空气除菌设备讲解24页PPT

图4-71机-滤械网振2动-加袋油式斗除尘3-油器镜 4-油层
图4-9 水雾除尘装置
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• 2）空气压缩机
分为离心式空气压缩机和往复式空气压缩 机两种。
• 3）空气贮罐
贮气罐的作用： （1）消除脉动维持罐压的稳定。（2）使部分
液滴在罐内沉降。（3）保温灭菌。
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3、高效前置过滤空气除菌流程
• 1）利用压缩1机的抽吸作3用，4使空5气先经6 中、7高效
过滤后，再进入空气压2 缩机，这样就降低了主过 滤器的负荷。
• 2）特点是采用了高效率的前置过滤设备，使
图4-5 高效前置过滤空气除菌流程
空气经过多次过滤，因而所得的空气无菌程 1-高效前置过滤器 2-压缩机 3-贮罐 4-冷却器 5-丝网分离器 6-加热器 7-过滤器 度比较高。
(a)惯性
(b)拦截
(c)扩散
(d)重力
(e)静电
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利用惯性、拦截和扩散作用除去颗粒或液 滴的纤维工作原理
空气
过滤空气
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/%
扩散机理
重新污染 惯性冲击机理
噬菌体
拦截机理
vs / (m/s)
0
图4-15 过滤除菌效率（ ）与气速（vs)的关系
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进气
排气
出灰口 图4-11 旋风分离器
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填料式分离器是利 用各种填料如焦炭 、活性炭、磁环、 金属丝网、塑料丝 网等的惯性拦截作 用分离空气中水雾 或油雾。

0.8~1.2
0.8~1.8
小颗粒的相对尺寸
铅笔墨点 (40 mm)
大硅胶颗粒 (20 mm)
红细胞(7mm)
典型细菌 (0.2mm)
酵母细胞 (3 mm)
二、空气过滤器的功能
从气体中去除污染物（微生物）以使达到所 需的气体的无菌程度。
空气过滤器
过滤器经常被认为是一种简单的网或筛 子，过滤 / 分离是在一个平面上进行的。
空一般净化：以温、湿度为主要指标的空调，
可采用初效滤过器。
• ② 中等净化：对室内空气含尘量有一定的含尘 量指标。这类空气净化采用初、中效二级滤过。
• ③ 超净净化：对室内空气含尘量有严格的要求， 以颗粒计数为指标的要求，此类净化必须经过初、 中、高效滤过器才能满足要求。
2.生物工业生产对空气质量的要求
生物制药工业生产中对空气质量的要求是 ：无菌，无灰尘， 无杂质，无水，无油，温度，湿度，正压等要求；
生物制药工业生产中对无菌空气的无菌程度要求是：一般要 求1000次使用周期中只允许有一个菌通过，即经过滤后空气的无 菌程度为N=10-3。
二、空气净化除菌方法及原理
• 消毒问题
– 滤芯（器）消毒是一个日常操作工序。 – 滤芯常见的消毒方法有蒸汽、热水和化
学试剂消毒三种。 – 蒸汽消毒要注意选择饱和蒸汽，一则是
可以可靠杀死细菌，二则是可通过控制 压力来调节温度。蒸汽消毒对于疏水滤 芯来说相对是简单的，但对亲水滤芯特 别是膜材料耐温度不高的滤芯来说，操 作方法是至关重要的 。
– 过滤精度: 0.3-0.5μm – 过滤效率: 95%-99.9% – 初始压差: ≤0.005MP – 工作温度: ≤80℃ – 可耐最大压差: 0.08MPa

