無菌空氣的制備課件

無菌空氣的制備1無菌空氣的制備1耗氧微生物在繁殖培養(yǎng)過程中都需要氧氣，通常以空氣作為氧源。但空氣中含各種各樣的微生物，會隨著空氣進入車間中，在適宜的條件下，大量繁殖，消耗營養(yǎng)物質(zhì)，產(chǎn)生代謝產(chǎn)物，干擾甚至破壞車間的正常運行，使工作效率降低，產(chǎn)量下降，甚至造成車間生產(chǎn)失敗等。因此空氣的除菌成為車間工作的一個重要環(huán)節(jié)。2耗氧微生物在繁殖培養(yǎng)過程中都需要氧氣，通常以空氣作

醫(yī)藥工業(yè)應(yīng)用的“無菌空氣”是指通過除菌處理使空氣中含菌量降低在一個極低的百分數(shù)，從而能控制發(fā)酵污染至極小機會，此種空氣稱為“無菌空氣”。3醫(yī)藥工業(yè)應(yīng)用的“無菌空氣”是指通過除菌處理

第一節(jié)空氣中的微生物和除菌方法一空氣中的微生物種類及分布

空氣中微生物的含量和種類，隨地區(qū)、季節(jié)和空氣中灰塵粒子多少，以及人們的活動情況而異:含量：1)北方氣候干燥，寒冷，空氣中的含菌量較少；南方溫暖、濕潤，空氣中的含菌量較多；2)離地面越高，含菌量越少；3)一般每升高10米，空氣中的含菌量就降低一個數(shù)量級；4第一節(jié)空氣中的微生物和除菌方法一空氣中的微生4)城市的空氣中含菌量較多，農(nóng)村的空氣中含菌量較少。就種類而言，空氣中的微生物種類以細菌、細菌芽胞和霉菌孢子較多，也有酵母、霉菌和病毒。微生物大小不一，一般附著在空氣中的灰塵上或霧滴上。各地空氣中所懸浮的微生物種類及比例各不相同，數(shù)量也隨條件的變化而異，一般設(shè)計時以含量為10-3~10-4個/m3進行計算。54)城市的空氣中含菌量較多，農(nóng)村的空氣中含菌量較少。51、好氣性發(fā)酵過程中需要大量的無菌空氣，空氣要作到絕對無菌在目前是不可能的，也是不經(jīng)濟的。2、不同的發(fā)酵，由于所采用菌種的生長能力強弱、生長速度的快慢、分泌物的性質(zhì)、發(fā)酵周期的長短、培養(yǎng)物的營養(yǎng)成分和PH值的差異，對所用的無菌空氣的無菌程度有不同的要求。

二、發(fā)酵對空氣無菌程度的要求61、好氣性發(fā)酵過程中需要大量的無菌空氣，空氣要作到絕對無菌在i如酵母，培養(yǎng)基是以糖源為主，有機氮比較少，它能利用無機氮源、要求的pH值較低，在低pH值下，一般細菌較難繁殖，而酵母的繁殖速度又較快，在繁殖過程中能抵抗少量的雜菌影響，因而對無菌空氣的要求不如氨基酸、液體曲、抗生素發(fā)酵那么嚴格。ii氨基酸與抗生素發(fā)酵因周期長短的不同，對無菌空氣的要求也不同。7i如酵母，培養(yǎng)基是以糖源為主，有機氮比較少，它能利用無機氮通常細菌繁殖一代只需20-30min，如果發(fā)酵過程中進入一個細菌，則繁殖15h后，可達到109（10億)個。則大量的雜菌就使發(fā)酵受到嚴重干擾或失敗，故是以進入1-2個雜菌即失敗作為依據(jù)的。8通常細菌繁殖一代只需20-30min，如果發(fā)酵3）無菌要求：在發(fā)酵過程中不因空氣染菌而造成損失。一般要求1000次使用周期中只允許有一個菌通過，即經(jīng)除菌后空氣的無菌程度為N=10-3。93）無菌要求：在發(fā)酵過程中不因空氣染菌而造成損失。94）空氣含菌量測定難以準確測定，一般采用培養(yǎng)法和光學(xué)法。目前我國采用Y-09－1型粒子計數(shù)器，是利用微粒對光線散射作用來測量粒子大小和數(shù)量的?？偩鷶?shù)的測定；重疊細菌則難以測準。104）空氣含菌量測定10

空氣除菌就是除去或殺滅空氣中的微生物。破環(huán)生物體活性的方法較多，如輻射殺菌、加熱殺菌、化學(xué)藥物殺菌，都是將有機體蛋白質(zhì)變性而破壞其活力。而靜電吸附和介質(zhì)過濾的方法是把微生物的粒子用分離方法除去。

三、空氣的除菌方法

工業(yè)發(fā)酵所需的無菌空氣要求高，用量大，故選擇運行可靠、操作方便、設(shè)備簡單、節(jié)省材料和減少動力消耗的有效除菌方法。11空氣除菌就是除去或殺滅空氣中的微生物。三、空氣

理論上，聲能、高能陰極射線、X射線、γ射線、β射線、紫外線等都能破壞蛋白質(zhì)活性而起殺菌作用。但具體的殺菌機理研究比較少，了解得較多的是紫外線殺菌，紫外線波長為2537-2650à時殺菌效力最強，它的殺菌力與紫外線的強度成正比，與距離的平方成反比。紫外線通常用于無菌室、醫(yī)院手術(shù)室等空氣對流不大的環(huán)境下殺菌。但殺菌效率較低，殺菌時間較長，一般要結(jié)合甲醛蒸汽消毒或苯酚噴霧等來保證無菌室較高的無菌程度。1.輻射殺菌12理論上，聲能、高能陰極射線、X射線、γ射線、γ射線源

13γ射線源

13

熱殺菌是有效的、可靠的殺菌方法，但是如果采用蒸汽或電熱來加熱大量的空氣，以達到殺菌目的，則需要消耗大量的能源和增設(shè)大量的換熱設(shè)備，這是不經(jīng)濟的。

2．熱殺菌14熱殺菌是有效的、可靠的殺菌方法，但是如果采用蒸1515

空氣進口溫度為21℃，空氣的出口溫度為187-198℃，壓力為0.7MPa。從壓縮機出口到空氣貯罐段管道加保溫層進行保溫，使空氣達到高溫后保持一段時間，保證微生物死亡。圖4-1為利用空氣壓縮時放出的熱量進行保溫殺菌

16空氣進口溫度為21℃，空氣的出口溫度為187-198為了延長空氣的高溫時間，防止空氣在貯罐中走短路，最好在貯罐內(nèi)加裝導(dǎo)簡。采用熱殺菌裝置時，還應(yīng)裝有空氣冷卻器，并排除冷凝水，以防止在管道設(shè)備死角積聚而造成雜菌繁殖的場所。2)在進入發(fā)酵罐前應(yīng)加裝分過濾器以保證安全;采用該系統(tǒng)壓縮機能量消耗會相應(yīng)增大，壓縮機耐熱性能要增加，其零部件也要選用耐熱材料。17為了延長空氣的高溫時間，防止空氣在貯罐中走短路，最好在貯罐內(nèi)1818

常用于潔凈工作臺、潔凈工作室所需無菌無塵空氣的第一次除塵，配合高效過濾器使用。3．靜電除菌原理:利用靜電引力吸附帶電粒子而達到除菌除塵的目的。懸浮于空氣中的微生物、微生物孢子大多帶有不同的電荷,沒有帶電荷的微粒在進入高壓靜電場時都會被電離變成帶電微粒。

但對于一些直徑很小的微粒，它所帶的電荷很小，當產(chǎn)生的引力等于或小于氣流對微粒的拖帶力或微粒布朗擴散運動的動量時，則微粒就不能被吸附而沉降，所以靜電除塵對很小的微粒效率較低。19常用于潔凈工作臺、潔凈工作室所需無菌無塵空氣的第

