空气净化除菌与空气调节课件

1、第三章 空气净化除菌与空气调节1 空气除菌方法及流程一、通风发酵对无菌空气的要求1、空气中M的分布： 空气中以细菌和细菌芽胞较多，也有酵母，霉菌和病毒。 微生物大小不一，一般附着在空气中的灰尘或雾滴上，空气中M含量一般为103104个m3。 含量和种类，随地区,季节和空气中灰尘粒子多少及人们的活动情况而异,北方干燥，寒冷含菌量较少，离地面高，含菌量越少；一般每升高10m，空气中的含菌量就降低一个数量级；城市含菌量较多，农村则较少，一般城市空气中杂菌数为30008000个m。 第一章 空气除菌2、发酵对无菌空气的要求 不同微生物，不同发酵过程对无菌空气要求不同：菌种繁殖快，发酵周期短，要求低；培

2、养基起始pH低或发酵产酸，要求低；培养基营养差，要求低；代谢产物为抗生素或杀菌剂，发酵后期要求低；染菌率一般按10-3计，即发酵1000批次，允许污染12个杂菌。二、空气除菌的方法 灭菌:是指用物理或化学的方法杀灭或去除物料或设备中所有生命物质的过程。（1） 辐射杀菌 紫外线、高能电磁波或放射性物质产生的高能粒子能起灭菌的作用。 穿透力低,用于表面消毒和空气消毒。X射线、射线也可灭菌。（2） 静电除菌（0.20.8kW/1000m3hr）原理： 利用静电引力吸附带电粒子达到除菌效果. 分电离区、捕集区：效率8599%，对微小粒子效率低。（3）化学药剂灭菌： 如甲醛、氯（或次氯酸钠）、高锰酸钾、

3、环氧乙烷、季铵盐（如新洁尔灭）等。会与培养基中的一些成分产生作用，且不易去除，不适宜用培养基灭菌。（4） 热杀菌（5） 介质过滤除菌利用过滤方法阻拦微生物达到除菌的目的。工业上制备无菌空气最经济实用的方法。 介质过滤除菌：介质过滤除菌是使空气通过经高温灭菌的介质过滤层，将空气中的微生物等颗粒阻截在介质层中，达到除菌的目的。分深层过滤和绝对过滤两种。 深层过滤：过滤介质材料直径及形成的网格大于微粒直径，机理复杂,例传统棉花、活性炭等。绝对过滤：过滤介质材料直径及形成的网格比微粒直径小，PVA烧结材料 、烧结金属、微孔滤膜等，将微粒绝对阻截在介质中。三、 空气过滤除菌流程1、空气除菌流程： 空气过

4、滤除菌流程是按生产对无菌空气要求，根据空气的性质而制定的，同时还要结合吸气环境的空气条件和所用设备的特性进行考虑。 生产中制备无菌空气的过程大致如下： 空气 高空取气管 除尘器 空气压缩机 贮气罐 一级冷却器 油水分离器 二级分离器 除雾气 加热器 总过滤器分过滤器 无菌空气进发酵罐 2 除菌流程2、对空气除菌流程的要求：空气应有一定的压力，过滤器高效，尽量采用新技术，流程尽可能简化，动力消耗低，操作简便，运转费用低。设备中要用无油润滑，否则影响过滤效率。 附属设备也要尽量用新技术，提高效率，减少设备投资、降低运转费用及动力消耗 。 四、空气除菌流程分析 生物工厂所使用的空气除菌流程，随各地的

5、气候条件不同而有很大的差别。要保持过滤器有比较高的过滤效率，应维持一定的气流速度和不受油、水的干扰。 空气的相对湿度在50%60%条件下过滤效率高。 （）两级分离、冷却、加热的空气除菌流程P375特点：两次冷却两次分离，第一次冷至3035，大部分水、油凝结成较大雾粒，且浓度较高，用选风分离器分离；第二次冷至2025 ，使空气进一步析出细小水雾、油雾粒子，采用丝网分离器，提高分离效果。 适当加热：空气经冷却除水后相对湿度100，采用加热方法，将相对湿度提高到5060。流程例某除菌流程，空气压力为4atm（表压），要求空气加热到35时，相对湿度=60%，问第二级冷却器应至少把空气冷却到多少度？（假

