空气除菌设备

空气净化除菌概述了解空气处理的流程以及要求，掌握相应设备的类型，设计计算方法。3空气预处理部分空气过滤部分4发酵工业对空气的要求：无菌程度温度湿度压力药品灌装车间：低压无菌空气空气经鼓风机增压后，经一、二次过滤除菌制得发酵车间：要求进罐空气有一定的压力、温度需要较复杂的空气除菌流程5发酵工厂使用的无菌空气的质量指标压强空压机出口压强：在~0.35MPa相对湿度进入总过滤器的空气相对湿度应在50%-60%，以防过滤介质受潮温度进罐空气温度比发酵温度高10℃洁净度发酵工业中的无菌空气，是达到洁净度100级的洁净空气压缩空气预处理过滤除菌6达到一定的空气流量、压力 空压机、贮气罐副作用1：压缩后空气温度升高，不利于过滤设备副作用2：某些类型的空压机使空气中混入油滴7降低空压机出口空气的温度 冷却器

为防无菌过滤介质受潮，要除湿、除油副作用：空气温度降低，其相对湿度就上升。空气温度一般会降为其露点之下，相对湿度可达100%，并析出小水滴。8除水滴旋风分离器除水雾、油雾丝网除沫器注意：此时，空气相对湿度还是100%，只是不带有水、油滴降低空气相对湿度加热器温度升高，相对湿度就会降低空气净化除菌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。

第一节

空气净化除菌的方法和原理一、生物工业生产对空气质量的要求

1．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。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；人口稠密的城市比人口少的农村含菌量多；地平面又比高空的空气含菌量多。2．生物工业生产对空气质量的要求（1）压缩空气的压强空气压缩机出口的空气压强0.2～0.35MPa（2）空气流量（3）空气的温度进发酵罐压缩空气的温度比发酵温度高出10℃（4）相对湿度进入总过滤器的压缩空气的相对湿度控制在60％～70％。（5）洁净度二、空气净化除菌方法及原理

（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。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。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．热杀菌

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。

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

1.空压机2.保温维持管3.贮罐

热杀菌

采用热杀菌装置时，应装有空气冷却器，并排出冷凝水。在实际应用时，对空气压缩机与发酵罐的相对位置，联结压缩机与发酵罐的管道的灭菌及管道长度等问题都必须精心考虑。为确保安全，应安装分过滤器将空气进一步过滤，然后再进入发酵罐。2．辐射杀菌

X射线、β射线、紫外线、超声波、γ射线等从理论上都能破坏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253.7～265μm时杀菌效力最强，它的杀菌力与紫外线的强度成正比，与距离的平方成反比。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。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。3.静电除菌

采用静电除尘法除去空气中的水雾、油雾、尘埃和微生物等，去除率高，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。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。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除尘目的。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电离区和捕集区。静电除菌除尘装置示意图

4.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截流过的空气所含的微生物，从而获得无菌空气常用过滤介质按孔隙大小可分成两大类一类是介质间孔隙大于微生物；另一类介质的孔隙小于细菌，称之为绝对过滤。（二）介质过滤除菌机理

空气的过滤除菌原理与通常的过滤原理不一样。空气中气体引力较少，且微粒很小，按面积过滤这样小的微粒不会因互相架桥堵塞而被阻拦的。这不是真正的面积过滤，而是一种滞留现象。

微粒随空气流通过过滤层时，滤层纤维所形成的网格阻碍气流前进，使气流无数次改变运动速度和运动方向而绕过纤维前进。这些改变引起微粒对滤层纤维产生惯性冲击、重力沉降、拦截、布朗扩散、静电吸引等作用而把微粒滞留在纤维表面。介质过滤除菌机理1.惯性冲击滞留作用机理惯性冲击滞留作用是空气过滤器除菌的重要作用在过滤器的滤层交错着无数的纤维，随着纤维直径减小，充填密度的增大，所形成的网格就越紧密，网格的层数也就越多，纤维间的间隙就越小当带有微生物的空气通过滤层时，仅能从纤维的间隙通过。由于纤维交错所阻迫，使空气要不断改变运动方向和运动速度才能通过滤层。

2．拦截滞留作用机理

实践证明，随着气流速度的继续下降，纤维对微粒的捕集效率不再下降，反而有所回升，这就是拦截滞留作用机理在起作用。

当微生物等微粒随低速气流慢慢靠近纤维时，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一层边界滞流区。滞留区的气流速度更慢，进到滞留区的微粒慢慢靠近和接触纤维而被粘附滞留，称为拦截滞留作用。拦截滞留作用机理3．布朗扩散作用机理

直径很小的微粒在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。布朗扩散除菌作用在较大的气速或较大的纤维间隙中是不起作用的；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会。4．重力沉降作用机理

重力沉降是一个稳定的分离作用，当微粒所受的重力大于气流对它的拖带力时，微粒就沉降。就单一的重力沉降作用而言，大颗粒比小颗粒作用显著，对于小颗粒只有在气流速度很低时才起作用。重力沉降作用一般与拦截作用配合，在纤维的边界滞留区内，微粒的沉降作用可提高拦截的捕集效率。5．静电吸附作用机理

