空氣除菌設(shè)備

關(guān)于空氣除菌設(shè)備教學(xué)目的與要求掌握空氣過濾除菌的方法和機(jī)理。掌握常用的空氣過濾器和主要空氣過濾系統(tǒng)的種類、結(jié)構(gòu)和性能。本章重點、難點——空氣相對過濾除菌的機(jī)理。

第2頁,共60頁，2024年2月25日，星期天本章內(nèi)容第一節(jié)空氣除菌的方法及機(jī)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(tǒng)第3頁,共60頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)空氣除菌的方法及機(jī)理一、通風(fēng)發(fā)酵對無菌空氣的要求二、空氣除菌的方法和殺菌機(jī)理三、相對過濾除菌機(jī)理第4頁,共60頁，2024年2月25日，星期天一、通風(fēng)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(xì)菌和細(xì)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。第5頁,共60頁，2024年2月25日，星期天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(fēng)位置（如高空取風(fēng)等）可以提高空氣除菌系統(tǒng)的除菌效率。一般每升高10m，空氣中的含菌量就降低一個數(shù)量級；城市的空氣中含菌量較多，農(nóng)村的空氣中含菌量較少，一般城市空氣中雜菌數(shù)為3000-8000個／m3。第6頁,共60頁，2024年2月25日，星期天（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(qiáng)弱、生長速度快慢、它的分泌物的性質(zhì)、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(yán)格。第7頁,共60頁，2024年2月25日，星期天發(fā)酵對無菌空氣的要求——無菌，無灰塵，無雜質(zhì)，無水，無油，正壓等幾項指標(biāo)。發(fā)酵對無菌空氣的無菌程度要求——在工程設(shè)計中一般要求1000次使用周期中只允許有1次染菌。第8頁,共60頁，2024年2月25日，星期天（三）空氣含菌量測定難以準(zhǔn)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，原理——利用微粒對光線散射作用來測量粒子大小和數(shù)量。缺點：重疊細(xì)菌則難以測準(zhǔn)，只是包含灰塵和細(xì)菌等微粒觀念，不能測量空氣活菌數(shù)。第9頁,共60頁，2024年2月25日，星期天二、空氣除菌的方法和殺菌機(jī)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(zhì)活性而起殺菌作用。第10頁,共60頁，2024年2月25日，星期天目前應(yīng)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(qiáng)，它的殺菌力與紫外線的強(qiáng)度成正比，與距離的平方成反比。應(yīng)用：常用于無菌室和醫(yī)院手術(shù)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(jié)合其他方法（甲醛熏蒸等）。

第11頁,共60頁，2024年2月25日，星期天（二）熱滅菌法熱殺菌是一種有效的、可靠的殺菌辦法。空氣溫度與微生物熱死滅的時間

溫度200℃250℃300℃350℃時間15.1s5.1s2.1s1.05s第12頁,共60頁，2024年2月25日，星期天直接加熱：消耗大量能源，增設(shè)許多換熱設(shè)備，不經(jīng)濟(jì)。利用余熱進(jìn)行殺菌：空氣在進(jìn)入培養(yǎng)系統(tǒng)之前，一般需用空壓機(jī)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(xiàn)。第13頁,共60頁，2024年2月25日，星期天空氣熱滅菌流程示意圖1-空氣壓縮機(jī)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(jī)8-預(yù)熱器9-粗過濾器10-空氣吸入塔1-空氣壓縮機(jī)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(jī)10-空氣吸入塔9-粗過濾器8-預(yù)熱器第14頁,共60頁，2024年2月25日，星期天（三）靜電除菌原理：利用靜電引力來吸附帶電離子而達(dá)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(shù)帶有不同的電荷，沒有電荷的微粒進(jìn)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)第15頁,共60頁，2024年2月25日，星期天優(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(shè)備較小。缺點：對設(shè)備維護(hù)和安全技術(shù)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(yīng)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(dāng)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。第16頁,共60頁，2024年2月25日，星期天（四）過濾除菌過濾除菌——使空氣通過經(jīng)高溫滅菌的介質(zhì)過濾層，將空氣中的微生物等顆粒阻截在介質(zhì)層中，而達(dá)到除菌的目的。常用的過濾介質(zhì)——棉花、活性炭、超細(xì)玻璃纖維、石棉濾紙、PVA燒結(jié)材料過濾介質(zhì)、燒結(jié)金屬過濾介質(zhì)等。第17頁,共60頁，2024年2月25日，星期天常用的過濾介質(zhì)按孔隙大小可以分為兩類：介質(zhì)孔隙大于微生物——需有一定厚度的介質(zhì)濾層才能除菌，也稱相對過濾。介質(zhì)孔隙小于微生物——微生物直接被截留，也稱絕對過濾?？諝庵形⑸锪Ｗ油ǔ?.5-2um。一般過濾介質(zhì)的孔隙都較微生物大。第18頁,共60頁，2024年2月25日，星期天

