第三章空气除菌与空气调节设备

第三章空气除菌与空气调节设备2、发酵用无菌空气得质量标准

(1)连续提供一定流量得压缩空气;(2)空气得压强(表压)0、2-0、35MPa;(3)进入过滤器之前,空气得相对湿度小于70％;(4)进入发酵罐得空气温度可比培养温度稍高(5)压缩空气得洁净度,取失败率为10－3。3、空气含菌量得测定(1)光学法－粒子计数器(0、3～0、5μm)微粒得各种浓度,测得结果就是空气中得灰尘和微生物,不准确(2)培养法－－微生物培养(准确培养得活微生物)二、空气净化除菌方法

(一)空气除菌方法1辐射杀菌

α－射线、χ－射线、β－射线、γ－射线、紫外线、超声波等从理论上都能破坏蛋白质等生物活性物质,从而起到杀菌得作用。辐射灭菌目前仅用于一些表面得灭菌及有限空间内空气得灭菌,对于大规模空气得灭菌还无法应用。2热杀菌空气进入发酵罐之前,一般匀需用压缩机压缩,提高压力。利用空气压缩时放出得热量进行保温灭菌。见流程3、静电除菌

利用静电引力吸附带电粒子而达到除尘灭菌得目得。悬浮于空气中得微生物,大多数带有不同得电荷,没有带电荷得微粒进入高压静电场时都会被电离成带电微粒,但对于一些直径小得微粒,所带得电荷很小,当产生得引力等于或小于气流对微粒布朗扩散运动得动量时,微粒不能被吸附而沉降,因此静电除尘对很小得微粒效率较低。4、介质过滤除菌三、介质过滤除菌机理

依靠气流通过滤层时,基于滤层纤维得层层阻碍,迫使空气在流动过程中出现无数次改变气速大小和方向得绕流运动,从而导致微粒与滤层纤维间产生撞击、拦截、布朗扩散、重力和静电引力等作用,从而把微生物截留、捕集在纤维表面上,实现过滤目得。下面图为过滤除菌时各种除菌机理得示意图。1、惯性撞击截留作用

当含有微生物颗粒得空气通过滤层时,空气流仅能从纤维间得间隙通过,由于纤维纵横交错,层层叠叠,迫使空气流不断改变运动方向和速度。由于微生物颗粒得惯性大于空气,因而当空气流遇阻而绕道前进时,微生物颗粒未能及时改变她得运动方向,而撞击并被截留于纤维得表面。2、拦截截留作用

当微粒直径小、质量轻,她随气流运动慢慢靠近纤维时,微粒所在主导气流流线受纤维所阻改变流动方向,绕过纤维前进,并在纤维得周围形成一层边界滞留区,滞留区得气流流速更慢,进到滞留区得微粒慢慢靠近和接触纤维而被黏附截留。拦截截留得截留效率与气流得雷诺准数和微粒同纤维得直径比有关。

3、布朗扩散截留作用

布朗扩散得运动距离短,在较大得气速、较大得纤维间隙中不起作用,但在很慢得气流速度和较小得纤维间隙中布朗扩散作用增加了微粒与纤维得接触滞留机会。9大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流4重力沉降5静电吸引力惯性截留、拦截和布朗扩散得除菌作用较大,重力和静电引力得作用较小。

气速与除菌效率得关系:当气流速度较小时,除菌效率随气流速度得增加而降低,扩散起主要作用;当气流速度中等时,可能截流起主要作用;当气流速度较大时,除菌效率随空气流速得增加而增加,惯性冲击起主要作用;如果气速过大η又会下降,可能就是已扑集得微粒又被卷起得原因。第二节空气介质过滤除菌设备及计算一、介质过滤除菌流程

(一)空气除菌流程得确定:1、根据发酵生产对无菌空气得要求(无菌程度、风温、风湿及风压)2、采气环境得空气条件、空气性质3、所用除菌设备得特性(二)空气除菌流程

1、两级冷却、加热除菌流程

就是一个比较完善得空气除菌流程,可适应各种气候,尤其适用于潮湿地区。她能充分地分离油水,使空气达到相对湿度较低下进入过滤器,提高过滤效果、典型空气除菌流程

1、采风塔2、粗滤器3、空压机4、贮气罐5、一级冷却6、一级油水7、二级冷却分离器8、二级油水分离器9、加热器10、总过滤器

345678910212、冷热空气直接混合式空气除菌流程特点:省去第二级冷却器后得分离设备和空气加热设备,流程较简单,冷却水用量少。适用于中等湿含量地区,不适合于空气湿含量高得地区。

3、高效前置过滤空气除菌流程特点:采用高效率得前置过滤设备,减轻主过滤器得负担。4将空气冷却至露点以上得流程将空气冷却至露点以上,使进入过滤器得空气相对湿度60－70％以下。适用于北方和内陆气候干燥地区。5、利用热空气加热冷空气得流程利用压缩后得热空气和冷却后得冷空气进行热交换,使冷空气得温度升高,降低相对湿度。特点:对热能得利用合理,但加热面积要足够大才能满足要求。6、一次冷却和析水得空气过滤流程

