发酵无菌空气过滤机理

1、发酵无菌空气过滤机理摘要：无菌空气除菌的方法及机理。关键词：无菌空气 过滤机理 过滤设备一、空气除菌的方法加热灭菌法加热灭菌是有效、可靠的一种灭菌方法，虽然细菌芽孢有耐热性，但在高 温时218C时24秒内可被破坏、被杀死。但采用蒸汽或用电来加热大量的空气， 以达到灭菌目的，则需要消耗大量的能源和增加大量的热交换设备，这是不经 济的。辐射灭菌法理论上声波、高能阴极射线、X射线、Y射线、P射线和紫外线都可用于空 气灭菌，其灭菌的机理认为是破坏微生物菌体内的蛋白质活性而起作用，但设备 投资较高，因此在发酵工业中还很少采用。现主要采用紫外线用于无菌室、医院手术室等空气对流不大的环境，但杀菌 效率较低，

2、杀菌时间较长，一般需要结合甲醛蒸汽消毒或苯酚喷雾等来保证无菌 室有较高的无菌度。化学灭菌法把少量杀菌剂（如苯酚、环氧乙烷、重金属盐、新洁而灭等）溶于水中，使 空气在杀菌剂溶液中通过或喷洒于空气中以消灭空气中的微生物。但杀菌后空气 带入的杀菌剂对发酵罐内生长的微生物同样具有杀灭或抑制作用，从而影响发酵 效果。因此，使用化学灭菌法生产无菌空气后，必须除去夹带杀菌剂的水汽和雾， 故在发酵工业上少用。静电除菌法特点是：能量消耗少，处理1000m3的空气只耗电0.4-0.8kW；空气压头损失小 约为400-2000Pa；对于侦m的尘粒捕集效率可达99%以上。缺点是：设备较庞大，对小于侦m微粒效率不是很明

3、显。活性而起作用，但设 备投资较高，因此在发酵工业中还很少采用。过滤除菌法介质过滤除菌是发酵制备无菌空气广泛采用。是采用定期灭菌的过滤介质来 阻截流过空气所含的微生物，从而取得无菌空气。现主要采用紫外线用于无菌室、医院手术室等空气对流不大的环境，但杀菌 效率较低，杀菌时间较长，一般需要结合甲醛蒸汽消毒或苯酚喷雾等来保证无菌 室有较高的无菌度。常用的过滤介质：棉花、活性碳、玻璃纤维、有机合成纤维、石棉滤板和其他烧 结材料（烧结金属、烧结陶瓷、烧结塑料等）。初期多采用棉花作为过滤介质，后 来逐渐被玻璃纤维代替。现正逐渐用聚乙烯醇（PVA）过滤器代替常规过滤器。二、过滤除菌的机理惯性冲撞滞留作用在过

4、滤器中的介质滤层交错着无数的纤维，形成层层网格，交错排列。随着 纤维直径减小，填充密度增大，形成的网格紧密和层数多，纤维与纤维间隙越小。 当带有微生物等微粒的空气通过滤层时，仅能从纤维与纤维之间的间隙通过。由 于受交错排列的纤维所阻碍，迫使空气不断改变流动方向和运动速度才能通过滤 层。当微粒随气流以一定的速度垂直向纤维方向运动时，空气受阻即改变运动方 向，绕过纤维前进，由于微粒的运动惯性，未能及时改变运动方向，随主导气流 前进，于是微粒直冲到纤维的表面，由于摩擦粘附，滞留在纤维表面上。拦截滞留作用当气流速度降到临界速度以下，微粒不能因惯性碰撞而滞留于纤维上，使除 菌效率显著下降，但随着气流速度

5、的继续下降，纤维对微粒的除菌效率又有回升。 微生物微粒直径很细，质量很轻，它随低速气流流动慢慢靠近纤维时，微粒所在 的主导气流流线受纤维所阻，而改变流动方向，绕过纤维前进，并在纤维的周边 形成边界滞流区。滞流区的气流速度更慢，进到这滞留区的微粒慢慢靠近和接触 纤维而被粘附滞留。布朗扩散作用直径很小的微粒在气流流速很小的气流中能产生一种不规则的直线运动，称 为布朗扩散。布朗扩散的运动距离很短，在较大的气速、较大的纤维间隙中是不 起作用的，但在很小的气流速度和较小的纤维间隙中，布朗扩散作用大大增加了 微粒与纤维的接触滞留机，从而增加纤维的捕集效率。重力沉降作用重力沉降是一个稳定的分离作用，当微粒所

