4无菌空气的制备课件

第四章无菌空气的制备1第四章无菌空气的制备1本章内容

一、空气中的微生物和除菌方法二、空气的过滤除菌原理和过滤介质三、空气过滤除菌的工艺技术2本章内容一、空气中的微生物和除菌方法2第一节空气中的微生物和除菌方法无菌空气的标准----百分数：99.99％美国联邦宇航局等级标准：100级（直径小于0.5微米粒子数少于3.5个/L）温度：25℃—40℃湿度：30%—45%

3第一节空气中的微生物和除菌方法无菌空气的标准----百分（一）无菌空气获得方法1、辐射灭菌：利用Uv、X-ray、超声波杀菌

目前尚不能用于大量无菌空气的制备；一般用于静止空间的灭菌。2、热灭菌法

电热（218℃，24s,效果可达99.9999%），目前大量处理空气技术上还有困难4（一）无菌空气获得方法1、辐射灭菌：利用Uv、X-ray、超3、静电除尘、除菌

此法效果仅达99.9%,不符合发酵用气要求，并需高压电（一般用于超静台）4、介质过滤

使空气通过能透过空气的多孔介质（如棉花、活性炭、烧结玻璃、超细纤维丝等）将空气所携带的尘、菌截阻

这是目前发酵工业中最广泛使用的方法53、静电除尘、除菌4、介质过滤5第二节空气的过滤除菌原理和过滤介质一、空气过滤除菌的原理

1.过滤除菌的种类绝对过滤：过滤介质的滤孔小于细胞和孢子。如聚乙烯醇缩甲醛树脂（PVF）制成的0.3m的微孔滤膜。深层介质过滤：介质的孔隙一般大于微生物细胞。如用棉花、玻璃纤维和颗粒活性炭填充的过滤器。6第二节空气的过滤除菌原理和过滤介质一、空气过滤除菌的原理

介质过滤是以大空隙的介质过滤层除去较小颗粒，这显然不是面积过滤（即不是绝对过滤），而是一种滞留（截留）现象。这种滞留现象是由多种作用机制构成的，主要有惯性碰撞、拦截、布朗运动、重力沉降和静电吸引等。一、空气过滤除菌的原理7介质过滤是以大空隙的介质过滤层除去较小颗粒，这小颗粒的相对尺寸大硅胶颗粒(20mm)铅笔墨点(40mm)红细胞(7mm)酵母细胞(3mm)典型细菌(0.2mm)8小颗粒的相对尺寸大硅胶颗粒铅笔墨点(40mm)红细胞(71）惯性冲击截留作用

当流体改变运动方向时，惯性使颗粒撞击到滤材表面并由于吸附力而停留颗粒被机械拦截或被吸附拦截；惯性与气流流速成正比；对大于0.5-1.0微米的颗粒很有效。91）惯性冲击截留作用当流体改变运动方向时，2）拦截截留作用

当气流速度在临界速度以下，颗粒仍然随气流运动，在纤维周边形成一层边界滞留区，在滞流区内气流速度更慢，进入滞留区的颗粒缓慢接近纤维，并与之接触，由于摩擦、粘附作用而被滞留。102）拦截截留作用当气流速度在临界速度以下，颗粒3）布朗运动

直径小于1m的微粒在很慢的气流中能产生一种不规则的直线运动，即布朗运动。113）布朗运动直径小于1m的微粒在很慢的气流中能产生4）重力沉降作用一般它是与拦截作用相配合的，即在纤维的边界滞留区内，微粒的沉降作用提高了拦截滞留的捕获效率。

具有一定速度的气流通过介质滤层时，由于摩擦作用而产生诱导电荷

当菌体所带电荷与介质电荷相反时，即发生静电吸附作用5）静电吸引作用124）重力沉降作用一般它是与拦截作用相配合的，即在纤维的边界过滤机理总结拦截截留惯性撞击布朗拦截13过滤机理总结拦截截留惯性撞击布朗拦截13二、常用的过滤介质：1）棉花

宜选用纤维细长、疏松的新棉花2)活性炭

圆柱状，有较大的表面积，通过物理吸附作用而吸附微生物。3）玻璃纤维

8–19m活性炭玻璃纤维纤维状物或颗粒状物

14二、常用的过滤介质：1）棉花2)活性炭3）

绝对过滤膜的孔径小于0.5微米，大于这一孔径的微生物能绝对截留。超细玻璃纤维纸，利用高质量的无碱玻璃采用喷制法制成的1–1.5m纸类过滤微孔滤膜类过滤15超细玻璃纤维纸，利用高质量的无碱三、介质过滤效率