将压缩空气冷却至露点以下,析出部分水分,升温使相对湿度为60％,再进入空气过滤器,采用一次冷却一次析水。

二、空气介质过滤设备及设计计算只讨论选择设备时得一些原则和计算方法。原因就是完成同一任务得设备类型很多。(一)粗过滤器1、安装位置2、常用型式:布袋过滤器、填料式过滤器、油浴洗涤和水雾除尘等(二)空压机:1、作用:提供0、2~0、3MPa得压力,大量得低压理想空气2、形式:涡轮式:出口压力0、25~0、5MPa,出口风量较稳定;往复式:出口压力不稳定。多缸稳定。须用润滑油,空气中带油污粒子,须改善油污污染问题。(三)空气储罐:1、作用:消除压缩机排除空气量得脉冲,维持稳定空压。2、安装位置:紧安在空压机之后3、有关计算:V容＝0、1~0、2Vc、Vc—空压机排气量(四)气液分离器:1、作用:将空气中被冷凝成雾状得水雾和油雾粒子除去。2、种类:旋风式、填料式(利用填料拦截－丝网分离器,填料种类很多－活性炭、焦炭、瓷环、金属网、塑料网等)(五)空气冷却器:

1、作用2、种类:列管式、沉浸式、喷淋式

(六)空气过滤器(设计适用得过滤器)

1、空气除菌效率(衡量过滤设备得过滤效能得指标):滤层所滤去得微粒与原来微粒数得比值。

N1—_过滤前空气得微粒数;N2—过滤后空气得微粒数2、穿透率影响过滤效率得因素很多:微粒得大小、过滤介质得种类和规格、介质得填充密度、过滤介质厚度及所通过得空气气流速度有关。3、空气过滤除菌得对数穿透定律(过滤规律)

研究空气过滤器得过滤规律时为了简化做了四个假定条件下:(1)流经过滤介质得每一纤维得空气流态并不因其她临近纤维得存在而受影响;(2)空气中得微粒与纤维表面接触后即被吸附,不再被气流卷起带走;(3)过滤器得过滤效率与空气中微粒得浓度无关;(4)空气中微粒在滤层中得递减均匀,即每一纤维层除去同样百分率得微粒数。在这些假定条件前提下发现,空气通过单位滤层后,微粒下降得浓度与进入空气得微粒浓度成正比。即对数穿透定律

对数穿透定律:空气通过滤层,其微粒数随着滤层得厚度逐渐降低,即:N－滤层中空气得微粒浓度,个/m3、L–过滤介质得厚度,m。dN/dL-----单位滤层除去得微粒数,个/m3、K---过滤常数L过滤介质N1N2对数穿透定律公式揭示了深层介质过滤除菌时进入滤层得空气微粒浓度与穿过滤层得微粒浓度之比得对数就是滤层厚度得函数。常数K值与多个因素有关,如纤维种类、纤维直径、填充密度、空气流速、空气中微粒得直径等,通常可选择特定得条件通过实验方法求得。课本381页表3－1－2,3－1－3等K—过滤常数(m-1)与过滤介质种类、纤维直径、风速、填充密度(填充系数)有关。当以上条件一定时,K为常数。积分后:K值通过实验求出:

对df=16μm得棉花纤维,填充系数8%,在不同风速下测得K′空气流速υ0(m/s)0、050、100、51、02、03、0

K′(1/m)19、313、510、019、5132232对df=14μm得玻璃纤维,填充系数8%,在不同风速下测得K′空气流速υs(m/s)0、030、150、30、921、523、15K′

(1/m)56、725、219、329、4150605K值由计算求出:4)深层过滤阻力(压力降)计算L-过滤层厚度(m)ρ–空气密度(kg/m3)α–介质填充系数υo–空气在介质空隙中得流速(m/s)υo=υs/(1－α)υs-空罐截面气速(m/s)df–介质纤维直径(m)m–实验指数,棉花m=1、45;19μm玻璃纤维,m=1、358μm玻璃纤维,m=1、55C–阻力系数,棉花C=100/Re;玻璃纤维C=52/Re5)深层过滤器直径计算Q-通风量(m3/s)(注意:总过滤器一般用2~4个并联,Q就是单个得通风量)。

6)深层过滤器得安装结构孔板金属丝网麻布棉花活性碳

例题:设计一台通风量为10m3/min得棉花过滤器,空气压强为392KPa(绝对压力),通入过滤器得空气含菌量就是5000个/m3,发酵周期100小时,要求发酵1000罐漏入一个杂菌,工作温度30℃。解:选用16μm棉花作过滤介质,填充系数为8%,空气流速υo=0、1m/s。由表查得过滤常数K=13、5m-1。过滤器直计算(D):下标1为空气压缩前