空氣中常見雜菌的大小菌種細(xì)胞孢子寬，μm長，μm寬，μm長，μm金黃色小球菌0.5~1.0———產(chǎn)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?fàn)罘种U菌0.6~1.61.6~13.60.8~1.20.8~1.8第19頁,共60頁，2024年2月25日，星期天三、相對過濾除菌機(jī)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(xiàn)無數(shù)次改變氣速大小和方向的繞流運動，從而導(dǎo)致微生物微粒與濾層纖維間產(chǎn)生撞擊、攔截、布朗擴(kuò)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(xiàn)了過濾。第20頁,共60頁，2024年2月25日，星期天除菌機(jī)理分類：——慣性沖擊滯留作用機(jī)理——攔截滯留作用機(jī)理——布朗擴(kuò)散作用機(jī)理——重力沉降作用機(jī)理——靜電吸附作用機(jī)理第21頁,共60頁，2024年2月25日，星期天原理：當(dāng)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(jìn)，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(dǎo)氣流前進(jìn)，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(jī)理第22頁,共60頁，2024年2月25日，星期天２、攔截滯留作用機(jī)理

原理：當(dāng)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(jìn)，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(dāng)與纖維表面接觸時就被捕集。第23頁,共60頁，2024年2月25日，星期天３、布朗擴(kuò)散作用機(jī)理原理：直徑很小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，稱為布朗擴(kuò)散。氣體分子的熱運動對空氣中細(xì)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(kuò)散作用在較大的氣速或較大的纖維間隙中是不起作用的。第24頁,共60頁，2024年2月25日，星期天４、重力沉降作用機(jī)理原理：重力沉降是一個穩(wěn)定的分離作用，當(dāng)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。第25頁,共60頁，2024年2月25日，星期天５、靜電吸附作用機(jī)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(zhì)時，由于氣流磨擦，使纖維和塵粒上都帶電荷。第26頁,共60頁，2024年2月25日，星期天當(dāng)空氣流過介質(zhì)時，上述五種除菌機(jī)理同時起作用，不過氣流速度不同，起主要作用的機(jī)理也就不同。當(dāng)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(dāng)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(kuò)散起主要作用；當(dāng)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。第27頁,共60頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)過濾除菌的流程第28頁,共60頁，2024年2月25日，星期天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)，如無菌程度、空氣壓力、溫度等，并結(jié)合吸氣環(huán)境的空氣條件和所用除菌設(shè)備的特性，根據(jù)空氣的性質(zhì)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(jī)或鼓風(fēng)機(jī)。

——此外，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(jī)器的潤滑油霧，這就使無菌空氣的制備流程復(fù)雜化。第29頁,共60頁，2024年2月25日，星期天1、兩級分離、冷卻、加熱的空氣除菌流程

旋風(fēng)分離器第30頁,共60頁，2024年2月25日，星期天比較完善的空氣除菌流程，可適應(yīng)各種氣候條件，能充分地分離油水，使空氣達(dá)到低的相對濕度下進(jìn)入過濾器，以提高過濾效率。特點：兩次冷卻、兩次分離、適當(dāng)加熱。尤其適用潮濕的地區(qū)，其他地區(qū)可根據(jù)當(dāng)?shù)氐那闆r，對流程中的設(shè)備作適當(dāng)?shù)脑鰷p。旋風(fēng)分離器第31頁,共60頁，2024年2月25日，星期天2、冷卻空氣直接混合式空氣除菌流程

１粗過濾器２壓縮機(jī)３貯罐４冷卻器５絲網(wǎng)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(jìn)入冷卻器，冷卻到較低溫度，經(jīng)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。第32頁,共60頁，2024年2月25日，星期天利用壓縮后熱空氣和冷卻后的冷空氣進(jìn)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(shè)備和空氣加熱設(shè)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(yīng)用范圍：中等含濕地區(qū)，不適合于空氣含濕量高的地區(qū)。第33頁,共60頁，2024年2月25日，星期天3、高效前置過濾除菌流程