滤层所滤去的微粒数与原有微粒数之比称为过滤效率，用表示，是衡量过滤设备过滤能力的指标。=

N1－N2N1=1－NN0=1－PN1—过滤前空气中的微粒含量（个）；N2—过滤后空气中微粒含量（个）；N2/N1—过滤后过滤前空气中微粒数的比值，称为穿透率P

16三、介质过滤效率滤层所滤去的微粒数与原有微粒四、影响介质过滤效率的因素1）纤维直径介质过滤效率与介质纤维直径关系很大，在其他条件相同时，介质纤维直径越小，过滤效率越高。2）介质填充厚度3）介质填充密度增加填充密度，可提高过滤效率4）空气流速在空气流速很低时，过滤效率随气流速度增加而降低；当气流速度增加到临界值后，过滤效率随气流速度增加而提高。17四、影响介质过滤效率的因素1）纤维直径介质过滤效率与介质纤维

五、提高过滤除菌效率的措施减少进口空气的含菌数量设计和安装合理的空气过滤器，选用除菌效率高的过滤介质。合理的空气预处理工艺流程，以达到除油、水和杂质的目的。降低进入空气过滤器的空气相对湿度，保证过滤介质能在干燥状态下工作稳定压缩空气的压力，采用合适容量的贮气罐。18

五、提高过滤除菌效率的措施减少进口空气的含菌数量18一、对空气过滤除菌流程的要求流程主要设备：空气压缩机、空气过滤器附属设备：粗过滤器、气液分离器、空气贮罐、空气冷却器流程的制订应考虑：地理、气候环境设备条件第三节空气过滤除菌的工艺技术19一、对空气过滤除菌流程的要求流程主要设备：空气压缩机、空气二、空气预处理目的:提高压缩前空气的洁净度去除压缩后空气中的油和水2020发酵生产中制备无菌空气的大致过程

空气空压机贮气罐冷却除油水加热空气预处理总过滤器分过滤器无菌空气

空气过滤21发酵生产中制备无菌空气的大致过程空气空压机贮气罐1.提高外源空气的洁净度提高空气吸气口的位置在空气入口处设置粗过滤器

——捕集较大的灰尘颗粒，并保护空压机。为远离地面几十米的管子。每升高10米，空气中杂菌降低一个数量级。因此从高空取气要比从低空取气有利得多。

高空取气管

22为远离地面几十米的管子。高空取气管222.空气压缩和压缩空气的冷却（1）空气压缩：克服输送过程中过滤介质的阻力并维持一定的气流速度。（2）压缩后空气温度显著上升，需冷却。（3）不利影响：

压缩后的高温空气能引起过滤介质的炭化或燃烧增大发酵罐的降温负荷增加培养液水分的蒸发232.空气压缩和压缩空气的冷却233.压缩空气的除油除水

冷却降温后的空气湿度增大，会使过滤介质受潮失效。

旋风分离器丝网分离器243.压缩空气的除油除水旋风分离器丝网分离器24粗过滤器作用：主要是捕集较大的灰尘颗粒型式：

布袋式过滤器、油浴洗涤过滤器水雾除尘过滤器、填料式过滤器旋风分离式过滤器等

要求：过滤效率高，阻力小布袋式过滤器水雾除尘过滤器25粗过滤器作用：主要是捕集较大的灰尘颗粒型式：要求：过滤效率大小：

应和空压机的排气量相配套作用：

消除空压机排出空气量的脉动维持稳定的压力分离部分油水空气贮罐26大小：作用：空气贮罐26空气冷却器冷却器类型：

立式列管式热交换器沉浸式热交换器喷淋式热交换器列管式热交换器27空气冷却器冷却器类型：列管式热交换器27气液分离器作用：分离空气中被冷凝成雾状的水雾和油雾气液分离器型式：

旋风分离器

丝网分离器旋风分离器28气液分离器作用：气液分离器型式：旋风分离器28空气总过滤器

结构（介质层过滤器）29空气总过滤器结构（介质层过滤器）29分过滤器通常用平板式纤维纸过滤器超细纤维纸过滤器30分过滤器通常用平板式纤维纸过滤器超细纤维纸过滤器30

三、空气过滤除菌工艺流程31

三、空气过滤除菌工艺流程31冷热空气直接混合式空气除菌流程图1-粗过滤器；2-压缩机；3-贮罐；4-冷却器；5-丝网分离器；6-过滤器32冷热空气直接混合式空气除菌高效前置过滤除菌流程

