空气净化除菌

1、第五章第五章 空气净化除菌空气净化除菌一、一、 前言前言1、通风发酵需要洁净无菌的空气、通风发酵需要洁净无菌的空气n工业发酵大多是利用好气微生物进行纯种培养；工业发酵大多是利用好气微生物进行纯种培养；n空气作为氧源（溶解氧空气作为氧源（溶解氧 从空气获得）。通风从空气获得）。通风发酵需要洁净无菌和一定温度、压力的空气；发酵需要洁净无菌和一定温度、压力的空气；n但是，空气中含有各种各样的微生物和粉尘；但是，空气中含有各种各样的微生物和粉尘；n因此必须对空气进行必要的净化除菌和调节处理。因此必须对空气进行必要的净化除菌和调节处理。粒径粒径/m2、生物工业生产对空气质量的要求、生物工业生产对空气质量

2、的要求影响因素较复杂。需要根据具体的工艺情况来决定所影响因素较复杂。需要根据具体的工艺情况来决定所需的空气质量。需的空气质量。m二、空气除菌方法及原理二、空气除菌方法及原理n（一）空气除菌方法（一）空气除菌方法n1、热杀菌、热杀菌:n虽然空气中的细菌芽孢是耐热的，但温度足够高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也能将它破坏。（例如悬浮在空气中的细菌芽孢在218下下24s就被杀死。）就被杀死。）n可用蒸汽或电来加热空气，以达到杀菌的目的，可用蒸汽或电来加热空气，以达到杀菌的目的，但是很不经济。但是很不经济。n而利用空气被压缩时所产生的热量对空气进

3、行加而利用空气被压缩时所产生的热量对空气进行加热保温杀菌，在生产上具有重要意义。见图热保温杀菌，在生产上具有重要意义。见图311。图图311 空气加热杀菌流程空气加热杀菌流程n2、辐射杀菌、辐射杀菌 射线、射线、X射线、射线、射线、射线、射线、紫外射线、紫外线、超声波等从理论上讲都能起到杀菌作线、超声波等从理论上讲都能起到杀菌作用。如：紫外线（用。如：紫外线（253.7265nm为最为最佳）杀菌广泛用于无菌室和医院手术室。佳）杀菌广泛用于无菌室和医院手术室。 但紫外线杀菌效率低，时间长。一般要但紫外线杀菌效率低，时间长。一般要结合甲醛蒸汽或苯酚喷雾来保证无菌室的结合甲醛蒸汽或苯酚喷雾来保证无菌

4、室的高度无菌。故能否将此法用于大规模的发高度无菌。故能否将此法用于大规模的发酵工业生产尚值得进一步的研究。酵工业生产尚值得进一步的研究。3、静电杀菌、静电杀菌n静电除尘法：静电除尘法： 利用静电引力吸附带电粒子以达到除菌除利用静电引力吸附带电粒子以达到除菌除尘目的。尘目的。n空气中的微生物其孢子带有大多不同的电空气中的微生物其孢子带有大多不同的电荷。没有带电荷的微粒在进入高压静电场荷。没有带电荷的微粒在进入高压静电场时都会被电离成带电微粒。时都会被电离成带电微粒。n静电除菌对很小的微粒的去除效率较低。静电除菌对很小的微粒的去除效率较低。n静电除菌装置见图静电除菌装置见图312。图图312用静电

5、除菌净化空气有如下优点：用静电除菌净化空气有如下优点：n阻力小，约阻力小，约1.013104Pa；n染菌率低，平均低于染菌率低，平均低于1015；n除水、除油的效果好；除水、除油的效果好；n耗电少。耗电少。静电除菌净化空气的缺点：静电除菌净化空气的缺点： 设备庞大；设备庞大； 需要采用高压电技术；需要采用高压电技术； 一次性投资较大；一次性投资较大； 捕集率尚嫌不够。捕集率尚嫌不够。4、介质过滤除菌法、介质过滤除菌法n此法是目前工业上最常用的方法。此法是目前工业上最常用的方法。n它采用定期灭菌的干燥介质来阻截流过空它采用定期灭菌的干燥介质来阻截流过空气所含的微生物，从而获得无菌空气。气所含的微

