趙老師第4章 空氣凈化工程及設(shè)備

第3章空氣凈化工程與設(shè)備2/2/202312/2/202322/2/202332/2/20234第一節(jié)空氣凈化除菌的方法與原理2/2/202352/2/20236空氣凈化是以創(chuàng)造潔凈空氣為主要目的的空氣調(diào)節(jié)措施。根據(jù)生產(chǎn)工藝要求對空調(diào)有不同的潔凈標準，即工業(yè)潔凈和生物潔凈。工業(yè)潔凈系指除去空氣中懸浮的塵埃，在某些場合還有除臭、增加空氣負離子等以創(chuàng)造潔凈的空氣環(huán)境。生物潔凈系指不僅除去空氣中的塵埃，而且除去細菌等以創(chuàng)造潔凈空氣的環(huán)境。制藥工業(yè)、生物學實驗、醫(yī)院手術(shù)室等房間需要生物潔凈。2/2/20237生物工業(yè)生產(chǎn)中對無菌空氣的無菌程度要求是：一般要求1000次使用周期中只允許有一個菌通過，即經(jīng)過濾后空氣的無菌程度為N=10-3。2/2/20238一、潔凈室的凈化標準1、凈化級別①一般凈化：以溫、濕度為主要指標的空調(diào)，可采用初效濾過器。②中等凈化：對室內(nèi)空氣含塵量有一定的含塵量指標。這類空氣凈化采用初、中效二級濾過。③超凈凈化：對室內(nèi)空氣含塵量有嚴格的要求，以顆粒計數(shù)為指標的要求，此類凈化必須經(jīng)過初、中、高效濾過器才能滿足要求。2/2/202392、潔凈室的潔凈度標準一般生產(chǎn)區(qū)沒有潔凈度要求；控制區(qū)的潔凈度要求為10萬級；潔凈區(qū)對潔凈度的要求為1萬級的一般無菌工作區(qū)；無菌區(qū)對潔凈度的要求為100級的工作區(qū)。2/2/202310等級每立方米(每升)空氣中≥0.5微米塵粒數(shù)每立方米(每升)空氣中≥5微米塵粒數(shù)100級≤35×100(3.5)

1000級≤35×1000(35)≤250(0.25)10000級≤35×10000(350)≤2500(2.5)100000級≤35×100000(3500)≤25000(25)潔凈度100級:大于等于0.5μm的塵粒數(shù)大于350粒／m3(0.35粒/L)到小于等于3500粒／m3(3.5粒/L)；大于等于5μm的塵粒數(shù)為02/2/202311二、含塵濃度的表示方法和測量方法1、含塵濃度的表示方法常用以下兩種方法表示：計數(shù)濃度：每升或每立方米空氣中所含粉塵個數(shù)（個/L或個/m3）。重量濃度：每立方米空氣中所含粉塵的毫克量（mg/m3）。2/2/2023122、空氣含菌量的測定方法粒子計數(shù)法固定膜采樣法2/2/202313輻射殺菌熱殺菌靜電除菌過濾除菌法化學藥品法三、空氣除菌方法

