赵老师第4章 空气净化工程与设备

1、第第3章章 空气净化工程空气净化工程 与设备与设备 2021-6-25 2 第一节第一节 空气净化除菌的方法与原理空气净化除菌的方法与原理 o 空气净化是以创造洁净空气为主要目的的空气空气净化是以创造洁净空气为主要目的的空气 调节措施。根据生产工艺要求对空调有不同的调节措施。根据生产工艺要求对空调有不同的 洁净标准，即工业洁净和生物洁净。洁净标准，即工业洁净和生物洁净。 o 工业洁净工业洁净系指除去空气中悬浮的尘埃，在某些系指除去空气中悬浮的尘埃，在某些 场合还有除臭、增加空气负离子等以创造洁净场合还有除臭、增加空气负离子等以创造洁净 的空气环境。的空气环境。 o 生物洁净生物洁净系指不仅除去

2、空气中的尘埃，而且除系指不仅除去空气中的尘埃，而且除 去细菌等以创造洁净空气的环境。制药工业、去细菌等以创造洁净空气的环境。制药工业、 生物学实验、医院手术室等房间需要生物洁净。生物学实验、医院手术室等房间需要生物洁净。 生物工业生产中对无菌空气的无菌程度要求是：生物工业生产中对无菌空气的无菌程度要求是：一般要一般要 求求1000次使用周期中只允许有一个菌通过，即经过滤后次使用周期中只允许有一个菌通过，即经过滤后 空气的无菌程度为空气的无菌程度为N=10-3。 一、洁净室的净化标准一、洁净室的净化标准 1、净化级别、净化级别 o 一般净化：以温、湿度为主要指标的空调，可一般净化：以温、湿度为主

3、要指标的空调，可 采用初效滤过器。采用初效滤过器。 o 中等净化：对室内空气含尘量有一定的含尘量中等净化：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。指标。这类空气净化采用初、中效二级滤过。 o 超净净化：对室内空气含尘量有严格的要求，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、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。中、高效滤过器才能满足要求。 2、洁净室的洁净度标准、洁净室的洁净度标准 一般生产区没有洁净度要求；控制区的洁净一般生产区没有洁净度要求；控制区的洁净 度要求为度要求为10万级

4、；洁净区对洁净度的要求为万级；洁净区对洁净度的要求为1万级万级 的一般无菌工作区；无菌区对洁净度的要求为的一般无菌工作区；无菌区对洁净度的要求为100 级的工作区。级的工作区。 等等 级级 每立方米每立方米(每升每升)空气中空气中 0.5微米尘粒数微米尘粒数 每立方米每立方米(每升每升)空气中空气中 5微米尘粒数微米尘粒数 100 级级 35100(3.5) 1000 级级 351000(35) 250(0.25) 10000 级级 3510000(350) 2500(2.5) 100000 级级 35100000(3500) 25000(25) 洁净度洁净度100级级:大于等于大于等于0.5

5、m的尘粒数大于的尘粒数大于350粒粒m3(0.35 粒粒/L)到小于等于到小于等于3500粒粒m3(3.5粒粒/L)；大于等于；大于等于5m的尘的尘 粒数为粒数为0 二、含尘浓度的表示方法和测量方法二、含尘浓度的表示方法和测量方法 1、含尘浓度的表示方法、含尘浓度的表示方法 o 常用以下两种方法表示：常用以下两种方法表示： n 计数浓度：每升或每立方米空气中所含粉尘计数浓度：每升或每立方米空气中所含粉尘 个数（个个数（个/L或个或个/m3 ）。）。 n 重量浓度：每立方米空气中所含粉尘的毫克重量浓度：每立方米空气中所含粉尘的毫克 量（量（mg/m3 ）。）。 2、空气含菌量的测定方法、空气含菌

6、量的测定方法 n 粒子计数法粒子计数法 n 固定膜采样法固定膜采样法 2021-6-25 14 o 辐射杀菌辐射杀菌 o 热杀菌热杀菌 o 静电除菌静电除菌 o 过滤除菌法过滤除菌法 o 化学药品法化学药品法 三、空气除菌方法三、空气除菌方法 （一）辐射灭菌（一）辐射灭菌 射线、射线、X射线、射线、射线、射线、射线、紫外线、超声波射线、紫外线、超声波 等从理论上讲都能破坏蛋白质，破坏生物活性物质，等从理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 在波长为在波长为250260nm时杀菌效力最强，通常用于无