是目前發(fā)酵工業(yè)中經(jīng)濟實用的空氣除菌方法，是采用定期滅菌的介質(zhì)來阻截流過空氣所含的微生物，而取得無菌空氣的。常用的過濾介質(zhì)有棉花、活性炭或玻璃纖維、有機合成纖維、有機、無機和金屬燒結(jié)材料等。4．過濾除菌法

當過濾介質(zhì)孔隙小于或大大小于被過濾的微粒直徑時，通常稱為絕對過濾（膜過濾）。膜過濾：是利用微孔濾膜，其空隙小于0.5μm，甚至小于0.1μm。20是目前發(fā)酵工業(yè)中經(jīng)濟實用的空氣除菌方法，是采用定第二節(jié)空氣的過濾除菌原理和過濾介質(zhì)一、空氣過濾除菌的原理深層過濾：以棉花、玻璃纖維、活性炭為過濾介質(zhì)。

介質(zhì)間空隙大于微生物，如棉花纖維直徑16-20m，充填系數(shù)為8%時，所形成的網(wǎng)格空隙為20-50m。

介質(zhì)過濾是以大空隙的介質(zhì)過濾層除去較小顆粒，這顯然不是面積過濾（即不是絕對過濾），而是一種滯留現(xiàn)象。這種滯留現(xiàn)象是由多種作用機制構(gòu)成的，主要有慣性碰撞、阻截、布朗運動、重力沉降和靜電吸引等。21第二節(jié)空氣的過濾除菌原理和過濾介質(zhì)一、空氣過濾除菌的原理1）慣性沖擊滯留作用

當微生物等顆粒隨空氣以一定速度流動，在接近纖維時，氣流碰到纖維而受阻，空氣就改變運動方向繞過纖維繼續(xù)前進。但微生物等顆粒由于具有一定質(zhì)量，在以一定速度運動時具有一定慣性，碰到纖維時，由于慣性作用而離開氣流碰到纖維表面上，由于摩擦、粘附作用，被滯留在纖維表面上。這種現(xiàn)象稱作

慣性沖擊滯留作用介質(zhì)除菌原理221）慣性沖擊滯留作用當微生物等顆粒隨空氣以232324242525262627272828292930303131當氣流速度達到一定時，慣性沖擊滯留作用是介質(zhì)過濾的主要作用在一定條件下（微生物微粒直徑、纖維直徑、空氣溫度），改變氣流的速度就是改變微粒的運動慣性力。當氣流速度下降時，微粒的運動速度也下降，動量減小，慣性力下降，微粒脫離主導(dǎo)氣流的可能性也減小，相應(yīng)纖維滯留微粒的寬度較小，即捕獲效率下降。介質(zhì)除菌原理32介質(zhì)除菌原理322）攔截滯留作用

當氣流速度在臨界速度以下，顆粒不再由于慣性碰撞而滯留。但是，顆粒質(zhì)量很小，在氣流繞過纖維時，顆粒仍然隨氣流運動，在氣流速度低時，在纖維周邊形成一層邊界滯留區(qū)，在滯流區(qū)內(nèi)氣流速度更慢，進入滯留區(qū)的顆粒緩慢接近纖維，并與之接觸，由于摩擦、粘附作用而被滯留。這就是阻截（攔截）滯留作用介質(zhì)除菌原理332）攔截滯留作用當氣流速度在臨界速度以下，顆粒不再由

在介質(zhì)過濾除菌中并非主要作用（因在實際過濾中氣流速度不可能很慢）攔截滯留作用對微粒的捕獲效率2與氣流的雷諾準數(shù)和微粒與纖維的直徑比相關(guān)介質(zhì)除菌原理34在介質(zhì)過濾除菌中并非主要作用（因在實際過濾中氣流速度不353536363737383839394040414142423）布朗運動

直徑小于1m的微粒在很慢的氣流中能產(chǎn)生一種不規(guī)則的直線運動，即布朗運動。使較小的顆粒凝聚為較大顆粒，隨即可能產(chǎn)生重力沉降或被過濾介質(zhì)截留；氣流速度大時，凝聚現(xiàn)象為慣性碰撞所取代介質(zhì)除菌原理433）布朗運動直徑小于1m的微粒在很慢的氣流中能產(chǎn)生444445454646474748484）重力沉降作用再小的微粒也有重力；當微粒所受的重力大于氣流對它的拖帶力時，微粒就會沉降。對于小顆粒而言，只有在氣流速度很慢時才起作用。一般它是與攔截作用相配合的，即在纖維的邊界滯留區(qū)內(nèi)，微粒的沉降作用提高了攔截滯留的捕獲效率。介質(zhì)除菌原理494）重力沉降作用再小的微粒也有重力；介質(zhì)除菌原理495）靜電吸引作用許多微生物和孢子都帶有電荷具有一定速度的氣流通過介質(zhì)濾層時，由于摩擦作用而產(chǎn)生誘導(dǎo)電荷當菌體所帶電荷與介質(zhì)電荷相反時，即發(fā)生靜電吸附作用介質(zhì)除菌原理505）靜電吸引作用許多微生物和孢子都帶有電荷介質(zhì)除菌原5151二、介質(zhì)過濾效率

濾層所濾去的微粒數(shù)與原有微粒數(shù)之比稱為過濾效率，用表示，是衡量過濾設(shè)備過濾能力的指標。=

N0－NN0=1－NN0=1－PN0—過濾前空氣中的微粒含量（個）；N—過濾后空氣中微粒含量（個）；N/N0—過濾后過濾前空氣中微粒數(shù)的比值，稱為穿透率P52二、介質(zhì)過濾效率濾層所濾去的微粒數(shù)與原有微粒數(shù)之比稱

空氣過濾器的過濾效率主要與微粒的大小、過濾介質(zhì)的種類和規(guī)格（纖維直徑）、介質(zhì)的填充密度、過濾介質(zhì)層厚度以及所通過的空氣氣流速度等因素有關(guān)。

在一定條件下（包括氣流速度、溫度、介質(zhì)種類、填充密度、雜菌種類等），通過單位高度介質(zhì)層后，雜菌濃度的下降量與進入此介質(zhì)層的雜菌量成正比。即：dN/dL=－KN0dN/dL—單位濾層所除去的微粒數(shù)（個/cm）；L—濾床厚度（cm）；K—過濾常數(shù)或除菌常數(shù)（cm－1）53空氣過濾器的過濾效率主要與微粒的大小、過濾介上式整理并積分，可得：lnNN0=－KL對數(shù)穿透定律—表示進入濾層的微粒數(shù)與穿透濾層微粒數(shù)之比的對數(shù)是濾層厚度的函數(shù)。L=

1KlnN0NN0—過濾前空氣中的微粒含量（個）；N—過濾后空氣中微粒含量（個）；K—過濾常數(shù)或除菌常數(shù)（cm－1）54上式整理并積分，可得：lnN=－KL對數(shù)穿透定律—表示進常數(shù)K值與氣流速度、纖維直徑、介質(zhì)填充密度以及空氣中顆粒大小等有關(guān)。K值可通過實驗測得，也可通過計算求得。若令N=0，則L=∞，事實上也不可能；一般取N=0.001對數(shù)穿透定律表達式說明介質(zhì)過濾不能長期獲得100%的過濾效率，即經(jīng)過濾的空氣不是長期無菌，只是延長空氣中帶菌微粒在過濾器中滯留的時間。過濾介質(zhì)使用時間長，滯留的帶菌微粒就有可能穿過。所以過濾器必須定期滅菌。55常數(shù)K值與氣流速度、纖維直徑、介質(zhì)填充密度以及空氣中顆三、影響介質(zhì)過濾效率的因素1）纖維直徑介質(zhì)過濾效率與介質(zhì)纖維直徑關(guān)系很大，在其他條件相同時，介質(zhì)纖維直徑越小，過濾效率越高。2）介質(zhì)填充厚度3）介質(zhì)填充密度增加填充密度，可提高過濾效率4）空氣流速在空氣流速很低時，過濾效率隨氣流速度增加而降低；當氣流速度增加到臨界值后，過濾效率隨氣流速度增加而提高。56三、影響介質(zhì)過濾效率的因素1）纖維直徑介質(zhì)過濾效率與介質(zhì)纖維57575858四、提高過濾除菌效率的措施1、減少進口空氣的含菌量2、設(shè)計和安裝合理的空氣過濾器，選用除菌效率高的過濾介質(zhì)3、設(shè)計合理的空氣預(yù)處理設(shè)備，以除去油、水雜質(zhì)4、降低空氣的相對濕度，避免過濾介質(zhì)潮濕59四、提高過濾除菌效率的措施59第三節(jié)空氣過濾除菌的工藝技術(shù)一、對空氣的要求

