第三章-空氣除菌設備1-課件1

第三章空氣過濾除菌系統2020/10/281教學目的與要求掌握空氣過濾除菌的方法和機理。掌握常用的空氣過濾器和主要空氣過濾系統的種類、結構和性能。本章重點、難點——空氣相對過濾除菌的機理。

2020/10/282精品資料3本章內容第一節(jié)空氣除菌的方法及機理第二節(jié)過濾除菌的流程第三節(jié)常用空氣過濾器及過濾除菌系統2020/10/284第一節(jié)空氣除菌的方法及機理一、通風發(fā)酵對無菌空氣的要求二、空氣除菌的方法和殺菌機理三、相對過濾除菌機理2020/10/285一、通風發(fā)酵對無菌空氣的要求（一）空氣中微生物的分布空氣中的微生物種類以細菌和細菌芽胞較多，也有酵母，霉菌和病毒；隨水分的蒸發(fā)、物料的移動被氣流帶入空氣中或黏附在灰塵上而漂浮在氣流中。2020/10/286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。選擇良好的取風位置（如高空取風等）可以提高空氣除菌系統的除菌效率。一般每升高10m，空氣中的含菌量就降低一個數量級；城市的空氣中含菌量較多，農村的空氣中含菌量較少，一般城市空氣中雜菌數為3000-8000個／m3。2020/10/287（二）發(fā)酵對空氣無菌程度的要求不同的發(fā)酵過程，由于菌種生長能力強弱、生長速度快慢、它的分泌物的性質、發(fā)酵周期長短、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。如酵母培養(yǎng)沒有氨基酸、液體曲、抗生素發(fā)酵那么嚴格。2020/10/288發(fā)酵對無菌空氣的要求——無菌，無灰塵，無雜質，無水，無油，正壓等幾項指標。發(fā)酵對無菌空氣的無菌程度要求——在工程設計中一般要求1000次使用周期中只允許有1次染菌。2020/10/289（三）空氣含菌量測定難以準確測定，一般采用培養(yǎng)法和光學法。目前我國采用Y-09－1型粒子計數器，原理——利用微粒對光線散射作用來測量粒子大小和數量。缺點：重疊細菌則難以測準，只是包含灰塵和細菌等微粒觀念，不能測量空氣活菌數。2020/10/2810二、空氣除菌的方法和殺菌機理（一）輻射殺菌種類：超聲波、高能陰極射線、X射線、γ射線、β射線、紫外線等原理：破壞蛋白質活性而起殺菌作用。2020/10/2811目前應用較廣泛的還是紫外線。紫外線波長為253.7-265nm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。應用：常用于無菌室和醫(yī)院手術室等空氣對流不大的環(huán)境下消毒。缺點：效率低，需要時間長，一般要結合其他方法（甲醛熏蒸等）。

2020/10/2812（二）熱滅菌法熱殺菌是一種有效的、可靠的殺菌辦法?？諝鉁囟扰c微生物熱死滅的時間

溫度200℃250℃300℃350℃時間15.1s5.1s2.1s1.05s2020/10/2813直接加熱：消耗大量能源，增設許多換熱設備，不經濟。利用余熱進行殺菌：空氣在進入培養(yǎng)系統之前，一般需用空壓機以提高壓力，所以空氣熱滅菌時所需溫度的提高，可直接利用空氣壓縮時的溫度升高來實現。2020/10/2814空氣熱滅菌流程示意圖1-空氣壓縮機2-粗過濾器3-保溫管4-貯氣罐5-保溫罐6-列管式冷卻器7-渦輪壓縮機8-預熱器9-粗過濾器10-空氣吸入塔1-空氣壓縮機2-粗過濾器3-保溫管4-貯氣罐5-保溫罐6-列管式冷卻器7-渦輪壓縮機10-空氣吸入塔9-粗過濾器8-預熱器2020/10/2815（三）靜電除菌原理：利用靜電引力來吸附帶電離子而達到除塵滅菌的目的。懸浮于空氣中的微生物、微生物孢子大多數帶有不同的電荷，沒有電荷的微粒進入高壓靜電場時則會被電離成帶正電荷。靜電除塵器裝置圖電離區(qū)捕集區(qū)2020/10/2816優(yōu)點：除塵效果好，耗能?。刻幚?000m3空氣每小時只耗電0.2-0.8kW），設備較小。缺點：對設備維護和安全技術措施要求較高（微粒積累到一定厚度時，極板間放電，極板電壓下降，微粒吸附力減弱）。應用：潔凈工作臺，潔凈工作室。但對于一些直徑很小的微粒，它所帶的電荷很小，當產生的引力等于或小于氣流對微粒的拖帶力或微粒布朗運動的動量時，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。2020/10/2817（四）過濾除菌過濾除菌——使空氣通過經高溫滅菌的介質過濾層，將空氣中的微生物等顆粒阻截在介質層中，而達到除菌的目的。常用的過濾介質——棉花、活性炭、超細玻璃纖維、石棉濾紙、PVA燒結材料過濾介質、燒結金屬過濾介質等。2020/10/2818常用的過濾介質按孔隙大小可以分為兩類：介質孔隙大于微生物——需有一定厚度的介質濾層才能除菌，也稱相對過濾。介質孔隙小于微生物——微生物直接被截留，也稱絕對過濾。空氣中微生物粒子通常0.5-2um。一般過濾介質的孔隙都較微生物大。2020/10/2819