静电吸附的原因之一是微生物微粒带有与介质表面相反的电荷，或是由于感应而得到相反的电荷而被吸附；另一原因是于空气流过介质时，介质表面就感应出很强的静电荷而使微生物微粒被吸附，特别是用树脂处理过的纤维表面，这种作用特别明显。悬浮在空气中的微生物微粒大多带有不同的电荷表面吸附也归属这个范畴。过滤除菌效率（η）与气速（vs）的关系

虚线段表示空气流速高时会引起除菌效率急速下降

第二节空气介质过滤除菌设备及计算

经空气除菌流程处理后的空气要求达到无菌（每立方米空气中含菌数不得高于10-6个）、无灰尘、无杂质、无水、无油、具有足够的压力，适宜的温度和流量。生物工业生产中所使用的空气除菌流程要根据生产的具体要求和各地的气候条件而制订，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，满足工业生产的需要。空气除菌流程的要求空气净化流程图1.一级冷却器2.油水分离器3.贮罐4.二级冷却器5.去污器6.总过滤器空气压缩冷却过滤流程1.粗过滤器2.压缩机3.贮罐4.冷却器5.总过滤器空气压缩冷却过滤流程特点：适用于气候寒冷（空气温度低），相对湿度很低的地方，或相应的季节。由于空气的温度低，经压缩后它的温度也不会升高很多，特别是空气的相对湿度低，空气中绝对湿含量很小，虽然空气经压缩到工艺要求的压力，并冷却到进入培养、发酵设备所要求的温度(一般为35℃，过滤器要求的温度)，空气的相对湿度可以保持在60％以下。使用涡轮式空气压缩机或无油润滑的情况下效果是好的；但采用普通往复式空气压缩机（带润滑油）时，可能会产生油雾而污染过滤器，这时就须加丝网分离器将油雾分离。

一级冷却、分离、加热的空气流程1.高效过滤器2.空压机3.贮罐4.冷却器5.丝网分离器6.加热器7.过滤器对于气候很干燥的地方，或寒冷的冬天，可将流程简化，只用第一冷却器，将空气冷却到35˚C，即可满足相对湿度φ＝60％而进过滤器。特点是无菌程度高。利用压缩机的抽吸作用，使空气先经中效、高效过滤后，再进入空气压缩机。经高效前置过滤器后，空气的无菌程度已达99.99％，再经冷却、分离，进入过滤器过滤后，空气的无菌程度就更高，以保证发酵的安全。高效前置过滤器采用泡沫塑料(静电除菌)、超细纤维纸为过滤介质，串联使用。两级冷却、分离、加热除菌流程

1.粗过滤器2.空压机3.贮罐4、6.冷却器5.旋风分离器7.丝网分离器8.加热器9.过滤器

两级冷却、分离、加热空气除菌流程比较完善的空气除菌流程，可以适应各种的气候条件(特别是空气湿含量大的地区)，能充分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，提高过滤效率。特点是：经第一级冷却(30-35℃)后，大部分的水、油都已结成较大的雾粒，且雾粒浓度比较大，适宜用旋风分离器分离。第二级冷却使空气进一步冷却(20-25℃)后，析出的一部分较小的雾粒，宜采用丝网分离器分离，这样可发挥丝网能够分离较小直径的雾粒和分离效率高的特点；除水后，空气的相对湿度还是100％，可用加热的方法调整空气的相对湿度为50-60％，一般是加热到30-35℃，具体可经过计算确定(见例题)。空气过滤除菌实用化流程

1.粗滤器2.空压机3.空气贮罐4.沉浸式空气冷却器

5.油水分离器6.二级空气冷却管7.除雾器8.空气加热器

9.空气过滤器10.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

（一）粗过滤器作用：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，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。要求：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。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，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。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。填料式粗过滤器

填料式粗过滤器，过滤效果稍比布袋过滤好，阻力损失也较小。但结构较复杂，占地面积也较大，内部填料经常洗换才能保持一定的过滤作用，操作比较麻烦。填料过滤器有定型产品，如箱式填料除尘器等，可按需要选购。内有两道过滤介质层：粗过滤层—绒布或聚氨酯泡沫塑料亚高效过滤器---无纺布油浴洗涤空气装置

这种洗涤器效果比较好，对有分离不净的油雾带入压缩机时也无影响，阻力也不大，但耗油量大。1.滤网2.加油斗3.油镜4.油层

水雾除尘装置

一般对0.5μm粒子的过滤效率为50%～70％，对1.0μm粒子的除去效率为55％～88％，对5μm以上粒子的除去效率为90％～99％。洗涤室内空气流速不能太大，一般在1~2m／S的范围。1.滤网2.喷雾器

46水雾除尘式油浴式除尘器1-滤网2-加油斗3-油镜4-油层（二）空气压缩机

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。提供生产用的空气有0.2～0.3Mpa压力（低压压缩空气）。空气需要克服过滤介质、管道、弯头的阻力，发酵液的压力，同时，还要维持发酵罐正压，因此通过压缩机将其压力提高到~3.5公斤（1）涡轮式空气压缩机

提供大量低压空气的最理想设备是涡轮式空气压缩机。

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“空穴”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，使部分动能转变为静压后输出。维护保养费用高

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，获得的空气不带油雾。适用于生物工业的涡轮式压缩机是低压涡轮空气压缩机，出口压力一般为0.25～0.5MPa。低压涡轮空气压缩机有单级的和多级的，后者还可分段。