6、受的重力大于气流对它的拖带力 时，微粒就容易沉降，就单一的重力沉降情况下，大颗粒比小颗粒作用显著，对 于小颗粒只有在气流速度很慢时才起作用。一般它是与拦截作用相配合，即在纤 维的边界滞留区内，微粒的沉降作用可提高拦截滞留的捕集效率。静电吸附作用干空气对非导体的物质相对运动摩擦时，产生诱导电荷，处理过纤维和树脂， 尤其是一些合成纤维更为显著。悬浮在空气中的微生物微粒大多带有不同的电 荷，这些带电的微粒会受带异性电荷的物体所吸引而沉降。此外，表面吸附也归 属这个范畴，如活性炭的大部分过滤效能应是表面吸附的作用。三、空气过滤除菌的工艺流程1、两级冷却、加热除菌流程该流程是一个比较完善的空气除菌流程，

7、可适应各种气候条件，能充分地 分离油水，使空气达到低的相对湿度下进入过滤器，以提高过滤效率。特点：两次冷却、两次分离、适当加热。尤其适用潮湿的地区，其他地区可 根据当地的情况，对流程中的设备作适当的增减。图4-3两极冷却，加热除菌流程1-粗过滤器压缩机 玲贮罐4,&冷却器 如旋风分离器 广丝网分离器8加热器9过滤器2、冷热空气直接混合式空气除菌流程压缩空气从贮罐出来后分成两部分，一部分进入冷却器，冷却到较低温度， 经分离器分离水、油雾后与另一部分未处理过的高温压缩空气混合。特点：可省去第二次冷却后的分离设备和空气加热设备，流程比较简单，利 用压缩空气来加热析水后的空气，冷却水用量少等。适用于中

8、等含湿地区，但不 适合于空气含湿量高的地区图4-4冷热空气直接混合式空气除菌流程3、高效前置过滤空气除菌流程粗过滤器2-压缩机3-贮罐4-冷却器 利用压缩机的抽吸作用，使空气能经相、高效过滤后叶再进入空气压缩机，这样就降低了主过滤器的负荷以及空压机的磨损晒穗器特点：采用了高效率的前置过滤设备，使空气经过多次过滤，因而所得的空 气无菌程度比较高，达99.99%。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为过滤 介质。图47高效前置过滤空气除菌流程1-高效前置过滤器2-压缩机芯5贮罐4-冷却器5-丝网分离器E-加热器过滤器4、利用热空气加热冷空气的流程利用压缩后热空气和冷却后的冷

9、空气进行交换，使冷空气的温度升高，降低 相对湿度。这种流程使用涡轮式空压机或无油润滑空压机效果是好的，而使用普 通空压机，会引起油雾污染过滤器，这时应安装丝网分离器除去油雾，再进入过 滤器。图4-6利用热空气加热冷空气的流程示意图四、空气除菌流程设备1、吸风塔高空采风2-粗过滤器3-压缩机4-热交换器5-冷却器高空采风，含尘量性器mg/m3匐下对因此：高度询，在吸风室内设置 泡沫塑料介质粗过滤器。2、前置过滤器安装在空压机前的粗过滤器，其作用：捕集较大的灰尘颗粒，防止压缩 机受损，同时也可减轻总过滤器负荷。过滤器一般要求过滤效率高，阻力小， 否则会增加空压机的吸入负荷和降低空压机的排气量。外形

10、像集装箱，内设两道过滤介质层，前道为粗过滤层，后道为亚高效 过滤层。常用有：布袋过滤、填料式过滤、水雾除尘和油浴洗涤等。油浴洗 涤除尘由于夹带油沫过多，影响空气质量，现已不再采用。3、空气压缩机往复式空气压缩机：靠活塞在汽缸内往复运动将空气抽吸和压出。缺点， 有脉动压力不稳，有油污。涡轮式空气压缩机：采用电动或蒸汽涡轮机带动，涡轮转速产生空穴吸 气。出气量大均匀，不夹带油污。无需设置空气贮罐。但安装和保养技术要 求较高。螺杆式空气压缩机：利用高速旋转的螺杆在汽缸内瞬时组成空腔，螺杆 运动把腔内空气压缩后输出。安装占地少，压缩气不含油雾，气流平稳。但 保养技术要求较高。4、空气贮罐贮气罐的作用：

11、（1）消除脉动维持罐压的稳定；（2）使部分颗粒物在罐内沉降；（3）保温灭菌。5、空气冷却器立式列管式热交换器：冷却水走管内或管外，可采用多程（2-4程）热交 换器。冷却水流速0.5-3m/s，空气的流速为2-15m/s。喷淋式热交换器：空气流速5-10m/s。沉浸式热交换器：空气流速5-10m/s。6、气液分离器旋风分离器：对分离10 M m以上的微粒效果高。丝网分离器：捕捉10 M m以下的微粒。丝网20-80目。7、空气加热器对除去水雾的空气进行加热，降低相对湿度，使湿度低于70%，使过滤介 质保持干燥。空气的温度控制在不超过发酵温度的10C。热交换器常用的方法是列管式热交换器，空气走管程，蒸汽走壳程。8、总过滤器总过滤器的结构.微孔滤膜过滤器：YUD-Z型微孔滤膜总过滤器.深层棉花过