(diǎn)1、輸氣量大，效率高；2、輸出空氣壓力穩(wěn)定；供氣均勻，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)3、設(shè)備緊湊，占地面積小，無易損部件；4、空氣不帶油霧。5、設(shè)備投資大。第49頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三往復(fù)式空氣壓縮機(jī)特點(diǎn)：空氣帶油霧，出口壓力不穩(wěn)定，產(chǎn)生空氣的脈動(dòng)；第50頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三壓縮機(jī)的選用往復(fù)式空壓機(jī)的排氣溫度可按絕熱壓縮計(jì)算，渦輪式空壓機(jī)的排氣溫度可按多變過程計(jì)算K為絕熱指數(shù)（K=1.4）m為多變指數(shù)（m=1.3）第51頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三（4）空氣貯罐作用：穩(wěn)壓、散熱、貯氣、分水、分油

容積：V=（0.1-0.2）VcH/D=2-2.5Vc－壓縮空氣流量m3/min第52頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三（5）空氣冷卻器

列管式熱交換器管程：冷卻水流速0.5～3m/s，

殼程：空氣流速2～15m/s。第53頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三空氣冷卻器的傳熱計(jì)算濕空氣的比容Vx（m3/kg干空氣）1kg干空氣及其所帶有的水蒸汽所占體積。第54頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三干空氣的重量流量L（kg/hr）第55頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三濕空氣的熱焓I濕空氣的熱焓I(以1Kg絕干空氣為基準(zhǔn)）第56頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三a傳熱量Q計(jì)算(kJ/h)?L:干空氣的重量流量L（kg/hr）第57頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三b.空氣冷卻器的面積F計(jì)算K為330~500（kJ/m2hr·℃）第58頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三（6）氣液分離器（分水設(shè)備)?分類旋風(fēng)式分離器（除去較大液滴，大于10um）絲網(wǎng)分離器（除去較小液滴，及油小于5um）

第59頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三分離效果：旋風(fēng)分離器分離10μ粒子效率60-70%分離30-40μ粒子90%絲網(wǎng)除沫器

分離2-5μ粒子效率98%分離>5μ粒子效率99%

第60頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三旋風(fēng)式分離器原理：利用氣流從切線方向進(jìn)入容器時(shí)在容器內(nèi)形成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的離心力場來分離重度較大的水霧和油霧。第61頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三第62頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三設(shè)計(jì)比例尺寸見圖第63頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三絲網(wǎng)分離器填料式原理：利用各種填料，如焦炭，活性碳、瓷環(huán)、金屬絲網(wǎng)、塑料絲網(wǎng)等慣性攔截作用分離空氣中的水霧或油霧。第64頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三第65頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三分水設(shè)備計(jì)算a.旋風(fēng)分離器設(shè)計(jì)及計(jì)算：設(shè)計(jì)參數(shù)：進(jìn)口氣速Wg=15-25（M/S）排氣出口氣流速度為4－8m/s直徑計(jì)算：第66頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三b.絲網(wǎng)除沫器設(shè)計(jì)及計(jì)算：設(shè)計(jì)參數(shù)：空塔氣速Wg=1.5-2（m/s）填充密度500kg/m3直徑計(jì)算：

第67頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三有一空壓機(jī)吸氣溫度35℃，φ=80%，吸氣量100m3/min，經(jīng)過壓縮、一冷后，進(jìn)入第二級(jí)冷卻器時(shí)溫度是60℃、0.2MPa(表壓)?要求冷卻至35℃，露點(diǎn)溫度為52.5℃，冷卻水溫9℃至14℃求：①二級(jí)冷卻器的換熱面積F？②吸出水量？第68頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三參數(shù) 吸氣狀態(tài)壓縮后一冷后二冷P(Mpa)

0.10.30.30.3t(℃)356035Φ(%)80%(100)?X(kg/kg)(0.029)

(0.012)

Ps(MPa)0.005630.00563露點(diǎn)t(℃)

52.5第69頁，共79頁，2023年，2月20日，星期三解：X1X2P1=0.3MPaP2=0.3MPat1