第三章空氣除菌設(shè)備

第三章空氣除菌設(shè)備第1頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)空氣除菌

一、通風發(fā)酵對無菌空氣的要求和除菌方法（一）對無菌空氣的要求

1、空氣中微生物的分布（103-104個/米3）含菌量隨環(huán)境的不同有很大的差異：寒冷干燥的北方少于潮濕溫暖的南方；人口稀少的農(nóng)村少于人口稠密的城市；高空少于地平面；第2頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月2、發(fā)酵對無菌空氣的要求不同的微生物，不同的發(fā)酵過程對無菌空氣的要求不同：菌種繁殖快，發(fā)酵周期短，要求低；培養(yǎng)基起始pH值低或發(fā)酵產(chǎn)酸，要求低；培養(yǎng)基營養(yǎng)差，要求低；代謝產(chǎn)物為殺蟲劑或抗生素，發(fā)酵后期對空氣的無菌要求低。染菌率一般按10-3來計算，即1000次發(fā)酵周期所用的無菌空氣只允許1-2次染菌。第3頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）除菌方法

空氣除菌就是除去或殺死空氣中的微生物。

1、輻射殺菌聲能、高能陰極射線、X射線、紫外線等都能殺菌。紫外線常用于無菌室、手術(shù)室的殺菌，常用甲醛蒸汽消毒或苯酚的噴霧結(jié)合。

第4頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月

2、熱殺菌熱殺菌是可靠的殺菌方法，但需要消耗大量的能源及增設(shè)大量的換熱設(shè)備。利用空氣壓縮時放出的熱量進行殺菌是經(jīng)濟可行的：

第5頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月3、靜電除菌工作原理：利用靜電引力吸附帶電粒子而達到除菌除塵目的。裝置分電離區(qū)和捕集區(qū)：電離區(qū)：放電線接上10KV的直流電壓，形成電位梯度很強的不均勻電場。

捕集區(qū)：

5KV直流電壓的高壓電極板上可形成均勻電場，正電粒子向負極板移動。第6頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月4、過濾除菌采用定期滅菌的過濾介質(zhì)來阻截流過空氣中所含的微生物，取得無菌空氣。過濾方法可分為深層過濾和絕對過濾。深層過濾：過濾介質(zhì)的直徑及所形成的網(wǎng)格大于微粒的直徑；介質(zhì)材料有：棉花、活性炭、玻璃纖維、有機合成纖維。絕對過濾：過濾介質(zhì)的直徑及網(wǎng)格小于微粒的直徑，將微粒絕對的阻截在介質(zhì)上。介質(zhì)材料有：燒結(jié)材料和微孔濾膜。第7頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月二深層過濾除菌機理

微粒隨氣流通過濾層時，濾層纖維所形成的網(wǎng)格阻礙氣流直線前進，使氣流出現(xiàn)無數(shù)次改變運動速度和運動方向，繞過纖維前進，使得濾層纖維對微粒產(chǎn)生各種攔截作用，而把微粒滯留在纖維表面上。第8頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月1、慣性沖擊滯留作用機理

2、攔截滯留作用機理

3、布朗擴散作用機理

4、重力沉降作用機理

5、靜電吸附作用機理及表面吸附作用機理第9頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月三深層過濾效率和過濾器計算

過濾效率：

η==1-（一）對數(shù)穿透定律設(shè)定理想狀態(tài)：每一纖維的空氣流態(tài)不受相鄰纖維的影響；空氣中的微粒與纖維接觸后即被吸附；通過每一纖維層的過濾效率不變；N1-N2N1 N2N1 第10頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月

由此得到：

-=KN

積分后得到：lg=-K′L（1）

通常以η=90%時的濾層厚度作為對比基準得：K′=1/L90代入（1）得：

lg=L/L90dNdLN2N1 N1N2 第11頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月四過濾介質(zhì)和過濾器的結(jié)構(gòu)（一）過濾介質(zhì)