無菌、干燥、有一定的溫度，一定的壓力二、空氣的預(yù)處理1、提高壓縮前空氣的潔凈度：高空取氣、空氣吸口設(shè)置過濾器2、去除壓縮后空氣中所帶的油和水60第三節(jié)空氣過濾除菌的工藝技術(shù)一、對空氣的要求60

空氣

高空取氣管前過濾空氣壓縮機

冷卻器貯氣罐油水分離器加熱器

空氣過濾器

無菌空氣空氣過濾除菌的工藝過程61空氣過濾除菌的工藝過程61汽車空調(diào)空氣過濾器空調(diào)過濾網(wǎng)1、粗過濾器62汽車空調(diào)空氣過濾器空調(diào)過濾網(wǎng)1、粗過濾器62粗過濾器作用：主要是捕集較大的灰塵顆粒型式：

布袋式過濾器、油浴洗滌過濾器水霧除塵過濾器、填料式過濾器旋風分離式過濾器等要求：過濾效率高，阻力?。ㄗ枇Υ髣t增加空壓機的吸入負荷，降低壓縮空氣的排出量）大氣中的微生物多依附于塵埃顆粒上；高度每上升10米，微生物量通常下降一個數(shù)量級，因此，有條件的盡可能高空取氣。63粗過濾器作用：主要是捕集較大的灰塵顆粒型式：要求：過濾效率高將濾布縫制成與骨架相同形狀的布袋，繃緊縫于焊接在進風口的骨架上。多用毛質(zhì)絨布或合成纖維濾布；濾布應(yīng)定期更換。結(jié)構(gòu)簡單，過濾效率高；但過濾阻力大布袋式過濾器64將濾布縫制成與骨架相同形狀的布袋，繃緊縫于焊接在進風口的骨架油浴洗滌過濾器空氣通過油箱中的油層洗滌，空氣中的微粒被油黏附而逐漸沉降于油箱底部而被除去。百葉窗式的圓盤可分離大滴油霧，過濾網(wǎng)分離小顆粒油霧。效果好；但耗油多65油浴洗滌過濾器空氣通過油箱中的油層洗滌，空氣中的微粒被油黏附水霧除塵過濾器空氣從設(shè)備底部進口管吸入，經(jīng)裝置上部噴下的水霧洗滌，空氣中的灰塵、微生物微粒被黏附沉降，從器底排出。空氣流速1-3m/s，太高則帶入水霧太多，降低空壓機的排氣量。66水霧除塵過濾器空氣從設(shè)備底部進口管吸入，經(jīng)裝置上部噴下的水霧2、空氣貯罐大?。?/p>

應(yīng)和空壓機的排氣量相配套V=0.1～0.2WV---貯罐容積,m3W---排氣量,m3/min作用：

消除空壓機排出空氣量的脈動維持穩(wěn)定的壓力分離部分油水672、空氣貯罐大?。鹤饔茫?7空氣貯罐68空氣貯罐683、空氣壓縮空氣壓縮機離心式通風機羅茨鼓風機693、空氣壓縮空氣壓縮機69離心式通風機70離心式通風機70通風制曲流程圖通風機71通風制曲流程圖通風機71羅茨鼓風機72羅茨鼓風機72空氣壓縮機(aircompressor)簡介型式:

有多種，發(fā)酵工業(yè)通常用的多為往復(fù)式壓縮;分立式和臥式風量：

＜10m3/min為小型10～40m3/min為中型＞40m3/min屬大型73空氣壓縮機(aircompressor)簡介型式小型空壓機74小型空壓機7475757676大型空壓機77大型空壓機7778787979排出壓力：

一般2～4kg/cm2工作的基本原理：打氣筒如何工作？空壓機的壓縮過程是依靠汽缸內(nèi)的活塞作往復(fù)運動而進行的（故稱往復(fù)式）其工作過程分3步：吸氣→壓縮→排氣80排出壓力：一般2～4kg/cm2工作的基本原理：打氣筒◆

活塞來回一次，完成一次工作循環(huán)

（吸氣→壓縮→排氣）◆

沖程：活塞每來或回一次的距離◆

余隙：在實際壓縮過程中，活塞并不壓到汽缸的最底部；一般占汽缸總體積的3～8%?！?/p>

氣缸冷卻：水冷和風冷；水冷更常用81◆活塞來回一次，完成一次工作循環(huán)◆沖程：活塞每來或回多級壓縮：

要得到壓力較高的壓縮空氣，單靠一級壓縮是不能完成的；

因氣體被壓縮會產(chǎn)生大量的熱，氣體溫度上升；

氣體的壓縮比（氣體壓縮后與壓縮前的壓力比）愈大，則氣體的溫度上升越高；82多級壓縮：82

當壓力比達到一定數(shù)值時，氣體的溫度達到壓縮機潤滑油的閃點（200～240℃），潤滑油被燒成炭渣。

同時，氣體溫度越高，所消耗的動能也越大。

在多級壓縮中，每級的壓力比都較低，逐級提高壓力比；

而且在每級壓縮后，有級間冷卻器把前一級壓縮的氣體冷卻到第一級吸入時的溫度，故消耗功率低。83

當壓力比達到一定數(shù)值時，氣體的溫度達到壓縮機潤滑油的閃點（摩托單缸84摩托單缸84汽車四缸85汽車四缸85汽車六缸86汽車六缸86曲軸(crankshaft)87曲軸(crankshaft)87曲軸帶動活塞工作88曲軸帶動活塞工作884、空氣冷卻器894、空氣冷卻器89

空氣的壓縮過程可近似地看作絕熱壓縮過程，壓縮后的空氣溫度與被壓縮的程度有關(guān)T2=P2P1T1k－1kT1,T2—壓縮前、后空氣的熱力學(xué)溫度（K）;P1,P2—壓縮前、后空氣的絕對壓強（Pa）;k—絕熱指數(shù)，空氣為1.4若壓縮為多變過程，則可用多變指數(shù)m(空氣可取1.2-1.3)代替式中的絕熱指數(shù)k。90空氣的壓縮過程可近似地看作絕熱壓縮過程，壓縮后的空氣例如：

20℃的空氣由1×105Pa被壓縮到4×105Pa，且m=1.3，求壓縮空氣的溫度。解：T=(273+20)

4×1051×1051.3－11.3=403Kt=403－273=130℃如果壓縮比更大，則壓縮空氣的溫度更高。91例如：解：T=(273+20)4×1051×105

過高溫度的壓縮空氣如果直接進入空氣過濾器，有可能引起過濾介質(zhì)的炭化或燃燒；且增大了發(fā)酵罐的降溫負荷；高溫空氣還會增加發(fā)酵液水分的蒸發(fā)，影響微生物的生長。冷卻器類型：