１——高效前置过滤器２——压缩机３——贮罐４——冷却器５——丝网分离器６——加热器７——过滤器

33高效前置过滤除菌流程１——高效前置过滤器２——压缩机３将空气冷却至露点以上的流程1－高空采风；2－粗过滤器；3－压缩机；4－冷却器；5－冷却器；6－空气总过滤器；7－空气分过滤器34

利用热空气加热冷空气的流程示意图1-高空采风；2-粗过滤器；3-压缩机；4-热交换器；5-冷却器；6，7-析水器；8-空气总过滤器；9-空气分过滤器35利用热一次冷却和析水的空气过滤流程示意图1－高空采风；2－粗过滤器；3－压缩机；4－冷却器；5，6—析水器；7—贮罐；8—加热器；9—空气总过滤器；10—空气分过滤器36一次冷却和析水的空气过滤第四章无菌空气的制备37第四章无菌空气的制备1本章内容

一、空气中的微生物和除菌方法二、空气的过滤除菌原理和过滤介质三、空气过滤除菌的工艺技术38本章内容一、空气中的微生物和除菌方法2第一节空气中的微生物和除菌方法无菌空气的标准----百分数：99.99％美国联邦宇航局等级标准：100级（直径小于0.5微米粒子数少于3.5个/L）温度：25℃—40℃湿度：30%—45%

39第一节空气中的微生物和除菌方法无菌空气的标准----百分（一）无菌空气获得方法1、辐射灭菌：利用Uv、X-ray、超声波杀菌

目前尚不能用于大量无菌空气的制备；一般用于静止空间的灭菌。2、热灭菌法

电热（218℃，24s,效果可达99.9999%），目前大量处理空气技术上还有困难40（一）无菌空气获得方法1、辐射灭菌：利用Uv、X-ray、超3、静电除尘、除菌

此法效果仅达99.9%,不符合发酵用气要求，并需高压电（一般用于超静台）4、介质过滤

使空气通过能透过空气的多孔介质（如棉花、活性炭、烧结玻璃、超细纤维丝等）将空气所携带的尘、菌截阻

这是目前发酵工业中最广泛使用的方法413、静电除尘、除菌4、介质过滤5第二节空气的过滤除菌原理和过滤介质一、空气过滤除菌的原理

1.过滤除菌的种类绝对过滤：过滤介质的滤孔小于细胞和孢子。如聚乙烯醇缩甲醛树脂（PVF）制成的0.3m的微孔滤膜。深层介质过滤：介质的孔隙一般大于微生物细胞。如用棉花、玻璃纤维和颗粒活性炭填充的过滤器。42第二节空气的过滤除菌原理和过滤介质一、空气过滤除菌的原理

介质过滤是以大空隙的介质过滤层除去较小颗粒，这显然不是面积过滤（即不是绝对过滤），而是一种滞留（截留）现象。这种滞留现象是由多种作用机制构成的，主要有惯性碰撞、拦截、布朗运动、重力沉降和静电吸引等。一、空气过滤除菌的原理43介质过滤是以大空隙的介质过滤层除去较小颗粒，这小颗粒的相对尺寸大硅胶颗粒(20mm)铅笔墨点(40mm)红细胞(7mm)酵母细胞(3mm)典型细菌(0.2mm)44小颗粒的相对尺寸大硅胶颗粒铅笔墨点(40mm)红细胞(71）惯性冲击截留作用

当流体改变运动方向时，惯性使颗粒撞击到滤材表面并由于吸附力而停留颗粒被机械拦截或被吸附拦截；惯性与气流流速成正比；对大于0.5-1.0微米的颗粒很有效。451）惯性冲击截留作用当流体改变运动方向时，2）拦截截留作用

当气流速度在临界速度以下，颗粒仍然随气流运动，在纤维周边形成一层边界滞留区，在滞流区内气流速度更慢，进入滞留区的颗粒缓慢接近纤维，并与之接触，由于摩擦、粘附作用而被滞留。462）拦截截留作用当气流速度在临界速度以下，颗粒3）布朗运动

直径小于1m的微粒在很慢的气流中能产生一种不规则的直线运动，即布朗运动。473）布朗运动直径小于1m的微粒在很慢的气流中能产生4）重力沉降作用一般它是与拦截作用相配合的，即在纤维的边界滞留区内，微粒的沉降作用提高了拦截滞留的捕获效率。