1、棉花：選用纖維細長疏松的新鮮產(chǎn)品，不能使用脫脂棉，裝填時要分層均勻鋪砌，最后要壓緊。直徑16-21μm。

2、玻璃纖維：直徑8-19μm，裝填系數(shù)6-10%，直徑越小越好，但強度會降低，易碎裂而造成堵塞，增大阻力。

3、活性炭：性能決定于它的強度和表面積，一般采用直徑3mm、長5-10mm的圓柱狀活性炭。阻力僅為棉花的一半。第12頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月4、超細玻璃纖維紙：將超細玻璃纖維按造紙的方法做成纖維紙而得。網(wǎng)格孔隙為0.5-5μm，屬高速過濾介質(zhì)。易受空氣沖擊而破壞，濕強度低。可采用樹脂或疏水劑處理，也可加厚濾紙，以增大機械強度和濕強度。

5、石棉濾板：過濾效率低，用作分過濾器，濕強度大，受潮時不易穿孔或折斷，能耐受蒸汽反復殺菌，使用時間長。第13頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月6、燒結(jié)材料：有燒結(jié)金屬、燒結(jié)陶瓷、燒結(jié)塑料等。具有微孔過濾的作用。其孔徑?jīng)Q定于燒結(jié)粉末的大小。特點：強度高、壽命長、能耐受高溫反復殺菌，對空氣除油、除水要求不高?？赏ㄟ^反沖、超聲波、溶劑來再生過濾介質(zhì)。7、微孔濾膜過濾介質(zhì)：主要有聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯等，屬于絕對過濾介質(zhì)。特點：可耐高溫反復殺菌，過濾效率可達99.9999%。第14頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）過濾器的結(jié)構(gòu)

1、深層棉花（活性炭、玻璃纖維）過濾器濾層厚度按對數(shù)穿透定律進行計算，棉花之間填充活性炭可減小濾層阻力，通過金屬絲網(wǎng)和織物來均勻分布進入濾層的空氣。緊固螺栓用于將濾層壓緊；夾套用于對過濾器進行加熱滅菌?？諝庥赏搀w下部切線進料，筒體上部出氣。上封頭安裝安全閥、壓力表，下封頭安裝排污閥。第15頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月2、平板式纖維紙分過濾器：適應填充薄層的過濾板或過濾紙?？諝鈴耐采碇胁壳芯€進入，水霧油霧從排污管排出，空氣經(jīng)緩沖層和過濾層后由頂蓋排出。過濾孔板用頂蓋法蘭壓緊，周邊用橡膠圈密封。過濾器的直徑D=（4V/πVS）0.5

V—空氣體積流量（m3/s）

VS—空氣流速（m/s）第16頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月3、管式過濾器：當設(shè)備直徑相同時，管式過濾器比平板式過濾器的過濾面積大得多。關(guān)鍵是要防止空氣從紙縫中走短路。

4、接迭式低速過濾器：氣速低時，過濾效率高。用于潔凈工作室、工作臺或自吸式發(fā)酵罐。通過將濾紙折疊安裝在過濾器的濾框中，可增大過濾面積。第17頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月5、絕對過濾過濾器：過濾介質(zhì)加工成濾芯、濾棒，裝配在濾殼中?？筛鶕?jù)過濾面積，在一個濾殼中裝配多根濾芯。一般預過濾器、精過濾器、蒸汽過濾器成組裝配，通過壓力表檢測過濾介質(zhì)的工作性能。特點：安裝、拆卸方便，結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小。