原理：利用壓縮機(jī)的抽吸作用，使空氣先經(jīng)中、高效過濾后，再進(jìn)入空氣壓縮機(jī)，這樣就降低了主過濾器的負(fù)荷。第34頁,共60頁，2024年2月25日，星期天特點：采用了高效率的前置過濾設(shè)備，使空氣經(jīng)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(jīng)典除菌）和超細(xì)纖維紙串聯(lián)使用做過濾介質(zhì)。第35頁,共60頁，2024年2月25日，星期天4、空氣壓縮冷卻過濾流程設(shè)備簡單，包括壓縮機(jī)、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)。第36頁,共60頁，2024年2月25日，星期天由于空氣的濕度低，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，空氣中的絕對含濕量很小，雖然空氣經(jīng)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(shè)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(jī)時，可能會引起油霧污染過濾器。第37頁,共60頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)常用空氣過濾器及過濾除菌系統(tǒng)無菌空氣制備的整個過程包括兩部分內(nèi)容：

——對進(jìn)入空氣過濾器的空氣進(jìn)行預(yù)處理，達(dá)到合適的空氣狀態(tài)（溫度、濕度）；

——對空氣進(jìn)行過濾處理，以除去微生物顆粒，滿足生物細(xì)胞培養(yǎng)需要。第38頁,共60頁，2024年2月25日，星期天粗過濾器空氣壓縮機(jī)貯氣罐空氣冷卻器氣液分離器加熱器一、空氣預(yù)處理設(shè)備第39頁,共60頁，2024年2月25日，星期天1、粗過濾器安裝在空氣壓縮機(jī)前的粗過濾器。作用：捕集較大的灰塵顆粒，防止壓縮機(jī)受損，同時也可減輕總過濾器負(fù)荷。要求：過濾效率高，阻力小，否則會增加空氣壓縮機(jī)的吸入負(fù)荷和降低空氣壓縮機(jī)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。第40頁,共60頁，2024年2月25日，星期天含塵氣流從下部進(jìn)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(jī)械振動的作用下從濾料表面脫落下來，落入灰斗中。

第41頁,共60頁，2024年2月25日，星期天空氣進(jìn)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。空氣入口油層第42頁,共60頁，2024年2月25日，星期天空氣從設(shè)備底部進(jìn)入后，經(jīng)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?？諝饬魉俨荒芴螅话阍?-2m/s的范圍，否則帶出的水霧太多，影響壓縮機(jī)，降低排氣量。第43頁,共60頁，2024年2月25日，星期天2、空氣壓縮機(jī)分類：離心式空氣壓縮機(jī)和往復(fù)式空氣壓縮機(jī)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(fù)式：靠活塞在氣缸內(nèi)的往復(fù)運動而將空氣抽吸和壓出。壓力不穩(wěn)定，有油霧。第44頁,共60頁，2024年2月25日，星期天空氣除菌中除去水霧油霧的原因，否則：（1）導(dǎo)致傳熱系數(shù)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(zhì)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(yán)重時還會浸潤介質(zhì)而破壞過濾效果。第45頁,共60頁，2024年2月25日，星期天3、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(nèi)沉降。（3）保溫滅菌。安全閥壓力表排氣管人孔進(jìn)氣管排污口第46頁,共60頁，2024年2月25日，星期天4、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(zhì)的炭化或燃燒，增大發(fā)酵罐的降溫負(fù)荷，增加培養(yǎng)液水分的蒸發(fā)。一般用列管式冷卻器進(jìn)行冷卻。第47頁,共60頁，2024年2月25日，星期天第48頁,共60頁，2024年2月25日，星期天5、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(fēng)分離器和絲網(wǎng)分離器兩種。第49頁,共60頁，2024年2月25日，星期天旋風(fēng)分離器：利用氣體在切線方向進(jìn)入容器時在容器內(nèi)形成的螺旋轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的離心力場來分離重度較大的粒子。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，制造方便。適用于分離10um以上的微粒。第50頁,共60頁，2024年2月25日，星期天第51頁,共60頁，2024年2月25日，星期天優(yōu)點：分離器體積小，絲網(wǎng)表面間隙小，可除去小至5um的霧狀微粒，