1、一一. .空气除菌的意义空气除菌的意义绝大多数的工业微生物发酵都是好氧发酵。工业生绝大多数的工业微生物发酵都是好氧发酵。工业生产上均采用产上均采用空气作为氧气来源空气作为氧气来源。然而，空气中有各。然而，空气中有各种各样的微生物，种各样的微生物，空气中大量杂菌：103 - 104个/m3。它们在适宜条件下会大量繁殖，消耗营养物质，产它们在适宜条件下会大量繁殖，消耗营养物质，产生代谢产物，干扰甚至破坏发酵的正常进行，使得生代谢产物，干扰甚至破坏发酵的正常进行，使得发酵产品的效价降低，产量下降，甚至造成发酵彻发酵产品的效价降低，产量下降，甚至造成发酵彻底失败等。底失败等。为保证纯种培养，必须将空气
2、中的微生物除去或杀为保证纯种培养，必须将空气中的微生物除去或杀死（空气除菌）。死（空气除菌）。空气除菌是发酵工业的一个重要空气除菌是发酵工业的一个重要环节环节。获得大量的无菌空气供给好氧发酵微生物是。获得大量的无菌空气供给好氧发酵微生物是生化工程中极为重要的课题。生化工程中极为重要的课题。二.空气中的微生物空气中微生物的含量和种类随地区、高低、季节而异，空气中尘埃多少和人们活动情况而异。一般寒冷的北方比暖和、潮湿的南方含菌量少；离地面愈高含菌量愈少；工业城市比农村含菌量多。据统计大城市空气含菌数为300010000个/m3。二、空气中微生物二、空气中微生物 影响因素：影响因素：高度、季节、地区
3、、地点高度、季节、地区、地点v细小而轻的菌体是随水分的蒸发、物料的移动被细小而轻的菌体是随水分的蒸发、物料的移动被气流带入空气中或粘附在灰尘上而漂浮在气流中，气流带入空气中或粘附在灰尘上而漂浮在气流中，离地面愈高空气中含菌量愈少（离地面愈高空气中含菌量愈少（每升高每升高1010米，空米，空气中的含菌量就降低一个数量级气中的含菌量就降低一个数量级）v温度和湿度影响微生物的生存，夏季空气中微生温度和湿度影响微生物的生存，夏季空气中微生物的含量要多些物的含量要多些v寒冷、干燥的北方比温暖、潮湿的南方空气中含寒冷、干燥的北方比温暖、潮湿的南方空气中含菌量少菌量少二、空气中微生物二、空气中微生物v空气中
4、的微生物以细菌和细菌芽孢较多，也有酵母、霉菌、放线菌和噬菌体。v空气中灰尘粒子数量空气中灰尘粒子数量与人们的活动情况有关：与人们的活动情况有关：工业城市比农村含菌量多，据统计大城市空气含菌数为300010000个/m3。v厂区取风口多在偏僻角落，离开其它生产车间。厂区取风口多在偏僻角落，离开其它生产车间。二、好气性发酵对空气无菌度的要求好气性发酵中需要大量无菌空气，但空气绝对无菌是很难做到的，也是不经济的，只要使在发酵过程中不至于造成染菌而出现“倒罐”现象，这就是通风发酵对无菌空气的要求。不同类型的发酵，由于菌种生长活力、繁殖速度、培养基成分和pH值及发酵产物等不同，对杂菌抑制的能力不同，因而
5、对无菌空气的无菌程度要求也有所不同。无菌要求：在工程设计上，一般要求无菌程度为N=10-3，即1000次使用周期中只允许有一个杂菌通过。三.空气除菌的方法然而，由于空气传热效率很低，温度分布很不均匀，并且有些耐热菌的孢子需要非常长的时间才能杀灭，所以加热的方法不能大量制造无菌空气。第一节第一节 空气过滤除菌流程空气过滤除菌流程空气除菌流程的要求：高空采风：进口风管设置在上风口，2030m高，减少吸入空气的微生物含量前过滤器：压缩机前安装中效前置过滤器，保护压缩机和减轻总过滤器负担尽量选无油润滑压缩机，减少压缩后空气中的油雾污染。压缩机后采用冷却型空气储罐，可降低压缩后空气的温度，同时除去部分润
6、滑油。采用冷却-旋风分离器，使油水分离较完全。采用除雾器（丝网分离器），除去空气中的雾滴。用蒸汽加热空气约50C，使空气的相对湿度低于60%，再进入总过滤器，保证总过滤器维持干燥状态。空气经总过滤器除去大部分尘埃、颗粒和微生物后，进入每一个发酵罐上的分过滤器，再进入发酵罐。这样空气的除菌程度可达到99.99999%以上。空气除菌流程的要求空气除菌设备从总过滤器开始要都能采用蒸汽彻底灭菌，并能分段保压和灭菌。这样就不需要常常用蒸汽对过滤器或整个空气过滤系统进行灭菌。空气过滤系统要能定期排油，排水，能检测各阶段的空气温度及其净化程度，并能防止冷凝水倒流入总过滤器设备尽量简单。空气除菌的要求： 无菌
