发酵用压缩空气的预处理及除菌设备

1、 发酵用压缩空气的预处理及 除菌设备 空气净化除菌空气净化除菌 好气性微生物发酵通常以空气作为氧源好气性微生物发酵通常以空气作为氧源 通风发酵需要的空气必须是洁净无菌的空气，并有一定的温度和压力，这就要求对空气进行净化通风发酵需要的空气必须是洁净无菌的空气，并有一定的温度和压力，这就要求对空气进行净化 除菌和调节的处理。除菌和调节的处理。 空气除菌的方法很多，如辐射灭菌、加热灭菌、化学药物灭菌、静电吸附除菌和介质过滤除菌等。空气除菌的方法很多，如辐射灭菌、加热灭菌、化学药物灭菌、静电吸附除菌和介质过滤除菌等。 第一节 空气净化除菌的方法与 原理 一、生物工业生产对空气质量的要求一、生物工业生产

2、对空气质量的要求 1空气中微生物的分布空气中微生物的分布 空气中经常可检查到一些细菌及其芽孢、酵母、真菌和病毒。空气中经常可检查到一些细菌及其芽孢、酵母、真菌和病毒。 北方干燥寒冷的空气含菌量较少，而南方潮湿温暖的空气含菌量北方干燥寒冷的空气含菌量较少，而南方潮湿温暖的空气含菌量 较多；较多； 人口稠密的城市比人口少的农村含菌量多；一般城市空气中杂菌人口稠密的城市比人口少的农村含菌量多；一般城市空气中杂菌 数为数为30008000个米个米 一般每升高一般每升高10米，空气中的含菌量就降低一个数量级。米，空气中的含菌量就降低一个数量级。 空气中微生物数目的数量级可以认为是空气中微生物数目的数量级

3、可以认为是103104个个 /m3。 通过对空气中微生物分布情况的研究，通过对空气中微生物分布情况的研究，选择良好的取风位置选择良好的取风位置和提高空气除菌系统的除菌效率，是确和提高空气除菌系统的除菌效率，是确 保发酵工业正常生产的重要条件。保发酵工业正常生产的重要条件。 2 2生物工业生产对空气质量的要求生物工业生产对空气质量的要求 （1）压缩空气的压强）压缩空气的压强 空气压缩机出口的空气压强空气压缩机出口的空气压强0.20.35MPa （2）空气流量）空气流量 （3）空气的温度）空气的温度 进发酵罐压缩空气的温度比发酵温度高出进发酵罐压缩空气的温度比发酵温度高出10 （4）相对湿度）相对

4、湿度 进入总过滤器的压缩空气的相对湿度控制在进入总过滤器的压缩空气的相对湿度控制在6070。 （5）洁净度）洁净度 生物工业生产需要洁净的环境、适宜的空气温度和空气压强。 洁净空间：指空气中微粒受控制的空间。 洁净度级数(英制)：每1ft3空气中，粒径大于等于0.5m的最大允 许粒子数。 洁净度级数(国际制)：每1m3空气中，粒径大于等于0.5m的最大 允许粒子数的常数对数值。 空气洁净级数空气洁净级数 空气洁净级数空气洁净级数 (英制英制) 粒径粒径0.5m的最大微粒的最大微粒 数（个数（个/ft3） 粒径粒径0.5m的最大微的最大微 粒数（个粒数（个/m3） 空气洁净级数空气洁净级数 (国

5、际国际) 10010010010035003500M3.5M3.5 10001000100010003500035000M4.5M4.5 10000100001000010000350000350000M5.5M5.5 10000010000010000010000035000003500000M6.5M6.5 无菌空气无菌空气 发酵对无菌空气的要求是发酵对无菌空气的要求是 ：无菌，无灰尘，无杂质，无水，无油，正压无菌，无灰尘，无杂质，无水，无油，正压等几项等几项 指标。指标。 发酵对无菌空气的无菌程度要求是：只要在发酵过程中不因无菌空气染菌而造成发酵对无菌空气的无菌程度要求是：只要在发酵过程

6、中不因无菌空气染菌而造成 损失即可。损失即可。 一般要求一般要求1000次使用周期中只允许有一个菌通过，即经过滤后空气的无菌程度次使用周期中只允许有一个菌通过，即经过滤后空气的无菌程度 为为N=10 3 。 。 对不同的生物发酵生产和同一工厂的不同生产区域对不同的生物发酵生产和同一工厂的不同生产区域 （环节），应有不同的空气无菌度的要求。（环节），应有不同的空气无菌度的要求。 生物工业生产除对空气的无菌程度有要求外，还生物工业生产除对空气的无菌程度有要求外，还 根据具体情况而对空气的根据具体情况而对空气的温度、湿度和压力温度、湿度和压力有一定有一定 的要求。的要求。 3 3空气含菌量的测定空气