7、菌时杀菌效力最强，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。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。一般要结合甲醛蒸汽等来保证无菌室的无菌程度。 （二）加热灭菌（二）加热灭菌 利用压缩热进行空气灭菌，空气进口利用压缩热进行空气灭菌，空气进口 温度为温度为21C，出口温度为，出口温度为187198C， 压力为压力为0.7MPa。压缩后的空气用管道或贮。压缩后的空气用管道或贮 气罐保温一定时间以增加空气的受热时间，气罐保温一定时间以增加空气的受热时间， 促使有机体死亡。促使有机体死亡。 （三）静电除尘（三）静电除尘 静电除菌防尘

8、是利用静电引力来吸附静电除菌防尘是利用静电引力来吸附 带电粒子而达到除尘、除菌的目的。对带电粒子而达到除尘、除菌的目的。对1m 的微粒去除率可达的微粒去除率可达99。 （四）介质过滤（四）介质过滤 介质过滤是目前工业上常使用的空气介质过滤是目前工业上常使用的空气 除菌方法。它采用定期灭菌的干燥介质来除菌方法。它采用定期灭菌的干燥介质来 阻截流过的空气中所含的微生物，从而制阻截流过的空气中所含的微生物，从而制 得无菌空气。得无菌空气。 常用的过滤介质有棉花；活性炭或玻常用的过滤介质有棉花；活性炭或玻 璃纤维、有机合成纤维、微孔超滤膜、有璃纤维、有机合成纤维、微孔超滤膜、有 机和无机烧结材料等。机

9、和无机烧结材料等。 o 空气滤过属于介质滤过，可分为表面滤过与深层滤空气滤过属于介质滤过，可分为表面滤过与深层滤 过。过。 o 表面过滤表面过滤系指粒子截留在介质表面上，此时粒子大系指粒子截留在介质表面上，此时粒子大 小必须大于滤过介质的微孔。常用的有醋酸纤维素、小必须大于滤过介质的微孔。常用的有醋酸纤维素、 硝酸纤维素制成的微孔滤膜。主要用于要求高的无硝酸纤维素制成的微孔滤膜。主要用于要求高的无 尘、无菌洁净室的末级滤过。尘、无菌洁净室的末级滤过。 o 深层过滤深层过滤系指粉尘的滤过过程发生在滤过介质内部，系指粉尘的滤过过程发生在滤过介质内部， 此时尘粒的粒径可小于介质的微孔。常用的介质有此

10、时尘粒的粒径可小于介质的微孔。常用的介质有 玻璃纤维、天然纤维、合成纤维、粒状活性炭、发玻璃纤维、天然纤维、合成纤维、粒状活性炭、发 泡性滤材及薄层滤纸等。泡性滤材及薄层滤纸等。 第二节第二节 空气过滤除菌的空气过滤除菌的 原理与流程原理与流程 2021-6-25 21 o 空气过滤除菌是采用空气过滤除菌是采用定期灭菌定期灭菌的介质来的介质来阻阻 截截流过的空气中所含微生物而制得无菌压流过的空气中所含微生物而制得无菌压 缩空气。缩空气。 2021-6-25 22 o 介质过滤介质过滤 ： 介质间孔隙大于微生物，介质间孔隙大于微生物，有一定厚度的介质滤有一定厚度的介质滤 层才能达到过滤除菌目的层

11、才能达到过滤除菌目的；2050um （微生物为（微生物为0.55um） o 绝对过滤绝对过滤 ：介质的孔隙小于细菌，实现过：介质的孔隙小于细菌，实现过 滤除菌。滤除菌。 （小于小于0.5um0.5um） 如聚偏氟乙烯（如聚偏氟乙烯（PVDF）和聚四氟乙烯（）和聚四氟乙烯（PTFE） 一、空气过滤除菌的原理一、空气过滤除菌的原理 1、惯性捕集作用、惯性捕集作用 o 当尘粒随空气流过纤维层的弯曲通道时，由于当尘粒随空气流过纤维层的弯曲通道时，由于颗颗 粒的惯性较大粒的惯性较大，脱离弯曲流线与纤维碰撞而附着。脱离弯曲流线与纤维碰撞而附着。 这种作用随气速和粒径的增大而增大这种作用随气速和粒径的增大而

