發(fā)酵工程第四章 發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)課件

發(fā)酵工程FermentationEngineering發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)第四章發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)本章內(nèi)容一、概念

二、發(fā)酵工業(yè)污染的防治策略三、發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)四、培養(yǎng)基及設(shè)備滅菌

五、空氣除菌發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)一、概念:滅菌、消毒、除菌、防腐滅菌(sterilization):用化學(xué)或物理方法殺死物料或設(shè)備中所有有生命物質(zhì)的過程。

消毒(disinfection):用物理或化學(xué)方法殺死空氣、地表以及容器和器具表面的微生物。

除菌(degermation):用過濾方法除去空氣或液體中的微生物及其孢子。

防腐(antisepsis):用物理或化學(xué)方法殺死或抑制微生物的生長和繁殖

。消毒與滅菌的區(qū)別消毒與滅菌在發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)二、發(fā)酵工業(yè)污染的防治策略（一）污染的危害（二）污染的防治

發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)1.染菌的不良后果

消耗營養(yǎng)合成新產(chǎn)物；菌體自溶、發(fā)粘等造成分離困難改變pH分解產(chǎn)物噬菌體破壞極大發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)2.染菌危害的具體分析

（1）染菌對不同菌種發(fā)酵的影響A．細(xì)菌谷氨酸：發(fā)酵周期短，培養(yǎng)基不太豐富，較少染雜菌，但噬菌體威脅大。肌苷：缺陷型生產(chǎn)菌，培養(yǎng)基豐富，易染菌，營養(yǎng)成分迅速被消耗，嚴(yán)重抑制菌生長和合成代謝產(chǎn)物。發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)B.霉菌PenG：青霉素水解酶上升，PenG迅速破壞，發(fā)酵一無所獲。檸檬酸：pH2.0，不易染菌，主要防止前期染菌。C.酵母菌:易污染細(xì)菌以及野生酵母菌

D.疫苗：無論污染的是活菌、死菌或內(nèi)外毒素，都應(yīng)全部廢棄。（1）染菌對不同菌種發(fā)酵的影響發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)（2）染菌種類對發(fā)酵的影響青霉素：怕染細(xì)短產(chǎn)氣桿菌鏈霉素：怕染細(xì)短桿菌、假單孢桿菌和產(chǎn)氣桿菌四環(huán)素：怕染雙球菌、芽孢桿菌和莢膜桿菌檸檬酸：怕染青霉菌肌苷（酸）：怕染芽孢桿菌谷氨酸：怕染噬菌體，易造成連續(xù)污染發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)（3）不同發(fā)酵時期染菌對發(fā)酵的影響

種子擴大時期染菌:發(fā)酵前期染菌：發(fā)酵中期染菌：挽救困難，應(yīng)早發(fā)現(xiàn)，快處理，處理方法應(yīng)根據(jù)各種發(fā)酵的特點和具體情況來決定抗生素發(fā)酵

檸檬酸發(fā)酵

a.污染細(xì)菌：加大通風(fēng)，加速產(chǎn)酸，調(diào)pH3.0，抑制細(xì)菌

b.污染酵母：加入0.025~0.035g/LCuSO4抑制酵母；通風(fēng)加大，加速產(chǎn)酸。

滅菌后棄去應(yīng)迅速重新滅菌，補充必要的營養(yǎng)成分，重新接種發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)（3）不同發(fā)酵時期染菌對發(fā)酵的影響檸檬酸發(fā)酵c.染黃曲霉：加入另一罐將近發(fā)酵成熟的醪液，pH下降，黃曲霉自溶。