6、设冷却后的空气中不含水雾）解：查表35时空气中的饱和水蒸汽分压=5619Pa，加热前冷空气的相对湿度1=100%，加热前后空气湿含量没有发生变化，X1X2，加热前后压力不变。 所以： X1 0.6221 ps1 1 1 ps1 X2 0.622 2ps2 1 2 ps2 因P1=P2 所以 1 ps1 2ps2 又1 100 ps12ps20.656193371Pa查水蒸汽分压表得知26水的蒸汽压力为3371Pa，即第二级冷却器至少应把空气冷却到26。（3）高效前置过滤除菌流程 为了提高空气的无菌程度，可采用高空采风。一般每升高10m，空气中微生物含量减少一个数量级。在高空吸风的同时，也可采用

7、高效的前置过滤方法，即在压缩机前设置一台高效过滤器，降低过滤器负荷，提高空气的无菌程度。前置过滤器可用泡沫塑料（即静电除菌）、超细纤维纸为过滤介质，并串联使用。99.99%0.50.20.5 (4)冷冻干燥机流程冷干机具有将空气中的油水冷凝并除去的作用，可取代两级冷却、分离、加热流程中两级冷却器及分离器，使流程简化。该流程多配备三级不同等级过滤器，可满足要求；特点：流程简单、适合各种气候，占地小，操作方便，但只适用中、小型工厂。五、过滤除菌流程中设备结构（1）、粗过滤器预：安装在进口， 除去其杂质，尤其是硬度较大的灰尘，降低气缸磨损。布袋式：绒布较好，空气流量22.5m3/minm2.填料式:

8、 油浴洗涤装置：易带油 水雾洗涤装置空气12m/s空气粗滤器又除尘器 ，一般空压机的附件，在空压机的空气进口处，有的单独设置。其结构为一个内装过滤介质的方形或园形器体。 除菌设备（2）、空气压缩机： 空气压缩机 供给发酵用的无菌空气，需要克服过滤介质的阻力，管道、弯头的阻力和发酵液的液柱压力，同时，维持发酵罐正压，空气压力一般提高到3.54.0kg/cm2（表压）。无油润滑空压机：活塞环采用聚四氟乙烯 往复式：耗油较多，多淘汰；涡轮式：流量大，出气均匀，无易损件0.20.25MPa螺杆式：因占地小出气平稳受欢迎，技术要求高0.35 分离器直径：D=4V/s V通过过滤器时空气的体积流量m3/s

9、 ； s空容器截面的空气流速，按丝网间隙中空气实际流速的75%计，m/s； K=0.067 l雾沫密度，g :空气密度实际流速： =K l-g/ g （5）、空气换热器（冷却器 、加热器 ）空气经压缩，气温可达144C左右，而发酵生产所需空气的温度为3034C左右，故需将空气冷却或加热。 常用的类型：立式列管式热交换器、 沉浸式热交换器 、 喷淋式热交换器等。 热空气夹带的油水蒸汽经冷凝，由器底排除。 空气给热系数低，一般设计时要采取适当措施：提高空气流速510m/s；经常改变空气流向，提高湍流程度。 （6）、过滤器：设两级，总过滤器远， 分过滤器近 2 过滤除菌设备原理、结构和计算 传统的深

10、层过滤设备，滤层厚度一般为12米，过滤介质一般是棉花、活性炭，也有玻璃纤维、焦炭等。对不同材料，不同规格以及填充情况不同，都会得到不同的过滤效果。 1、深层过滤原理（机理） 3 除菌原理1、深层过滤原理（机理） 空气中的微生物粒子大小在0.52m之间，过滤介质棉花纤维直径约为1620m 。充填系数为8%时，棉花纤维所形成网格的孔隙为2050 m ，微粒随气流通过滤层时， 如何将直径小的微粒阻截？（）、惯性冲击滞留作用机理棉纤维直径为df的断面，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，而微粒由于它的运动 惯性较大，未能及时改变运动方向随主导气流前进

11、，于是微粒直冲到纤维的表面，由于磨擦粘附，微粒就滞留在纤维表面上，即为惯性冲击滞留作用。 过滤效率: 1=b/df 实践证明： 捕集效率1是微粒惯性力的无因次准数的函数， 即：1=f（ ） =cpdp2/18df c：层流滑动修正系数。气速是影响捕集效率重要因素,下降，惯性力下降， 下降到一定程度，b=0， =1/16，此时1=0。临界气速Cdp（m）1 2 3 419 m13 m8 m1 m临界气速临界气速随纤维直径和微粒直径变化情况Vc=Vs/（1-a）a为填充密度Vs空截面气速（）、拦截滞留作用机理 气流速度降到临界速度时捕集效率显著下降，但随着气流速度的继续下降，纤维对微粒的捕集效率又