7、含菌量的测定 空气含菌量的测定一般采用空气含菌量的测定一般采用培养法培养法或或光学法光学法测定其近似值。测定其近似值。 以光学法为基础的仪器有以光学法为基础的仪器有粒子计数器粒子计数器，它是利用微粒对光线散射作用来测量粒子的大小和含量。，它是利用微粒对光线散射作用来测量粒子的大小和含量。 粒子的大小与讯号峰值有关。数量与讯号脉冲频率有关。粒子的大小与讯号峰值有关。数量与讯号脉冲频率有关。 二、空气净化除菌方法及原理二、空气净化除菌方法及原理 （一）空气除菌方法（一）空气除菌方法 常用的除菌方法有介质过滤、辐射、化学药品、加热、静电吸附等。常用的除菌方法有介质过滤、辐射、化学药品、加热、静电吸附

8、等。 辐射杀菌、化学药品杀菌、干热杀菌等都是将有机体蛋白质变性而破坏其活力，从而杀灭空气辐射杀菌、化学药品杀菌、干热杀菌等都是将有机体蛋白质变性而破坏其活力，从而杀灭空气 中的微生物。中的微生物。 介质过滤和静电吸附方法则是利用分离方法将微生物粒子除去。介质过滤和静电吸附方法则是利用分离方法将微生物粒子除去。 1 1热杀菌热杀菌 热杀菌是一种有效的、可靠的杀菌办法。热杀菌是一种有效的、可靠的杀菌办法。 如果采用加热空气，以达到杀菌目的，需要消耗大量的能源和增设许多换热设备。如果采用加热空气，以达到杀菌目的，需要消耗大量的能源和增设许多换热设备。 利用空气被压缩时所产生的热量进行加热保温杀菌在生

9、产上有重要的意义。利用空气被压缩时所产生的热量进行加热保温杀菌在生产上有重要的意义。 空气加热杀菌流程空气加热杀菌流程 1.空压机空压机 2.保温维持管保温维持管 3.贮罐贮罐 2 2辐射杀菌辐射杀菌 X射线、射线、射线、紫外线、超声波、射线、紫外线、超声波、射线等从理论上都能破坏射线等从理论上都能破坏 蛋白质活性而起杀菌作用。蛋白质活性而起杀菌作用。 应用较广泛的是紫外线，它的波长在应用较广泛的是紫外线，它的波长在 253.7265nm时杀菌效时杀菌效 力最强，它的杀菌力与紫外线的强度成正比，与距离的平方成反力最强，它的杀菌力与紫外线的强度成正比，与距离的平方成反 比。比。 紫外线通常于无菌

10、室和医院手术室等空气对流不大的环境下消紫外线通常于无菌室和医院手术室等空气对流不大的环境下消 毒杀菌。毒杀菌。 杀菌效率低，杀菌时间长，一般要结合甲醛蒸气或苯酚喷雾等杀菌效率低，杀菌时间长，一般要结合甲醛蒸气或苯酚喷雾等 来保证无菌室的高度无菌。来保证无菌室的高度无菌。 3.3.静电除菌静电除菌 采用静电除尘法除去空气中的水雾、油雾、尘埃采用静电除尘法除去空气中的水雾、油雾、尘埃 和微生物等，消耗能量小，空气压力损失小，设备和微生物等，消耗能量小，空气压力损失小，设备 也不大，但对设备维护和安全技术措施要求较高。也不大，但对设备维护和安全技术措施要求较高。 常用于洁净工作台、洁净工作室所需无菌

11、空气的常用于洁净工作台、洁净工作室所需无菌空气的 预处理，再配合高效过滤器使用。预处理，再配合高效过滤器使用。 静电除尘静电除尘 静电除尘是利用静电引力吸附带电粒子而达到除菌静电除尘是利用静电引力吸附带电粒子而达到除菌 除尘目的。除尘目的。 悬浮于空气中的微生物，其孢子大多带有不同的悬浮于空气中的微生物，其孢子大多带有不同的 电荷，没有带电荷的微粒在进入高压静电场时都会电荷，没有带电荷的微粒在进入高压静电场时都会 被电离变成带电微粒。被电离变成带电微粒。 静电除菌装置按其对菌体微粒的作用可分成静电除菌装置按其对菌体微粒的作用可分成电离电离 区和捕集区区和捕集区。 静电除菌静电除菌除尘装置示意图

12、除尘装置示意图 静电除菌静电除菌 用静电除菌进行空气净化，要求极板很平直，安装间距均匀。用静电除菌进行空气净化，要求极板很平直，安装间距均匀。 使用该方法一次性投资费用较大。使用该方法一次性投资费用较大。 对于一些直径很小的微粒，它所带的电荷很小，微粒不能被吸附而沉降，所以静电除尘对很小的微粒对于一些直径很小的微粒，它所带的电荷很小，微粒不能被吸附而沉降，所以静电除尘对很小的微粒 效率较低。效率较低。 4.4.过滤除菌法过滤除菌法 过滤除菌是目前生物技术工业生产中使用的最常用的空气除菌方法，它采用定期灭菌的干燥介质来阻过滤除菌是目前生物技术工业生产中使用的最常用的空气除菌方法，它采用定期灭菌的