d.青霉菌：在pH很低下能夠生長。提前放罐。發(fā)酵后期污染染菌量不太多，可繼續(xù)發(fā)酵污染嚴(yán)重，則提前放罐殺菌劑的添加：前期無必要，增加成本；發(fā)現(xiàn)后加入，效果要具體評價發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)（4）雜菌污染對發(fā)酵產(chǎn)物提取和產(chǎn)品質(zhì)量的影響絲狀菌發(fā)酵被產(chǎn)酸菌污染：pH不斷下降，菌絲大量自溶，發(fā)酵液粘度增加，過濾困難處理方法：①將發(fā)酵液加熱后再加助濾劑；②先加絮凝劑使蛋白質(zhì)凝聚后沉淀雜菌分泌較多蛋白質(zhì)雜質(zhì)時，對發(fā)酵后處理過程中采用溶媒萃取的提取工藝非常不利，使水相和溶媒之間極易發(fā)生乳化發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)1.染菌的檢查與判斷顯微鏡檢查法鏡檢出雜菌需要一定時間平板劃線培養(yǎng)或斜面培養(yǎng)檢查法：菌落噬菌體檢查可采用雙層平板法：噬菌斑肉湯培養(yǎng)檢查法發(fā)酵過程的異常現(xiàn)象判斷DO2水平異常變化pH異常變化尾氣CO2異常變化

發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)12發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)2.污染原因分析

主要原因：

①

種子帶菌②無菌空氣帶菌③設(shè)備滲漏④滅菌不徹底

⑤操作失誤⑥技術(shù)管理不善

發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)從污染時間看：早期污染可能與①②④⑤→接種操作不當(dāng)有關(guān)；后期污染可能與③⑤及中間補料有關(guān)。從雜菌種類看：耐熱芽孢桿菌：與④有關(guān)球菌、無芽孢桿菌：與①②③⑤有關(guān)淺綠色菌落的雜菌：與水有關(guān)，即冷卻盤管滲漏霉菌：與④⑤有關(guān)，即無菌室滅菌不徹底或操作問題酵母菌：糖液滅菌不徹底或放置時間較長

從染菌幅度看：各個發(fā)酵罐或多數(shù)發(fā)酵罐染菌，且所污染的是同一種雜菌，一般是空氣系統(tǒng)問題，若個別罐連續(xù)染菌，一般是設(shè)備問題。2.污染原因分析

發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)種子帶菌的防治

滅菌徹底接種可靠：無菌室及設(shè)備可靠，無菌操作可靠保藏可靠過濾空氣帶菌的防治設(shè)備的滲漏或“死角”造成的染菌及其防治

發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)

“死角”

發(fā)酵罐的“死角”法蘭、內(nèi)襯、接口、表頭、罐內(nèi)部件及其支撐件如攪拌軸拉桿、聯(lián)軸器、冷卻盤管、擋板、空氣分布管及其支撐件口：人孔（或手孔）、排風(fēng)管接口、燈孔、視鏡口、進料管口發(fā)酵罐罐底膿皰狀積垢造成“死角”

消除方法：加強清洗并定期鏟除污垢；安裝放汽邊閥管道安裝不當(dāng)或配置不合理形成的“死角”

發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)發(fā)酵罐罐底膿皰狀積垢造成“死角”發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)法蘭連接不當(dāng)造成的“死角”發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)滅菌時蒸汽不易通達(dá)的“死角”及其消除方法發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)培養(yǎng)基與設(shè)備滅菌不徹底的防治原料性狀：大顆粒的原料過篩除去。實罐滅菌時要充分排除罐內(nèi)冷空氣。滅菌過程中產(chǎn)生的泡沫造成染菌：添加消泡劑防止泡沫升頂連消不徹底：最好采用自動控制裝置滅菌后期罐壓驟變

死角

操作不當(dāng)造成染菌

噬菌體染菌及其防治

3.預(yù)防發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)采取哪些措施能夠保持無菌發(fā)酵？物料、培養(yǎng)基、中間補料要滅菌；發(fā)酵設(shè)備及輔助設(shè)備（空氣過濾裝置、各種發(fā)酵罐進出口連接裝置）和管道要滅菌；好氣發(fā)酵通入的空氣要除菌；種子無污染；接種無菌操作過關(guān)；為了保持發(fā)酵的長期無菌狀態(tài)，需維持正壓。發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)三、發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)——滅菌方法干熱滅菌法

