第十一章空气净化除菌与空气调节

1、第十一章第十一章空气净化除菌与空气调节空气净化除菌与空气调节 计计 划划授课时间授课时间2 2学时学时单元目标与要求单元目标与要求 掌握空气介质过滤的原理及工艺与设备，了解掌握空气介质过滤的原理及工艺与设备，了解空气调节的原理与方法。空气调节的原理与方法。授课内容授课内容 空气净化除菌的方法与原理，空气介质过空气净化除菌的方法与原理，空气介质过滤除菌设备及计算，生物工业生产的空气调节。滤除菌设备及计算，生物工业生产的空气调节。重点和难点重点和难点 空气净化除菌的方法与原理，空气介质过空气净化除菌的方法与原理，空气介质过滤除菌设备及计算。滤除菌设备及计算。 第一节第一节 空气除菌空气除菌 一一.

2、 .空气中微生物的分布空气中微生物的分布 一般城市空气中杂菌数为一般城市空气中杂菌数为3000-80003000-8000个个 。空气中的微生物。空气中的微生物种类以细菌和细菌芽胞较多，也有种类以细菌和细菌芽胞较多，也有酵母，霉菌和病毒。空气中微生物酵母，霉菌和病毒。空气中微生物的含量一般为的含量一般为 空气中常见杂菌的大小菌种细胞孢子宽，m长，m宽，m长，m金黄色小球菌0.51.0产气杆菌1.01.51.02.5蜡样芽孢杆菌1.32.08.125.8普通变形杆菌0.51.01.03.0地衣芽孢杆菌0.50.71.83.3枯草芽孢杆菌0.51.11.64.80.51.00.91.8巨大芽孢杆菌

3、0.92.12.010.00.61.20.91.7霉状分枝杆菌0.61.61.613.60.81.20.81.8二二. .发酵对空气无菌程度的要求发酵对空气无菌程度的要求 n发酵对无菌空气的要求是发酵对无菌空气的要求是 ：无菌，无灰尘，无菌，无灰尘，无杂质，无水，无油，正压等几项指标；无杂质，无水，无油，正压等几项指标；n发酵对无菌空气的无菌程度要求是：发酵对无菌空气的无菌程度要求是：在工在工程设计中一般要求程设计中一般要求10001000次使用周期中只允许有次使用周期中只允许有一个菌通过一个菌通过. .三、空气除菌的方法三、空气除菌的方法 （一）（一） 辐射杀菌辐射杀菌 超声波、高能阴极射线

4、、超声波、高能阴极射线、X X射线、射线、射线、射线、射线、紫外线理论上都能破坏蛋白质活性而射线、紫外线理论上都能破坏蛋白质活性而起杀菌作用。但由于具体的杀菌机理不是很清起杀菌作用。但由于具体的杀菌机理不是很清楚，目前应用较广泛的还是紫外线。紫外线波楚，目前应用较广泛的还是紫外线。紫外线波长为长为253.7265nm253.7265nm时杀菌效力最强，它的杀菌时杀菌效力最强，它的杀菌力与紫外线的强度成正比，与距离的平方成反力与紫外线的强度成正比，与距离的平方成反比。比。 （二）热灭菌法（二）热灭菌法 空气在进入培养系统之前，一般需用空压空气在进入培养系统之前，一般需用空压机以提高压力，所以空气

5、热灭菌时所需温度的机以提高压力，所以空气热灭菌时所需温度的提高，可直接利用空气压缩时的温度升高来实提高，可直接利用空气压缩时的温度升高来实现现 . .空气温度与微生物热死灭的时间空气温度与微生物热死灭的时间 温度200250300350时间15.1 s5.1 s2.1 s1.05 s（三）静电除菌（三）静电除菌 静电除尘是利用静电引力来吸附带电离子静电除尘是利用静电引力来吸附带电离子而达到除尘灭菌的目的。悬浮于空气中的微而达到除尘灭菌的目的。悬浮于空气中的微生物、微生物孢子大多数带有不同的电荷，生物、微生物孢子大多数带有不同的电荷，没有电荷的微粒进入高压静电场时则会被电没有电荷的微粒进入高压静