13、干燥介质来阻 截流过的空气所含的微生物，从而获得无菌空气截流过的空气所含的微生物，从而获得无菌空气 常用的过滤介质有常用的过滤介质有棉花、活性炭、超细玻璃纤维、石棉滤纸、棉花、活性炭、超细玻璃纤维、石棉滤纸、PVA烧结材料过滤介质、烧结金属过滤介质烧结材料过滤介质、烧结金属过滤介质 等。等。 第二节 压缩空气预处理原理 1 22 11 , K1.3 K K Tp Tp 一 般 发 酵 工 厂 净 化 系 统 设 计 时 取 空气压缩过程，压强与温度的关系： 例例2-1空压机吸入空气温度20，当压缩到0.2MPa（表压）时，问此时压缩空 气温度? 112 1 2 21 1 T27320293,0

14、.101M Pa, 0.201M Pa, K1.3 T377.5 377.5273104.5 O k k Kpp p K p C 解 ： 取 T 空气湿度x(湿含量)：湿空气中所含的水蒸气质量与所含的干空气质量之比。 相对湿度：湿空气中水蒸气分压与同温下水的饱和蒸气压之比。 wt w wt w g w g w pp p pp p M M m m x 622.0 1 0 00%100% .622 t s w s p px p p x 12 21 21 s s pp pp 1 0 00%100% .622 t s w s p px p p x 空气经过压缩其湿含量不变，温度大大提高，相对湿度变小；

15、当其冷 却时，相对湿度会慢慢变大，直到冷却到露点， =100%， 100%既 有水析出。 压缩空气除水原理 压缩后，高温下空气中水不会析出。 压缩空气由高温经冷却相对湿度增加。 相对湿度为100%时，对应空气温度为露点温度。 压缩空气的露点温度比吸气状态空气的露点温度高， 压缩比越大，露点温度也越高，更易析出水。 温度升高相对湿度降低。 例例2-2空压机吸入空气温度20， =80%，当压缩到0.2MPa（表压）时，温 度为120 ，问：此时压缩空气的相对湿度 ？将上述压缩空气冷却到有 水析出时，至少冷却到的露点温度？ 当空气冷却到露点即 1 2 12 21 21 2340301.3 0.82.

16、8% 198653101.3 s s pp pp O 12 221 21 2 22 100% , 2.8%301.3 198653 100%301.3 5562.28a 34.5 C ss s s p pp p p P p 由查 t 例例2-3若将例若将例2-2的压缩空气冷却到的压缩空气冷却到25（压强不变），（压强不变）， 求：其湿含量？每求：其湿含量？每kgkg干空气能析出多少水？查得干空气能析出多少水？查得25 时时 。 =3167.68Pa = 3.1677kPa s p 22 2 222 11 1 111 12 13.1677 0.6220.6220.00661/ 301.33.16

17、77 0.82.340 0.6220.6220.0117/ 101.30.82.340 kg=0.0051 s s s s p xkgkg pp p xkgkg pp xxkg 解 ：其 湿 含 量 为 水干 空 气 水干 空 气 每干 空 气 能 析 出 水 例例2-4 若将例若将例2-3的压缩空气加热到的压缩空气加热到35（压强不变），问其相对湿度（压强不变），问其相对湿度 为多少？查得为多少？查得35时时 =5623.44Pa = 5.623kPa s p 301.30.00661 0.563 0.6225.6230.6220.00661 56.3% s px px 解 ： 其 相 对

18、湿 度 为 第三节 空气介质过滤除菌设备 及计算 一、介质过滤除菌流程一、介质过滤除菌流程 （一）空气除菌流程的要求（一）空气除菌流程的要求 空气除菌流程是按发酵生产对无菌空气的要求，并结合采气环境的空气条件和所用除菌设备空气除菌流程是按发酵生产对无菌空气的要求，并结合采气环境的空气条件和所用除菌设备 的特性，根据空气的性质制定的。的特性，根据空气的性质制定的。 （二）空气除菌流程（二）空气除菌流程 1 1空气压缩冷却过滤流程空气压缩冷却过滤流程 此除菌流程是一个设备较简单的空气除菌流程，它由压缩机、贮罐、空气冷却器此除菌流程是一个设备较简单的空气除菌流程，它由压缩机、贮罐、空气冷却器 和过滤

19、器组成。和过滤器组成。 空气压缩冷却过滤流程空气压缩冷却过滤流程 1-粗过滤器粗过滤器 2-空气压缩机空气压缩机 3-贮罐贮罐 4-冷却器冷却器 5-过滤器过滤器 过滤空气过滤空气 它只能适用于那些它只能适用于那些气候寒冷、相对湿度很低气候寒冷、相对湿度很低的地区。的地区。 这种流程在使用蜗轮式空气压缩机或无油润滑空压机的情况下效果是好的。这种流程在使用蜗轮式空气压缩机或无油润滑空压机的情况下效果是好的。 采用普通空气压缩机时，应加装丝网分离器先将油雾除去。采用普通空气压缩机时，应加装丝网分离器先将油雾除去。 2 2两级冷却、分离、加热的空气除两级冷却、分离、加热的空气除 菌流程菌流程 它可以