输气量一般在100m3/min以上，最大的可达12000m3/min。涡轮式空气压缩机

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，使空气中带进油雾。（2）往复式空气压缩机大型空气压缩机（三）空气贮罐作用：1.消除压缩机排出空气量的脉冲，维持稳定的空气压力；保证供气连续性，防止压力波动。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3.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。空气贮罐

压缩空气要切向进入空气贮罐

有的在罐内装冷却蛇管。也有的在贮罐内加装导筒。钢制圆柱容器，H/D=2.2-2.5容量：按经验取空压机每分钟吸气量的10-15%（四）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设备。常用的有旋风式和填料式。

旋风式称做旋风分离器，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。

填料式分离器又称除雾器，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。55旋风分离器气体的停留时间>水或油滴沿切线方向运动到器壁的时间分离效率：约60%，用以分离10um以上的液滴及部分较小的液滴。进口气速：15-25m/s旋风分离器旋风分离器的优点是结构简单，制造方便总的要求是：

①旋风分离器的直径不要太大。②进口的气流速度要适当。

设计要点(P25)进口气速和设备的结构比例尺寸。进口气速一般取Wg=15-25m/s经验公式：a=0.2D,b=0.5D,L0=0.5D,d1=0.5D,L1=1.5D,L2=2-2.5D,d2=0.25D旋风分离器直径填料分离器

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。它们的分离效率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5μm的雾状微粒，分离效率可达98％～99％，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。59丝网除沫器分离5um以下的液滴及部分较小的液滴。对粒径≥3~5um的雾沫，捕集效率达98%-99.8%气体通过除沫器的压力降很小，250-500Pa结构简单体积小，阻力小，重量轻，安装维修方便丝网分离器金属丝网设计要点是空塔气速的确定、金属丝网填充密度和设备的结构比例尺寸。（p1=latm=0.1013MPa,t1=0℃）（五）空气冷却器空气冷却器的作用是使压缩空气除水减湿。设计时应根据空气冷却过程的特点进行考虑常用的类型有：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。最好办法是增加空气的流速。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汽化潜热。62冷却器列管式换热器，空气走壳程，介质走管程空气中夹带的油、水汽经冷凝，由器底的油水排出阀排出。空气进口空气出口冷水进口冷水出口63一般用二级冷却：一级：用35℃左右的循环水，把从压缩机来的120～150℃的空气冷却到40～50℃。二级：用9℃冷冻水或15～18℃地下水，把40～50℃的空气冷却到20～25℃64空气进口空气出口蒸汽进口蒸汽出口加热器：也使用列管换热器，加热至50度左右六、空气除菌设备

（空气过滤器）

1．空气过滤除菌的对数穿透定律

过滤除菌效率就是滤层所滤去的微粒数与原空气所含微粒数的比值，它是衡量过滤设备的过滤效能的指标，即：

N2／N1——过滤前后空气中微粒浓度的比值，即穿透滤层的微粒浓度与原微粒浓度的比值，称为穿透率。4个假定

①流经过滤介质的每一纤维的空气流态并不因其他邻近纤维的存在而受影响。②空气中的微粒与纤维表面接触后即被吸附，不再被气流卷起带走。③过滤器的过滤效率与空气中微粒的浓度无关。④空气中微粒在滤层中的递减均匀，即每一纤维薄层除去同样百分率的微粒数。

在上述假定条件下，空气通过单位滤层后，微粒浓度下降与进入空气微粒浓度成正比，即：－dN/dL=KN式中N——滤层中空气的微粒浓度，个／m3L——过滤介质层厚度，m；

dN/dL——单位滤层除去的微粒数，个/mK——过滤常数，1／m。2.过滤介质

过滤介质是过滤除菌的关键，它的好坏不但影响到介质的消耗量，过滤过程动力消耗、操作劳动强度、维护管理等，而且决定设备的结构、尺寸，还关系到运转过程的可靠性。过滤对介质的要求是吸附性强，阻力小、空气流量大、能耐干热。常用的过滤介质有棉花（未脱脂）、活性炭、玻璃纤维、超细玻璃纤维纸、化学纤维等。过滤介质是关键，不但影响介质的消耗量，动力消耗(压力降)、操作的劳动强度、维护管理等，而且决定设备的结构、尺寸，还关系到运转过程的可靠性。过去一直采用棉花纤维或玻璃纤维结合活性炭使用，由于缺点不少，近年来，逐步采用新的过滤介质，如超细玻璃纤维，其它合成纤维，微孔烧结材料和超滤微孔薄膜几种常用的过滤介质

（1）棉花棉花是传统的过滤介质。其质量随品种和种植条件不同有较大差别，最好选用纤维细长疏松的新鲜产品。贮藏过久，纤维会发脆甚至断裂，增大了压强降；脱脂纤维会因易吸湿而降低过滤效果。棉花纤维直径一般为16～21μm，装填时要分层均匀铺砌，最后要压紧，装填密度达到150～200kg／m3为好。（2）玻璃纤维

作为散装充填过滤器的普通玻璃纤维，一般直径为8～19μm不等，而纤维直径越小越好充填系数不宜太大，一般采用6％～10％。它的阻力损失一般比棉花小。玻璃纤维的强度未解决，更换过滤介质时会造成碎末飞扬，使皮肤发痒甚至出现过敏现象如果采用硅硼玻璃纤维，则可得较细直径（0.3～0.5μm）的高强度纤维。（3）活性炭