12、有回升。 （）、布朗扩散作用机理：（）、重力沉降作用机理 ：（）、静电吸附作用机理以及表面吸附作用机理 ： 函数关系 对数穿透定律： 空气通过单位虑层后，微粒浓度下降与进入空气微粒浓度呈正比， -dN/dL=KN dN/dL：单位虑层虑去的微粒数，个/m整理积分：lg（N2/N1）=-KL 对数穿透定律，它表示进入滤层的微粒数与穿透滤层的微粒数之比的对数是滤层厚度的函数K过滤常数决定与过滤介质的性质和操作情况（1/厘米） ，K = K lge 过滤常数，测定K值较困难，可通过过滤效率为90%时的滤层厚度为对比基准。为了实验和计算的方便，可采用过滤效率为0.9时的滤层厚度作为对比基准：lgN1/

13、N2=L/L90 K=1/ L902相关问题 对数穿透定律的校正;过滤压力降（自学）例、设计一台通风量50m3/min的棉花活性炭过滤器，空气压力0.4MPa绝压,已知棉纤维直径=16um,填充系数8%,空气的线速度0.1m/s.若进入过滤器的空气含菌量5000个/m3,要求因空气引起的倒罐率为1/1000,发酵周期78h,工作温度40,气温平均20 ,试计算过滤器的尺寸.由d=16um, a=8%, =0.1m/s 查P381表3-1-2得 K =13.5/mN1=5000507860= 1.2x109 个/罐; N2=10-3 个/罐 L=-1/K lg(N2/N1) =-1/13.5lg

14、 (10-3 / 1.2x109)=P1=0.1MPa, P2=0.4MPa 1=50m3/min=0.83m3/s2= 1P1T2/P2T1=0.22m3/s D= 4 2/ = 4x0.22/0.1 =1.67(m) 调整3提高过滤效率的措施 A 减少进口空气的含菌数：（1）加强卫生管理，减少环境空气中的含菌量； （2）提高空气进口位置，减少空气进口含菌量； （3）加强压缩前的空气预过滤。 B 设计和安装合理的空气预过滤器。 C 降低进入总过滤器空气的相对湿度：（1）采用无油润滑空气压缩机； （2）加强压缩空气的冷却，去油去水； （3）提高进入总过滤器的空气温度，降低其相对湿度。 3、过滤

15、介质和过滤器的结构 过滤介质是过滤除菌的关键，其好坏影响介质的消耗量，动力消耗（压力降），操作劳动强度，维护管理等，决定设备的结构、尺寸以及运转过程的可靠性。 1常用过滤介质A 棉花：要求新鲜，纤维长而疏松，填充均匀，最后压紧，不得使用脱脂棉。装填密度150200kg/m3。B玻璃纤维： df819,a610， 它的阻力损失小。C活性炭：D=3mm， L=5-10 mm该介质过滤强度高，表面积大，空隙大，阻力小，过滤效率低，只有棉花阻力的1/12，一般与棉花配合使用。D超细玻璃纤维纸： df11.5网格0.55 用无碱玻璃，喷吹成丝状纤维，再以造纸法做成。属高气速过滤，气流速度越高，效率越高。

16、但其强度小，易断，多用于分过滤器。 可采取措施：木浆纤维，但效率较低； 环氧树脂；多层复合使用。可增加强度，厚度0.25mmm/s PVA高速过滤介质,气速1.0m/s时,效率达99.999%耐120、30min反复杀菌，可用1年。 E、石棉滤板：20石棉，80其它纤维，厚度 35mm，纤维短，直径粗，效率高。 特点：不怕水，受潮不易穿孔和折断。 F、烧结材料过滤介质：高效金属、烧结陶瓷等。 G、微孔滤膜过滤介质 :主要有聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯，耐高温反复杀菌。如核孔膜，属绝对过滤，效率99.9999%。 Milipore公司:孔径0.10.22,小于细菌直径; Domnick-Huntev