6、电场时则会被电离成带电微粒，但对于一些直径很小的微粒，离成带电微粒，但对于一些直径很小的微粒，它所带的电荷很小，当产生的引力等于或小它所带的电荷很小，当产生的引力等于或小于气流对微粒的拖带力或微粒布朗运动的动于气流对微粒的拖带力或微粒布朗运动的动量时，微粒就不能被吸附而沉降，所以静电量时，微粒就不能被吸附而沉降，所以静电除尘对很小的微粒效率较低。除尘对很小的微粒效率较低。四四. . 过滤除菌过滤除菌 n介质过滤除菌是使空气通过经高温灭菌的介质过滤层，介质过滤除菌是使空气通过经高温灭菌的介质过滤层，将空气中的微生物等颗粒阻截在介质层中，而达到除将空气中的微生物等颗粒阻截在介质层中，而达到除菌的目

7、的。菌的目的。n目前常用的过滤介质有棉花、活性炭、超细玻璃纤维、目前常用的过滤介质有棉花、活性炭、超细玻璃纤维、石棉滤纸、石棉滤纸、PVAPVA烧结材料过滤介质、烧结金属过滤介烧结材料过滤介质、烧结金属过滤介质等。质等。 是依靠气流通过滤层时，基于滤是依靠气流通过滤层时，基于滤层纤维的层层阻碍，迫使空气在流动层纤维的层层阻碍，迫使空气在流动过程中出现无数次改变气速大小和方过程中出现无数次改变气速大小和方向的绕流运动，从而导致微生物微粒向的绕流运动，从而导致微生物微粒与滤层纤维间产生撞击、拦截、布朗与滤层纤维间产生撞击、拦截、布朗扩散、重力及静电引力等作用，从而扩散、重力及静电引力等作用，从而把

8、微生物微粒截留、捕集在纤维表面把微生物微粒截留、捕集在纤维表面上，实现了过滤。上，实现了过滤。 当微粒随气流以一定的速度当微粒随气流以一定的速度垂直向纤维方向运动时，空垂直向纤维方向运动时，空气受阻即改变运动方向，绕气受阻即改变运动方向，绕过纤维前进，而微粒由于它过纤维前进，而微粒由于它的运动惯性较大，未能及时的运动惯性较大，未能及时改变运动方向随主导气流前改变运动方向随主导气流前进，于是微粒直冲到纤维的进，于是微粒直冲到纤维的表面，由于磨擦粘附，微粒表面，由于磨擦粘附，微粒就滞留在纤维表面上。就滞留在纤维表面上。 当气流速度下降到一定值时，若微粒当气流速度下降到一定值时，若微粒 随气流慢慢靠

9、近纤维时，受纤维所阻改变随气流慢慢靠近纤维时，受纤维所阻改变 方向，绕过纤维前进，并在纤维的周边形方向，绕过纤维前进，并在纤维的周边形 成一层边界滞留区，滞留区的气流流速更成一层边界滞留区，滞留区的气流流速更 慢，当与纤维表面接触时就被捕集。慢，当与纤维表面接触时就被捕集。 、布朗扩散作用机理、布朗扩散作用机理 直径很小的微粒在很慢的气流中能产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运动，称为布朗扩散。生一种不规则的直线运动，称为布朗扩散。 n重力沉降是一个稳定的分离作用，当微粒重力沉降是一个稳定的分离作用，当微粒所受的重力大于气流对它的拖带力时，微所受的重力大于气流对它的拖带力时，

10、微粒就容易沉降。粒就容易沉降。 悬浮在空气中的微粒大多带有不同电悬浮在空气中的微粒大多带有不同电荷，这些带电的微粒会受带异性电荷的物荷，这些带电的微粒会受带异性电荷的物体所吸引而沉降。体所吸引而沉降。 当空气流过介质时，上当空气流过介质时，上述五种除菌机理同时起述五种除菌机理同时起作用，不过气流速度不作用，不过气流速度不同，起主要作用的机理同，起主要作用的机理也就不同。当气流速度也就不同。当气流速度较大时，除菌效率随空较大时，除菌效率随空气流速的增加而增加，气流速的增加而增加，此时惯性冲击起主要作此时惯性冲击起主要作用；当气流速度较小时，用；当气流速度较小时，除菌效率随气流速度的除菌效率随气流

11、速度的增加而降低，此时扩散增加而降低，此时扩散起主要作用；当气流速起主要作用；当气流速度中等时，可能是截留度中等时，可能是截留起主要作用。如果空气起主要作用。如果空气流速过大，除菌效率又流速过大，除菌效率又下降，则是由于已被捕下降，则是由于已被捕集的微粒又被湍动的气集的微粒又被湍动的气流夹带返回到空气中。流夹带返回到空气中。 图4-15 过滤除菌效率（ ）与气速（vs)的关系/ %惯性冲击机理vs / (m/s)扩散机理噬菌体拦截机理0重新污染除菌效率除菌效率nN N0 0过滤前空气中微粒含量过滤前空气中微粒含量nN N过滤后空气中微粒含量过滤后空气中微粒含量n 过滤前后空气中含有微粒数的比值