活性炭有非常大的比表面积，主要通过表面物理吸附作用而吸附截留微生物。一般采用直径3mm、长5～10mm的圆柱状活性炭。其粒子间隙大，故对空气的阻力较小，仅为棉花的1/12，但它的过滤效率比棉花要低得多目前，工厂都是夹装在二层棉花中使用，以降低滤层阻力。（4）超细玻璃纤维纸

超细玻璃纤维是利用质量较好的无碱玻璃，采用喷吹法制成的直径很小的纤维。由于纤维特别细小，故不宜散装充填，而采用造纸的方法做成0.25～lmm厚的纤维纸，它所形成的网格的孔隙约为0.5～5μm，有较高的过滤效率。超细玻璃纤维滤纸属于高速过滤介质。在低速过滤时，它的过滤机理以拦截扩散作用机理为主。当气流速度超过临界速度时，属于惯性冲击，气流速度越高，效率越高。生产上操作的气流速度应避开效率最低的临界气速；强度很差，容易受空气冲击而破坏，特别是受湿以后。为增加强度可采用2-5％的2l24酚醛树脂的95％酒精溶液进行浸渍、搽抹或喷洒处理，可提高机械强度，防止冲击穿孔。如果同时采用硅酮等疏水剂处理可防湿润，强度更大；采用加厚滤纸可提高强度，同时也可提高过滤效率，但增大了过滤阻力；国内多数都是多层复合使用超细纤维滤纸，目的是增加强度和进一步提高过滤效果。但实际上过滤效果并无显著提高，反而增加压力损失；最近研制出JU型除菌滤纸，它在抄纸过程中加入适量的疏水剂处理，可以耐油．水、蒸汽的反复杀菌，具有坚韧，不怕折迭，湿强度高等特点。同时具有更高的过滤效(0.3μm油雾测定达99.999％)和较低的过滤阻力(不大于450Pa)。（5）石棉滤板

石棉滤板是采用20％纤维小而直的蓝石棉和80％纸浆纤维混合打浆抄制而成。纤维间隙比较大，过滤效率比较低，只适宜用于分过滤器。其特点是湿强度较大，受潮时也不易穿孔或折断，能耐受蒸汽反复杀菌，使用时间较长。通过石棉滤板的气流速度一般取0.01～0.04m/s

对于过滤0.5μm以上的颗粒，它的过滤效率可达99.6％以上。（6）烧结材料过滤介质

烧结材料过滤介质种类很多，有烧结金属（蒙乃尔合金、青铜等）、烧结陶瓷、烧结塑料等。用这些材料微粒粉末加压成型后，处于熔点温度下粘结固定，但只是粉末表面熔融融结而保持粒子的空间和间隙，形成了微孔通道，具有微孔过滤的作用。某些可溶于有机溶剂的塑料，也可采用溶剂粘结法。我国生产的蒙乃尔合金粉末烧结板(或管状)是由钛锰等合金金属粉末烧结而成，孔隙10-30μm，板厚4mm左右。特点是强度高，不须经常更换，使用寿命长，能耐受高温反复杀菌，且受潮后影响不大，不易损坏，使用方便，故对空气前处理(除水除油)要求不很严格。宜作为二级分过滤器使用；过滤设备比较简单，安装后只要用蒸汽定期反冲杀菌即可使用较长时间。若压力损失增大后即需更换，作为分过滤器大概一年换一次。应用较广泛。烧结聚合物，如国外使用的聚乙烯醇过滤板P.V.A.是以聚乙烯醇烧结基板，外加耐热树脂处理；滤板能经受高温杀菌，120℃30分钟杀菌不变形，每周杀菌一次可使用一年；特点是加工方便，微孔多，间隙中等，但过滤效率较高，属于高气流速度类型，对流速十分敏感；国外常用的F.V.A.聚乙烯醇滤板，其滤板厚度0.5cm，孔径范围60-80μm，最高效率气0.8m/s，过滤效率99.999％，压力损失140-150MPa。（7）新型过滤介质

绝对过滤：微孔直径只有0.1～0.22μm，小于细菌直径，故菌体粒子不能通过。所谓绝对过滤器也有两大类，一类是能除去全部微生物，另一类可除去小至0.01μm的微粒，故可滤除全部噬菌体。

使用空气绝对过滤器必须安装空气预过滤器。

JLS型空气过滤器

3．过滤器的结构及计算（l）纤维介质深层过滤器纤维介质深层过滤器通常是立式圆筒形，内部充填过滤介质，空气由下向上通过过滤介质，以达到除菌目的。纤维介质主要有棉花、玻璃纤维、超细玻璃纤维等。

深层纤维介质空气过滤器

l.进气口2.压紧架3.出气口4.纤维介质5.换热夹套6.活性炭

过滤介质的弹簧压紧装置

1.壳体2.过滤介质3.压紧孔板4.压紧螺杆5.压紧支座6.弹簧套7.弹簧

在充填介质区间的过滤器圆筒外部通常装设夹套。其作用是在消毒时对过滤介质间接加热。通常空气从圆筒下部切线方向通入，从上部排出。要经常检查空气冷却是否安全，过滤介质是否潮湿等情况。纤维介质深层过滤器