7、、无尘、无油、无水、有压力v空气空气过滤过滤需要推动力；过滤介质要求在需要推动力；过滤介质要求在干干燥燥条件下工作，才能保证除菌效率条件下工作，才能保证除菌效率v预处理预处理: :对进入空气过滤器的空气进行预处理，对进入空气过滤器的空气进行预处理，达到合适的空气状态（达到合适的空气状态（压力、温度、湿度压力、温度、湿度）v过滤过滤: :对空气进行过滤处理，除去微生物对空气进行过滤处理，除去微生物一、一、1 1、加压加压：（：（0.20.3MPa）在发酵生产过程中，为了维持在发酵生产过程中，为了维持一定的罐压和克服设备、管道、阀门、过滤介质等的阻一定的罐压和克服设备、管道、阀门、过滤介质等的阻力
8、，所供给的空气必须具有一定压力力，所供给的空气必须具有一定压力 2 2、降温降温：（：（tF=3035）与发酵温度一致与发酵温度一致3 3、减湿减湿：（：（=5060%）湿空气经压缩冷却后会有水分湿空气经压缩冷却后会有水分析出，而目前所采用的介质过滤除菌方法，要求过滤介析出，而目前所采用的介质过滤除菌方法，要求过滤介质处于干燥状态，才能保证过滤除菌效率质处于干燥状态，才能保证过滤除菌效率4 4、去油去油：往复式空气压缩机工作需用润滑油，在高温下往复式空气压缩机工作需用润滑油，在高温下润滑油汽化进入空气，经冷却析出，影响过滤除菌效率润滑油汽化进入空气，经冷却析出，影响过滤除菌效率v制定原则：制定
9、原则：u生产对生产对无菌空气要求无菌空气要求具备的参数，如无菌程度、具备的参数，如无菌程度、空气压力、温度等空气压力、温度等u吸气环境的吸气环境的空气条件空气条件u所用除菌所用除菌设备的特性设备的特性v要求要求：尽量采用新技术新设备，提高除菌效率，尽量采用新技术新设备，提高除菌效率，减少设备数量，降低设备投资、运转费用和动减少设备数量，降低设备投资、运转费用和动力消耗，便于操作力消耗，便于操作（一）两次冷却、分离、加热的空气除菌流程（一）两次冷却、分离、加热的空气除菌流程 1、流程、流程v两次冷却、两次分油水、适当加热两次冷却、两次分油水、适当加热空气第一次冷却到空气第一次冷却到3030353
10、5，第二次冷却至，第二次冷却至20202525经两次分油水后相对湿度仍为经两次分油水后相对湿度仍为100100，加热到，加热到30303535相对湿度下降到相对湿度下降到505060602 2、特点、特点两次冷却、分离、加热的空气除菌流程两次冷却、分离、加热的空气除菌流程v比较完善、典型的空气过滤除菌流程，比较完善、典型的空气过滤除菌流程，可适应各种可适应各种气候条件气候条件v所需设备最多所需设备最多，投资较大，占地面积大，阻力大，投资较大，占地面积大，阻力大v两次冷却后又加热，两次冷却后又加热，冷却和加热介质消耗较多冷却和加热介质消耗较多一次冷却、分离、加热的空气除菌流程一次冷却、分离、加热
11、的空气除菌流程（二）一次冷却、分离、加热的空气除菌流程（二）一次冷却、分离、加热的空气除菌流程 1 1、流程：、流程：将压缩空气冷却至将压缩空气冷却至20202525 ，分离析，分离析出水分后升温使相对温度降为出水分后升温使相对温度降为60%60%左右，进入过滤器左右，进入过滤器2 2、特点、特点v省去第二次冷却、分离设备省去第二次冷却、分离设备v使用无油润滑压缩机或离心式压缩机使用无油润滑压缩机或离心式压缩机（三）空气压缩冷却过滤除菌流程（三）空气压缩冷却过滤除菌流程1 1、流程：、流程：将压缩空气冷却到将压缩空气冷却到30303535、相对湿度、相对湿度 为为60%60%70%70%以下以
12、下1- 1-粗过滤器粗过滤器 2-2-空气压缩机空气压缩机 3-3-贮罐贮罐 4-4-冷却器冷却器 5-5-过滤器过滤器 2 2、特点、特点 空气压缩冷却过滤除菌流程空气压缩冷却过滤除菌流程v流程最简单，流程最简单，所用设备最少所用设备最少v适用于北方和内陆适用于北方和内陆气候干燥地区气候干燥地区（四）冷热空气间接换热的空气除菌流程（四）冷热空气间接换热的空气除菌流程1 1、流程：、流程：压缩后的热空气和冷却后的冷空气进行压缩后的热空气和冷却后的冷空气进行 热交换热交换1- 1-高空采风高空采风 2-2-粗过滤器粗过滤器 3-3-空压机空压机 4-4-热交换器热交换器 5-5-冷却器冷却器 6
13、 6、7-7-旋风分离器旋风分离器 8-8-空气总过滤器空气总过滤器 9-9-空气分过滤器空气分过滤器2 2、特点、特点冷热空气间接换热的空气除菌流程冷热空气间接换热的空气除菌流程v省去加热介质，省去加热介质，热交换器还兼作缓冲罐热交换器还兼作缓冲罐v气气- -气换热的传热系数很小，需要气换热的传热系数很小，需要较大换热面积较大换热面积（五）冷热空气直接混合的空气除菌流程（五）冷热空气直接混合的空气除菌流程 1 1、流程：、流程：压缩空气从缓冲罐出来后分成两部分，压缩空气从缓冲罐出来后分成两部分，一部分进入冷却器一部分进入冷却器，冷却到较低温度，经分离器，冷却到较低温度，经分离器分离水雾后与分