论上讲都能破坏蛋白质，破坏生物活性物质，从而起到杀 菌作用。但应用较广泛的还是紫外线，它在波长为 226.5~328.7nm时杀菌效力最强，通常用于无菌室和医院 手术室。但杀菌效率较低，杀菌时间较长。一般要结合甲 醛蒸汽等来保证无菌室的无菌程度。
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• 4.2.2加热灭菌
• 虽然空气中的细菌芽孢是耐热的，但温度足够高也能 将它破坏。例如悬浮在空气中的细菌芽孢在218°C下24s 就被杀死。但是如果采用蒸汽或电热来加热大量的空气， 以达到灭菌目的，这样太不经济。利用空气压缩时产生的 热进行灭菌对于无菌要求不高的发酵来说则是一个经济合 理的方法；
菌机率为10-3来计算，即1000次发酵周期所用的无菌空气
只允许1~2次染菌。
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注意
• 虽然一般悬浮在空气中的微生物，大多是能耐恶劣环 境的孢子或芽孢，繁殖时需要较长的调整期。但是在阴雨 天气或环境污染比较严重时，空气中也会悬浮大量的活力 较强的微生物，它进入培养物的良好环境后，只要很短的 调整期，即可进入对数生长期而大量繁殖。一般细菌繁殖 一代仅需20~30min，如果进入一个细菌，则繁殖15h后， 可达109个。如此大量的杂菌必使发酵受到严重干扰或失 败，所以计算是以进入1、2个杂菌即失败作为依据的。
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• 4.1.4空气含菌量的测定
•
空气是许多气态物质的混合物，主要成分是氮气和氧
气，还有惰性气体及二氧化碳和水蒸汽。除气体外，尚有
悬浮在空气中的灰尘，而灰尘主要由构成地壳的无机物质
微粒、烟灰和植物花粉等组成。一般城市灰尘多于农村，
夏天多于冬天，特别ห้องสมุดไป่ตู้气候温和湿润地区，空气中的菌量 较多。据统计，大城市每立方米空气中的含菌数约为 3000~10000个。要准确测定空气中的含菌量来决定过滤 系统或查定过滤空气的无菌程度是比较因难的。

洁净度级数(英制)：每1ft3空气中，粒径大于等 于0.5μm的最大允许粒子数。
洁净度级数(国际制)：每1m3空气中，粒径大于 等于0.5μm的最大允许粒子数的常数对数值。
1立方英尺=1（ft3）=0.0283立方米（m3）=28.317升（liter）
1美加仑(gal)= 3.785升 1英加仑(gal)= 4.546升
• 此流程尤其适用于潮湿的南方地区。
➢空气除菌流程
•两级冷却、分离、加热的空气除菌流程
旋风分离器
3．前置高效过滤除菌流程
1.高效过滤器 2.空压机 3.贮罐 4.冷却器 5.丝网分离器 6.加热器 7.过滤器
前置高效过滤除菌流程
• 高效前置过滤除菌流程的特点是无菌 程度高。
• 高效前置过滤器采用泡沫塑料（静电 除菌）和超细纤维纸串联使用作过滤 介质。
维滤布。
布袋过滤
• 一般来说气流速度越
大，则阻力越大，且过滤 效率也低。
• 气流速度一般为2～ 2.5 m3/（m2·min）， 空气阻力大约为600～ 1200Pa。
• 滤布要定期清洗，以 减少阻力损失和提高过滤 效率。
水雾除尘装置
油浴洗涤空气装置
（三）前置预过滤器
亚高效过滤层 粗过滤层
绒布 或聚氨酯泡沫塑料
②进口的气流速度要适当。
• 旋转气流所产生的离心力与气流速度的 平方成正比。
• 气流速度小，分离效果差；
• 但气流速度过大，则能量损失多（压降 大），同时也会产生涡流而降低效率。
• 一般采用进口气流速度 15～25m／s， 排气出口气流速度为 4～8m／s。
旋风分离器
• 旋风分离器对于分离10μm以上的微 粒效率较高，但对10μm以下的微粒分离 就比较困难。