6、生物，从而获得无菌空气。n常用的过滤介质分为两类：常用的过滤介质分为两类： 孔隙大于细菌（需有一定的厚度才行）孔隙大于细菌（需有一定的厚度才行） 孔隙小于细菌（绝对过滤）孔隙小于细菌（绝对过滤） （过滤除菌机理较复杂，下面将专门讨论。）（过滤除菌机理较复杂，下面将专门讨论。）（二）介质过滤除菌机理（二）介质过滤除菌机理1、惯性冲击滞留、惯性冲击滞留作用机理作用机理n捕集时由于微粒直冲捕集时由于微粒直冲到纤维表面，因摩擦到纤维表面，因摩擦粘附，微粒就滞留在粘附，微粒就滞留在纤维表面上，这称为纤维表面上，这称为惯性冲击滞留作用。惯性冲击滞留作用。2、拦截滞留作用机理、拦截滞留作用机理n气流速度降低

7、到惯性捕集作用接近于零时，气流速度降低到惯性捕集作用接近于零时，此时的气流速度为临界速度。此时的气流速度为临界速度。n气流速度在临界速度以下时，微粒不能因气流速度在临界速度以下时，微粒不能因惯性滞留于纤维上，捕集效率显著下降。惯性滞留于纤维上，捕集效率显著下降。但实践证明，随着气流速度的继续下降，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回升，说明有另纤维对微粒的捕集效率又回升，说明有另一种机理在起作用一种机理在起作用即进到滞流区的微即进到滞流区的微粒慢慢靠近和接触纤维而被粘附滞留。这粒慢慢靠近和接触纤维而被粘附滞留。这就是拦截捕集作用。就是拦截捕集作用。3、布朗扩散作用机理、

8、布朗扩散作用机理n直径很小的微粒在很慢的气流中能产生一直径很小的微粒在很慢的气流中能产生一种不规则的运动，称为布朗扩散。种不规则的运动，称为布朗扩散。n布朗扩散作用与微粒和纤维直径有关，并布朗扩散作用与微粒和纤维直径有关，并与流速成反比。与流速成反比。n布朗扩散运动的距离很短，在较大的气流布朗扩散运动的距离很短，在较大的气流速度和较大热纤维间隙中是不起作用的，速度和较大热纤维间隙中是不起作用的，但在很慢的气流速度和较小的纤维间隙中，但在很慢的气流速度和较小的纤维间隙中，扩散作用大大增加了微粒与纤维的接触机扩散作用大大增加了微粒与纤维的接触机会，从而被捕集。会，从而被捕集。4、重力沉降作用机理、

9、重力沉降作用机理n当微粒所受的重力大于气流对它的拖带力当微粒所受的重力大于气流对它的拖带力时，微粒就发生沉降现象。时，微粒就发生沉降现象。n就单一重力沉降而言，大颗粒比小颗粒作就单一重力沉降而言，大颗粒比小颗粒作用显著。对于小颗粒只有气流速度很慢时用显著。对于小颗粒只有气流速度很慢时才起作用。才起作用。n重力沉降作用一般是与拦截作用相配合，重力沉降作用一般是与拦截作用相配合，即在纤维的边界滞留区内，微粒的沉降作即在纤维的边界滞留区内，微粒的沉降作用提高了拦截捕集作用。用提高了拦截捕集作用。5、静电吸附作用机理、静电吸附作用机理n干空气对某些非导体的物质干空气对某些非导体的物质如纤维和如纤维和树

10、脂处理过的纤维，作相对运动摩擦时，树脂处理过的纤维，作相对运动摩擦时，会产生静电现象。会产生静电现象。n悬浮在空气中的微生物大多带有不同的电悬浮在空气中的微生物大多带有不同的电荷。这些带电荷的微粒会被带相反电荷的荷。这些带电荷的微粒会被带相反电荷的介质所吸附。介质所吸附。n此外，表面吸附也属这个范畴，如活性炭此外，表面吸附也属这个范畴，如活性炭的大部分过滤效能就是表面吸附作用。的大部分过滤效能就是表面吸附作用。n上述机理中，有时很难分辨是哪一种上述机理中，有时很难分辨是哪一种单独起作用。单独起作用。n以上几种作用机理在整个过程中，随以上几种作用机理在整个过程中，随着参数变化有着复杂的关系。着参