具有一定速度的气流通过介质滤层时，由于摩擦作用而产生诱导电荷

当菌体所带电荷与介质电荷相反时，即发生静电吸附作用5）静电吸引作用484）重力沉降作用一般它是与拦截作用相配合的，即在纤维的边界过滤机理总结拦截截留惯性撞击布朗拦截49过滤机理总结拦截截留惯性撞击布朗拦截13二、常用的过滤介质：1）棉花

宜选用纤维细长、疏松的新棉花2)活性炭

圆柱状，有较大的表面积，通过物理吸附作用而吸附微生物。3）玻璃纤维

8–19m活性炭玻璃纤维纤维状物或颗粒状物

50二、常用的过滤介质：1）棉花2)活性炭3）

绝对过滤膜的孔径小于0.5微米，大于这一孔径的微生物能绝对截留。超细玻璃纤维纸，利用高质量的无碱玻璃采用喷制法制成的1–1.5m纸类过滤微孔滤膜类过滤51超细玻璃纤维纸，利用高质量的无碱三、介质过滤效率

滤层所滤去的微粒数与原有微粒数之比称为过滤效率，用表示，是衡量过滤设备过滤能力的指标。=

N1－N2N1=1－NN0=1－PN1—过滤前空气中的微粒含量（个）；N2—过滤后空气中微粒含量（个）；N2/N1—过滤后过滤前空气中微粒数的比值，称为穿透率P

52三、介质过滤效率滤层所滤去的微粒数与原有微粒四、影响介质过滤效率的因素1）纤维直径介质过滤效率与介质纤维直径关系很大，在其他条件相同时，介质纤维直径越小，过滤效率越高。2）介质填充厚度3）介质填充密度增加填充密度，可提高过滤效率4）空气流速在空气流速很低时，过滤效率随气流速度增加而降低；当气流速度增加到临界值后，过滤效率随气流速度增加而提高。53四、影响介质过滤效率的因素1）纤维直径介质过滤效率与介质纤维

五、提高过滤除菌效率的措施减少进口空气的含菌数量设计和安装合理的空气过滤器，选用除菌效率高的过滤介质。合理的空气预处理工艺流程，以达到除油、水和杂质的目的。降低进入空气过滤器的空气相对湿度，保证过滤介质能在干燥状态下工作稳定压缩空气的压力，采用合适容量的贮气罐。54

五、提高过滤除菌效率的措施减少进口空气的含菌数量18一、对空气过滤除菌流程的要求流程主要设备：空气压缩机、空气过滤器附属设备：粗过滤器、气液分离器、空气贮罐、空气冷却器流程的制订应考虑：地理、气候环境设备条件第三节空气过滤除菌的工艺技术55一、对空气过滤除菌流程的要求流程主要设备：空气压缩机、空气二、空气预处理目的:提高压缩前空气的洁净度去除压缩后空气中的油和水5620发酵生产中制备无菌空气的大致过程

空气空压机贮气罐冷却除油水加热空气预处理总过滤器分过滤器无菌空气

空气过滤57发酵生产中制备无菌空气的大致过程空气空压机贮气罐1.提高外源空气的洁净度提高空气吸气口的位置在空气入口处设置粗过滤器

——捕集较大的灰尘颗粒，并保护空压机。为远离地面几十米的管子。每升高10米，空气中杂菌降低一个数量级。因此从高空取气要比从低空取气有利得多。

高空取气管

58为远离地面几十米的管子。高空取气管222.空气压缩和压缩空气的冷却（1）空气压缩：克服输送过程中过滤介质的阻力并维持一定的气流速度。（2）压缩后空气温度显著上升，需冷却。（3）不利影响：

压缩后的高温空气能引起过滤介质的炭化或燃烧增大发酵罐的降温负荷增加培养液水分的蒸发592.空气压缩和压缩空气的冷却233.压缩空气的除油除水

冷却降温后的空气湿度增大，会使过滤介质受潮失效。

旋风分离器丝网分离器603.压缩空气的除油除水旋风分离器丝网分离器24粗过滤器作用：主要是捕集较大的灰尘颗粒型式：

布袋式过滤器、油浴洗涤过滤器水雾除尘过滤器、填料式过滤器旋风分离式过滤器等

要求：过滤效率高，阻力小布袋式过滤器水雾除尘过滤器61粗过滤器作用：主要是捕集较大的灰尘颗粒型式：要求：过滤效率大小：

应和空压机的排气量相配套作用：

消除空压机排出空气量的脉动维持稳定的压力分离部分油水空气贮罐62大小：作用：空气贮罐26空气冷却器冷却器类型：

立式列管式热交换器沉浸式热交换器喷淋式热交换