14、离水雾后与另一部分高温气体另一部分高温气体混合混合2 2、特点、特点 冷热空气直接混合的空气除菌流程冷热空气直接混合的空气除菌流程v省去省去加热介质和加热设备加热介质和加热设备v适用于空气的湿含量为适用于空气的湿含量为中等的地区中等的地区v要经常根据气候条件调节要经常根据气候条件调节冷热空气的比例冷热空气的比例（六）前置高效过滤器的空气除菌流程（六）前置高效过滤器的空气除菌流程 1 1、流程：、流程：在压缩机前设置一台高效过滤器在压缩机前设置一台高效过滤器1- 1-高效过滤器高效过滤器 2-2-空压机空压机 3-3-贮罐贮罐 4-4-冷却器冷却器 5-5-丝网分离器丝网分离器 6-6-加热器加
15、热器 7-7-过滤器过滤器1- 1-高效过滤器高效过滤器 2-2-空压机空压机 3-3-贮罐贮罐 4-4-冷却器冷却器 5-5-丝网分离器丝网分离器 6-6-加热器加热器 7-7-过滤器过滤器2 2、特点、特点v前面高效过滤，前面高效过滤，减轻后面过滤负荷减轻后面过滤负荷v多次高效过滤，空气多次高效过滤，空气无菌程度比较高无菌程度比较高 v吸气阻力大，影响压缩机的吸气阻力大，影响压缩机的吸气量吸气量（七）后置冷却器的空气除菌流程（七）后置冷却器的空气除菌流程 1 1、流程：、流程：前冷却器前冷却器冷却空气到相对湿度冷却空气到相对湿度505060%60% 进入过滤器，进入过滤器，后冷却器后冷却器
16、冷却空气温度冷却空气温度 到到30303535进入发酵罐进入发酵罐空气空气高空取气管高空取气管粗过滤器粗过滤器压缩机压缩机后冷却器后冷却器无菌空气无菌空气 缓冲罐缓冲罐前冷却器前冷却器过滤器过滤器2 2、特点、特点v省去省去分离设备、加热设备分离设备、加热设备和加热介质和加热介质v空气过滤除菌后易空气过滤除菌后易重被污染重被污染空气预处理流程的选择空气预处理流程的选择除菌效率达到要求（气候、环境）除菌效率达到要求（气候、环境）设备数量、投资、运转费用和动力消耗较少设备数量、投资、运转费用和动力消耗较少操作简便操作简便第二节第二节 深层过滤除菌原理深层过滤除菌原理v过滤除菌方法过滤除菌方法: :
17、绝对过滤和深层过滤绝对过滤和深层过滤v绝对过滤：绝对过滤：介质的介质的孔隙小于孔隙小于被滤除的尘埃或微被滤除的尘埃或微生物，当空气流过介质层时，空气中的尘埃和微生物，当空气流过介质层时，空气中的尘埃和微生物被截留在介质层的表面生物被截留在介质层的表面v深层过滤：深层过滤：介质间的介质间的孔隙大于孔隙大于被滤除的尘埃或被滤除的尘埃或微生物。空气流过这种介质过滤层时，借助惯性微生物。空气流过这种介质过滤层时，借助惯性碰撞、拦截、静电吸咐、扩散、沉降等作用，将碰撞、拦截、静电吸咐、扩散、沉降等作用，将其尘埃和微生物截留在介质层内其尘埃和微生物截留在介质层内一、深层过滤除菌机理一、深层过滤除菌机理空气
18、空气过滤空气过滤空气u过滤介质的孔隙（过滤介质的孔隙（202050m50m），要除去微生物颗），要除去微生物颗粒（粒（0.50.52m2m），利用惯性碰撞、拦截、布朗运），利用惯性碰撞、拦截、布朗运动、重力沉降和静电吸引等作用除菌动、重力沉降和静电吸引等作用除菌1 1、惯性冲击滞留作用机理、惯性冲击滞留作用机理原理：原理：u当微生物等颗粒随空气当微生物等颗粒随空气流动进入过滤介质，气流动进入过滤介质，气流碰到滤层纤维时，空流碰到滤层纤维时，空气就改变运动方向气就改变运动方向绕过绕过纤维纤维继续前进继续前进b0dfd图4-14 单纤维空气流线图u微生物等颗粒由于具有微生物等颗粒由于具有一定的质量
19、，在以一定一定的质量，在以一定速度运动时而有速度运动时而有惯性惯性u在惯性力作用下穿过气在惯性力作用下穿过气流层碰到纤维，由于摩流层碰到纤维，由于摩擦、粘附作用，被擦、粘附作用，被滞留滞留在纤维表面在纤维表面上上单纤维惯性冲击捕集效率单纤维惯性冲击捕集效率：fdb1式中：式中：b b单纤维能滞留微粒的气流宽度，单纤维能滞留微粒的气流宽度，mm （微粒大小、密度、气流速度、空气粘度）微粒大小、密度、气流速度、空气粘度） d df f纤维直径，纤维直径，mmfppdudc1802准数：准数：式中：式中：cc修正系数，修正系数，11.4611.46 p p微粒密度，微粒密度，kg/mkg/m3 3