濕熱滅菌法

射線滅菌法

化學(xué)藥劑滅菌法過濾除菌法火焰滅菌法

發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)四、培養(yǎng)基及設(shè)備滅菌

（一）濕熱滅菌原理

（二）分批滅菌（實罐滅菌）（三）連續(xù)滅菌（連消）（四）分批滅菌與連續(xù)滅菌的比較

發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)1.熱阻2.微生物熱死定律：對數(shù)殘留定律3.滅菌溫度和時間的選擇4.影響培養(yǎng)基滅菌的其它因素

（一）濕熱滅菌原理發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)1.熱阻

定義：微生物對熱的抵抗力稱為熱阻，可用比死亡速率常數(shù)k來表示。

k↓，熱阻↑,t↑發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)當(dāng)溫度T一定時，k隨微生物不同而不同，具體計算時，可取細(xì)菌芽孢的k值為標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)T變化時，k有很大變化，其變化遵從阿累尼烏斯定律

k=Aexp(-△E/RT)∴k與微生物活化能及T有關(guān)1.熱阻

發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)大腸桿菌在不同溫度下的殘留曲線嗜熱脂肪芽孢桿菌芽孢在不同溫度下的死亡曲線發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)2.微生物熱死定律：

(1)對數(shù)殘留定律

在一定溫度下，微生物受熱致死遵循分子反應(yīng)速度理論，微生物受熱死亡的速率-dN/dt與任何瞬間殘留的活菌數(shù)N成正比，即

當(dāng)Nt=0時，t=∞，

既無意義，也不可能。一般采用Nt=0.001，即1000次滅菌中只有一次失敗。發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)(2)非對數(shù)殘留定律

某些微生物受熱死亡的速率不符合對數(shù)殘留定律：如一些微生物芽孢。

kRksNRNsNDdNR/dt=-kRNRdNs/dt=kRNR-ksNs→Nt/N0=KR/(kR-kS)[ekst-ks/kRe-kRt]

式中NR：耐熱性活芽孢數(shù)；Ns：敏感性活芽孢數(shù)

ND：死亡的芽孢數(shù)；kR：耐熱性芽孢的比死亡速率；

ks：敏感性芽孢的比死亡速率；

N0：初始活芽孢數(shù)。發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)培養(yǎng)基中含有大量的不耐熱的微生物和相當(dāng)數(shù)量的耐熱性微生物時的滅菌殘留曲線∴在T相同時，對數(shù)與非對數(shù)定律的滅菌時間t不同。發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)3.

滅菌溫度和時間的選擇

培養(yǎng)物質(zhì)受熱破壞也可看作一級反應(yīng)：式中C：對熱不穩(wěn)定物質(zhì)的濃度；k’：分解速度常數(shù)；

k’的變化也遵循阿累尼烏斯方程：

都與相應(yīng)的活化能及T有關(guān)發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)當(dāng)T1→T2㏑(k2/k1)/㏑(k2’/k1’)=ΔE/ΔE’>1(∵ΔE>ΔE’)∴隨著T上升，菌死亡速率增加倍數(shù)大于培養(yǎng)基成分分解速率增加倍數(shù)，故一般選擇高溫快速滅菌。3.

滅菌溫度和時間的選擇

發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)4.影響培養(yǎng)基滅菌的其它因素

培養(yǎng)基成分油脂、糖類及一定濃度的蛋白質(zhì)、高濃度有機物等增加微生物的耐熱性低濃度（1%-2%）NaCl對微生物有保護作用，隨著濃度增加，保護作用減弱，當(dāng)濃度達(dá)8%-10%以上，則減弱微生物的耐熱性。發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)pH：pH6.0-8.0，微生物最耐熱，pH<6.0，H+易滲入微生物細(xì)胞內(nèi)，改變細(xì)胞的生理反應(yīng)促使其死亡?！嗯囵B(yǎng)基pH愈低，滅菌所需時間愈短。培養(yǎng)基的物理狀態(tài)泡沫：泡沫中的空氣形成隔熱層，對滅菌極為不利，可加入少量消泡劑。培養(yǎng)基中的微生物數(shù)量4.影響培養(yǎng)基滅菌的其它因素