17、公司:0.01,小于噬菌体直径. 耐121C反复蒸汽杀菌,公认的最安全、保险。（2）过滤器的结构 (图下页) A 棉花活性炭过滤器棉花是最常用的过滤介质，通常要用纤维不太长的原棉，它具有一定的弹性，几经湿热灭菌，干燥后仍能保持原有的疏松状态。过滤阻力较活性炭大1012倍。 活性炭常被加工成粒状，其过滤效率比棉花低，但阻力小，吸附力强（可吸附空气中有害物质，如油、水）常与棉花一起使用，减少过滤层的阻力。一般棉花的填充密度为150200kg/m3，活性炭40450kg/m3。 过滤器结构棉花、活性炭过滤器结构图 弹簧压紧装置 壳体 过滤介质 压紧花板 压紧螺杆压紧支座弹簧套弹簧B 圆筒型PVA空气

18、过滤器 120 ，30min杀菌不变形 平板型PVA过滤层断面 C 绝对过滤薄膜管式过滤器彩色图 噬菌体孔径0.10.22m细菌Milipro 公司：孔径0.22 m孔径0.01m,可除全部噬菌体英国Domnik Huntev公司生产耐120反复杀菌.核工业部的微孔金属过滤器JLS,镍质管0.3m效率99.9999%0.3以上粒子 (3)、棉花活性炭过滤器的填装方法孔板 金属丝网 麻布织品棉花麻布织品活性炭麻布织品棉花麻布织品金属丝网孔板3 空气调节一、生物工业对空气调节的要求生物工业不论是用微生物、动植物细胞或酶等作生物催化剂，还是生产食品原料或药物原料，都需要洁净的环境、适宜的温度及一定压

19、力的空气。例发酵车间除要求空气一定洁净程度外，还需强化通风降温；包装车间要求更高洁净度100级，25C，4060%相对湿度；基因工程菌在发酵、产物分离提取的车间需要密闭成负压，防止重组菌株泄漏到环境中。4 空气调节二、空气增湿和减湿的原理和方法（一）湿空气的性质1、湿含量湿度：空气中所含水蒸气的质量与所含绝干空气质量之比。单位：kg水蒸气/kg干空气。2、相对湿度：湿空气中水蒸气的分压与同温度下水的饱和蒸汽压之比，是表示湿空气饱和程度的量。3、热焓量：湿空气的热焓量包括绝干空气的热焓量和水蒸气的热焓量。 空气增湿或减湿是空气与水两相间传质传热同时进行的过程。（二）空气增湿减湿原理 设空气的湿含

20、量，热焓为I，经调节后湿含量变化值，热焓的变化值为I，则I/=I2- I1/2- 1它表示单位湿含量的变化所引起的热焓量的改变 100% 7 I 12加热等湿 13加热增湿231空气增湿的机理：MN为相界面，界面上空气的湿含量i，空气主体湿含量，湿球温度ti， 水分 i就是ti下饱和空气的湿含量，因存 潜热在= i- ，空气不断增湿；同时 显热 气温高于水温，热量从空气传递到水，放出显热自身降温，水吸收显热升温，但水汽化后把潜热带到空气中，两部分热量传递方向相反，可视为等焓过程。空气减湿机理：P397-398水空气MN三、空气增减湿的方法1、增湿方法：向空气中直接喷蒸汽； 向不饱和空气中直接喷

21、大量水； 空气混合增湿发芽室内外空气混合。2、空气减湿的方法：喷淋低于该空气露点温度的冷水；用热交换器将空气冷却到露点以下，析出水分；空气压缩后，冷却至初温；用吸附剂吸收空气中水分；与干燥空气混合减湿。四、空调设备：P400通风式发芽的空调设备有两种：立式、卧式立式：空调室前设风机，室内设若干喷嘴、立式隔板及泻水池。卧式：与上基本相同，空调室前后设空气分布板和挡水板，一般配2个发芽箱。风机萨拉丁发芽箱静电除菌装置无菌空气无菌空气：指通过除菌处理使空气中含菌量降低到零或极低，使污染的可能性降至极小的空气。一般染菌几率按10-3来计算。金属烧结过滤材料A干热灭菌：160保温1h。主要针对必须保持干燥的实验器具或材料（培养皿、接种针、固定化细胞用的载体材料等）。B 湿热灭菌 120维持2030 min湿热灭菌为最基本的灭菌方法，因为蒸汽穿透能力强，而且在冷凝时放出大量的冷凝热，很容易使蛋白质凝固而杀灭微生物。但如果