空氣中常見雜菌的大小菌種細胞孢子寬，μm長，μm寬，μm長，μm金黃色小球菌0.5~1.0———產氣桿菌1.0~1.51.0~2.5——蠟樣芽孢桿菌1.3~2.08.1~25.8——普通變形桿菌0.5~1.01.0~3.0——地衣芽孢桿菌0.5~0.71.8~3.3——枯草芽孢桿菌0.5~1.11.6~4.80.5~1.00.9~1.8巨大芽孢桿菌0.9~2.12.0~10.00.6~1.20.9~1.7霉狀分枝桿菌0.6~1.61.6~13.60.8~1.20.8~1.82020/10/2820三、相對過濾除菌機理原理：也稱深層過濾，是依靠氣流通過濾層時，基于濾層纖維的層層阻礙，迫使空氣在流動過程中出現無數次改變氣速大小和方向的繞流運動，從而導致微生物微粒與濾層纖維間產生撞擊、攔截、布朗擴散、重力及靜電引力等作用，從而把微生物微粒截留、捕集在纖維表面上，實現了過濾。2020/10/2821除菌機理分類：——慣性沖擊滯留作用機理——攔截滯留作用機理——布朗擴散作用機理——重力沉降作用機理——靜電吸附作用機理2020/10/2822原理：當微粒隨氣流以一定的速度垂直向纖維方向運動時，空氣受阻即改變運動方向，繞過纖維前進，而微粒由于它的運動慣性較大，未能及時改變運動方向隨主導氣流前進，于是微粒直沖到纖維的表面，由于磨擦粘附，微粒就滯留在纖維表面上。1、慣性沖擊滯留作用機理2020/10/2823２、攔截滯留作用機理

原理：當氣流速度下降到一定值時，若微粒隨氣流慢慢靠近纖維時，受纖維所阻改變方向，繞過纖維前進，并在纖維的周邊形成一層邊界滯留區(qū)，滯留區(qū)的氣流流速更慢，當與纖維表面接觸時就被捕集。2020/10/2824３、布朗擴散作用機理原理：直徑很小的微粒在很慢的氣流中能產生一種不規(guī)則的直線運動，稱為布朗擴散。氣體分子的熱運動對空氣中細微塵粒的碰撞，使塵粒也隨之做布朗運動。塵粒越小，布朗運動越顯著。注意：布朗擴散作用在較大的氣速或較大的纖維間隙中是不起作用的。2020/10/2825４、重力沉降作用機理原理：重力沉降是一個穩(wěn)定的分離作用，當微粒所受的重力大于氣流對它的拖帶力時，微粒就容易沉降。這種作用只有在塵粒較大時才存在。2020/10/2826５、靜電吸附作用機理原理：懸浮在空氣中的微粒大多帶有不同電荷，這些帶電的微粒會受帶異性電荷的物體所吸引而沉降。同時，氣流通過纖維介質時，由于氣流磨擦，使纖維和塵粒上都帶電荷。2020/10/2827當空氣流過介質時，上述五種除菌機理同時起作用，不過氣流速度不同，起主要作用的機理也就不同。當氣流速度較大時，除菌效率隨空氣流速的增加而增加，此時慣性沖擊起主要作用；當氣流速度較小時，除菌效率隨氣流速度的增加而降低，此時擴散起主要作用；當氣流速度中等時，可能是截留起主要作用。如果空氣流速過大，除菌效率又下降，則是由于已被捕集的微粒又被湍動的氣流夾帶返回到空氣中。2020/10/2828第二節(jié)過濾除菌的流程2020/10/2829空氣過濾除菌流程是按生產對無菌空氣要求具備的參數，如無菌程度、空氣壓力、溫度等，并結合吸氣環(huán)境的空氣條件和所用除菌設備的特性，根據空氣的性質而制定的。要把空氣過濾除菌，并輸送到需要的地方

——首先要增加空氣壓力，需使用壓縮機或鼓風機?！送?，空氣壓縮后溫度升高，冷卻后會釋放出水分，在壓縮過程中又有可能夾帶機器的潤滑油霧，這就使無菌空氣的制備流程復雜化。2020/10/28301、兩級分離、冷卻、加熱的空氣除菌流程

旋風分離器2020/10/2831比較完善的空氣除菌流程，可適應各種氣候條件，能充分地分離油水，使空氣達到低的相對濕度下進入過濾器，以提高過濾效率。特點：兩次冷卻、兩次分離、適當加熱。尤其適用潮濕的地區(qū)，其他地區(qū)可根據當地的情況，對流程中的設備作適當的增減。旋風分離器2020/10/28322、冷卻空氣直接混合式空氣除菌流程