对过滤器进行加热灭菌时，一般是自上而下通入0.2～0.4MPa（表压）的干燥蒸汽，维持45min，然后用压缩空气吹干备用。总过滤器约每月灭菌一次，而分过滤器则每批发酵前均进行灭菌。为了使总过滤器不间断地工作，对大规模生产应设一个备用以交替灭菌使用。纤维介质深层过滤器（2）平板式纤维纸过滤器

这种过滤器是适应充填薄层的过滤板或过滤纸。它由罐体、顶盖、滤层、夹板和缓冲层构成。纤维纸平板过滤器

过滤器的直径可由过滤面积决定。过滤面积按通过过滤器时的空气体积流量V（m3／s）和空气流过该介质时的视过滤速度vs（m／s）计算：

（m）

D过滤器=1.1～1.3D滤层

vs为通过过滤介质截面时的空气流速，对于高速超细纤维纸可取1.0～1.5m／s，对石棉过滤板取0.8～1.0m／s。（3）管式过滤器

将过滤介质卷装在孔管上，单位体积的过滤面积比平板式大得多。卷装滤纸时要防止空气从纸缝走短路。管式过滤器

l.铜丝网2.麻布3.滤纸4.扎紧带5.滤筒（4）接叠式低速过滤器

在一些要求过滤阻力很小而过滤效率比较高的场合，都需要低速过滤器以满足其低阻力损失的要求。超细玻璃纤维纸的过滤特性是气流速度越低、过滤效率越高，可构造成过滤面积很大的过滤器。

接叠式低速过滤器

1.框2.滤纸3.支撑骨架发酵车间的空气过滤器

提高过滤效率的措施1、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；（2）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。2、设计和安装合理的空气过滤器。3、降低进入总过滤器空气的相对湿度。（1）采用无油润滑空压机；（2）加强空气的冷却，去油水（3）提高进入总过滤器的空气温度，降低其相对湿度。提高过滤效率的措施974空气过滤除菌设备通常：总空气过滤器和分过滤器两级过滤二台总过滤器(交叉使用)每个发酵罐单独配备分过滤器近年来，高效折叠式膜过滤器已在发酵工业上广泛应用棉花活性炭过滤器的弊端(1)体积庞大，更换介质时劳动强度大，粉尘飞扬；装填不匀，容易造成空气走短路，甚至“翻身”，使过滤介质失效；(2)棉花纤维直径8-20μm，填充后孔隙达50μm，细菌直径1μm，这实际上不是过滤，当空气流速低时，主要是沉降及静电作用，流速高时，是以阻截附着及惯性沉降为主。所以灭菌一次使用期不长，要经常消毒灭菌，在消毒后烤干的过程中还常常会使棉花层周边烤焦烤糊，甚至焚烧，而使过滤层失效；(3)易吸潮结饼，降低过滤效果；(4)过滤效果差，对大于0.3μm的尘埃粒子，过滤效率只能达到95％左右；(5)要经常消毒灭菌和烤干，蒸汽耗用量大；此外，过滤系统压降大，阻力大，使压缩空气电耗增大。99（1）.空气总过滤器第一类：有机微滤膜耐高温微孔膜绝对过滤器；内装滤芯大小、数量及直径根据用户空气量大小而定。过滤效率稳定、压降低空气从滤芯下端进入筒体，经管外壁进气过滤后，由其上端逸出100对膜的要求可靠的过滤精度；足够的机械强度；大通量；必须能耐反复蒸汽灭菌和具有强疏水性能101第二类金属微滤膜过滤器：是经过高温烧结的金属粉末微孔无缝管由单支或多支管组装而成外壳示意图

102优点：耐腐蚀性能好；耐受高达179℃高温；消毒间隙时间1～3个月；使用寿命长达1～2年。在我国该过滤器已广泛用于谷氨酸发酵中制备无菌空气。

103（2）.分空气过滤系统总过滤器(粗过滤)出口空气，进入分空气过滤系统由预过滤器、蒸汽过滤器、精过滤器组成。精过滤器只承担空气除菌作用，极大地延长了使用寿命104105应用膜过滤器的空气过滤除菌流程分过滤器及其附属过滤器总过滤器106分空气过滤系统实物图适应充填薄层的过滤板或过滤纸。缓冲滤层可装填棉花、玻璃纤维或金属丝网等。顶盖法兰压紧过滤孔板并用垫片密封，上下孔板用螺栓连接，以夹紧滤纸和密封周边。分过滤器A.超细纤维纸过滤器