發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)分空氣過濾器滅菌并用空氣吹干夾套或蛇管排冷水，開啟排氣管閥，空氣管通蒸汽，也可夾套內(nèi)通蒸汽達(dá)70℃左右取樣管放料管通蒸汽120℃，1×105pa保溫保溫階段，凡液面以下各管道都應(yīng)通蒸汽，液面上其余各管道則應(yīng)排蒸汽，不留死角，維持壓力、溫度恒定罐壓接近空氣壓力向罐內(nèi)通無菌空氣保溫結(jié)束，依次關(guān)閉各排汽、進汽閥門夾套或蛇管中通冷水培養(yǎng)基降溫到所需溫度（二）分批滅菌（實罐滅菌）

1.滅菌工藝過程

發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)升溫、冷卻兩階段也有一定的滅菌效果，考慮到滅菌的可靠性主要在保溫階段進行，故可以簡單地利用式

㏑(N/N0)=-kt

來粗略估算滅菌所需時間。2.

滅菌時間的估算

發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)2.滅菌時間的估算

例1：有一發(fā)酵罐內(nèi)裝40m3培養(yǎng)基，在1210C溫度下實罐滅菌，原污染程度為每1ml有2×105個耐熱細(xì)菌芽孢，已知1210C時滅菌速度常數(shù)k=1.8min-1，求滅菌失敗機率為0.001時所需時間。

解：N0=40×106×2×105=8×1012(個)Nt=0.001(個)k=1.8(min-1)

㏑(Nt/N0)=-kt

t=2.303/k[lg(N0/Nt)]=2.303/1.8[lg(8×1015)]=20.34(min)

由于升溫階段就有部分菌被殺滅，特別是當(dāng)培養(yǎng)基加熱至1000C以上，這個作用較為顯著，故實際保溫階段時間比計算值要短。

發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)（三）連續(xù)滅菌（連消）

工藝流程噴淋冷卻連續(xù)滅菌流程噴射加熱連續(xù)滅菌流程薄板式換熱器連續(xù)滅菌流程滅菌時間的計算

㏑(Ct/C0)=－ktt=2.303/k[lg(C0/Ct)]

式中：C0、Ct分別為單位體積培養(yǎng)基滅菌前、后的含菌數(shù)。

發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)例2．某發(fā)酵罐內(nèi)裝40m3培養(yǎng)基，采用連續(xù)滅菌，滅菌溫度為1310C，原污染程度為每1ml含有2×105個雜菌，已知1310C時滅菌速度常數(shù)為15min-1，求滅菌所需的維持時間。連續(xù)滅菌時間的估算解：C0=2×105(個/ml)Ct=0.001/(40×106)=2.5×10-11(個/ml)t=2.303/k[lg(C0/Ct)]=2.303/15×lg[(2×105)/(2.5×10-11)]=2.37min發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)噴淋冷卻連續(xù)滅菌流程發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)分批滅菌與連續(xù)滅菌的比較

連續(xù)滅菌的優(yōu)點：（適用于大型罐）可采用高溫短時滅菌，營養(yǎng)成分破壞少，有利于提高發(fā)酵產(chǎn)率；發(fā)酵罐利用率高；蒸汽負(fù)荷均衡；采用板式換熱器時，可節(jié)約大量能量；適宜采用自動控制，勞動強度??；可實現(xiàn)將耐熱性物料和不耐熱性物料在不同溫度下分開滅菌，減少營養(yǎng)成分的破壞。發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)缺點：對小型罐無優(yōu)勢，不方便，對設(shè)備要求高；蒸汽波動時滅菌不徹底；當(dāng)培養(yǎng)基中含有固體顆?；蛴休^多泡沫時，以分批滅菌好，防止滅菌不徹底。

分批滅菌與連續(xù)滅菌的比較

發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)五、空氣除菌

（一）概述（二）空氣過濾除菌流程（三）空氣預(yù)處理（四）空氣預(yù)處理流程設(shè)計應(yīng)用舉例（五）空氣過濾介質(zhì)（六）空氣過濾除菌原理（七）提高過濾除菌效率的措施發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)（一）概述