立式列管式熱交換器沉浸式熱交換器噴淋式熱交換器92過高溫度的壓縮空氣如果直接進入空氣過濾器，有可能列管式空氣冷卻器93列管式空氣冷卻器935、氣液分離器作用：

分離空氣中被冷凝成霧狀的水霧和油霧945、氣液分離器作用：94大氣中總含有一定量的水分，并以氣態(tài)存在。=

PWPS空氣中的水蒸氣分壓與同溫度下的飽和蒸汽壓之比，稱為相對濕度或相對濕含量?！鄬穸?PW—空氣中水蒸氣分壓(Pa);PS—相同溫度下水的飽和蒸汽壓(Pa)95大氣中總含有一定量的水分，并以氣態(tài)存在。=PW空氣中的1）當空氣中的水蒸氣過多，超過飽和度（相對濕度100%）時；2）或在空氣冷卻至露點以下時

空氣中的水蒸氣才會形成水滴析出

夜間空氣溫度降低時，空氣中的水分會有一部分析出，形成露水或霜。這說明在水蒸氣含量不變的情況下，由于溫度的降低，能夠使空氣中原來未達飽和的水蒸氣可變成飽和蒸氣，多余的水分就會析出。測得露點溫度，就可以從水蒸氣的飽和含量表中查得其水蒸氣含量。由于溫度降低過程中水蒸氣含量并沒有改變，因此，測定露點實際上就是測定了空氣中的絕對濕度。如果露點越低，表示空氣中的水分含量越少。使水蒸氣達到飽和時的溫度就叫作露點。961）當空氣中的水蒸氣過多，超過飽和度（相對濕度100%）時；露點儀97露點儀97單位質(zhì)量干空氣中所含有水蒸氣的質(zhì)量稱作空氣的濕含量或絕對濕含量。在空氣濕含量不變的條件下，可導(dǎo)出：2=1Ps1P2Ps2P11、2—原空氣、壓縮空氣的相對濕度；Ps1、Ps2—原空氣、壓縮空氣溫度下的飽和蒸汽壓；P1、P2—原空氣、壓縮空氣的壓力98單位質(zhì)量干空氣中所含有水蒸氣的質(zhì)量稱作空氣的濕含量或絕對濕含

壓縮后空氣的相對濕度2除了與原始空氣的相對濕度1、溫度T1（決定Ps1值）及壓力P2有關(guān)外，也和壓縮后的溫度T2（決定Ps2值）有關(guān)。這一點對空氣除菌是不利的，因為壓縮后的空氣必須冷卻，而冷卻后的空氣相對濕度將增加，很有可能達到飽和而有水滴析出，從而打濕空氣過濾介質(zhì)。空氣在壓縮后濕含量不變，在其未經(jīng)冷卻時，由于溫度很高，所以相對濕度很小，但當其冷卻時，相對濕度急劇增大。

若將壓縮后的空氣冷卻到原始氣溫，即T2=T1,Ps2=Ps1時，壓縮空氣的相對濕度2僅與壓縮后的壓力P2有關(guān)，如壓縮比(P2/P1)增大多少倍，相對濕度(2/1)也增大多少倍。99壓縮后空氣的相對濕度2除了與原始空氣的相對濕度1氣液分離器型式：

旋風分離器絲網(wǎng)分離器100氣液分離器型式：100旋風分離器101旋風分離器101總的要求：1）旋風分離器的直徑不可過大

因氣流旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力與分離器的直徑成反比；若空氣流量很大，可采用并聯(lián)方式2）進口的氣流速度要適當

離心力與氣流速度的平方成正比；速小，分離效果差；速過大，則能量損失多一般采用氣流速度15～25m/s；排氣出口4～8m/s原理：利用氣流從切線方向進入容器，在容器內(nèi)形成旋轉(zhuǎn)運動時產(chǎn)生的離心力場來分離重度較大的微粒。102總的要求：原理：102優(yōu)缺點：旋風分離器結(jié)構(gòu)簡單，制造方便；對分離10m以上的微粒效率較高，但對10m以下的微粒比較困難。103優(yōu)缺點：103絲網(wǎng)分離器104絲網(wǎng)分離器104絲網(wǎng)分離器原理：利用填料的慣性攔截優(yōu)點：由于絲網(wǎng)的表面間隙小，可除去較細小的霧狀微粒，分離效率可達98-99%填料：

不銹鋼絲，塑料絲0.1-0.4mm105絲網(wǎng)分離器原理：利用填料的慣性攔截優(yōu)點：填料：不銹鋼絲，塑6、空氣總過濾器（介質(zhì)層過濾器）1066、空氣總過濾器（介質(zhì)層過濾器）106

結(jié)構(gòu)107結(jié)構(gòu)107常用的過濾介質(zhì)：4）玻璃纖維紙：利用高質(zhì)量的無堿玻璃采用噴制法制成的孔隙率1–1.5m的濾紙1）棉花

宜選用纖維細長、疏松的新棉花2)活性炭

3mm,長5–10mm,圓柱狀，有較大的表面積，通過物理吸附作用而吸附微生物。3）玻璃纖維

8–19m活性炭玻璃纖維108常用的過濾介質(zhì)：4）玻璃纖維紙：利用高質(zhì)量的無堿玻璃采用噴制介質(zhì)充填流程：

孔板→鐵絲網(wǎng)（30–40目）→麻布→棉花→活性炭→麻布→棉花→麻布→鐵絲網(wǎng)→孔板充填要求：

棉花密度150–200kg/m3活性炭層占1/2～1/3疏密均勻109介質(zhì)充填流程：充填要求：109夾套的作用是消毒時對過濾器介質(zhì)加熱。但要小心控制，若溫度過高，易使棉花焦化，局部喪失過濾效能?？諝鈴那芯€方向進入，從上部排出過濾器上方裝有安全閥；底部有排污口110夾套的作用是消毒時對過濾器介質(zhì)加熱?？諝鈴那芯€方6、分過濾器一般每個發(fā)酵罐和種子罐都各配有一個分空氣過濾器通常用平板式纖維紙過濾器1116、分過濾器一般每個發(fā)酵罐和種子罐都各配有一個分空氣過超細纖維紙分過濾器112超細纖維紙分過濾113113114114115115三、典型的空氣除菌流程（1）將空氣冷卻至露點以上的流程適用范圍：氣候干燥地區(qū)116三、典型的空氣除菌流程（1）將空氣冷卻至露點以上的流程116（2）一次冷卻一次析水的空氣預(yù)處理流程

適用范圍：空氣濕含量較大地區(qū)117（2）一次冷卻一次析水的空氣預(yù)處理流程

適用

（3）高空采風、兩次冷卻、兩次分油水、適當加熱流程

特點：兩次冷卻、兩次分油水、適當加熱?？諝獾谝淮卫鋮s到30～35℃，第二級冷卻至20～25℃，經(jīng)分水后加熱到30～35℃，因為溫度升高，相對濕度下降。118（3）高空采風、兩次冷卻、兩次分油水、適當加熱流程119119120120是一個比較完善的空氣除菌流程，它可適應(yīng)各種的氣候條件，能充分的分離空氣中含有的水分，使空氣在低的相對濕度下進入過濾器，提高過濾效率。該流程的特點是：兩次冷卻、兩次分離、適當加熱。兩次冷卻、兩次分離油水的好處是：能提高傳熱系數(shù)，節(jié)約冷卻用水；油水霧分離得比較完全。121是一個比較完善的空氣除菌流程，它可適應(yīng)各種的氣候條件，能充分1.經(jīng)第一次冷卻后，大部分的水、油都已結(jié)成較大的霧粒，且霧粒濃度比較大，故適宜用旋風分離器分離。2.第二冷卻器使空氣進一步冷卻后析出一部分較小的霧粒，宜采用絲網(wǎng)分離器分離，發(fā)揮絲網(wǎng)能夠分離較小直徑的霧粒和分離效果高的作用。1221.經(jīng)第一次冷卻后，大部分的水、油都已結(jié)成較大的霧粒，且霧3.經(jīng)二次分離的空氣帶的霧沫就較少，兩級冷卻可以減少油膜污染對傳熱的影響。4.若采用低溫的地下水，可采用串聯(lián)來減少冷卻水用量。在沒有低溫地下水時，第二級可采用冰水冷卻，通常第一級冷卻到30一35℃，第二級冷都到20-25℃。除水后，空氣的相對濕度還是l00％，可用加熱的辦法把空氣的相對濕度降到50一60％。1233.經(jīng)二次分離的空氣帶的霧沫就較少，兩級冷卻可以減少油膜污（4）利用熱空氣加熱冷空氣的流程