20、它可以适应各种气候条件适应各种气候条件，能充分地分离空气中含有的水分，使空气在低的相对湿度下进入过滤器，能充分地分离空气中含有的水分，使空气在低的相对湿度下进入过滤器， 提高过滤除菌效率。提高过滤除菌效率。 这种流程的特点是：这种流程的特点是：2次冷却、次冷却、2次分离、适当加热。次分离、适当加热。 此流程尤其适用于此流程尤其适用于潮湿的南方地区潮湿的南方地区。 旋风分离器旋风分离器 3 3前置高效过滤除菌流程前置高效过滤除菌流程 1.高效过滤器高效过滤器 2.空压机空压机 3.贮罐贮罐 4.冷却器冷却器 5.丝网分离器丝网分离器 6.加热器加热器 7.过滤器过滤器 高效前置过滤除菌流程的特点

21、是无菌程度高。高效前置过滤除菌流程的特点是无菌程度高。 高效前置过滤器采用泡沫塑料（静电除菌）和超细高效前置过滤器采用泡沫塑料（静电除菌）和超细 纤维纸串联使用作过滤介质。纤维纸串联使用作过滤介质。 利用热空气加热冷空气的除菌流程利用热空气加热冷空气的除菌流程 1-高空采风高空采风 2-粗过滤器粗过滤器 3-空压机空压机 4-热交换器热交换器 5-冷却器冷却器 6、7-旋风分离器旋风分离器 8-空气总过滤器空气总过滤器 9-空气分过滤器空气分过滤器 此流程适用于此流程适用于中等湿含量中等湿含量的地区。的地区。 其特点是：可省去第二冷却分离设备和空气再加热设备，流程比较简单，冷却水用量较少，利用

22、压缩其特点是：可省去第二冷却分离设备和空气再加热设备，流程比较简单，冷却水用量较少，利用压缩 空气的热量来提高空气温度。空气的热量来提高空气温度。 但此流程的空气冷却温度和空气分配比的关系随所吸取空气的参数而变化，常常需要进行具体的计算但此流程的空气冷却温度和空气分配比的关系随所吸取空气的参数而变化，常常需要进行具体的计算 而给予调节。而给予调节。 空气过滤除菌实用化流程空气过滤除菌实用化流程 1.粗滤器粗滤器 2.空压机空压机 3.空气贮罐空气贮罐 4.沉浸式空气冷却器沉浸式空气冷却器 5.油水分离器油水分离器 6.二级空气冷却管二级空气冷却管 7.除雾器除雾器 8.空气加热器空气加热器 9

23、.空气过滤器空气过滤器 10.金属微孔管过滤器（或上接纤维纸过滤器）金属微孔管过滤器（或上接纤维纸过滤器） 二、空气介质过滤除菌设备及设计计算二、空气介质过滤除菌设备及设计计算 （一）吸风塔（一）吸风塔 吸风塔的高度吸风塔的高度10m10m。 吸风塔内的空气流速吸风塔内的空气流速 不能太快。不能太快。8m/s8m/s （二）粗过滤器（二）粗过滤器 作用：作用：粗过滤器安装在空气压缩机前，主要起粗过滤器安装在空气压缩机前，主要起捕集较大的灰尘颗粒捕集较大的灰尘颗粒，防止其进入压缩机而造，防止其进入压缩机而造 成压缩机磨损，同时也减轻总过滤器的负荷。成压缩机磨损，同时也减轻总过滤器的负荷。 要求：

24、要求：粗过滤器的过滤效率要高，阻力要小。粗过滤器的过滤效率要高，阻力要小。 常用的粗过滤器有：布袋过滤、填料式过滤、油浴洗涤和水雾除尘等。常用的粗过滤器有：布袋过滤、填料式过滤、油浴洗涤和水雾除尘等。 布袋过滤布袋过滤 布袋过滤布袋过滤结构最简单，只要将滤布缝制成与骨架相同形状的布袋，结构最简单，只要将滤布缝制成与骨架相同形状的布袋， 紧套于焊在进气管的骨架上，并缝紧所有会造成短路的空隙。紧套于焊在进气管的骨架上，并缝紧所有会造成短路的空隙。 它的过滤效率和阻力损失要视所选用的滤布特性和过滤面积而定。它的过滤效率和阻力损失要视所选用的滤布特性和过滤面积而定。 布质结实细致，则过滤效率高，但阻力