2/2/202314（一）輻射滅菌α射線、X射線、β射線、γ射線、紫外線、超聲波等從理論上講都能破壞蛋白質(zhì)，破壞生物活性物質(zhì)，從而起到殺菌作用。但應用較廣泛的還是紫外線，它在波長為250~260nm時殺菌效力最強，通常用于無菌室和醫(yī)院手術(shù)室。但殺菌效率較低，殺菌時間較長。一般要結(jié)合甲醛蒸汽等來保證無菌室的無菌程度。2/2/202315（二）加熱滅菌利用壓縮熱進行空氣滅菌，空氣進口溫度為21°C，出口溫度為187~198°C，壓力為0.7MPa。壓縮后的空氣用管道或貯氣罐保溫一定時間以增加空氣的受熱時間，促使有機體死亡。2/2/202316（三）靜電除塵靜電除菌防塵是利用靜電引力來吸附帶電粒子而達到除塵、除菌的目的。對1μm的微粒去除率可達99％。2/2/202317（四）介質(zhì)過濾介質(zhì)過濾是目前工業(yè)上常使用的空氣除菌方法。它采用定期滅菌的干燥介質(zhì)來阻截流過的空氣中所含的微生物，從而制得無菌空氣。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、微孔超濾膜、有機和無機燒結(jié)材料等。2/2/202318空氣濾過屬于介質(zhì)濾過，可分為表面濾過與深層濾過。表面過濾系指粒子截留在介質(zhì)表面上，此時粒子大小必須大于濾過介質(zhì)的微孔。常用的有醋酸纖維素、硝酸纖維素制成的微孔濾膜。主要用于要求高的無塵、無菌潔凈室的末級濾過。深層過濾系指粉塵的濾過過程發(fā)生在濾過介質(zhì)內(nèi)部，此時塵粒的粒徑可小于介質(zhì)的微孔。常用的介質(zhì)有玻璃纖維、天然纖維、合成纖維、粒狀活性炭、發(fā)泡性濾材及薄層濾紙等。2/2/202319第二節(jié)空氣過濾除菌的原理與流程2/2/202320空氣過濾除菌是采用定期滅菌的介質(zhì)來阻截流過的空氣中所含微生物而制得無菌壓縮空氣。2/2/202321介質(zhì)過濾：介質(zhì)間孔隙大于微生物，有一定厚度的介質(zhì)濾層才能達到過濾除菌目的；20－50um（微生物為0.5－5um）絕對過濾：介質(zhì)的孔隙小于細菌，實現(xiàn)過濾除菌。（小于0.5um）如聚偏氟乙烯（PVDF）和聚四氟乙烯（PTFE）2/2/202322一、空氣過濾除菌的原理1、慣性捕集作用當塵粒隨空氣流過纖維層的彎曲通道時，由于顆粒的慣性較大，脫離彎曲流線與纖維碰撞而附著。這種作用隨氣速和粒徑的增大而增大。直徑0.3~1微米的顆粒和液滴，能夠通過濾芯的微孔。但它們通過過濾介質(zhì)的路徑非常曲折，污染顆粒和液滴具有足夠的質(zhì)量和動量，會使得它們與濾芯纖維碰撞并被阻擋和捕獲。2/2/202323污染物0.3to1微米濾芯纖維濾芯纖維2/2/2023242、擴散捕集作用當塵粒隨空氣圍繞纖維表面作布朗運動時，因擴散作用使與纖維接觸而被附著。這一作用在塵粒越小、濾過速度越低時越明顯。<0.3微米的顆粒和液滴，具有極小的質(zhì)量。在氣流中，這些顆粒進行大量的隨機運動（布朗運動）。由于這種布朗運動，這種尺寸的污染物事實上會與濾芯纖維碰撞，從而被濾除。2/2/202325污染物<0.3micron2/2/2023263、攔截捕集作用當粒徑大于纖維間的間隙時，或塵粒與纖維發(fā)生接觸時，或氣流速度在臨界速度以下時，塵粒被纖維截留的作用。對于直徑大于1微米的液滴或顆粒，當其試圖通過過濾介質(zhì)材料的微孔時由于顆粒直徑大于微孔直徑，因此而被直接阻擋、攔截，達到去除的效果。2/2/202327大于1微米的污染物介質(zhì)纖維介質(zhì)纖維2/2/2023284、靜電吸附作用當含塵氣流通過纖維時，由于摩擦產(chǎn)生的靜電作用使塵粒沉積在纖維表面。5、其它重力沉降作用、分子間范德華力等作用使塵粒截留在纖維表面。2/2/202329二、空氣濾過的影響因素1、粒徑的影響粒徑越大，慣性、攔截、重力沉降作用越大；粒徑越小，擴散作用越顯著。因此存在濾過效率最低的中間粒徑，往往用這一粒徑的塵粒檢測高效過濾器的效果。深層濾過常用粒徑為0.3um的塵粒來檢測。2/2/2023302、濾過風速風速越大，慣性作用強，但過強將附著的塵粒吹出，而且阻力增大；而風速小，擴散作用強，能捕集小塵粒，而且阻力小。常用極小的風速捕集更小的塵粒。2/2/2023313、介質(zhì)纖維直徑和密實性纖維越細、越密實，則接觸面積大、慣性作用與攔截作用增強，但過于密實阻力增大，擴散作用弱。4、附塵作用隨著濾過的進行，在纖維表面沉積的塵?？稍黾訑r截效果，但到一定程度后塵粒有再次飛散的可能，因此有必要定期清洗。2/2/202332對過濾除菌介質(zhì)的要求：1、除菌效率高。2、能用高溫滅菌、耐高壓、不易被油、水污染。3、阻力小。4、成本低、來源充足，耐用且便于調(diào)換。2/2/202333空氣過濾介質(zhì)（1）棉花未脫脂棉（脫脂棉易于吸水而體積變小）。（2）活性炭對油霧的吸附效果較好，可以作為總過濾器除去油霧、灰塵、管垢和鐵銹等。（3）玻璃纖維用無堿的玻璃纖維作用過濾介質(zhì)（普通玻璃纖維遇水或經(jīng)蒸汽滅菌后易于粉碎）。（4）超細玻璃纖維紙