12、增大。 o 直径直径 0.31 微米的颗粒和液滴，能够通过滤芯的微微米的颗粒和液滴，能够通过滤芯的微 孔。但它们通过过滤介质的路径非常曲折，污染孔。但它们通过过滤介质的路径非常曲折，污染 颗粒和液滴具有足够的质量和动量，会使得它们颗粒和液滴具有足够的质量和动量，会使得它们 与滤芯纤维碰撞并被阻挡和捕获。与滤芯纤维碰撞并被阻挡和捕获。 污染物污染物 0.3 to 1 微米微米 滤芯纤维滤芯纤维 滤芯纤维滤芯纤维 2、扩散捕集作用、扩散捕集作用 o 当尘粒随空气围绕纤维表面作布朗运动时，因扩当尘粒随空气围绕纤维表面作布朗运动时，因扩 散作用使与纤维接触而被附着。这一作用在尘粒散作用使与纤维接触而被

13、附着。这一作用在尘粒 越小、滤过速度越低时越明显。越小、滤过速度越低时越明显。 o 0.3 微米的颗粒和液滴，具有极小的质量。在气微米的颗粒和液滴，具有极小的质量。在气 流中，这些颗粒进行大量的随机运动（布朗运流中，这些颗粒进行大量的随机运动（布朗运 动）。由于这种布朗运动，这种尺寸的污染物事动）。由于这种布朗运动，这种尺寸的污染物事 实上会与滤芯纤维碰撞，从而被滤除。实上会与滤芯纤维碰撞，从而被滤除。 污染物污染物 0.3 micron 3、拦截捕集作用、拦截捕集作用 o 当粒径大于纤维间的间隙时，或尘粒与纤维发生当粒径大于纤维间的间隙时，或尘粒与纤维发生 接触时，或气流速度在临界速度以下时

14、，尘粒被接触时，或气流速度在临界速度以下时，尘粒被 纤维截留的作用。纤维截留的作用。 o 对于直径大于对于直径大于 1 微米的液滴或颗粒，当其试图通微米的液滴或颗粒，当其试图通 过过滤介质材料的微孔时由于颗粒直径大于微孔过过滤介质材料的微孔时由于颗粒直径大于微孔 直径，因此直径，因此而被直接阻挡、拦截，达到去除的效而被直接阻挡、拦截，达到去除的效 果。果。 大于大于1 微米的污染物微米的污染物 介质纤维介质纤维 介质纤维介质纤维 4、静电吸附作用、静电吸附作用 o 当含尘气流通过纤维时，由于摩擦产生的当含尘气流通过纤维时，由于摩擦产生的 静电作用使尘粒沉积在纤维表面。静电作用使尘粒沉积在纤维表

15、面。 5、其它、其它 o 重力沉降作用、分子间范德华力等作用使重力沉降作用、分子间范德华力等作用使 尘粒截留在纤维表面。尘粒截留在纤维表面。 二、空气滤过的影响因素二、空气滤过的影响因素 1、粒径的影响、粒径的影响 o 粒径越大，惯性、拦截、重力沉降作用越粒径越大，惯性、拦截、重力沉降作用越 大；粒径越小，扩散作用越显著。因此存大；粒径越小，扩散作用越显著。因此存 在滤过效率最低的中间粒径，往往用这一在滤过效率最低的中间粒径，往往用这一 粒径的尘粒检测高效过滤器的效果。深层粒径的尘粒检测高效过滤器的效果。深层 滤过常用粒径为滤过常用粒径为0.3um的尘粒来检测。的尘粒来检测。 2、滤过风速、滤