空氣除菌的必要性

以一個50m3的發(fā)酵罐為例，若裝料系數(shù)為0.7，要求每立方米發(fā)酵液每分鐘通氣0.8m3，培養(yǎng)周期170h，那么每個周期需通氣量2.86×105m3(50×0.7×0.8×170×60)，而每立方米大氣中約有103-104個微生物。發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)空氣除菌方法輻射殺菌：超聲波、高能陰極射線，x射線、β射線、γ射線、紫外線(2265?~3287?)加熱殺菌：加熱方法可用蒸汽、電和空氣壓縮機產(chǎn)生的熱量靜電除菌：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。過濾除菌：采用定期滅菌的介質(zhì)來阻截流過的空氣所含的微生物而取得無菌空氣。常用的過濾介質(zhì)有棉花、活性炭、玻璃纖維、有機合成纖維、有機和無機燒結(jié)材料等等。

（一）概述

發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)1.

對空氣過濾除菌流程的要求流程主要設(shè)備：空氣壓縮機、空氣過濾器

附屬設(shè)備：粗過濾器、氣液分離器、空氣貯罐、空氣冷卻器

發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)流程的制定應(yīng)根據(jù)所在地的地理、氣候環(huán)境和設(shè)備條件綜合考慮

環(huán)境污染比較嚴(yán)重的地方，要考慮改變吸風(fēng)的條件；在溫暖潮濕的南方，要加強除水設(shè)施；壓縮機耗油嚴(yán)重的設(shè)備流程中則要加強消除油霧的污染，也可采用無油潤滑的往復(fù)式壓縮機；往復(fù)式壓縮機，要配備前置粗過濾器及空氣貯罐。通常要求壓縮空氣的相對濕度Φ=50%~60%時通過過濾器為好。1.

對空氣過濾除菌流程的要求發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)2.

空氣除菌流程的分析空氣除菌系統(tǒng)包括：冷卻、分離油水、加熱、過濾幾種典型的設(shè)備流程

兩級冷卻、加熱除菌流程

冷熱空氣直接混合式空氣除菌流程高效前置過濾空氣除菌流程將空氣冷卻至露點以上的流程利用熱空氣加熱冷空氣流程一次冷卻和析水的空氣過濾流程

發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)（三）空氣預(yù)處理1.

原理：除塵(外源空氣的前處理)：防塞，提高過濾效率和濾器壽命；降溫：防燒傷介質(zhì)及水分蒸發(fā)嚴(yán)重，對發(fā)酵不利除油、除水：防塞（因油膜堵），防止過濾器長菌堵塞（因水滴）加熱：保持相對濕度穩(wěn)壓：防止壓力波動，貯罐

2.

預(yù)處理流程設(shè)計的簡繁關(guān)鍵：去濕問題措施：建吸風(fēng)塔、粗過濾器（布袋過濾器、填料過濾器、油浴洗滌和水霧除塵裝置等）、高效前置過濾器發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)

兩級冷卻、加熱除菌流程圖1-粗過濾器；2-空壓機；3-貯罐；4，6-冷卻器；5-旋風(fēng)分離器；7-絲網(wǎng)分離器；8-加熱器；9-過濾器

發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)

冷熱空氣直接混合式空氣除菌流程圖1-粗過濾器；2-壓縮機；3-貯罐；4-冷卻器；5-絲網(wǎng)分離器；6-過濾器發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)

利用熱空氣加熱冷空氣的流程示意圖1-高空采風(fēng)；2-粗過濾器；3-壓縮機；4-熱交換器；5-冷卻器；6，7-析水器；8-空氣總過濾器；9-空氣分過濾器發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)

將空氣冷卻至露點以上的流程1－高空采風(fēng)；2－粗過濾器；3－壓縮機；4－冷卻器；5－冷卻器；6－空氣總過濾器；7－空氣分過濾器發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)

高效前置過濾空氣除菌流程圖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—過濾器發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)

一次冷卻和析水的空氣過濾流程示意圖1－高空采風(fēng)；2－粗過濾器；3－壓縮機；4－冷卻器；5，6—析水器；7—貯罐；8—加熱器；9—空氣總過濾器；10—空氣分過濾器發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)空氣壓縮和壓縮空氣的冷卻