2/2/202334活性炭又稱活性炭黑。是黑色粉末狀或顆粒狀的無定形碳?；钚蕴恐鞒煞殖颂家酝膺€有氧、氫等元素?；钚蕴吭诮Y(jié)構(gòu)上由于微晶碳是不規(guī)則排列，在交叉連接之間有細孔，在活化時會產(chǎn)生碳組織缺陷，因此它是一種多孔碳，堆積密度低，比表面積大。2/2/2023352/2/2023362/2/2023372/2/202338（5）金屬燒結(jié)管空氣過濾器新型、高效過濾器。使用壽命長、可反復蒸汽滅菌、耐高熱、氣體阻力小、安裝維修方便，可作為終過濾器?？刮廴灸芰Σ?。（6）多孔陶瓷濾器，除菌效果很好，但是容易受油水污染而失效。（7）新一代微孔膜過濾器（絕對過濾）小于0.5um）2/2/202339燒結(jié)，是把粉狀物料轉(zhuǎn)變?yōu)橹旅荏w，是一個傳統(tǒng)的工藝過程。人們很早就利用這個工藝來生產(chǎn)陶瓷、粉末冶金、耐火材料、超高溫材料等。一般來說，粉體經(jīng)過成型后，通過燒結(jié)得到的致密體是一種多晶材料，其顯微結(jié)構(gòu)由晶體、玻璃體和氣孔組成。2/2/2023402/2/2023412/2/202342（一）空氣除菌流程的要求空氣過濾除菌流程是按生產(chǎn)對無菌空氣要求具備的參數(shù)，根據(jù)空氣的性質(zhì)而制訂的，同時還要結(jié)合吸氣環(huán)境的空氣條件和所用設(shè)備的特性進行考慮。對于一般要求的低壓無菌空氣，可直接采用一般鼓風機增壓后進入過濾器，經(jīng)一、二次過濾除菌而制得。而一般的深層通氣發(fā)酵，除要求無菌空氣具有必要的無菌程度外，還要具有一定的壓力，這就需要比較復雜的空氣除菌流程。第三節(jié)空氣介質(zhì)過濾除菌設(shè)備2/2/202343流程的設(shè)備：主設(shè)備：空氣壓縮機附屬設(shè)備：要求盡量采用新技術(shù)，提高效率，減少設(shè)備，精簡設(shè)備流程，降低設(shè)備投資、運轉(zhuǎn)費用和動力捎耗，簡便操作。流程的制訂應考慮：地理、氣候環(huán)境設(shè)備條件2/2/202344（二）制備無菌空氣的大致過程吸風塔前置過濾器（粗濾器）空壓機 187~198°C

貯氣罐冷卻器氣液分離器

20-35℃φ=100%加熱器總過濾器精過濾器培養(yǎng)罐35-45℃，φ≤60%2/2/202345空氣過濾除菌流程的分析發(fā)酵廠所使用的空氣除菌流程，隨各地的氣候條件及設(shè)備條件不同而有很大的差別。要保持過濾器有比較高的過濾效率，應維持一定的氣流速度和不受油、水的干擾。

—氣流速度可由操作來控制；—要保持不受油、水干擾則要有一系列冷卻、分離、加熱的設(shè)備來保證空氣的相對濕度在50~60％的條件下過濾。2/2/202346壓縮空氣冷卻后的除水、除油的目的提高壓縮空氣的潔凈度，降低空氣過濾器的負荷；去除壓縮后空氣中所帶的油和水，以合適的空氣濕度和溫度進入空氣過濾器。2/2/202347（三）空氣除菌流程

1.空氣壓縮冷卻過濾流程壓縮機貯氣罐空氣冷卻器過濾器適合于氣候寒冷，相對濕度很低的地區(qū)。溫度低，壓縮后溫度不會升高很多，相對濕度低，空氣中的絕對含濕量很小。2/2/202348空氣壓縮冷卻過濾流程2/2/2023492）兩級冷卻、分離、加熱的空氣除菌流程2/2/202350第一冷卻器（通常30～35℃），大部分的水、油都已結(jié)成較大的顆粒，且霧粒濃度很大，故適宜用旋風分離器分離。第二冷卻器（20～25℃）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。除水后空氣的相對濕度仍較高，需用加熱器加熱空氣，使相對濕度降低到50～60％以保證過濾器的正常運行。2/2/202351兩級冷卻空氣除菌流程特點：1、兩次冷卻、兩次分離油水的好處是能提高傳熱系數(shù)，節(jié)約冷卻水，油水分離得比較完全。2、可以適合各種氣候條件。3、對無菌程度要求高的微生物工程產(chǎn)品，均使用此流程。2/2/2023523）前置高效過濾除菌流程前置高效過濾除菌流程1-高效過濾器2-空壓機3-貯罐4-冷卻器5-絲網(wǎng)分離器6-加熱器7-過濾器2/2/202353前置高效過濾除菌流程特點：利用高效率的前置過濾設(shè)備（泡沫塑料和超細纖維紙作介質(zhì)），使空氣先經(jīng)過中、高效過濾后，再進入空氣壓縮機，降低主過濾器負荷?？諝饨?jīng)過多次過濾，因而所得的空氣無菌程度比較高。2/2/202354（4）提高過濾除菌效率的措施（1）減少進口空氣的含菌數(shù)減少生產(chǎn)環(huán)境空氣中的含菌數(shù)空氣進風口應設(shè)在上風向提高進口空氣的采氣位置加強空氣壓縮前