12、，即过滤前后空气中含有微粒数的比值，即穿透滤层的微粒数与原有微粒数的比值，称为穿透滤层的微粒数与原有微粒数的比值，称为穿透率。穿透率。 0001NNNNN 2.2.影响深层过滤效率的因素影响深层过滤效率的因素 n微粒大小、过滤介质的种类、规格、介质微粒大小、过滤介质的种类、规格、介质的填充密度、过滤介质层厚度以及所通过的填充密度、过滤介质层厚度以及所通过的空气气流速度等。的空气气流速度等。 1.减少进口空气的含菌数。减少进口空气的含菌数。u加强生产环境的卫生管理，减少环境空气中的加强生产环境的卫生管理，减少环境空气中的含菌量；含菌量； u提高空气进口位置，减少空气进口含量；提高空气进口位置，减

13、少空气进口含量； u加强压缩前的空气预过滤。加强压缩前的空气预过滤。 2.设计和安装合理的空气过滤器。设计和安装合理的空气过滤器。 3.降低进入总过滤器空气的相对湿度。降低进入总过滤器空气的相对湿度。u采用无油润滑空压机；采用无油润滑空压机； u加强空气的冷却，去油水；加强空气的冷却，去油水； u提高进入总过滤器的空气温度，降低其相对湿提高进入总过滤器的空气温度，降低其相对湿度。度。 1.1.两级分离、冷却、加热的空气除菌流程两级分离、冷却、加热的空气除菌流程 2 2、冷却空气直接混合式空气除菌流程、冷却空气直接混合式空气除菌流程 粗过滤器粗过滤器压缩机压缩机贮罐贮罐冷冷却器却器 丝网分离器丝

14、网分离器 过滤器过滤器 3 3、高效前置过滤除菌流程、高效前置过滤除菌流程 一一. .概述：概述： 提高压缩前空气的洁净度的主要措施：提高压缩前空气的洁净度的主要措施： 提高空气吸气口的位置和加强吸入空气提高空气吸气口的位置和加强吸入空气的前过滤。的前过滤。 一、空气预处理设备一、空气预处理设备 1 1粗过滤器粗过滤器 v 安装在空气压缩机前的粗过滤器，其主要作用：捕集较安装在空气压缩机前的粗过滤器，其主要作用：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。负荷。v 粗过滤器一般要求过滤效率高，阻力小，否则会增加粗过滤器一般要求

15、过滤效率高，阻力小，否则会增加空气压缩机的吸入负荷和降低空气压缩机的排气量。空气压缩机的吸入负荷和降低空气压缩机的排气量。v 常用的粗过滤器有：布袋过滤、填料式过滤、油浴洗涤常用的粗过滤器有：布袋过滤、填料式过滤、油浴洗涤和水雾除尘等。和水雾除尘等。 振动机构含尘气流图4-7 机械振动袋式除尘器滤袋净气121-滤网 2-加油斗 3-油镜 4-油层图4-8 油浴洗涤装置空气出口空气出口空气出口图4-9 水雾除尘装置空气入口过滤网高压水入口 贮气罐的作用：贮气罐的作用：（1 1）消除脉动维持罐压）消除脉动维持罐压的稳定。的稳定。（2 2）使部分液滴在罐内）使部分液滴在罐内沉降。沉降。（3 3）保温灭菌）保温灭菌。 出灰口排气进气图4-11 旋风分离器 n其结构同一级冷却器相同，由于季节关系或其其结构同一级冷却器相同，由于季节关系或其它原因对压缩空气的冷却效果达不到工艺要求它原因对压缩空气的冷却效果达不到工艺要求的情况下，可增设二级冷却器，再次冷却。的情况下，可增设二级冷却器，再次冷却。 n通过油水分离器净化过的空气，仍通过油水分离器净化过的空气，仍含有粒度较小的杂质及油水雾滴，含有粒度较小的杂质及油水雾滴，需在除雾器中进一步除去。除雾器需在除雾器中进一步除去。除雾器结构较简单，为一个中间夹有填料结构较简单，为一