第18頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)過濾除菌流程

一空氣除菌流程的要求

空氣除菌流程是根據(jù)生產(chǎn)對無菌空氣的要求，當?shù)丨h(huán)境的空氣條件，除菌設(shè)備的特性決定的。首先是要提高空氣的能量，達到輸送的目的。其次是要除掉空氣在壓縮過程中產(chǎn)生的水和油?？諝庵邢鄬穸葢∮?0-70%。第19頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月對于風壓要求低、輸送距離短、無菌要求不高的，采用普通的離心式鼓風機增壓，低速過濾器過濾除菌。由于壓力變化小，空氣的參數(shù)變化不大，因此不需要專門進行除水除油。對于風壓要求高、無菌要求也高的，采用空氣壓縮機增壓，高速、高效的過濾器除菌。由于空氣壓力變化大，參數(shù)變化大，需要考慮除水除油的問題，這樣流程中需要增加一系列的附屬設(shè)備。第20頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月二空氣除菌流程的分析(一)空氣壓縮冷卻過濾流程適用于氣候寒冷，相對濕度很低的地方或相應的季節(jié)。由于空氣經(jīng)壓縮后，相對濕含量小于60%，故無需進行除水。當相對濕度100%，溫度小于4℃；相對濕度80%，溫度小于6℃；相對濕度60%，溫度小于12℃時，可采用此流程。第21頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）兩級冷卻、分離、加熱的除菌流程這是一個比較完善的空氣除菌流程，適合各種氣候條件，能充分的分離空氣中的水霧、油霧。優(yōu)點是能提高空氣的傳熱系數(shù)，節(jié)約冷卻水用量，油、水分離得比較完全。第一級冷卻到30-35℃，采用旋風分離器分離水、油滴；第二級冷卻到20-25℃，采用絲網(wǎng)分離器分離水、油霧；最后通過加熱的辦法把空氣的相對濕度降到50-60%。第22頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）高空采風、高效前置過濾除菌流程據(jù)報道：在一定范圍內(nèi)，每升高10英尺空氣中微生物的含量就減少一個數(shù)量級。因此，可以采用高空采風和高效前置過濾器聯(lián)用的方法來降低主過濾器的負荷，以提高無菌空氣的無菌程度。一般采用泡沫塑料（靜電除菌）、超細纖維紙為高效前置過濾器的介質(zhì)，串聯(lián)使用。經(jīng)高效前置過濾器后，空氣的無菌程度已達99.99%。第23頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月（四）冷凍干燥機流程本流程具有將壓縮空氣中的油水冷凝并除去的作用，可用于代替兩級冷卻、分離、加熱的除菌流程中的兩級冷卻器及分離器，使原有流程簡化。在該流程中配置了三種不同等級的過濾器，可達到除油、除水和除菌的目的。特點：流程、設(shè)備簡單，適合各種氣候條件，占地面積小，操作方便，但只能在中、小型工廠中使用。第24頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)附屬設(shè)備

一、前置過濾器作用：捕集較大的微粒，減少壓縮機受磨損，減輕主過濾器的負荷。要求：過濾效率要高，阻力要小。

1、布袋過濾器：

2、填料式過濾器：油浸鐵回絲、玻璃纖維、合成纖維作填料，高效、低阻，結(jié)構(gòu)復雜，占地面積大，填料要經(jīng)常洗換。第25頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月3、油浴洗滌裝置：空氣經(jīng)過油層洗滌后，微粒被油粘附而除去，含油霧的空氣經(jīng)百葉窗式圓盤和過濾絲網(wǎng)分離油霧后由中心管吸入壓縮機。特點：效率高、阻力小，但耗油量大。4、水沫除塵裝置：空氣由設(shè)備底部進入，水霧從上部淋下，對空氣進行洗滌，微粒隨水排出器外，空氣經(jīng)過濾網(wǎng)除水霧后進入壓縮機。特點：更適用于大顆粒，氣速不能太大，以免帶出較多的水霧，影響壓縮機。第26頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月二、空氣貯罐作用：消除壓縮機排出空氣量的脈動，維持穩(wěn)定的空氣壓力，利用重力沉降作用分離部分油霧、水霧，若增加導筒還可增加熱殺菌效果?？諝赓A罐應緊接著壓縮機安裝。罐體上要安裝安全閥和壓力表?？諝赓A罐的體積：

V=0.1-0.2W(m3)W—壓縮機的排氣量(m3/min)第27頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月三氣液分離器1、旋風分離器：要求：分離器直徑不能太大，效率會降低，當處理的空氣量大時，可采用多個分離器并聯(lián)；進口的流速要適當，一般進口氣速15-25m/s，出口氣速4-8m/s。水霧的粒子大小在10-200μm之間，而旋風分離器恰好對于10μm以上的微粒分離效率高。

第28頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月2、填料分離器：采用焦炭、活性炭、瓷環(huán)、金屬車屑、金屬絲網(wǎng)、塑料絲網(wǎng)作填料，分離效率隨表面積增大而增大。特點：設(shè)備體積小，可除去5μm以上的微粒，分離效率達98-99%，阻力較小，但霧沫濃度大的場合，因霧沫堵塞孔隙而增大阻力。第29頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月四空氣換熱器包括冷卻器和加熱器，主要有列管式、沉浸式、噴淋式和套管式等。由于空氣的給熱系數(shù)低，因此設(shè)計時采用一定的措施來提高它的給熱系數(shù)：

1、提高空氣的流速，一般5-10m/s；

2、經(jīng)常改變空氣的流動方向，提高湍流程度。第30頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第31頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第32頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第33頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第3