16、过风速 o 风速越大，惯性作用强，但过强将附着的风速越大，惯性作用强，但过强将附着的 尘粒吹出，而且阻力增大；而风速小，扩尘粒吹出，而且阻力增大；而风速小，扩 散作用强，能捕集小尘粒，而且阻力小。散作用强，能捕集小尘粒，而且阻力小。 常用极小的风速捕集更小的尘粒。常用极小的风速捕集更小的尘粒。 3、介质纤维直径和密实性、介质纤维直径和密实性 o 纤维越细、越密实，则接触面积大、惯性作用纤维越细、越密实，则接触面积大、惯性作用 与拦截作用增强，但过于密实阻力增大，扩散与拦截作用增强，但过于密实阻力增大，扩散 作用弱。作用弱。 4、附尘作用、附尘作用 o 随着滤过的进行，在纤维表面沉积的尘粒可增随

17、着滤过的进行，在纤维表面沉积的尘粒可增 加拦截效果，但到一定程度后尘粒有再次飞散加拦截效果，但到一定程度后尘粒有再次飞散 的可能，因此有必要定期清洗。的可能，因此有必要定期清洗。 2021-6-25 33 对过滤除菌介质的要求：对过滤除菌介质的要求： 1、除菌效率高。、除菌效率高。 2、能用高温灭菌、耐高压、不易被油、水污、能用高温灭菌、耐高压、不易被油、水污 染。染。 3、阻力小。、阻力小。 4、成本低、来源充足，耐用且便于调换。、成本低、来源充足，耐用且便于调换。 2021-6-25 34 空气过滤介质 （1 1）棉花棉花 未脱脂棉（脱脂棉易于吸水而体积未脱脂棉（脱脂棉易于吸水而体积 变小

18、）。变小）。 （2 2）活性炭活性炭 对油雾的吸附效果较好，可以对油雾的吸附效果较好，可以 作为总过滤器除去油雾、灰尘、管垢和铁作为总过滤器除去油雾、灰尘、管垢和铁 锈等。锈等。 （3 3）玻璃纤维玻璃纤维 用用无碱无碱的玻璃纤维作用过滤的玻璃纤维作用过滤 介质（普通玻璃纤维遇水或经蒸汽灭菌后介质（普通玻璃纤维遇水或经蒸汽灭菌后 易于粉碎）。易于粉碎）。 （4 4）超细玻璃纤维纸超细玻璃纤维纸 2021-6-25 35 o 活性炭又称活性炭黑。是黑色粉末状或颗粒 状的无定形碳。活性炭主成分除了碳以外还 有氧、氢等元素。活性炭在结构上由于微晶 碳是不规则排列，在交叉连接之间有细孔， 在活化时会产

19、生碳组织缺陷，因此它是一种 多孔碳，堆积密度低，比表面积大。 2021-6-25 36 2021-6-25 37 2021-6-25 38 2021-6-25 39 （5 5）金属烧结管空气过滤器）金属烧结管空气过滤器 新型、高效过滤器。使新型、高效过滤器。使 用寿命长、可反复蒸汽灭菌、耐高热、气体阻力用寿命长、可反复蒸汽灭菌、耐高热、气体阻力 小、安装维修方便，可作为终过滤器。抗污染能小、安装维修方便，可作为终过滤器。抗污染能 力差。力差。 （6 6）多孔陶瓷滤器多孔陶瓷滤器，除菌效果很好，但是容易受油，除菌效果很好，但是容易受油 水污染而失效。水污染而失效。 （7 7）新一代微孔膜过滤器新

20、一代微孔膜过滤器（绝对过滤）（绝对过滤） 小于小于0.5um0.5um） 2021-6-25 40 o 烧结，是把粉状物料转变为致密体，是一个 传统的工艺过程。人们很早就利用这个工艺 来生产陶瓷、粉末冶金、耐火材料、超高温 材料等。一般来说，粉体经过成型后，通过 烧结得到的致密体是一种多晶材料，其显微 结构由晶体、玻璃体和气孔组成。 2021-6-25 41 2021-6-25 42 2021-6-25 43 （一）空气除菌流程的要求（一）空气除菌流程的要求 o 空气过滤除菌流程是按生产对无菌空气要求具备的 参数，根据空气的性质而制订的，同时还要结合吸 气环境的空气条件和所用设备的特性进行考虑