20、d dp p微粒直径，微粒直径，m m u u0 0气流速度，气流速度，m/sm/s 空气粘度，空气粘度，Pa.sPa.s临界气流速度：临界气流速度：21.125fcppducd1611802fppdudc当当b=0b=0时时1 1=0=0)(1fv当气流速度当气流速度低于低于临界速度临界速度时，颗时，颗粒不会因惯性碰粒不会因惯性碰撞而被滞留撞而被滞留v在气流绕过纤维时，在气流绕过纤维时，颗粒随之改变方向颗粒随之改变方向v气流在纤维周边形成一层气流在纤维周边形成一层边界滞留区边界滞留区v在滞留区内气流速度更慢，颗粒缓慢接近纤维，在滞留区内气流速度更慢，颗粒缓慢接近纤维，并与之接触，由于摩擦、粘
21、着作用而被滞留并与之接触，由于摩擦、粘着作用而被滞留2 2、拦截滞留作用机理、拦截滞留作用机理v因布朗运动性碰撞介质纤维而被滞留，这种作用称因布朗运动性碰撞介质纤维而被滞留，这种作用称为为布朗扩散布朗扩散作用作用v很小的颗粒在流动速很小的颗粒在流动速度很低的气流中能产度很低的气流中能产生一种生一种不规则直线运不规则直线运动动，称为布朗运动，称为布朗运动3 3、布朗扩散作用机理、布朗扩散作用机理v布朗扩散运动使较小布朗扩散运动使较小微粒凝聚为较大微粒微粒凝聚为较大微粒， 随即随即可能产生重力沉降或被过滤介质截留可能产生重力沉降或被过滤介质截留4 4、重力沉降作用机理、重力沉降作用机理v当气流对微
22、粒的拖当气流对微粒的拖带力带力小于微粒的重小于微粒的重力力时，微粒就沉降时，微粒就沉降v对于小颗粒，只有当对于小颗粒，只有当气流速度很低气流速度很低时才起作用时才起作用v在空气的介质过滤除菌方面，这一作用很小在空气的介质过滤除菌方面，这一作用很小5 5、静电吸附作用机理、静电吸附作用机理v当具有一定速度的气流通过介质滤层时，由于当具有一定速度的气流通过介质滤层时，由于摩摩擦作用而产生诱导电荷擦作用而产生诱导电荷，特别是用树脂处理的纤，特别是用树脂处理的纤维表面产生电荷更明显维表面产生电荷更明显v许多微生物都带有许多微生物都带有电荷电荷。枯草杆菌芽孢。枯草杆菌芽孢有有20%20%以上带正电荷，以
23、上带正电荷，15%15%以上带负电荷以上带负电荷v当菌体所带的电荷与介质的电荷相反时，就当菌体所带的电荷与介质的电荷相反时，就发生发生静电吸引静电吸引作用作用过滤除菌效率过滤除菌效率()与气速与气速(vs)的关系的关系1 12 23 34 45 5u当气流速度当气流速度较小较小时，没有惯性碰撞作用，以时，没有惯性碰撞作用，以拦截、重力沉拦截、重力沉降和布朗运动降和布朗运动现象为主，此时，除菌效率随气流速度现象为主，此时，除菌效率随气流速度增大增大而降低而降低u当气流速度增大到某值时，当气流速度增大到某值时，除菌效率最除菌效率最小，此为临界速度小，此为临界速度u当气流速度继续增加，当气流速度继续
24、增加，惯性碰撞惯性碰撞开始发挥作用，开始发挥作用，除菌效率随着气流速度除菌效率随着气流速度增加而提高增加而提高u如果气流速度如果气流速度过大过大，除，除菌效率又下降，则是由菌效率又下降，则是由于已被捕集的微粒又被于已被捕集的微粒又被湍动的气流夹带返回到湍动的气流夹带返回到空气中空气中l总作用效果与气流速度关系总作用效果与气流速度关系二、深层过滤除菌效率二、深层过滤除菌效率1221111NNNPNN 式中：式中： 过滤效率，（过滤效率，（%） N N1 1过滤前空气中的尘埃颗粒数过滤前空气中的尘埃颗粒数 N N2 2过滤后空气中的尘埃颗粒数过滤后空气中的尘埃颗粒数 P P穿透率，即过滤后空气中残
25、留颗粒数穿透率，即过滤后空气中残留颗粒数 与原有颗粒数之比与原有颗粒数之比1 1、过滤效率、过滤效率v滤层所滤去的微粒数与原来微粒数的比值滤层所滤去的微粒数与原来微粒数的比值v衡量过滤设备衡量过滤设备过滤能力过滤能力的指标的指标 2 2、影响过滤效率的因素、影响过滤效率的因素影响因素：影响因素：过滤介质的种类、规格过滤介质的种类、规格 介质层的填充密度、厚度介质层的填充密度、厚度 空气流速、需滤除微粒大小空气流速、需滤除微粒大小v不同过滤介质的不同过滤介质的理化性质理化性质不同，其过滤效率有较不同，其过滤效率有较大差异大差异v同一介质，过滤效率与介质纤维直径关系很大，同一介质，过滤效率与介质纤