25、大。布质结实细致，则过滤效率高，但阻力大。 最好采用毛质绒布效果较好，现多采用合成纤维滤布。最好采用毛质绒布效果较好，现多采用合成纤维滤布。 一般来说气流速度越大，则阻力一般来说气流速度越大，则阻力 越大，且过滤效率也低。越大，且过滤效率也低。 气流速度一般为气流速度一般为22.5 m3/ （m2min），空气阻力大约为），空气阻力大约为 6001200Pa。 滤布要定期清洗，以减少阻力损滤布要定期清洗，以减少阻力损 失和提高过滤效率。失和提高过滤效率。 （三）前置预过滤器 绒布 或聚氨酯泡沫塑料 无纺布 粗过滤层 亚高效过滤层 流速0.5m/s流速0.20.5m/s （四）空气压缩机（四）空

26、气压缩机 根据全厂发酵工艺所需的空气流量、克服压缩空气根据全厂发酵工艺所需的空气流量、克服压缩空气 输送过程的阻力和克服发酵罐的液柱高度所需的压输送过程的阻力和克服发酵罐的液柱高度所需的压 强来选用空气压缩机型号。强来选用空气压缩机型号。 提供生产用的空气有提供生产用的空气有0.20.20.3Mpa0.3Mpa压力（低压压缩压力（低压压缩 空气）。空气）。 （1）涡轮式空气压缩机 提供大量低压空气的提供大量低压空气的最理想最理想设备是涡轮式空气压缩机。设备是涡轮式空气压缩机。 涡轮式空气压缩机涡轮式空气压缩机一般由电机直接带动涡轮，靠涡轮高速旋转时所产生的一般由电机直接带动涡轮，靠涡轮高速旋转

27、时所产生的“空空 穴穴”现象，吸入空气并使其获得较高的离心力，再通过固定的导轮和涡轮形机壳，现象，吸入空气并使其获得较高的离心力，再通过固定的导轮和涡轮形机壳， 使部分动能转变为静压后输出。使部分动能转变为静压后输出。 涡轮式空气压缩机输气量大，输出空气压力稳定，涡轮式空气压缩机输气量大，输出空气压力稳定， 效率高，设备紧凑，占地面积小，无易损部件，效率高，设备紧凑，占地面积小，无易损部件， 获得的空气不带油雾。获得的空气不带油雾。 适用于生物工业的是低压涡轮空气压缩机，出口适用于生物工业的是低压涡轮空气压缩机，出口 压力一般为压力一般为0.250.5MPa。 低压涡轮空气压缩机有单级的和多级

28、的，后低压涡轮空气压缩机有单级的和多级的，后 者还可分段者还可分段。 输气量输气量100m3/min，最大，最大12000m3/min。 往复式空气压缩机是靠活塞在汽缸内的往复运动往复式空气压缩机是靠活塞在汽缸内的往复运动 而将空气抽吸和压出的，因此而将空气抽吸和压出的，因此出口压力不够稳定出口压力不够稳定。 因气缸内要加入润滑活塞用的润滑油，使空气中带因气缸内要加入润滑活塞用的润滑油，使空气中带 进油雾。进油雾。 油雾的影响油雾的影响 （1）传热系数降低，给空气冷却带来困难；）传热系数降低，给空气冷却带来困难； （2）油雾带入过滤器会堵塞过滤介质的纤维间隙而增大空气压力损失；）油雾带入过滤器

29、会堵塞过滤介质的纤维间隙而增大空气压力损失； （3）油雾粘附在纤维表面形成微生物微粒穿透过滤层的途径，降低过滤效率。）油雾粘附在纤维表面形成微生物微粒穿透过滤层的途径，降低过滤效率。 选用无油润滑的往复式压缩机也可选用无油润滑的往复式压缩机也可 解决油雾的污染和影响。解决油雾的污染和影响。 目前许多工厂采用一种简易的方目前许多工厂采用一种简易的方 法，将现有的法，将现有的L型往复式空气压缩机型往复式空气压缩机 拆除气缸供油管道，改装由拆除气缸供油管道，改装由二硫化钼二硫化钼 氟塑料氟塑料制成的自润滑活塞环。制成的自润滑活塞环。 往复式空气压缩机有单缸、多缸之分，多缸中又有往复式空气压缩机有单缸

30、、多缸之分，多缸中又有V形、形、W形、形、L 形、形、H形对置式等气缸排列式。形对置式等气缸排列式。 若以出口压力来分类，往复式空气压缩机可分成高压（若以出口压力来分类，往复式空气压缩机可分成高压（8 100MPa）、中压（）、中压（18MPa）及低压（）及低压（1MPa以下）之分。以下）之分。 目前国内生产的低压往复式压缩机大多是双缸二级压缩的。目前国内生产的低压往复式压缩机大多是双缸二级压缩的。 双缸二级压缩机又以双缸二级压缩机又以L形的设计最为普遍。形的设计最为普遍。 生物工业生产，常把二级压缩机的高压气缸改为可以单独吸入新生物工业生产，常把二级压缩机的高压气缸改为可以单独吸入新 鲜空气