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12.1 空气净化除菌的方法与原理
2．生物工业生产对空气质量的要求 生物工业生产中，由于所用菌种的生产 能力强 弱、生 长速度 的快慢 、发酵 周期的 长短、 分泌物 的性质 、培养 基的营 养成分 和PH值 的差异 等，对 所用空 气的质 量有不 同的要 求。 生物工业生产所用的 “无菌空气”，是指通过除菌处理使空 气中含 菌量降 低到零 或极低 ，从而 使污染 的可能 性降至 极小。 一般按 染菌概 率为10 -3来计 算，即 1000次发酵周期所用的无菌空气只允许1 次染菌 。
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12.1 空气净化除菌的方法与原理
1．惯性冲击滞留作用机理 惯性冲击滞留作用是空气过滤除菌的重 要作用 。当微 粒随气 流以一 定的速 度垂直 向纤维 方向运 动时， 空气受 阻即改 变运动 方向， 绕过纤 维前进 。而微 粒由于 它的运 动惯性 较大， 未能及 时改变 运动方 向，直 冲到纤 维表面 ，由于 摩擦黏 附，微 粒就滞 留在 纤维表 面，这 称为惯 性冲击 滞留作 用。空 气流速 是影响 惯性冲 击滞留 效率的 重要因 素。空 气流速 下降， 惯性冲 击滞留 效率也 下降。 滞留效 率为零 时的气 流速度 称为惯 性冲击 的临界 速度。
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12.2 空气介质过滤除菌设备
2．空气过滤除菌流程 （1）两级冷却、分离、加热的空气除菌 流程 如图12-2所示，这是一个比较完善的空 气除菌 流程。 其特点 是：两 次冷却 、两次 分离和 适当加 热。两 次冷却 、两次 分离油 水的主 要优点 是可节 约冷却 用水， 油水分 离比较 完全， 保证干 过滤。 压缩空 气经第 一次冷 却后， 大部分 的水、 油结成 颗粒较 大、浓 度较高 的雾粒 ，可用 旋风分 离器分 离；第 二次冷 却，使 空气进 一步析 出其中 的油和 水，形 成较小 的雾粒 ，可用 丝网分 离器分 离。此 时，空 气的相 对湿度 还是10 0%，可 用加热 的方法 把空气 的相对 湿度降 到50～ 60%。

空气的过滤除菌原理与通常的过滤原理不一样，由于空 气中气体引力较小，且微粒很小，常见悬浮于空气中的 微生物粒子大小在0.5-2微米，而空气过滤常用的过滤 介质如棉花，它的纤维直径一般为16-20微米，当充填 系数为8%时，棉花纤维所形成网格的孔隙为20-50微 米。微粒随空气流通过滤层时，滤层纤维所形成的网格 阻碍气流前进，使气流无数次改变运动速度和运动方向 而绕过纤维前进，这些改变引起微粒对滤层纤维产生惯 性冲击、拦截、重力沉降、布朗扩散、静电吸引等作用， 从而把微粒滞留在纤维表面。
章 空气净化及除菌设备
现代工业发酵绝大多数是利用好气性微生物进 行纯种培养,从而获得目的产物。溶解氧是这些 微生物生长和代谢必不可少的条件。工业上通 常以空气作为氧源。但空气中含有各种各样的 微生物，它们一旦随空气进入培养液，在适宜 的条件下，就会迅速大量繁殖，干扰甚至破坏 预定发酵的正常进行，甚至造成发酵彻底失败 等严重事故。因此，通风发酵需要的空气必须 是洁净无菌，并有一定的温度和压力的空气， 这就要求对空气进行净化除菌和调节处理。
2. 拦截滞留作用机理
气流速度下降到临界速度以下时，微就不能因惯性冲击 而滞留在纤维上，捕集效率显著下降。但实践证明，随着 气流速度的继续下降，纤维对微粒的捕集效率又有回升， 说明有另一种机理在起作用，这就是拦截滞留作用机理。 当微生物等微粒随低速气流慢慢靠近纤维时，微粒所在的 主导气流受纤维所阻而改变流动方向，绕过纤维前进，并 在纤维的周边形成一层边界滞流区。滞留区的气流速度更 慢，进到滞留区的微粒慢慢靠近和接触纤维而被黏附滞留， 称为拦截滞留作用。 拦截滞留作用在气流速度低时才起作用。
3. 布朗扩散作用机理
直径很小的微粒在很慢的气流中能产生一种不规则的直线 热运动，称为布朗扩散。布朗扩散的运动距离很短，在较 大的气速或较大的纤维间隙中是不起作用的。但在很小的 气流速度和较小的纤维间隙中却能使微粒靠近纤维而被黏 附，称为布朗扩散作用机理。 布朗扩散作用与微粒和纤维直径有关，并与气流速度成反 比。在气流速度很小时，它是介质过滤除菌的重要作用之 一。

