第九章 空气过滤

第九章空气过滤5/3/20231第1页，共27页，2023年，2月20日，星期三主要内容

空气除菌概述空气除菌的方法常用的滤菌介质过滤除菌的机制空气过滤器的计算过滤除菌流程5/3/20232第2页，共27页，2023年，2月20日，星期三1.空气除菌概述好气性微生物的生长和合成代谢产物都需要消耗氧气。工业生产上均采用空气作为氧气来源。然而，空气中有各种各样的微生物，为保证纯种培养，必须将空气中的微生物除去或杀死。5/3/20233第3页，共27页，2023年，2月20日，星期三发酵用无菌空气的质量标准无菌、无灰尘、无杂质无油、无水、有压力无菌程度Ns：10-3(N0数量级：103～104)1.空气除菌概述5/3/20234第4页，共27页，2023年，2月20日，星期三a.加热灭菌法

将空气加热到一定温度后保温一定时间,使微生物蛋白热失活而致死。热杀菌是有效的，可靠的杀菌方法。工业上是利用空气压缩时放出的热量进行杀菌。2.空气除菌方法5/3/20235第5页，共27页，2023年，2月20日，星期三静电除尘灭菌器示意图b.静电除菌法静电除菌是利用静电引力来吸附带电粒子而达到除尘灭菌的目的。5/3/20236第6页，共27页，2023年，2月20日，星期三c.介质过滤除菌过滤除菌法是让含菌空气通过过滤介质，以阻截空气中所含微生物，而取得无菌空气的方法。目前工业上用的较多的空气除菌方法。5/3/20237第7页，共27页，2023年，2月20日，星期三玻璃纤维活性炭超细玻纤棉花烧结材料①深层过滤3.常用的滤菌介质5/3/20238第8页，共27页，2023年，2月20日，星期三②绝对过滤(微孔过滤)微孔滤膜5/3/20239第9页，共27页，2023年，2月20日，星期三

气流通过滤层时，滤层纤维的层层阻碍迫使空气在流动过程中出现无数次改变气速大小和方向的绕流运动，导致微生物微粒与滤层纤维间产生惯性碰撞滞留作用阻拦滞留作用布朗扩散作用重力沉降作用静电吸引作用从而把微生物微粒截留、捕集在纤维表面上，实现了过滤的目的。

单一纤维空气流动模型

4.过滤除菌的机制5/3/202310第10页，共27页，2023年，2月20日，星期三a.惯性碰撞滞留作用InertialImpaction4.过滤除菌的机制5/3/202311第11页，共27页，2023年，2月20日，星期三捕集效率是微粒惯性力无因次准数φ的函数：ηl=f（φ）当气流速度等于临界速度vc时,

φ＝1/16

b＝0ηl=05/3/202312第12页，共27页，2023年，2月20日，星期三b.阻拦滞留作用Interception5/3/202313第13页，共27页，2023年，2月20日，星期三c.布朗扩散作用BrownianDiffusion5/3/202314第14页，共27页，2023年，2月20日，星期三d.重力沉降作用静电吸引作用5/3/202315第15页，共27页，2023年，2月20日，星期三

各种机理各自所作贡献的大小：一般认为惯性撞击截留、拦截截留和布朗运动截留的作用较大，而重力和静电引力的作用则很小。ηs

=η1+η2+η3+η4+η55/3/202316第16页，共27页，2023年，2月20日，星期三5.空气过滤器的计算设计参数η(过滤效率)K(过滤常数)Vs(空气流速)L(介质层厚度)D(滤床直径)ΔP(过滤压力降)过滤效率：滤层所滤去的微粒数与原来微粒数的比值，衡量过滤器过滤能力的指标。穿透率P：Ns／N0，过滤前后空气中的微粒含量比值。

5/3/202317第17页，共27页，2023年，2月20日，星期三对数穿透定律或-dN/dL=KN5.空气过滤器的计算5/3/202318第18页，共27页，2023年，2月20日，星期三过滤常数K的计算1.根据公式2.查经验K值表或L90表ηs——单纤维过滤效率α——介质填充率df——介质纤维的直径5/3/202319第19页，共27页，2023年，2月20日，星期三介质层厚度L的计算书例9-1过滤介质：直径为16μm的棉花纤维，Vs=0.1m/s，填充系数8%，空气中的原始菌浓度为5000个/m3，空气流量为10m3/min，使用周期100h。计算过滤效率η，穿透率PN0=5000×10×100×60=3×108Ns=10-3P=Ns/N0＝3.33×10-122.查表9-1，K值=0.31cm-13.计算L=85cm5/3/202320第20页，共27页，2023年，2月20日，星期三临界速率Vc气体流速对过滤效率的影响空气流速Vs的选择

在可控安全范围内，选择较高空气流速，这样可以减小过滤器体积，节省过滤材料和操作费用。5/3/202321第21页，共27页，2023年，2月20日，星期三V——操作状态下空气的体积流量，m3/s由气态方程P1V1/T1=P2V2/T2导出：V2=P1T2V1/P2T1P1：大气压力P2：操作压力，绝对压力P2=P1+表压1atm=1.03kg/cm2滤床直径D的计算5/3/202322第22页，共27页，2023年，2月20日，星期三

空气通过过滤层需要克服与介质的摩擦而引起的压力降，是一种能量损失，也是一种经济损失。过滤压力降ΔP的计算5/3/202323第23页，共27页，2023年，2月20日，星期三L——过滤层厚度，mρ——空气密度，kg/m3α——介质填充系数V——空气流速m/sm——实验指数C——阻力系数损失随滤层的厚度、空气的流速、过滤介质的性质、填充情况而变化，见下式：过滤压力降ΔP的计算(教材P162)g5/3/202324第24页，共27页，2023年，2月20日，星期三粗过滤器空气贮罐空气冷却器气液分离器加热设备6.空气过滤除菌流程经过空气压缩机后的空气具有很高的温度,冷却后又具有较高的