大约在20世纪70年代，国内就已开始在生物发酵工业生产上推广应用超细纤维纸过滤器。纤维直径小于1-1.5μm(棉花纤维为16μm)，纸张薄，厚度约1mm，一般叠放4-6层安装。因纤维直径小，压力降小于0.01MPa，除菌效率较高。通过超细纤维纸的气流速度可以提高到1.5-2.5m/s，因而该种过滤器的直径可以相应缩小。在通过过滤器流量相同的条件下，由于其阻力小，通过的空气流速快，超细纤维纸过滤器的直径比棉花活性炭过滤器的直径可减小4.5倍左右，过滤介质用量亦可大大降低。超细纤维纸过滤介质，是安装在二块相叠的多孔筛板之间，滤纸直接紧贴在多孔板上，且数张紧压在一起，其真实的有效过滤面积是多孔板上小孔面积之总和，大约等于多孔板面积(也即滤纸的总面积)的0.65倍超细纤维纸过滤器的优缺点：a.容易拆装和更换，更换介质时劳动强度较小；b除菌效率较高，在干燥状态下，对0.5μm以上粒子，过滤效率在99％以上；1981年由华东化工学院介绍到味精行业，曾普及了一段时间。过滤层介质是维尼龙纤维，由上下或左右两片多孔板夹紧。空气由下部进入，经过滤层过滤后，由上部引出通入罐体，或由左右两面进气，经左右滤层过滤后，汇集于中部后引出，通入发酵罐。维尼龙纤维不耐高温，无法用蒸汽消毒灭菌，而必须用热空气连续吹脱24h之后才可用于过滤除菌，制备无菌空气，这种除菌方法在生产上有很大的局限性，如果在生产中途突发停电造成空气系统失压带菌，无法等待连续吹气24h后再恢复供气生产。国内有一些工厂过去曾使用过维尼龙过滤器，因蒸气阀渗漏漏人蒸汽，致使维尼龙纤维变形收缩，造成空气走“短路”引起大面积染菌。所以在1988年以后，使用这种过滤器的厂家愈来愈少。但是，四川万县市味精厂自1983年8月引进维尼龙过滤器后，由于过滤器消毒灭菌不用热空气吹脱处理，改用药物处理，取得比较满意的结果。具体操作方法介绍如下：a.药物选用：经比较，甲醛对空气灭菌效果较好，处理30-40min，可达到蒸汽灭菌后的棉花活性炭同等可靠的无菌度。甲醛不与维尼龙纤维发生化学反应，不会破坏其过滤性能。处理方法简单，易掌握；b.用量：资料介绍，杀灭1m3空间中的杂菌，要用甲醛10m1。经试验确定，处理维尼龙过滤器最佳用量为30ml/m3(过滤介质的容积)。按此用量处理，四年内从未发生任何处理不彻底的事故。c.效果：维尼龙过滤器使用数月后，会逐步污染失效，经用甲醛处理，不换介质可重新使用数个月不会出现问题。B.维尼龙过滤器

日本大和理研工业株式会社研制生产的一种玻璃纤维过滤片，又称ND过滤片，于上世纪末开始引进国内，在生物发酵工业系统中的大中型企业使用。ND过滤片是日本在20世纪90年代发酵行业使用的空气过滤介质。稍后，国内某些厂家仿制了类似于ND的过滤片，称之为LB玻璃纤维过滤片。只要将原有的棉花活性炭过滤器的筒体，稍作改动，装填上ND或LB过滤片，即可改装成ND滤片过滤器或LB滤片过滤器。玻璃纤维滤片过滤器

空气除菌设备ND过滤片的性能及ND滤片过滤器ND过滤片是由无碱超细玻璃纤维制成的填片状定形产品，无色或灰白色，纤维直径约7-9μm，手感柔软。厂家可按工厂预订的过滤器形状和尺寸生产，也可用剪刀裁剪，接触手感似棉花，对皮肤无刺痒感，有利于装填和更换。据上海工业微生物研究所等测试，其结果如下：a.滤片是疏水性滤材，经蒸汽处理后不吸水，消毒灭菌后，易吹干，不像棉花那样需长时间烤干。高温高压不会使ND片发生任何变化，无膨胀和收缩状况。因此，新装并消毒后的ND片过滤器，不必重新打开补填填料，另外，也不会产生变形、倾斜等造成的空气短路机会。b.当用一张ND滤片(约5张滤纸厚度)，重15g，灭菌处理后，用于过滤300ml自来水(等于滤片的20倍量)，测定其除菌率达99.45％，说明略带潮湿的ND滤片，也有良好的除菌性能。空气除菌设备当然，这种滤片消毒后很容易吹干，这样除菌效果更保险。c.ND片对空气的过滤除菌效果，经试验测试，用厚0.5cm的ND片，重15g，灭菌后抽气过滤，结果显示ND过滤片最小的有效除菌率为：g(ND滤片)：ml(空气)=1：2200。(2).ND过滤片在发酵生产上的应用效果：经柠檬酸发酵试验，连续9批使用ND滤片过滤器过滤空气，共计发酵时间1009h，使用空气体积为ND片体积的611996倍。9批发酵间隔8次，总计间隔时间475h，也没有保压，试验期中均末发现杂菌污染。究其原因是，ND片乃疏水性滤材，无菌体生长的营养。说明ND过滤片对空气除菌效能相当好。而棉花活性炭过滤器在每批发酵间隔期一定要保压，否则很容易染菌。空气除菌设备杭州丰汇发酵有限公司。首先将ND过滤片用于谷氨酸发酵种子罐过滤器，Ⅰ级过滤器Ф600mm，60片装，Ⅱ级过滤器Ф309mm，90片装。经18小时长时间通气和摇瓶富集培养，未发现杂菌和噬菌斑，移接发酵罐连续生产5罐批，平均产酸8.73％，转化率54.5％，大罐样品检查无杂菌，无溶态菌，证明ND片种子过滤器的滤菌效果是好的、可靠的。100m3罐的ND片过滤器与棉花过滤器的谷氨酸发酵的比较试验，试验结果列于下表。空气除菌设备ND片过滤器与棉花过滤器空气除菌设备(3).LB滤片过滤器