26、维直径关系很大，介质纤维介质纤维直径越小直径越小，过滤效率越高，过滤效率越高v过滤效率与介质滤层过滤效率与介质滤层厚度厚度、填充、填充密度密度和空气和空气流速流速有关有关3 3、对数穿透定律、对数穿透定律四点假定四点假定： 过滤介质每一纤维的过滤介质每一纤维的空气流态空气流态并不因其它邻近并不因其它邻近纤维的存在而受影响纤维的存在而受影响 空气中的微粒与纤维表面空气中的微粒与纤维表面接触即被吸附接触即被吸附，不再，不再被气流卷起带走被气流卷起带走 过滤效率与空气中微粒的过滤效率与空气中微粒的浓度无关浓度无关空气中微粒在滤层中空气中微粒在滤层中递减均匀递减均匀，即每一纤维薄，即每一纤维薄层除去同
27、样百分率的菌体层除去同样百分率的菌体v多层细小的纤维将空气中粒子拦截在介质层中，多层细小的纤维将空气中粒子拦截在介质层中，因此过滤效率是因此过滤效率是随滤层厚度的增加而提高随滤层厚度的增加而提高的的式中：式中：N N滤层中空气的颗粒数，个滤层中空气的颗粒数，个 L L过滤介质层厚度，过滤介质层厚度，m m K K过滤常数，过滤常数，1/m1/mKNdLdN v经过经过dLdL厚度厚度过滤介质过滤后，空气中颗粒数的减过滤介质过滤后，空气中颗粒数的减少数为少数为-dN-dNv此式称为此式称为对数穿透定律对数穿透定律，它表示进入滤层的微，它表示进入滤层的微粒数与穿透滤层的微粒数之比的对数是滤层厚粒数
28、与穿透滤层的微粒数之比的对数是滤层厚度的函数度的函数2110NNLNdNKdL移项后积分：21ln1NNKL 21lg1NNKL 或对于薄层纤维过滤（厚度40mm），对数穿透定律是正确的；对于厚层纤维，过滤时颗粒呈纵向分布，故对数穿透定律不完全适用，但仍采用它进行计算。v过滤常数过滤常数K K值值与气流速度、纤维直径、介质与气流速度、纤维直径、介质填充密度以及空气中颗粒大小等有关填充密度以及空气中颗粒大小等有关v当棉花纤维直径当棉花纤维直径d df f=16m=16m，纤维填充率为，纤维填充率为8%8%时，时，实验室测得与空气流速之间的关系如下：实验室测得与空气流速之间的关系如下：空气流速空气
29、流速u，m/s0.050.100.501.02.03.0K，1/m19.313.5010.019.5132255实验测定实验测定K K值值: :901KL1)1 . 0lg()lg(909012 LKNNv为了实验和计算的方便，可采用为了实验和计算的方便，可采用过滤效率为过滤效率为9090时的滤层厚度作为对比基准：时的滤层厚度作为对比基准：空气流速空气流速u ，m/s0.030.150.300.921.523.15K ，1/m56.725.219.339.4150605v当采用当采用d df f=14m=14m ，经糠醛树脂处理过的玻璃，经糠醛树脂处理过的玻璃纤维，以枯草杆菌为实验时，测得值如
30、下纤维，以枯草杆菌为实验时，测得值如下 ： 4 4、过滤压力降、过滤压力降 fmdvcLp 22 式中：式中： L 过滤层厚度，过滤层厚度，m 空气密度，空气密度，kg/m3 介质填充系数；介质填充系数； v 空气在介质间隙中的流速，空气在介质间隙中的流速，m/s， v v s / (1-) v s 空截面气速，空截面气速，m/s df 纤维直径，纤维直径，m m 实验指数，对不同的过滤介质，如棉花介质，实验指数，对不同的过滤介质，如棉花介质， m1.45；19m玻璃纤维，玻璃纤维， m1.35； 8m玻璃玻璃 纤维，纤维， m1.55 c 阻力系数，棉花介质阻力系数，棉花介质c100/Re;
31、玻璃纤维介质玻璃纤维介质 c52/Re三、绝对过滤三、绝对过滤u性能：性能：利用利用孔隙小于孔隙小于0.5m0.5m的微孔滤膜，将空气中的微孔滤膜，将空气中细菌（细菌（0.50.51m1m）滤除）滤除u特点：特点：过滤效率高（过滤效率高（细菌细菌100100），节约能量和时间，），节约能量和时间，操作简便操作简便u介质：介质：v纤维纱脂微孔滤膜（孔径纤维纱脂微孔滤膜（孔径0.5m0.5m）v硅酸硼纤维微孔滤膜（孔径硅酸硼纤维微孔滤膜（孔径0.1m0.1m）v聚四氟乙烯微孔滤膜（孔径聚四氟乙烯微孔滤膜（孔径0.20.2或或0.5m0.5m）第三节第三节 过滤除菌设备过滤除菌设备一、一、空气预处理