31、的低压气缸。鲜空气的低压气缸。 采用往复式空气压缩机的除菌流程中需具有粗过采用往复式空气压缩机的除菌流程中需具有粗过 滤器和空气贮罐。滤器和空气贮罐。 粗过滤器起着预先过滤大颗粒灰尘，提高压缩粗过滤器起着预先过滤大颗粒灰尘，提高压缩 机使用寿命的作用。机使用寿命的作用。 空气贮罐是作为缓冲往复式压缩机的排气脉冲，空气贮罐是作为缓冲往复式压缩机的排气脉冲， 稳定压力使用的。稳定压力使用的。 （3）螺杆式空气压缩机 利用高速旋转的螺杆在汽缸里瞬时组成空利用高速旋转的螺杆在汽缸里瞬时组成空 腔并因螺杆的运动把腔间内空气压缩后输腔并因螺杆的运动把腔间内空气压缩后输 出。出。 螺杆式压缩机分单杆压缩机和

32、双螺杆压缩螺杆式压缩机分单杆压缩机和双螺杆压缩 机。机。 这类压缩机是整机安装，占地面积小，压这类压缩机是整机安装，占地面积小，压 缩空气中不含油雾且排气平稳。缩空气中不含油雾且排气平稳。 因其维护保养技术要求比较高，适合大中因其维护保养技术要求比较高，适合大中 型发酵企业采用。型发酵企业采用。 大型空气压缩机大型空气压缩机 空气压缩机为定型产品，可根据工艺要求的风量、风压及其他性能参数，从空气压缩机为定型产品，可根据工艺要求的风量、风压及其他性能参数，从 空气压缩机的产品目录中选择定购。空气压缩机的产品目录中选择定购。 （五）空气贮罐（五）空气贮罐 作用：作用： 1.消除压缩机排出空气量的脉

33、冲，维持稳定的空气压力；消除压缩机排出空气量的脉冲，维持稳定的空气压力； 2.让高温的空气在贮罐里停留一定的时间，起到空气的部分杀菌作用让高温的空气在贮罐里停留一定的时间，起到空气的部分杀菌作用 3.利用重力沉降作用分离部分油雾。利用重力沉降作用分离部分油雾。 大多数是将贮罐紧接着压缩机安装。大多数是将贮罐紧接着压缩机安装。 贮罐大小按经验公式计算：贮罐大小按经验公式计算： V 0.10.2VC 式中式中 V贮罐体积，贮罐体积，m3； Vc压缩机的排气量，压缩机的排气量，m3min。 安全阀安全阀 压力表压力表 排气管排气管 人孔人孔进气管进气管 压缩空气要切向进入空气贮罐压缩空气要切向进入空

34、气贮罐 有的在罐内装冷却蛇管。有的在罐内装冷却蛇管。 也有的在贮罐内加装导筒。也有的在贮罐内加装导筒。 排污阀 （六）空气冷却器（六）空气冷却器 空气冷却器的空气冷却器的作用作用是使压缩空气是使压缩空气除水减湿除水减湿。 设计时应根据空气冷却过程的特点进行考虑设计时应根据空气冷却过程的特点进行考虑 常用的类型常用的类型有：立式列管式热交换器、沉浸式热交换器、喷淋式热有：立式列管式热交换器、沉浸式热交换器、喷淋式热 交换器等。交换器等。 设计时应采用恰当的措施来提高它的给热系数。最好办法是设计时应采用恰当的措施来提高它的给热系数。最好办法是增加空增加空 气的流速气的流速。 在计算冷却器的热交换量

35、时应注意，除了使压缩空气冷却外，在析在计算冷却器的热交换量时应注意，除了使压缩空气冷却外，在析 出水分的情况下还应加入水分冷凝时所释出的出水分的情况下还应加入水分冷凝时所释出的汽化潜热汽化潜热。 湿空气的焓 0 00 1.011.882492 gW gw IIIx ctxctxr xtx 12 / m in; 1/ kg 60 g X g X Q V Vkg QLII V L V 3 3 空 气 在 冷 却 器 内 的 传 热 量 ， kJ/h; L 干 压 缩 空 气 的 质 量 流 量 ， kg/h; 空 压 机 吸 入 湿 空 气 体 积 流 量 ， m 以干 空 气 为 基 准 的 湿

36、 空 气 比 体 积 ， m 空 气 冷 却 器 的 传 热 量 F1.15 m Q Kt 冷 却 器 传 热 面 积 采用新型的板翘式热交换器以强制流动的冷空气作采用新型的板翘式热交换器以强制流动的冷空气作 为冷却介质，传热系数最大可达为冷却介质，传热系数最大可达1260kJ/ （m2h）。）。 对于沉浸式和喷淋式换热器，在设计时应保证一对于沉浸式和喷淋式换热器，在设计时应保证一 定的空气流速，一般选择空气流速为定的空气流速，一般选择空气流速为 510ms。 （七）气液分离器（七）气液分离器 气液分离器是将空气中被冷凝成雾状的水雾和油雾粒子除去的气液分离器是将空气中被冷凝成雾状的水雾和油雾粒