LB过滤片是杭州味精厂与嘉兴滤霸过滤设备有限公司联合开发的，用于空气净化系统代替棉花活性炭过滤器。是一种新型纤维材料制成的片状滤片，纤维直径9μm，滤片厚10mm左右。与日本ND片对比，挂瓶试验结果表明，Ⅰ级总过滤器Ф900mm，60片装，Ⅱ级分过滤器Ф400mm，60片装，经长达18小时挂瓶通气、富集培养，前后两次测试，LB滤片过滤器均未发现杂菌和噬菌斑。说明采用LB滤片填装的空气过滤器也可以达到过滤除菌的要求，也是安全可靠的。空气除菌设备a.发酵生产试验结果：(a)可行性试验：用LB滤片作过滤介质，应用于谷氨酸发酵试验，发酵16h取样镜检并划平板培养观察，未发现杂菌和杂菌生长。发酵周期和最终产酸正常。通过可行性验证。(b)稳定性试验：为了进一步证实LB滤片的可靠性，进行了连续6个月稳定性试验。试验结果与上一年同期对比，证明使用LB滤片过滤器的发酵罐，返消率只有0.05％(安全率万分之五)，大大低于使用棉花活性炭过滤器的2.8％返消率，产酸率和转化率也有不同程度的提高。空气除菌设备对比试验表明，在谷氨酸发酵试验中，LB过滤片与日本进口的ND过滤片，其质量与使用效果基本相同。但国产的LB滤片比较便宜。LB滤片的应用成功，可以取代棉花、无纺布、超细纤维纸及金属过滤管等过滤介质。金属过滤器由核工业部第八研究所(上海)首先研究并开发。自1982年在味精工业第二协作区第四次经验交流会上介绍后，受到不少工厂和有关专家的关注。上海天厨味精厂首先试用了他们研制的TLS-W型金属过滤器，先在种子罐上应用，与其它过滤器介质相比有明显的效益，之后又扩大到发酵罐上试用，直至全部使用。江苏省如东生化厂将TLS—W型金属过滤器在30m3发酵罐上试用于一级无菌空气过滤，即取消总过滤器，只用一台TLS—W型过滤器，进行一级过滤除茵。经较长时间测试，各项技术指标基本上达到了原设计要求，既稳定了生产又节省了能源，有一定的经济效益。昆山味精厂将这种过滤器全部用于一级过滤，也取得满意的效果。性能:

(1)过滤介质是经过高温金属粉末烧结的微孔无缝镍管，根据流量要求可安装单支管或多支管，工作温度不大于180℃。过滤精度高，可滤除0.3μm以上粒子，效率达99.999％。同时，过滤精度不因空气质量突变(如温度、尘埃量、流速等)及使用时间的增长而受到破坏，有效地保证了发酵生产的连续性与稳定性。(2)压力损失小，初始压降在额定空气流量下为0.01-0.02MPa，比较节约能源。(3)消毒间隙时间长，据上海天厨味精厂的经验，1-3个月消毒1次为好。(4)能再生，寿命长。TLS-W型过滤器介质有较好的再生性能，可多次再生，使用寿命可达1-2年。