32、过程设备空气预处理过程设备二、二、空气过滤除菌设备空气过滤除菌设备一、空气预处理过程设备一、空气预处理过程设备1 1粗过滤器粗过滤器 作用：作用：捕集较大的灰尘颗粒，防止压缩机受损，捕集较大的灰尘颗粒，防止压缩机受损， 同时也可减轻总过滤器负荷同时也可减轻总过滤器负荷要求：要求：过滤过滤效率效率高、高、阻力阻力小小类型：类型：过滤式过滤式（布袋过滤、填料式过滤）（布袋过滤、填料式过滤） 洗涤式洗涤式（油浴洗涤、水雾除尘）（油浴洗涤、水雾除尘）油浴洗涤空气装置油浴洗涤空气装置水雾除尘装置水雾除尘装置 2 2、空气压缩机、空气压缩机 类型：类型：往复式、离心式往复式、离心式v往复式往复式空气压缩机
33、是靠活塞在气缸内的往复运空气压缩机是靠活塞在气缸内的往复运动而将空气抽吸和压出的，因此排气不连续，动而将空气抽吸和压出的，因此排气不连续，产生空气的脉动产生空气的脉动v离心式离心式空气压缩机体积和重量都小而流量较大、空气压缩机体积和重量都小而流量较大、供气均匀、运转平稳、易损部件少、维护方便、供气均匀、运转平稳、易损部件少、维护方便、获得的空气不带油雾获得的空气不带油雾3 3缓冲罐缓冲罐安全阀安全阀压力表压力表排气管排气管人孔人孔进气管进气管排污口排污口 作用作用u消除脉动、维持稳定消除脉动、维持稳定u沉降部分非气相物质沉降部分非气相物质u保温灭菌保温灭菌 尺寸尺寸 (0.1 0.2)Vv式中
34、：式中： V V缓冲罐的容积，缓冲罐的容积，m m3 3 压缩空气流量，压缩空气流量，m m3 3/min/min 容积：容积：H:D=22.5 :1H和和D：4 4、空气冷却器、加热器、空气冷却器、加热器类型：类型：立式列管换热器、沉浸式冷却器立式列管换热器、沉浸式冷却器 喷淋式冷却器、板翘式换热器喷淋式冷却器、板翘式换热器 5 5、汽液分离器、汽液分离器作用：作用：将空气中被将空气中被冷凝成雾状冷凝成雾状的水雾和油的水雾和油雾粒子除去雾粒子除去旋风分离器旋风分离器类型：类型：离心式离心式 过滤式过滤式过滤式分离器过滤式分离器过滤介质过滤介质：活性：活性炭、磁环、金属炭、磁环、金属丝网、塑料
35、丝网丝网、塑料丝网丝网分离器丝网分离器二、空气过滤除菌设备二、空气过滤除菌设备（一）常用过滤介质（一）常用过滤介质1 1、要求：、要求：v吸附性强，吸附性强，过滤效率过滤效率要高，保证空气质量要高，保证空气质量v处理空气量处理空气量要大，满足大生产需要要大，满足大生产需要v过滤压力降过滤压力降要小，减少动力消耗要小，减少动力消耗v能耐干热，保持高效率，可重复能耐干热，保持高效率，可重复长期使用长期使用2 2、种类：、种类：棉花、玻璃纤维、活性炭、超细玻璃纤棉花、玻璃纤维、活性炭、超细玻璃纤维纸、石棉滤板、烧结材料、微孔膜类维纸、石棉滤板、烧结材料、微孔膜类棉花：棉花：使用未脱脂棉，纤维长度约使
36、用未脱脂棉，纤维长度约2 23cm3cm，纤，纤维直径为维直径为161620m20m，填充率为，填充率为8.5%8.5%10%10% 玻璃纤维：玻璃纤维：纤维直径纤维直径5 519m19m，填充率，填充率5%5%11%11%；常用直径为；常用直径为10m10m，填充率为，填充率为8%8%u纤维直径小，过滤效率高，但空气阻力大纤维直径小，过滤效率高，但空气阻力大活性炭：活性炭：圆柱体状的颗粒活性炭，圆柱体状的颗粒活性炭，33101015mm15mm，填充率为，填充率为44%44%u活性炭的过滤效率较低活性炭的过滤效率较低超细玻璃纤维纸超细玻璃纤维纸: :厚度约为厚度约为0.250.250.4mm
37、0.4mm，纤维，纤维间的孔隙约为间的孔隙约为1 11.5m1.5m，填充率为，填充率为14.8%14.8%u将将3 36 6张滤纸叠在一起使用，属于深层过滤张滤纸叠在一起使用，属于深层过滤u过滤效率较高，对于大于过滤效率较高，对于大于0.3m0.3m的颗粒的去除的颗粒的去除率为率为99.99%99.99%以上，同时阻力也比较小以上，同时阻力也比较小u强度不大，特别是受潮后更差强度不大，特别是受潮后更差石棉滤板：石棉滤板：不怕潮湿，使用时间长，但过滤效不怕潮湿，使用时间长，但过滤效率较低率较低 烧结材料：烧结材料：烧结金属、烧结陶瓷、烧结塑料烧结金属、烧结陶瓷、烧结塑料u多孔形状稳定，过滤精度
38、高，阻力增加较慢，压多孔形状稳定，过滤精度高，阻力增加较慢，压力损失较小力损失较小u金属的耐高温，非金属的能抵抗酸、碱的侵蚀金属的耐高温，非金属的能抵抗酸、碱的侵蚀u金属的可采用逆流过饱和蒸汽、化学溶剂进行清金属的可采用逆流过饱和蒸汽、化学溶剂进行清洗再生，非金属的可用气体反吹法反复再生，使洗再生，非金属的可用气体反吹法反复再生，使用寿命较长用寿命较长u价格较高价格较高微孔滤膜：微孔滤膜：介质的孔隙小于介质的孔隙小于0.5m0.5m，甚至小于，甚至小于0.1m0.1m，能将空气中的细菌全部滤去，属于绝，能将空气中的细菌全部滤去，属于绝对过滤对过滤（二）空气过滤器（二）空气过滤器以纤维状物质（如