空氣的壓縮過程可看作絕熱過程，故壓縮后的空氣溫度與被壓縮的程度有關(guān)：

T2=T1(P2/P1)(k-1)/k

式中T1,T2——壓縮前后空氣的絕對溫度，KP1,P2——

壓縮前后空氣的絕對壓強，Pak——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（對于空氣m=1.2-1.3）代替絕熱指數(shù)k。發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)例3：20oC的大氣被壓縮至表壓2.5kg/cm2時溫度是多少？解：T1=20+273=293kP2/P1=（2.5+1.033）/1.033=3.42m=1.3T2=T1(P2/P1)(m-1)/m=293×3.420.3/1.3=389k∴t2=389-273=116oC發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)空氣預(yù)處理流程設(shè)計發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)3.

幾個概念空氣的絕對濕度：1m3

濕空氣中含有的水蒸氣絕對量(kg)空氣的相對濕度（Φ）：空氣的絕對濕度與同溫度下飽和絕對濕度之比值或者空氣中水蒸汽分壓與同溫度時的飽和水蒸汽壓之比值，稱為空氣的相對濕度。

Φ=Pw/Ps

式中

Pw——空氣中水蒸氣分壓，

Pa

Ps——同溫度下水的飽和蒸氣壓，Pa，

它可由各類手冊中查到。空氣的濕含量（X）：1kg干空氣中含有的水汽量

（kg/kg干空氣）發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)空氣的濕含量（X）

設(shè)Ggkg干空氣中含Gwkg水蒸汽時，則

X=Gw/Gg

又Pw/Pg=nw/ng=(Gw/Mw)/(Gg/Mg)=(Gw/Gg)·(Mg/Mw)

（Mw，Mg分別為水和空氣的分子量）∴X=Gw/Gg=(PwMw)/(PgMg)=(18/28.94)·(Pw/Pg)=0.622Pw/(P-Pw)（4-1）發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)（1）Φ與X的關(guān)系

將ΦPs=Pw代入式4-1中得

X=0.622ΦPs/（P-ΦPs）所以，已知某一溫度T時Φ值，便可求得X。①當(dāng)X一定時，T1→T2，導(dǎo)致Φ1→Φ2

，則X1=0.622Φ1Ps1/(P1-Φ1Ps1)X2=0.622Φ2Ps2/(P2-Φ2Ps2)∵X1=X2∴Φ2=Φ1(PS1/PS2)(P2/P1)

（式4-2）發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)②當(dāng)X發(fā)生變化，即有水析出時，X降低，此時Φ2=100%，

定義：當(dāng)Ф=1時，空氣中水蒸氣已飽和，此時溫度稱為露點Td。當(dāng)T<Td時，有水析出，X↓。當(dāng)ΔX=0時，壓縮過程中，隨著T↑，Ps↑，P↑，Ф↓；降溫過程中，隨著T↓，Ps↓，P一定，Ф↑。（1）Φ與X的關(guān)系

發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)思考題壓縮空氣的露點比原始空氣的露點更高，即更易析出水分，且壓縮比愈大，露點愈高，為什么？發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)思考題答案：由

可知當(dāng)＝1時，求出Ps2對應(yīng)

TdPs2愈高，Td愈高

而∴壓縮空氣的露點

比原始空氣高(P2>P1)

壓縮比

愈大，露點愈高發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)加熱后空氣的溫度設(shè)析出水后，在升溫階段ΔX=0，根據(jù)式4-2可以求出析水后應(yīng)升溫到多少度才能滿足相對濕度保持50-60%。

∵Φ后=ΦdPsd/Ps后∴Ps后=ΦdPsd/Φ后

Ps后→T后發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)無菌技術(shù)例4：溫度20℃、Φ=85%的空氣，當(dāng)壓縮至2.0kg/cm2時，溫度為120℃，求此時空氣相對濕度是多少？若在壓力不變的情況下將溫度冷卻至40℃后，相對濕度又是多少？

已知：20℃時，Ps1=0.0238kg/cm2,120℃時，Ps2=2.025kg/cm2

，40℃時，Ps3=0.