37、子除去的 设备。设备。 常用的有旋风式和填料式。常用的有旋风式和填料式。 旋风式旋风式称做称做旋风分离器旋风分离器，是利用气流从切线方向进入容器时，是利用气流从切线方向进入容器时 在容器内形成旋转运动时产生的离心力场来分离重度较大的微粒。在容器内形成旋转运动时产生的离心力场来分离重度较大的微粒。 填料式填料式分离器又称分离器又称除雾器除雾器，是利用填料的惯性拦截作用，将，是利用填料的惯性拦截作用，将 空气中的水雾和油雾分离出来。空气中的水雾和油雾分离出来。 旋风分离器旋风分离器 旋风分离器旋风分离器的优点是结构简单，制造方便的优点是结构简单，制造方便 总的要求是：总的要求是： 旋风分离器的直径

38、不要太大。旋风分离器的直径不要太大。 进口的气流速度要适当。进口的气流速度要适当。 旋风分离器的直径不要太大。旋风分离器的直径不要太大。 原因：原因：气流旋转运动所产生的离心力与分离器半径成气流旋转运动所产生的离心力与分离器半径成 反比。反比。 l 要分离的空气量大时，可采用多个分离器并联。要分离的空气量大时，可采用多个分离器并联。 旋风分离器的设计计算，一般是采用实验为基础的比例设计，先计算旋风分离器的设计计算，一般是采用实验为基础的比例设计，先计算 分离器的进口截面积，再按所选定的分离器型式的尺寸比例计算出各分离器的进口截面积，再按所选定的分离器型式的尺寸比例计算出各 部位的尺寸。部位的尺

39、寸。 旋风分离器的直径旋风分离器的直径D可以用下式估算：可以用下式估算： 式中式中 D旋风分离器直径，旋风分离器直径，m qv通过旋风分离器的空气流量，通过旋风分离器的空气流量，m3/min 0.1 v Dq 旋旋 风风 分分 离离 器器 进口的气流速度要适当。进口的气流速度要适当。 旋转气流所产生的离心力与气流速度的平方成正比。旋转气流所产生的离心力与气流速度的平方成正比。 气流速度小，分离效果差；气流速度小，分离效果差； 但气流速度过大，则能量损失多（压降大），同时也会产生涡流而降低效率。但气流速度过大，则能量损失多（压降大），同时也会产生涡流而降低效率。 一般采用一般采用进口进口气流速度

40、气流速度 1525ms，排气，排气出口出口气流速度为气流速度为 48ms。 旋风分离器对于分离旋风分离器对于分离10m以上的微粒效率较高，但对以上的微粒效率较高，但对10m以下的微粒分离就比较困难。以下的微粒分离就比较困难。 一般冷凝水雾粒的大小为一般冷凝水雾粒的大小为 10200m，可选用旋风分离器进行分离可选用旋风分离器进行分离 旋风分离器的压头损失通常是旋风分离器的压头损失通常是5002000Pa。 填料分离器填料分离器 填料分离器是利用各种填料如焦炭、活性炭、瓷环、金属丝网、塑填料分离器是利用各种填料如焦炭、活性炭、瓷环、金属丝网、塑 料丝网等的惯性拦截作用分离空气中水雾或油雾，起着进

41、一步净化气料丝网等的惯性拦截作用分离空气中水雾或油雾，起着进一步净化气 体的作用。体的作用。 它们的分离效率它们的分离效率随它们的表面积增大而增大随它们的表面积增大而增大。 丝网分离器体积较小，丝网表面间隙小，可除去小至丝网分离器体积较小，丝网表面间隙小，可除去小至5m的雾状微的雾状微 粒，分离效率可达粒，分离效率可达9899，且阻力损失不大。，且阻力损失不大。 但对于雾沫浓度很大的场合，会因雾沫堵塞孔隙而增大阻力损失。但对于雾沫浓度很大的场合，会因雾沫堵塞孔隙而增大阻力损失。 丝网分离器丝网分离器 丝网规格很多，常用的丝网由不锈钢、镍、铝、铜、聚乙烯、聚丝网规格很多，常用的丝网由不锈钢、镍、

42、铝、铜、聚乙烯、聚 丙烯、涤纶、锦纶等材料制成。丙烯、涤纶、锦纶等材料制成。 丝的直径一般为丝的直径一般为0.25mm左右，也可为左右，也可为0.l0.4mm的扁丝。的扁丝。 一般将丝织成宽一般将丝织成宽100150mm的网带，丝网孔径的网带，丝网孔径2080目，丝网目，丝网 介质层高度最少为介质层高度最少为100mm，常用，常用150mm，分离细雾时可用，分离细雾时可用200 300mm。 一般只按商品丝网高度规格选取，常用高度为一般只按商品丝网高度规格选取，常用高度为150mm。 分离器圆筒直径按容器的空截面气速进行计算：分离器圆筒直径按容器的空截面气速进行计算： （m） 式中式中 Vg通