適用范圍：空氣濕含量中等地區(qū)124（4）利用熱空氣加熱冷空氣的流程

適用范圍（5）冷熱空氣直接混合式空氣除菌流程125（5）冷熱空氣直接混合式空氣除菌流程125

(6)高效前置過濾除菌流程(無菌程度高)１—高效前置過濾器，２—壓縮機，３—貯罐，４—冷卻器，５—絲網(wǎng)分離器，６—加熱器，７—總過濾器126(6)高效前置過濾除菌流程(無菌程度高)１—高１.它是利用壓縮機的抽吸作用，使空氣先經(jīng)中效、高效過濾后，進入空氣壓縮機。經(jīng)高效前置過濾器后，空氣的無菌程度已達99.99％，再經(jīng)冷卻、分離，經(jīng)主過濾器過濾后，空氣的無菌程度就更高，以保證發(fā)酵的安全。２.高效前置過濾器采用泡沫塑料(靜電除菌)、超細纖維紙為過濾介質(zhì)，串聯(lián)使用。127１.它是利用壓縮機的抽吸作用，使空氣先經(jīng)中效、高效過濾后，進

如圖所示是由壓縮機、貯罐、空氣冷卻器和過濾器組成的空氣除菌流程。但它只能適用于那些氣候寒冷，相對濕度很低的地方，或相應(yīng)的季節(jié)。128如圖所示是由壓縮機、貯罐、空氣冷卻器和過濾器組成

由于空氣的溫度低，經(jīng)壓縮后它的溫度也不會升高很多，特別是空氣的相對濕度低，空氣中絕對濕含量很小。

129由于空氣的溫度低，經(jīng)壓縮后它的溫度也不會升高很多對空氣除菌流程的要求流程的制訂就根據(jù)所在的地理、氣候環(huán)境和設(shè)備條件而考慮。如在環(huán)境污染比較嚴重的地方，要考慮改變吸風的條件，以降低過濾器的負荷；在溫暖潮濕的南方，要加強除水設(shè)施，以發(fā)揮過濾器的最大除菌效率；在壓縮機耗油嚴重的設(shè)備流程中則要加強消除油霧的污染等。130對空氣除菌流程的要求流程的制訂就根據(jù)所在的地理、氣候環(huán)境和設(shè)2.空氣被壓縮即放出內(nèi)能而使溫度升高，必需將其迅速冷卻，以減少壓縮機的負荷，保證機器正常運行?？諝饫鋮s將析出大量的冷凝水形成水霧，必須將其除去，否則帶入過濾器將會嚴重影響過濾效果。3.冷卻與除水除油的措施，可根據(jù)各地環(huán)境氣候條件而改變，通常要求壓縮空氣的相對濕度為50％-60％時通過過濾器為好。1312.空氣被壓縮即放出內(nèi)能而使溫度升高，必需將其迅速冷卻，以無菌空氣的制備132無菌空氣的制備1耗氧微生物在繁殖培養(yǎng)過程中都需要氧氣，通常以空氣作為氧源。但空氣中含各種各樣的微生物，會隨著空氣進入車間中，在適宜的條件下，大量繁殖，消耗營養(yǎng)物質(zhì)，產(chǎn)生代謝產(chǎn)物，干擾甚至破壞車間的正常運行，使工作效率降低，產(chǎn)量下降，甚至造成車間生產(chǎn)失敗等。因此空氣的除菌成為車間工作的一個重要環(huán)節(jié)。133耗氧微生物在繁殖培養(yǎng)過程中都需要氧氣，通常以空氣作

醫(yī)藥工業(yè)應(yīng)用的“無菌空氣”是指通過除菌處理使空氣中含菌量降低在一個極低的百分數(shù)，從而能控制發(fā)酵污染至極小機會，此種空氣稱為“無菌空氣”。134醫(yī)藥工業(yè)應(yīng)用的“無菌空氣”是指通過除菌處理

第一節(jié)空氣中的微生物和除菌方法一空氣中的微生物種類及分布

空氣中微生物的含量和種類，隨地區(qū)、季節(jié)和空氣中灰塵粒子多少，以及人們的活動情況而異:含量：1)北方氣候干燥，寒冷，空氣中的含菌量較少；南方溫暖、濕潤，空氣中的含菌量較多；2)離地面越高，含菌量越少；3)一般每升高10米，空氣中的含菌量就降低一個數(shù)量級；135第一節(jié)空氣中的微生物和除菌方法一空氣中的微生4)城市的空氣中含菌量較多，農(nóng)村的空氣中含菌量較少。就種類而言，空氣中的微生物種類以細菌、細菌芽胞和霉菌孢子較多，也有酵母、霉菌和病毒。微生物大小不一，一般附著在空氣中的灰塵上或霧滴上。各地空氣中所懸浮的微生物種類及比例各不相同，數(shù)量也隨條件的變化而異，一般設(shè)計時以含量為10-3~10-4個/m3進行計算。1364)城市的空氣中含菌量較多，農(nóng)村的空氣中含菌量較少。51、好氣性發(fā)酵過程中需要大量的無菌空氣，空氣要作到絕對無菌在目前是不可能的，也是不經(jīng)濟的。2、不同的發(fā)酵，由于所采用菌種的生長能力強弱、生長速度的快慢、分泌物的性質(zhì)、發(fā)酵周期的長短、培養(yǎng)物的營養(yǎng)成分和PH值的差異，對所用的無菌空氣的無菌程度有不同的要求。

二、發(fā)酵對空氣無菌程度的要求1371、好氣性發(fā)酵過程中需要大量的無菌空氣，空氣要作到絕對無菌在i如酵母，培養(yǎng)基是以糖源為主，有機氮比較少，它能利用無機氮源、要求的pH值較低，在低pH值下，一般細菌較難繁殖，而酵母的繁殖速度又較快，在繁殖過程中能抵抗少量的雜菌影響，因而對無菌空氣的要求不如氨基酸、液體曲、抗生素發(fā)酵那么嚴格。ii氨基酸與抗生素發(fā)酵因周期長短的不同，對無菌空氣的要求也不同。138i如酵母，培養(yǎng)基是以糖源為主，有機氮比較少，它能利用無機氮通常細菌繁殖一代只需20-30min，如果發(fā)酵過程中進入一個細菌，則繁殖15h后，可達到109（10億)個。則大量的雜菌就使發(fā)酵受到嚴重干擾或失敗，故是以進入1-2個雜菌即失敗作為依據(jù)的。139通常細菌繁殖一代只需20-30min，如果發(fā)酵3）無菌要求：在發(fā)酵過程中不因空氣染菌而造成損失。一般要求1000次使用周期中只允許有一個菌通過，即經(jīng)除菌后空氣的無菌程度為N=10-3。1403）無菌要求：在發(fā)酵過程中不因空氣染菌而造成損失。94）空氣含菌量測定難以準確測定，一般采用培養(yǎng)法和光學(xué)法。目前我國采用Y-09－1型粒子計數(shù)器，是利用微粒對光線散射作用來測量粒子大小和數(shù)量的?？偩鷶?shù)的測定；重疊細菌則難以測準。1414）空氣含菌量測定10