空气除菌设备(5)受压强度大，可承受正向压力差为0.08MPa，反吹压力大于0.5MPa。是一种高精密度的过滤设备，要求有较完善的空气前处理系统(比如，要有完善的空气油水分离和升温装置，并增设蒸汽预过滤器和空气预过滤器等)。特别是采用一级过滤工艺的，更应如此。五.新型绝对过滤器1.高流过滤器(DH膜过滤器)上世纪90年代初由英国DomnickHunter公司(简称DH公司)开发生产。DH公司早先用0.5μm的玻璃纤维生产了Bix-x空气过滤器，过滤效率为6个9(即99.9999%)。DH公司近年又开发了用超细硼硅纤维和聚四氟乙烯(涂层)制备的高流过滤材料，可以做成折叠滤芯，增加了过滤面积，从而使空气流量大大提高。1).滤芯性能：精滤芯滤膜为聚偏二氟乙烯(PVDF)或聚四氟乙烯(PTEE)，在特殊工艺条件下拉伸而成，薄而均匀，孔径小于0.01μm(微生物粒子的大小一般为0.5-2.0μm，细菌最小直径0.3μm，噬菌体直径约0.02μm)，所有杂菌及噬菌体都能被拦截(绝对过滤器)。滤膜的制作采用双层膜结构，可确保万无一失，滤膜通过折叠，一支20英寸的滤芯，其过滤面积达1.3m2。使用状态空气流量可达8m3/min。初始压力降几乎没有。滤膜具有良好耐温性，最高耐温达140℃，蒸汽灭菌时，实际控制120-125℃，滤芯能承受蒸汽的反复灭菌。同时有很强的疏水性，对南方的潮湿空气很有利。滤芯结构图空气除菌设备主要技术参数滤膜材质：聚偏二氟乙烯(PVDF)或聚四氟乙烯(PTEE)；滤芯规格：10英寸、20英寸(内径均为32mm)；过滤面积：0.65m3/10英寸；过滤精度：0.01μm；工作温度：≤80℃；过滤效率：99.9999％；灭菌温度：121±2℃30min/次，160次。2).过滤器结构过滤器的结构如图，由不锈钢外壳和若干支滤芯组成。安装时，先将外壳与管道连接好，然后打开外壳，用自来水将过滤器及管道内杂物冲洗干净后再安装滤芯，最好用润滑剂(甘油)湿润一下空气除菌设备O形密封圈，慢慢装入插座中，防止密封图破损造成空气短路，所有滤芯装入插座后扣上压板固定，最后装上外壳。预过滤器与精过滤器的安装基本一样。国内多家味精厂(如斗门，桂林，石河子等)相继引进了英国DH公司空气过滤系统，用于二级种子罐和200m3发酵罐。武汉味全食品有限公司在谷氨酸发酵生产中，开始引进使用国产的高流过滤器(膜过滤器)。DH过滤器↓↓3).DH空气过滤系统a.设备工艺流程：1-OIL-x-A0(除水预过滤器)和OIL-x-AA(除油预过滤器)：OIL-x预过滤器分G型锁牙式和F型法兰式。其滤材是特殊配方的超细硼硅酸纤维，平均只有0.5μm，在自动排污过程中不会引起压力降的持续升高，其特制的滤材拥有超大容量容尘空间(高达95％)，压降最低，可有效收集并滤除细达0.01μm的油雾。2-H-F-BIO-X(高流空气过滤器)滤芯采用超细硼硅纤维材料，经特殊聚四氟乙烯涂层，同时具备了超细硼硅酸纤维95％容尘空间以及聚四氟乙烯的疏水性和坚韧性。0.01μm绝对过滤精度，100％滤除细菌和噬菌体。3-H-F-SF(高流蒸汽过滤器)用以过滤灭菌用的蒸汽，防止蒸汽中的杂质阻塞滤芯，排除其中尖锐的铁屑刺破滤膜。滤芯材料为折叠式316不锈钢编织网。b.DH空气过滤系统的使用和维护(a).整个空气系统的核心是精滤芯。总空气过滤器滤去大于5μm的粒子，预过滤器滤去大于0.5μm的粒子，对压缩空气进行的这些预过滤，以及对蒸汽的严格灭菌操作，对安装管材的选择等等，均是为了保护精滤芯。在系统安装时也应注意法兰、管道焊接后，应对管道及过滤器内的焊渣进行敲打清除，防止焊渣随空气高速空气除菌设备冲击滤芯造成破损；(b)总空气过滤器和预过滤器不用灭菌，精过滤器6个月左右灭菌一次，灭菌时应严格操作。灭菌前放尽蒸汽中的冷凝水，灭菌温度不超过125℃，保温时间不超过30分钟为宜，同时压力控制在0.1MPa左右。严禁随意升高温度、延长时间，避免损坏高精度的滤芯。灭菌前特别要注意检查压力表和温度汁的精度和是否失灵；

(c).滤芯更换。过滤器两端的压差达0.05MPa时，说明滤芯已堵塞，考虑更换整台过滤器的滤芯。根据多年经验，预滤芯使用1年至1年半更换，精滤芯使用5年左右可考虑更换，而精滤芯上的0形密封圈因老化，2年左右应更换一次；(d).对精过滤器出口空气应定期进行尘埃粒子数检测，超标时应马上灭菌。检测单根膜滤芯，可用DOP测试仪，通过油雾法测试；无菌空气检测仪器DOP测试仪(英国DominickHunter公司)，Y09—9型激光尘埃粒子计数器(苏州苏净集团公司)。c.DH空气过滤系统特点(a).极高的过滤精度，良好的过滤效率，使发酵生产不再因空气系统而染菌，大大减少了经济损失；(b).较强的疏水性。不论是在南方、北方，还是季节的变化，过滤介质不会因空气的潮湿而失效；(c).较小的压力降。减轻了空压机的负荷，可节省用电，同时，提高了入罐空气压力，有利于发酵工艺；(d).体积小，装置简单集中，占地面积小，操作方便。所有设备在维护拆装过程中，几乎不需专用工具，一人即可操作，减轻了劳动强度，提高工效近20倍；(e).蒸汽灭菌次数减少（因介质使用寿命长），灭菌时蒸汽耗量小，仅为棉花过滤器用汽量的5％，节汽95％。一人即可完成灭菌消毒操作，且操作环境得到改善。华药青霉素、链霉素、林可霉素等发酵车间使用膜过滤器数年，取得了十分满意的效果。是空气无菌过滤的理想系统。2).TPF-B型膜过滤装置

由上海核工业第八研究所(现改制更名为上海一鸣过滤技术有限公司)研制开发的。其售价仅为国外同型产品的三分之一。武汉味全食品有限公司曾在原有的空气净化基础上，引进国产的TPF-B型膜过滤装置，进行改造，具体改造方案如下：空气系统前处理工艺不变(除水和除油等)；在原有的棉花总过滤器壳体内部，改装花板后，安装一定数量的、以超细玻璃纤维为过滤介质的滤芯，作总过滤器；拆除原有的纸板预过滤器，代之以原有的金属过滤器(过滤精度0.02μm)，作空气预过滤器；精过滤器由原来的金属过滤器，改为用TPF-