21、。 o 对于一般要求的低压无菌空气，可直接采用一般鼓 风机增压后进入过滤器，经一、二次过滤除菌而制 得。 o 而一般的深层通气发酵，除要求无菌空气具有必要 的无菌程度外，还要具有一定的压力，这就需要比 较复杂的空气除菌流程。 第三节第三节 空气介质过滤除菌设备空气介质过滤除菌设备 2021-6-25 44 o 流程的设备： n 主设备：空气压缩机 n 附属设备：要求尽量采用新技术，提高效率， 减少设备，精简设备流程，降低设备投资、运 转费用和动力捎耗，简便操作。 o 流程的制订应考虑： n 地理、气候环境 n 设备条件 2021-6-25 45 （二）制备无菌空气的大致过程（二）制备无菌空气的

22、大致过程 吸风塔 前置过滤器 （粗滤器） 空压机 187198C 贮气罐 冷却器 气液分离器 20-35 =100% 加热器 总过滤器 精过滤器 培养罐 35-45，60% 2021-6-25 46 空气过滤除菌流程的分析空气过滤除菌流程的分析 o 发酵厂所使用的空气除菌流程，随各地的气 候条件及设备条件不同而有很大的差别。 o 要保持过滤器有比较高的过滤效率，应维持 一定的气流速度和不受油、水的干扰。 气流速度可由操作来控制； 要保持不受油、水干扰则要有一系列冷却、分离、 加热的设备来保证空气的相对湿度在5060的 条 件下过滤。 2021-6-25 47 压缩空气冷却后的除水、除油的目的压

23、缩空气冷却后的除水、除油的目的 1) 提高压缩空气的洁净度，降低空气过滤器提高压缩空气的洁净度，降低空气过滤器 的负荷；的负荷； 2) 去除压缩后空气中所带的油和水，以合适去除压缩后空气中所带的油和水，以合适 的空气湿度和温度进入空气过滤器。的空气湿度和温度进入空气过滤器。 2021-6-25 48 （三）空气除菌流程（三）空气除菌流程 o o压缩机压缩机 贮气罐贮气罐 空气冷却器空气冷却器 过滤器过滤器 适合于气候寒冷，相对湿度很低的地区。温度低，适合于气候寒冷，相对湿度很低的地区。温度低， 压缩后温度不会升高很多，相对湿度低，空气中的绝压缩后温度不会升高很多，相对湿度低，空气中的绝 对含湿

24、量很小。对含湿量很小。 2021-6-25 49 空气压缩冷却过滤流程空气压缩冷却过滤流程 2021-6-25 50 2021-6-25 51 o 第一冷却器（通常第一冷却器（通常3035），大部分的水、油都），大部分的水、油都 已结成较大的颗粒，且雾粒浓度很大，故适宜用旋已结成较大的颗粒，且雾粒浓度很大，故适宜用旋 风分离器分离。风分离器分离。 o 第二冷却器（第二冷却器（2025）使空气进一步冷却后析出）使空气进一步冷却后析出 一部分较小的雾粒，宜采用丝网分离器分离。一部分较小的雾粒，宜采用丝网分离器分离。 o 除水后空气的相对湿度仍较高，需用加热器加热空除水后空气的相对湿度仍较高，需用加

25、热器加热空 气，使相对湿度降低到气，使相对湿度降低到5060以保证过滤器的正以保证过滤器的正 常运行。常运行。 2021-6-25 52 o 两级冷却空气除菌流程特点：两级冷却空气除菌流程特点： 1、两次冷却、两次分离油水的好处是能提高传热 系数，节约冷却水，油水分离得比较完全。 2、可以适合各种气候条件。 3、对无菌程度要求高的微生物工程产品，均使用 此流程。 2021-6-25 53 前置高效过滤除菌流程前置高效过滤除菌流程 1-高效过滤器高效过滤器 2-空压机空压机 3-贮罐贮罐 4-冷却器冷却器 5-丝网分离器丝网分离器 6-加热器加热器 7-过滤器过滤器 2021-6-25 54 前置高效过滤除菌流程前置高效过滤除菌流程 特点：特点： o利用高效率的前置过滤设备（泡沫塑料和超细 纤维纸作介质），使空气先经过中、高效过滤 后，再进入空气压缩机，降低主过滤器负荷。 o空气经过多次