１粗過濾器２壓縮機３貯罐４冷卻器５絲網分離器６過濾器

壓縮空氣從貯罐出來后分成兩部分，一部分進入冷卻器，冷卻到較低溫度，經分離器分離水、油霧后與另一部分未處理過的高溫壓縮空氣混合。2020/10/2833利用壓縮后熱空氣和冷卻后的冷空氣進行交換，使冷空氣的溫度升高，降低相對濕度。特點：可省去第二次冷卻后的分離設備和空氣加熱設備，流程比較簡單，利用壓縮空氣來加熱析水后的空氣，冷卻水用量少等。應用范圍：中等含濕地區(qū)，不適合于空氣含濕量高的地區(qū)。2020/10/28343、高效前置過濾除菌流程

原理：利用壓縮機的抽吸作用，使空氣先經中、高效過濾后，再進入空氣壓縮機，這樣就降低了主過濾器的負荷。2020/10/2835特點：采用了高效率的前置過濾設備，使空氣經過多次過濾，因而所得的空氣無菌程度比較高。高效前置過濾器采用泡沫塑料（經典除菌）和超細纖維紙串聯使用做過濾介質。2020/10/28364、空氣壓縮冷卻過濾流程設備簡單，包括壓縮機、貯罐、空氣冷卻器和過濾器。適用于氣候寒冷、相對濕度很低的地區(qū)。2020/10/2837由于空氣的濕度低，經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，空氣中的絕對含濕量很小，雖然空氣經壓縮并冷卻到培養(yǎng)要求的溫度，但最后空氣的相對濕度還保持在60%以下，這就能保證過濾設備的過濾除菌效率，滿足微生物培養(yǎng)對無菌空氣的要求。缺點：通過空氣壓縮機時，可能會引起油霧污染過濾器。2020/10/2838第三節(jié)常用空氣過濾器及過濾除菌系統無菌空氣制備的整個過程包括兩部分內容：——對進入空氣過濾器的空氣進行預處理，達到合適的空氣狀態(tài)（溫度、濕度）；——對空氣進行過濾處理，以除去微生物顆粒，滿足生物細胞培養(yǎng)需要。2020/10/2839粗過濾器空氣壓縮機貯氣罐空氣冷卻器氣液分離器加熱器一、空氣預處理設備2020/10/28401、粗過濾器安裝在空氣壓縮機前的粗過濾器。作用：捕集較大的灰塵顆粒，防止壓縮機受損，同時也可減輕總過濾器負荷。要求：過濾效率高，阻力小，否則會增加空氣壓縮機的吸入負荷和降低空氣壓縮機的排氣量。分類：布袋過濾、填料式過濾、油浴洗滌和水霧除塵等。2020/10/2841含塵氣流從下部進入圓筒形濾袋，在通過濾料的孔隙時，粉塵被濾料阻留下來，透過濾料的清潔氣流由排出口排出。沉積于濾料上的粉塵層，在機械振動的作用下從濾料表面脫落下來，落入灰斗中。

2020/10/2842空氣進入裝置后要通過油箱中的油層洗滌，空氣中的微粒被油粘附而逐漸沉降于油箱底部而被除去。需除油霧。空氣入口油層2020/10/2843空氣從設備底部進入后，經上部噴下的水霧洗滌，將空氣中的灰塵、微生物微粒粘附沉降，從器低排出。空氣流速不能太大，一般在1-2m/s的范圍，否則帶出的水霧太多，影響壓縮機，降低排氣量。2020/10/28442、空氣壓縮機分類：離心式空氣壓縮機和往復式空氣壓縮機兩種。離心式：輸氣量大，輸出空氣壓力穩(wěn)定，效率高，輸出的空氣不帶油霧。往復式：靠活塞在氣缸內的往復運動而將空氣抽吸和壓出。壓力不穩(wěn)定，有油霧。2020/10/2845空氣除菌中除去水霧油霧的原因，否則：（1）導致傳熱系數降低，給空氣冷卻帶來困難。（2）如果油霧的冷卻分離不干凈，帶入過濾器會堵塞過濾介質的纖維空隙，增大空氣壓力損失。（3）黏附在纖維表面，可能成為微生物微粒穿透濾層的途徑，降低過濾效率，嚴重時還會浸潤介質而破壞過濾效果。2020/10/28463、貯氣罐

貯氣罐的作用：（1）消除脈動維持罐壓的穩(wěn)定。（2）使部分液滴在罐內沉降。（3）保溫滅菌。安全閥壓力表排氣管人孔進氣管排污口2020/10/28474、空氣冷卻器分類：（1）立式列管式熱交換器（2）噴淋式熱交換器（3）沉浸式熱交換器壓縮后空氣溫度顯著上升，需冷卻——因為壓縮后的高溫空氣能引起過濾介質的炭化或燃燒，增大發(fā)酵罐的降溫負荷，增加培養(yǎng)液水分的蒸發(fā)。一般用列管式冷卻器進行冷卻。2020/10/28482020/10/28495、氣液分離器將空氣中冷凝成霧狀的水霧和油霧粒子除去。分類：旋風分離