11、数变化有着复杂的关系。三、三、 空气介质过滤除菌流程空气介质过滤除菌流程（一）介质过滤除菌流程（一）介质过滤除菌流程空气除菌流程的要求空气除菌流程的要求n按生产工艺条件，按生产工艺条件，n提出对无菌空气提出对无菌空气n的要求，如的要求，如n无菌程度、无菌程度、n压力、压力、n温度、温度、n湿度湿度等。等。 发酵车间的空气过滤器发酵车间的空气过滤器1、空气压缩冷却过滤流程、空气压缩冷却过滤流程n由压缩机贮罐空气冷却器过滤器组成由压缩机贮罐空气冷却器过滤器组成n仅适合于寒冷。相对湿度很低的地区。仅适合于寒冷。相对湿度很低的地区。n若使用普通压缩机可能会引起油雾污染。若使用普通压缩机可能会引起油雾污

12、染。贮贮罐罐2、两级冷却、分离、加热的空气除菌流程、两级冷却、分离、加热的空气除菌流程贮贮罐罐3、前置高效过滤除菌流程、前置高效过滤除菌流程高效过高效过滤器滤器贮贮罐罐过滤除菌的对数穿透定律过滤除菌的对数穿透定律n假定条件：假定条件：n空气流态恒定（不受邻近纤维的影响）；空气流态恒定（不受邻近纤维的影响）；n微粒吸附后不被气流卷走；微粒吸附后不被气流卷走；n过滤除菌效率过滤除菌效率与空气中的微粒浓度与空气中的微粒浓度N无关；无关；n每一纤维薄层除去同样百分率的微粒数。每一纤维薄层除去同样百分率的微粒数。n在上述条件下，空气通过滤层后，微粒浓度在上述条件下，空气通过滤层后，微粒浓度N随随介质厚度

13、介质厚度L的（下降）变化率与空气中的微粒浓的（下降）变化率与空气中的微粒浓度度N成正比。成正比。213-1022112211/ mmm;lnlg;10NLNKLK LdNKNdLNLKdNdNKdLKdLNNNNKLeNNNNKLNNK 式中滤层中空气的微粒浓度，个过滤介质厚度，过滤常数， 将上式积分之:；或上式即为深层过滤除菌的对数穿透定律。常数与多个因素有关（通过实验测得）。2290112190212901909010.900.1lglglg 0.111NNNNNNNNKLNNKLNKL 1即则当过滤效率为90时可以把可以把K 理解为过滤效率理解为过滤效率为为90时所需滤层厚度的倒数。时所

14、需滤层厚度的倒数。四、纤维介质深层过滤器四、纤维介质深层过滤器n1、结构、结构n以纤维状或颗粒状介质层为滤床的过滤器。为立以纤维状或颗粒状介质层为滤床的过滤器。为立式圆筒形，内部填充过滤介质，以达到除菌的目式圆筒形，内部填充过滤介质，以达到除菌的目的。的。n纤维介质有棉花、玻璃纤维、超细玻璃纤维等。纤维介质有棉花、玻璃纤维、超细玻璃纤维等。n填充物的装填顺序如下：填充物的装填顺序如下： 孔板孔板铁丝网铁丝网麻布麻布棉花棉花麻布麻布活性碳活性碳麻麻布布棉花棉花麻布麻布铁丝网铁丝网孔板孔板 装填介质时要求紧密均匀，压紧一致装填介质时要求紧密均匀，压紧一致 30.785m /m /mvvqDuqsusD2、空气过滤器直径计算公式式中空气体积流量，空截面气速，过滤器直径，3、过滤介质过滤介质n过滤介质是除菌的关键。过滤介质是除菌的关键。n对过滤介质的要求：吸附性强；阻力小；空气流对过滤介质的要求：吸附性强；阻力小；空气流量大；耐干热；成本低；来源充足及便于调换操量大；耐干热；成本低；来源充足及便于调换操作。作。 n常用的过滤介质有：棉花；活性炭；玻璃纤维；常用的过滤介质有：棉花；活性炭