过滤除菌机理
惯性冲击作用 拦截作用 布朗扩散作用 重力沉降作用
静电吸附作用
惯性冲击作用
过滤器中的滤层交错着无数的纤维，好像层层的网格。 带有微生物的空气通过滤层时，无论顺纤维方向流动或是垂 直于纤维方向流动，仅能从纤维的间隙通过。 由于纤维交错所阻挡，使空气要不断改变运动方向和速度才 能通过滤层。
单元技能一 过滤器及过滤除菌 常见的过滤器 微孔滤膜过滤器
蔡氏过滤器
玻璃过滤器
微孔滤膜过滤器过滤除菌
单元技能二 空气过滤除菌
两级冷却、分离、加热空气除菌流程
供给发酵用的无菌空气，需要克服介质阻力、发酵液静压力和管道阻力，故一 般使用空压机。 从大气中吸入的空气常带有灰尘、沙土、细菌等；在压缩过程中，又会污染润 滑油或管道中的铁锈等杂质，在空气进入发酵罐前，必须先行冷却。 而冷却出来的油、水，又必须及时排出，严防带入空气过滤器中，否则会使过 滤介质(如棉花等)受潮，失去除菌性能，空气在进入空气过滤器前，要先经除 尘、除油、除水，再经空气过滤器除菌，制备净化空气送入发酵罐，供菌体生 长与代谢的需要。
项目三 空气除菌
单元知识一 空气过滤除菌方法及除菌机理 无菌空气的概念 发酵工业应用的“无菌空气”是指通过除菌处理使空气中 含菌量降低在一个极低的百分数，从而能控制发酵污染至 极小机会，此种空气称为“无菌空气”。 一般按染菌机率为10-3来计算，即1000次发酵周期所用的 无菌空气只允许1~2次染菌。
用以沉降大的油滴和 水滴及稳定压力
用以分离50μm以上的液 滴及部分较小的液滴。 旋风分 离器
空气贮罐
丝网除沫器
静电吸附作用
干空气对非导体的物质作相对摩擦运动时，会产生静电现象，如 一些合成纤维。悬浮在空气中的微生物大多带有不同的电荷。 有人测定，约有75％的孢子具有l~60负电荷，15％的孢子带有 5~14正电荷，其余10％则为中性，这些带电荷的微粒会被带相反 电荷的介质所吸附。 此外，表面吸附也属这个范畴，如活性炭的大部分过滤效能应是 表面吸附作用。

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➢湿空气的性质
•湿度
空气湿度x(湿含量)：湿空气中所含的水蒸气质量与所 含的干空气质量之比。
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•相对湿度
相对湿度：湿空气中水蒸气分压与同温下水的饱和蒸
（2）空气流量 （3）空气的温度
进发酵罐压缩空气的温度比发酵温度高出 10℃ （4）相对湿度
进入总过滤器的第压5页缩/共1空04页气的相对湿度控制在
生物工业生产对空气调节的要求
➢生物工业生产需要洁净的环境、适宜的空气温 度和空气压强。
洁净空间：指空气中微粒受控制的空间。 洁净度级数(英制)：每1ft3空气中，粒径大于等 于的最大允许粒子数。 洁净度级数(国际制)：每1m3空气中，粒径大于 等于的最大允许粒子数的常数对数值。
（二）粗过滤器
• 作用：粗过滤器安装在空气压缩机前，主要起捕集较大的灰尘颗粒，防 止其进入压缩机而造成压缩机磨损，同时也减轻总过滤器的负荷。
• 要求：粗过滤器的过滤效率要高，阻力要小。 • 常用的粗过滤器有：布袋过滤、填料式过滤、油浴洗涤和水雾除尘等。
2．两级冷却、分离、加热的空气除菌流程
• 它可以适应各种气候条件，能充分地分离空气中含有的水分，使空气在低的 相对湿度下进入过滤器，提高过滤除菌效率。
• 这种流程的特点是：2次冷却、2次分离、适当加热。 • 此流程尤其适用于潮湿的南方地区。
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➢空气除菌流程
•两级冷却、分离、加热的空气除菌流程