空氣除菌就是除去或殺滅空氣中的微生物。破環(huán)生物體活性的方法較多，如輻射殺菌、加熱殺菌、化學(xué)藥物殺菌，都是將有機體蛋白質(zhì)變性而破壞其活力。而靜電吸附和介質(zhì)過濾的方法是把微生物的粒子用分離方法除去。

三、空氣的除菌方法

工業(yè)發(fā)酵所需的無菌空氣要求高，用量大，故選擇運行可靠、操作方便、設(shè)備簡單、節(jié)省材料和減少動力消耗的有效除菌方法。142空氣除菌就是除去或殺滅空氣中的微生物。三、空氣

理論上，聲能、高能陰極射線、X射線、γ射線、β射線、紫外線等都能破壞蛋白質(zhì)活性而起殺菌作用。但具體的殺菌機理研究比較少，了解得較多的是紫外線殺菌，紫外線波長為2537-2650à時殺菌效力最強，它的殺菌力與紫外線的強度成正比，與距離的平方成反比。紫外線通常用于無菌室、醫(yī)院手術(shù)室等空氣對流不大的環(huán)境下殺菌。但殺菌效率較低，殺菌時間較長，一般要結(jié)合甲醛蒸汽消毒或苯酚噴霧等來保證無菌室較高的無菌程度。1.輻射殺菌143理論上，聲能、高能陰極射線、X射線、γ射線、γ射線源

144γ射線源

13

熱殺菌是有效的、可靠的殺菌方法，但是如果采用蒸汽或電熱來加熱大量的空氣，以達到殺菌目的，則需要消耗大量的能源和增設(shè)大量的換熱設(shè)備，這是不經(jīng)濟的。

2．熱殺菌145熱殺菌是有效的、可靠的殺菌方法，但是如果采用蒸14615

空氣進口溫度為21℃，空氣的出口溫度為187-198℃，壓力為0.7MPa。從壓縮機出口到空氣貯罐段管道加保溫層進行保溫，使空氣達到高溫后保持一段時間，保證微生物死亡。圖4-1為利用空氣壓縮時放出的熱量進行保溫殺菌

147空氣進口溫度為21℃，空氣的出口溫度為187-198為了延長空氣的高溫時間，防止空氣在貯罐中走短路，最好在貯罐內(nèi)加裝導(dǎo)簡。采用熱殺菌裝置時，還應(yīng)裝有空氣冷卻器，并排除冷凝水，以防止在管道設(shè)備死角積聚而造成雜菌繁殖的場所。2)在進入發(fā)酵罐前應(yīng)加裝分過濾器以保證安全;采用該系統(tǒng)壓縮機能量消耗會相應(yīng)增大，壓縮機耐熱性能要增加，其零部件也要選用耐熱材料。148為了延長空氣的高溫時間，防止空氣在貯罐中走短路，最好在貯罐內(nèi)14918

常用于潔凈工作臺、潔凈工作室所需無菌無塵空氣的第一次除塵，配合高效過濾器使用。3．靜電除菌原理:利用靜電引力吸附帶電粒子而達到除菌除塵的目的。懸浮于空氣中的微生物、微生物孢子大多帶有不同的電荷,沒有帶電荷的微粒在進入高壓靜電場時都會被電離變成帶電微粒。

但對于一些直徑很小的微粒，它所帶的電荷很小，當產(chǎn)生的引力等于或小于氣流對微粒的拖帶力或微粒布朗擴散運動的動量時，則微粒就不能被吸附而沉降，所以靜電除塵對很小的微粒效率較低。150常用于潔凈工作臺、潔凈工作室所需無菌無塵空氣的第

是目前發(fā)酵工業(yè)中經(jīng)濟實用的空氣除菌方法，是采用定期滅菌的介質(zhì)來阻截流過空氣所含的微生物，而取得無菌空氣的。常用的過濾介質(zhì)有棉花、活性炭或玻璃纖維、有機合成纖維、有機、無機和金屬燒結(jié)材料等。4．過濾除菌法

當過濾介質(zhì)孔隙小于或大大小于被過濾的微粒直徑時，通常稱為絕對過濾（膜過濾）。膜過濾：是利用微孔濾膜，其空隙小于0.5μm，甚至小于0.1μm。151是目前發(fā)酵工業(yè)中經(jīng)濟實用的空氣除菌方法，是采用定第二節(jié)空氣的過濾除菌原理和過濾介質(zhì)一、空氣過濾除菌的原理深層過濾：以棉花、玻璃纖維、活性炭為過濾介質(zhì)。

介質(zhì)間空隙大于微生物，如棉花纖維直徑16-20m，充填系數(shù)為8%時，所形成的網(wǎng)格空隙為20-50m。

介質(zhì)過濾是以大空隙的介質(zhì)過濾層除去較小顆粒，這顯然不是面積過濾（即不是絕對過濾），而是一種滯留現(xiàn)象。這種滯留現(xiàn)象是由多種作用機制構(gòu)成的，主要有慣性碰撞、阻截、布朗運動、重力沉降和靜電吸引等。152第二節(jié)空氣的過濾除菌原理和過濾介質(zhì)一、空氣過濾除菌的原理1）慣性沖擊滯留作用

當微生物等顆粒隨空氣以一定速度流動，在接近纖維時，氣流碰到纖維而受阻，空氣就改變運動方向繞過纖維繼續(xù)前進。但微生物等顆粒由于具有一定質(zhì)量，在以一定速度運動時具有一定慣性，碰到纖維時，由于慣性作用而離開氣流碰到纖維表面上，由于摩擦、粘附作用，被滯留在纖維表面上。這種現(xiàn)象稱作

慣性沖擊滯留作用介質(zhì)除菌原理1531）慣性沖擊滯留作用當微生物等顆粒隨空氣以154231552415625157261582715928160291613016231當氣流速度達到一定時，慣性沖擊滯留作用是介質(zhì)過濾的主要作用在一定條件下（微生物微粒直徑、纖維直徑、空氣溫度），改變氣流的速度就是改變微粒的運動慣性力。當氣流速度下降時，微粒的運動速度也下降，動量減小，慣性力下降，微粒脫離主導(dǎo)氣流的可能性也減小，相應(yīng)纖維滯留微粒的寬度較小，即捕獲效率下降。介質(zhì)除菌原理163介質(zhì)除菌原理322）攔截滯留作用

當氣流速度在臨界速度以下，顆粒不再由于慣性碰撞而滯留。但是，顆粒質(zhì)量很小，在氣流繞過纖維時，顆粒仍然隨氣流運動，在氣流速度低時，在纖維周邊形成一層邊界滯留區(qū)，在滯流區(qū)內(nèi)氣流速度更慢，進入滯留區(qū)的顆粒緩慢接近纖維，并與之接觸，由于摩擦、粘附作用而被滯留。這就是阻截（攔截）滯留作用介質(zhì)除菌原理1642）攔截滯留作用當氣流速度在臨界速度以下，顆粒不再由

在介質(zhì)過濾除菌中并非主要作用（因在實際過濾中氣流速度不可能很慢）攔截滯留作用對微粒的捕獲效率2與氣流的雷諾準數(shù)和微粒與纖維的直徑比相關(guān)介質(zhì)除菌原理165在介質(zhì)過濾除菌中并非主要作用（因在實際過濾中氣流速度不16635167361683716938170391714017241173423）布朗運動