39、棉花、玻以纤维状物质（如棉花、玻璃纤维、腈纶、涤纶、维尼纶等）或颗粒状物质璃纤维、腈纶、涤纶、维尼纶等）或颗粒状物质（如活性炭）为介质的过滤器（如活性炭）为介质的过滤器以超细玻璃纤维纸、以超细玻璃纤维纸、石棉滤板、烧结材料等为介质，制成平板式、管石棉滤板、烧结材料等为介质，制成平板式、管式、接迭式过滤器式、接迭式过滤器以微孔滤膜为过滤介质的所谓绝以微孔滤膜为过滤介质的所谓绝对过滤器对过滤器深层纤维介质空气过滤器深层纤维介质空气过滤器进气口进气口压紧架压紧架出气口出气口纤维介质纤维介质换热夹套换热夹套活性炭活性炭v构造：构造：u以纤维状或颗粒状以纤维状或颗粒状介质组成过滤床介质组成过滤床u过滤器
40、内有上、下过滤器内有上、下孔板孔板u介质置于两孔板之介质置于两孔板之间，被孔板压紧间，被孔板压紧u下部有切线进口，下部有切线进口，上部有排出口上部有排出口上花板纤维介质活性炭颗粒纤维介质下花板进口出口图4-20 棉花（玻璃棉）-活性炭过滤器示意图v所用过滤介质所用过滤介质：棉花、玻璃纤维、棉花、玻璃纤维、活性炭活性炭v要求：要求：空气分布空气分布均匀，介质装填均均匀，介质装填均匀、贴壁、平整，匀、贴壁、平整，有一定填充密度，有一定填充密度，防止空气走短路或防止空气走短路或介质被空气吹翻介质被空气吹翻棉花棉花活性炭过滤器活性炭过滤器v滤层安装顺序滤层安装顺序u一般棉花置于上、下一般棉花置于上、下
41、层，活性炭在中间，也层，活性炭在中间，也可全部用纤维状介质可全部用纤维状介质棉花棉花活性活性炭炭棉花棉花v压紧装置压紧装置周边螺栓压紧装置周边螺栓压紧装置顶盖压紧装置顶盖压紧装置v特点特点u滤层纤维孔隙超过滤层纤维孔隙超过50m50m，远大于细菌，属于，远大于细菌，属于深深层过滤层过滤u过滤效率较低过滤效率较低，对于，对于0.3m0.3m以下颗粒的过滤效率以下颗粒的过滤效率仅仅99%99%，需要再次过滤才能达到较高无菌程度，需要再次过滤才能达到较高无菌程度u体积大、占有空间大体积大、占有空间大u操作困难，装填介质费时费力，介质装填的松紧操作困难，装填介质费时费力，介质装填的松紧程度不易掌握程度
42、不易掌握u空气压力降大空气压力降大u介质灭菌和吹干耗用大量蒸汽和空气介质灭菌和吹干耗用大量蒸汽和空气 v尺寸尺寸直径：直径：高度：高度：)0 . 15 . 0( LH(m)svuqD4式中：式中：qv空气流过滤器时的体积流量，空气流过滤器时的体积流量，m3/s us 空截面空气流速，空截面空气流速，m/s，0.10.3(m)平板式平板式纤维纸纤维纸过滤器过滤器v构造：构造：由罐体、顶盖、由罐体、顶盖、滤层、夹层和缓冲层构成滤层、夹层和缓冲层构成v安装：安装：将滤纸夹在多孔将滤纸夹在多孔法 兰 板 中 间 ， 板 上 开法 兰 板 中 间 ， 板 上 开8mm8mm小孔，开孔面积占小孔，开孔面积
43、占板面积板面积40%40%，在滤纸上、，在滤纸上、下分别铺上铜丝网和细麻下分别铺上铜丝网和细麻布，外面各有一个橡胶垫布，外面各有一个橡胶垫圈圈v所用过滤介质：所用过滤介质：超细玻璃纤维纸或石棉滤板，超细玻璃纤维纸或石棉滤板，一般用一般用3 36 6张滤纸叠在一起使用张滤纸叠在一起使用v特点特点u除菌效率相当高，对大于除菌效率相当高，对大于0.3m0.3m颗粒的去除效率颗粒的去除效率为为99.99%99.99%以上以上u阻力小，压力降小，受潮后易损坏阻力小，压力降小，受潮后易损坏u处理量较小，用作分过滤器处理量较小，用作分过滤器v尺寸尺寸滤层直径滤层直径：过滤器直径过滤器直径：过滤器高度过滤器高
44、度：滤层过滤器）（DD3 . 11 . 1(m)DH)0 . 18 . 0(m)式中式中: qv空气流过滤器时的体积流量，空气流过滤器时的体积流量，m3/s us 空气流速，空气流速，m/s 超细玻璃纤维纸取超细玻璃纤维纸取1.01.5m/s 石棉滤板取石棉滤板取0.81.0m/ssvuqD4滤层(m)管式过滤器管式过滤器v构造：构造：由罐体、顶由罐体、顶盖、滤层、夹层和缓盖、滤层、夹层和缓冲层构成冲层构成v所用过滤介质：所用过滤介质：超细玻璃纤维纸、超细玻璃纤维纸、烧结材料烧结材料v特点：特点：单位体积过单位体积过滤面积较大滤面积较大接迭式低速过滤器接迭式低速过滤器v构造：构造：由罐体、由罐