43、过分离器的空气体积流量，通过分离器的空气体积流量，m3s vs空截面气速，空截面气速，ms； D分离器圆筒直径，分离器圆筒直径，m。 4 g s V D v 空截面气速约为丝网间隙中空气的实际流速的空截面气速约为丝网间隙中空气的实际流速的75。 空气的实际流速，可由下面的经验公式计算出容许的最大值，空气的实际流速，可由下面的经验公式计算出容许的最大值， 称为容许气速，其值为：称为容许气速，其值为： （m/s） K值与空气中雾沫微粒的浓度、液体的表面张力、粘度和丝网的值与空气中雾沫微粒的浓度、液体的表面张力、粘度和丝网的 比表面积等因素有关，一般选比表面积等因素有关，一般选K=0.067进行设计

44、计算。进行设计计算。 gL g vK 1 g x x 空气的阻力损失空气的阻力损失 通过分离器后空气的阻力损失，可由下面经通过分离器后空气的阻力损失，可由下面经 验公式进行计算：验公式进行计算： （Pa） 33.44 sg pv （八）空气加热器（八）空气加热器 除水以后的压缩空气在进入总过滤器之前要把相对湿度降到除水以后的压缩空气在进入总过滤器之前要把相对湿度降到60607070，通常的方法是采用换热器，通常的方法是采用换热器 来加热压缩空气达到降湿的要求来加热压缩空气达到降湿的要求 空气加热器一般采用空气加热器一般采用列管式换热器列管式换热器，也有采用套管换热器。，也有采用套管换热器。 要

45、控制进入发酵罐的空气温度最好不要超过微生物培养温度要控制进入发酵罐的空气温度最好不要超过微生物培养温度1010。 三、空气除菌设备三、空气除菌设备 （空气过滤器）（空气过滤器） 空气过滤器的过滤除菌效率主要与微粒的大小、空气过滤器的过滤除菌效率主要与微粒的大小、 过滤介质的种类和纤维直径、介质的填充密度、过滤介质的种类和纤维直径、介质的填充密度、 滤层厚度以及通过的气流速度等因素有关。滤层厚度以及通过的气流速度等因素有关。 2.空气过滤压力降空气过滤压力降 的计算的计算 f m d v cLp 2 2 式中式中 L 过滤层厚度，过滤层厚度，m； 空气密度，空气密度，kg/m3； 介质填充系数；

46、介质填充系数； v 空气在介质间隙中的流速，空气在介质间隙中的流速，m/s； v v s / (1- ); v s 空截面气速，空截面气速，m/s； df 纤维直径，纤维直径，m； m 实验指数，对不同的过滤介质，如棉花介质，实验指数，对不同的过滤介质，如棉花介质， m1.45；19m玻璃纤维，玻璃纤维， m1.35； 8m玻璃玻璃 纤维，纤维， m1.55； c 阻力系数，棉花介质阻力系数，棉花介质c100/Re;玻璃纤维介质玻璃纤维介质c52/Re。 提高过滤效率的措施提高过滤效率的措施 1.减少进口空气的含菌数：减少进口空气的含菌数： (1)加强生产环境的卫生管理，减少环境空气中的含菌量

47、加强生产环境的卫生管理，减少环境空气中的含菌量 (2)提高空气进口位置（高空采风），减少空气进口含量提高空气进口位置（高空采风），减少空气进口含量 (3)加强压缩前的空气预过滤。加强压缩前的空气预过滤。 2. 设计和安装合理的空气过滤器。设计和安装合理的空气过滤器。 3.3.降低进入总过滤器空气的相对湿度：降低进入总过滤器空气的相对湿度： (1)(1)采用无油润滑空压机；采用无油润滑空压机； (2)(2)加强空气的冷却，去油水加强空气的冷却，去油水； (3)(3)提高进入总过滤器的空气温度，降低其相对湿度提高进入总过滤器的空气温度，降低其相对湿度。 过滤介质过滤介质 1.棉花棉花 2.玻璃纤维

48、玻璃纤维 3.活性碳活性碳 4.超细玻璃纤维纸超细玻璃纤维纸 5.石棉滤板石棉滤板 6.烧结材料过滤介质：如烧结材料过滤介质：如PVA 7.新型过滤介质：如新型过滤介质：如PVDF、PTFE 过滤效率过滤效率 要评价一种过滤介质是否优越，最重要是看它的过滤效率；要评价一种过滤介质是否优越，最重要是看它的过滤效率； 过滤效率是过滤常数过滤效率是过滤常数K和滤层厚度和滤层厚度L的函数；的函数； 阻力降阻力降p越小越好。越小越好。 可把可把KL/p的值作过滤介质综合评价指标。的值作过滤介质综合评价指标。 过滤器的总过滤效率可用下式表示：过滤器的总过滤效率可用下式表示： 1 K L e 过滤器的结构纤维介质深层过滤器的结构纤维介质深层过滤器过滤器 深层纤维介质空气过滤器深层纤维介质空气过滤器 进气口进气口 压紧架压紧架 出气口出气口 纤维介质纤维介质 换热夹套换热夹套 活性炭活性炭 纤维介质主要有棉花、玻璃纤维、纤维介质主要有棉花、玻