直徑小于1m的微粒在很慢的氣流中能產(chǎn)生一種不規(guī)則的直線運動，即布朗運動。使較小的顆粒凝聚為較大顆粒，隨即可能產(chǎn)生重力沉降或被過濾介質(zhì)截留；氣流速度大時，凝聚現(xiàn)象為慣性碰撞所取代介質(zhì)除菌原理1743）布朗運動直徑小于1m的微粒在很慢的氣流中能產(chǎn)生17544176451774617847179484）重力沉降作用再小的微粒也有重力；當微粒所受的重力大于氣流對它的拖帶力時，微粒就會沉降。對于小顆粒而言，只有在氣流速度很慢時才起作用。一般它是與攔截作用相配合的，即在纖維的邊界滯留區(qū)內(nèi)，微粒的沉降作用提高了攔截滯留的捕獲效率。介質(zhì)除菌原理1804）重力沉降作用再小的微粒也有重力；介質(zhì)除菌原理495）靜電吸引作用許多微生物和孢子都帶有電荷具有一定速度的氣流通過介質(zhì)濾層時，由于摩擦作用而產(chǎn)生誘導(dǎo)電荷當菌體所帶電荷與介質(zhì)電荷相反時，即發(fā)生靜電吸附作用介質(zhì)除菌原理1815）靜電吸引作用許多微生物和孢子都帶有電荷介質(zhì)除菌原18251二、介質(zhì)過濾效率

濾層所濾去的微粒數(shù)與原有微粒數(shù)之比稱為過濾效率，用表示，是衡量過濾設(shè)備過濾能力的指標。=

N0－NN0=1－NN0=1－PN0—過濾前空氣中的微粒含量（個）；N—過濾后空氣中微粒含量（個）；N/N0—過濾后過濾前空氣中微粒數(shù)的比值，稱為穿透率P183二、介質(zhì)過濾效率濾層所濾去的微粒數(shù)與原有微粒數(shù)之比稱

空氣過濾器的過濾效率主要與微粒的大小、過濾介質(zhì)的種類和規(guī)格（纖維直徑）、介質(zhì)的填充密度、過濾介質(zhì)層厚度以及所通過的空氣氣流速度等因素有關(guān)。

在一定條件下（包括氣流速度、溫度、介質(zhì)種類、填充密度、雜菌種類等），通過單位高度介質(zhì)層后，雜菌濃度的下降量與進入此介質(zhì)層的雜菌量成正比。即：dN/dL=－KN0dN/dL—單位濾層所除去的微粒數(shù)（個/cm）；L—濾床厚度（cm）；K—過濾常數(shù)或除菌常數(shù)（cm－1）184空氣過濾器的過濾效率主要與微粒的大小、過濾介上式整理并積分，可得：lnNN0=－KL對數(shù)穿透定律—表示進入濾層的微粒數(shù)與穿透濾層微粒數(shù)之比的對數(shù)是濾層厚度的函數(shù)。L=

1KlnN0NN0—過濾前空氣中的微粒含量（個）；N—過濾后空氣中微粒含量（個）；K—過濾常數(shù)或除菌常數(shù)（cm－1）185上式整理并積分，可得：lnN=－KL對數(shù)穿透定律—表示進常數(shù)K值與氣流速度、纖維直徑、介質(zhì)填充密度以及空氣中顆粒大小等有關(guān)。K值可通過實驗測得，也可通過計算求得。若令N=0，則L=∞，事實上也不可能；一般取N=0.001對數(shù)穿透定律表達式說明介質(zhì)過濾不能長期獲得100%的過濾效率，即經(jīng)過濾的空氣不是長期無菌，只是延長空氣中帶菌微粒在過濾器中滯留的時間。過濾介質(zhì)使用時間長，滯留的帶菌微粒就有可能穿過。所以過濾器必須定期滅菌。186常數(shù)K值與氣流速度、纖維直徑、介質(zhì)填充密度以及空氣中顆三、影響介質(zhì)過濾效率的因素1）纖維直徑介質(zhì)過濾效率與介質(zhì)纖維直徑關(guān)系很大，在其他條件相同時，介質(zhì)纖維直徑越小，過濾效率越高。2）介質(zhì)填充厚度3）介質(zhì)填充密度增加填充密度，可提高過濾效率4）空氣流速在空氣流速很低時，過濾效率隨氣流速度增加而降低；當氣流速度增加到臨界值后，過濾效率隨氣流速度增加而提高。187三、影響介質(zhì)過濾效率的因素1）纖維直徑介質(zhì)過濾效率與介質(zhì)纖維1885718958四、提高過濾除菌效率的措施1、減少進口空氣的含菌量2、設(shè)計和安裝合理的空氣過濾器，選用除菌效率高的過濾介質(zhì)3、設(shè)計合理的空氣預(yù)處理設(shè)備，以除去油、水雜質(zhì)4、降低空氣的相對濕度，避免過濾介質(zhì)潮濕190四、提高過濾除菌效率的措施59第三節(jié)空氣過濾除菌的工藝技術(shù)一、對空氣的要求

無菌、干燥、有一定的溫度，一定的壓力二、空氣的預(yù)處理1、提高壓縮前空氣的潔凈度：高空取氣、空氣吸口設(shè)置過濾器2、去除壓縮后空氣中所帶的油和水191第三節(jié)空氣過濾除菌的工藝技術(shù)一、對空氣的要求60

空氣

高空取氣管前過濾空氣壓縮機

冷卻器貯氣罐油水分離器加熱器

空氣過濾器

無菌空氣空氣過濾除菌的工藝過程192空氣過濾除菌的工藝過程61汽車空調(diào)空氣過濾器空調(diào)過濾網(wǎng)1、粗過濾器193汽車空調(diào)空氣過濾器空調(diào)過濾網(wǎng)1、粗過濾器62粗過濾器作用：主要是捕集較大的灰塵顆粒型式：

布袋式過濾器、油浴洗滌過濾器水霧除塵過濾器、填料式過濾器旋風分離式過濾器等要求：過濾效率高，阻力?。ㄗ枇Υ髣t增加空壓機的吸入負荷，降低壓縮空氣的排出量）大氣中的微生物多依附于塵埃顆粒上；高度每上升10米，微生物量通常下降一個數(shù)量級，因此，有條件的盡可能高空取氣。194粗過濾器作用：主要是捕集較大的灰塵顆粒型式：要求：過濾效率高將濾布縫制成與骨架相同形狀的布袋，繃緊縫于焊接在進風口的骨架上。多用毛質(zhì)絨布或合成纖維濾布；濾布應(yīng)定期更換。結(jié)構(gòu)簡單，過濾效率高；但過濾阻力大布袋式過濾器195將濾布縫制成與骨架相同形狀的布袋，繃緊縫于焊接在進風口的骨架油浴洗滌過濾器空氣通過油箱中的油層洗滌，空氣中的微粒被油黏附而逐漸沉降于油箱底部而被除去。百葉窗式的圓盤可分離大滴油霧，過濾網(wǎng)分離小顆粒油霧。效果好；但耗油多196油浴洗滌過濾器空氣通過油箱中的油層洗滌，空氣中的微粒被油黏附水霧除塵過濾器空氣從設(shè)備底部進口管吸入，經(jīng)裝置上部噴下的水霧洗滌，空氣中的灰塵、微生物微粒被黏附沉降，從器底排出。空氣流速1-3m/s，太高則帶入水霧太多，降低空壓機的排氣量。197水霧除塵過濾器空氣從設(shè)備底部進口管吸入，經(jīng)裝置上部噴下的水霧2、空氣貯罐大小：

應(yīng)和空壓機的排氣量相配套V=0.1～0.2WV---貯罐容積,m3W---排氣量,m3/min作用：

消除空壓機排出空氣量的脈動維持穩(wěn)定的壓力分離部分油水1982、空氣貯罐大?。鹤饔茫?7空氣貯罐199空氣貯罐683、空氣壓縮空氣壓縮機離心式通風機羅茨鼓風機2003、空氣壓縮空氣壓縮機69離心式通風機201離心式通風機70通風制曲流程圖通風機202通風制曲流程圖通風機71羅茨鼓風機203羅茨鼓風機72空氣壓縮機(aircompressor)簡介型式:

有多種，發(fā)酵工業(yè)通常用的多為往復(fù)式壓縮;分立式和臥式風量：

＜10m3/min為小型10～40m3/min為中型＞40m3/min屬大型204空氣壓縮機(aircompressor)簡介型式小型空壓機205小型空壓機742067520776大型空壓機208大型空壓機772097821079排出壓力：

一般2～4kg/cm2工作的基本原理：打氣筒如何工作？空壓機的壓縮過程是依靠汽缸內(nèi)的活塞作往復(fù)運動而進行的（故稱往復(fù)式）其工作過程分3步：吸氣→壓縮→排氣211排出壓力：一般2～4kg/cm2工作的基本原理：打氣筒◆

活塞來回一次，完成一次工作循環(huán)

（吸氣→壓縮→排氣）◆

沖程：活塞每來或回一次的距離◆

余隙：在實際壓縮過程中，活塞并不壓到汽缸的最底部；一般占汽缸總體積的3～8%?！?/p>

氣缸冷卻：水冷和風冷；水冷更常用212◆活塞來回一次，完成一次工作循環(huán)◆沖程：活塞每來或回多級壓縮：

要得到壓力較高的壓縮空氣，單靠一級壓縮是不能完成的；

因氣體被壓縮會產(chǎn)生大量的熱，氣體溫度上升；

氣體的壓縮比（氣體壓縮后與壓縮前的壓力比）愈大，則氣體的溫度上升越高；213多級壓縮：82

當壓力比達到一定數(shù)值時，氣體的溫度達到壓縮機潤滑油的閃點（200～240℃），潤滑油被燒成炭渣。

同時，氣體溫度越高，所消耗的動能也越大。

在多級壓縮中，每級的壓力比都較低，逐級提高壓力比；

而且在每級壓縮后，有級間冷卻器把前一級壓縮的氣體冷卻到第一級吸入時的溫度，故消耗功率低。214

當壓力比達到一定數(shù)值時，氣體的溫度達到壓縮機潤滑油的閃點（摩托單缸215摩托單缸84汽車四缸216汽車四缸85汽車六缸217汽車六缸86曲軸(crankshaft)218曲軸(crankshaft)87曲軸帶動活塞工作219曲軸帶動活塞工作884、空氣冷卻器2204、空氣冷卻器89

空氣的壓縮過程可近似地看作絕熱壓縮過程，壓縮后的空氣溫度與被壓縮的程度有關(guān)T2=P2P1T1k－1kT1,T2—壓縮前、后空氣的熱力學(xué)溫度（K）;P1,P2—壓縮前、后空氣的絕對壓強（Pa）;k—絕熱指數(shù)，空氣為1.4若壓縮為多變過程，則可用多變指數(shù)m(空氣可取1.2-1.3)代替式中的絕熱指數(shù)k。221空氣的壓縮過程可近似地看作絕熱壓縮過程，壓縮后的空氣例如：

20℃的空氣由1×105Pa被壓縮到4×105Pa，且m=1.3，求壓縮空氣的溫度。解：T=(273+20)

4×1051×1051.3－11.3=403Kt=403－273=130℃如果壓縮比更大，則壓縮空氣的溫度更高。222例如：解：T=(273+20)4×1051×105

過高溫度的壓縮空氣如果直接進入空氣過濾器，有可能引起過濾介質(zhì)的炭化或燃燒；且增大了發(fā)酵罐的降溫負荷；高溫空氣還會增加發(fā)酵液水分的蒸發(fā)，影響微生物的生長。冷卻器類型：

立式列管式熱交換器沉浸式熱交換器噴淋式熱交換器223過高溫度的壓縮空氣如果直接進入空氣過濾器，有可能列管式空氣冷卻器224列管式空氣冷卻器935、氣液分離器作用：

分離空氣中被冷凝成霧狀的水霧和油霧2255、氣液分離器作用：94大氣中總含有一定量的水分，并以氣態(tài)存在。=

PWPS空氣中的水蒸氣分壓與同溫度下的飽和蒸汽壓之比，稱為相對濕度或相對濕含量。—相對濕度;PW—空氣中水蒸氣分壓(Pa);PS—相同溫度下水的飽和蒸汽壓(Pa)226大氣中總含有一定量的水分，并以氣態(tài)存在。=PW空氣中的1）當空氣中的水蒸氣過多，超過飽和度（相對濕度100%）時；2）或在空氣冷卻至露點以下時

空氣中的水蒸氣才會形成水滴析出

夜間空氣溫度降低時，空氣中的水分會有一部分析出，形成露水或霜。這說明在水蒸氣含量不變的情況下，由于溫度的降低，能夠使空氣中原來未達飽和的水蒸氣可變成飽和蒸氣，多余的水分就會析出。測得露點溫度，就可以從水蒸氣的飽和含量表中查得其水蒸氣含量。由于溫度降低過程中水蒸氣含量并沒有改變，因此，測定露點實際上就是測定了空氣中的絕對濕度。如果露點越低，表示空氣中的水分含量越少。使水蒸氣達到飽和時的溫度就叫作露點。2271）當空氣中的水蒸氣過多，超過飽和度（相對濕度100%）時；露點儀228露點儀97單位質(zhì)量干空氣中所含有水蒸氣的質(zhì)量稱作空氣的濕含量或絕對濕含量。在空氣濕含量不變的條件下，可導(dǎo)出：2=1Ps1P2Ps2P11、2—原空氣、壓縮空氣的相對濕度；Ps1、Ps2—原空氣、壓縮空氣溫度下的飽和蒸汽壓；P1、P2—原空氣、壓縮空氣的壓力229單位質(zhì)量干空氣中所含有水蒸氣的質(zhì)量稱作空氣的濕含量或絕對濕含

壓縮后空氣的相對濕度2除了與原始空氣的相對濕度1、溫度T1（決定Ps1值）及壓力P2有關(guān)外，也和壓縮后的溫度T2（決定Ps2值）有關(guān)。這一點對空氣除菌是不利的，因為壓縮后的空氣必須冷卻，而冷卻后的空氣相對濕度將增加，很有可能達到飽和而有水滴析出，從而打濕空氣過濾介質(zhì)?？諝庠趬嚎s后濕含量不變，在其未經(jīng)冷卻時，由于溫度很高，所以相對濕度很小，但當其冷卻時，相對濕度急劇增大。

若將壓縮后的空氣冷卻到原始氣溫，即T2=T1,Ps2=Ps1時，壓縮空氣的相對濕度2僅與壓縮后的壓力P2有關(guān)，如壓縮比(P2/P1)增大多少倍，相對濕度(2/1)也增大多少倍。230壓縮后空氣的相對濕度2除了與原始空氣的相對濕度1氣液分離器型式：

旋風分離器絲網(wǎng)分離器231氣液分離器型式：100旋風分離器232旋風分離器101總的要求：1）旋風分離器的直徑不可過大

因氣流旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力與分離器的直徑成反比；若空氣流量很大，可采用并聯(lián)方式2）進口的氣流速度要適當

離心力與氣流速度的平方成正比；速小，分離效果差；速過大，則能量損失多一般采用氣流速度15～25m/s；排氣出口4～8m/s原理：利用氣流從切線方向進入容器，在容器內(nèi)形成旋轉(zhuǎn)運動時產(chǎn)生的離心力場來分離重度較大的微粒。233總的要求：原理：102優(yōu)缺點：旋風分離器結(jié)構(gòu)簡單，制造方便；對分離10m以上的微粒效率較高，但對10m以下的微粒比較困難。234優(yōu)缺點：103絲網(wǎng)分離器235絲網(wǎng)分離器104絲網(wǎng)分離器原理：利用填料的慣性攔截優(yōu)點：由于絲網(wǎng)的表面間隙小，可除去較細小的霧狀微粒，分離效率可達98-99%填料：

不銹鋼絲，塑料絲0.1-0.4mm236絲網(wǎng)分離器原理：利用填料的慣性攔截優(yōu)點：