45、体、顶盖、滤层、夹层顶盖、滤层、夹层和缓冲层构成和缓冲层构成v所用过滤介质：所用过滤介质：超细玻璃纤维纸超细玻璃纤维纸v特点：特点：单位体积单位体积过滤面积较大，气过滤面积较大，气流速度低，阻力小流速度低，阻力小聚乙烯醇（聚乙烯醇（PVAPVA）过滤器过滤器Bio-xBio-x过滤器过滤器 高流量过滤器高流量过滤器 JPFJPF型型膜过滤器膜过滤器 聚乙烯醇（聚乙烯醇（PVAPVA）过滤器）过滤器v构造：构造：用具有特殊多孔型结构和耐热性能的聚用具有特殊多孔型结构和耐热性能的聚乙烯醇海棉状物质为介质加工制成的。有圆板乙烯醇海棉状物质为介质加工制成的。有圆板型和圆筒型两种。将聚乙烯醇（型和圆筒型
46、两种。将聚乙烯醇（PVAPVA）乙酰化并）乙酰化并以耐热树脂（如硅氧树脂）涂敷，制成片式过以耐热树脂（如硅氧树脂）涂敷，制成片式过滤介质，孔隙为滤介质，孔隙为101020m20m v特点：特点：除菌效率达除菌效率达99.9999%99.9999%以上，压力降在以上，压力降在0.015MPa0.015MPa以下，以下， 能够经受蒸汽反复灭菌，使用能够经受蒸汽反复灭菌，使用可达一年以上，杀菌及干燥时间极短，更换方可达一年以上，杀菌及干燥时间极短，更换方便，占地面积小便，占地面积小Bio-xBio-x过滤器过滤器v构造：构造：用直径为用直径为0.5m0.5m玻璃玻璃纤维制成纤维制成1mm1mm厚的滤
47、材，卷厚的滤材，卷成三卷，再以较粗的坚韧的成三卷，再以较粗的坚韧的玻璃无纺布做内外衬，再在玻璃无纺布做内外衬，再在内、外以不锈钢网固定，做内、外以不锈钢网固定，做成滤筒状成滤筒状v特点：特点：它能滤除它能滤除0.01m0.01m颗颗粒（噬菌体大小为粒（噬菌体大小为0.02m0.02m），过滤效率为），过滤效率为99.9999%99.9999%。空气流量大，压。空气流量大，压力降小，结构简单，体积小，力降小，结构简单，体积小，安装方便。缺点是强度不大，安装方便。缺点是强度不大，易损而失效，受潮也失效易损而失效，受潮也失效高流量过滤器高流量过滤器v聚四氟乙烯（聚四氟乙烯（PTFEPTFE）材料为滤
48、芯的以）材料为滤芯的以High High Flow Bio-xFlow Bio-x和和High Flow Tetpor IIHigh Flow Tetpor II为代表的为代表的高流量过滤器高流量过滤器vPTEEPTEE是一种坚韧的疏水性材质，可以做成折叠是一种坚韧的疏水性材质，可以做成折叠滤芯，增加了过滤面积，使空气流量为滤芯，增加了过滤面积，使空气流量为Bio-xBio-x的的3 3倍，延长了使用寿命，进一步缩小了体积。倍，延长了使用寿命，进一步缩小了体积。这种过滤器的空隙率达这种过滤器的空隙率达94%94%，大于普通的膜过，大于普通的膜过滤器（滤器（PTFE PTFE 为为75% 75%
49、 ，PVDFPVDF为为 66%66%）v过滤器由蒸汽过滤器、预过滤器和精过滤器组过滤器由蒸汽过滤器、预过滤器和精过滤器组成一套。预过滤器的过滤效率为成一套。预过滤器的过滤效率为99.97%99.97%，能凝，能凝聚压缩空气中的油、水成液滴予以排除，但不聚压缩空气中的油、水成液滴予以排除，但不能用蒸汽灭菌能用蒸汽灭菌JPFJPF型膜过滤器型膜过滤器vJPFJPF型聚二氟乙烯型聚二氟乙烯膜折叠式过滤器，膜折叠式过滤器，通过微孔滤膜绝对通过微孔滤膜绝对过滤过滤v过滤精度极高，滤过滤精度极高，滤膜采用折叠形式，膜采用折叠形式，通气量大，压力降通气量大，压力降小，介质材料耐高小，介质材料耐高温，疏水性
50、强，使温，疏水性强，使用寿命长用寿命长 提高过滤效率的措施提高过滤效率的措施1.1.减少进口空气的含菌数减少进口空气的含菌数v加强生产环境的卫生管理，减少空气中的含菌量加强生产环境的卫生管理，减少空气中的含菌量v正确选择进气口，空气站应在生产车间的上风向正确选择进气口，空气站应在生产车间的上风向v提高空气进口位置，加强压缩前的空气预过滤提高空气进口位置，加强压缩前的空气预过滤 2.2.设计合理的空气预处理设备，除油、水和杂质设计合理的空气预处理设备，除油、水和杂质v采用无油润滑空气压缩机采用无油润滑空气压缩机 v加强空气的冷却、分离除去油、水加强空气的冷却、分离除去油、水v提高进入总过滤器的空
