第四章 空气除菌设备

1、第四章第四章 空气除菌设备空气除菌设备王鸿飞王鸿飞一、空气中微生物的分布及发酵对空气的要求一、空气中微生物的分布及发酵对空气的要求 1. 1.空气中微生物的分布空气中微生物的分布 空气中微生物的含量和种类，随地区、季节和空气中灰尘粒子多少以空气中微生物的含量和种类，随地区、季节和空气中灰尘粒子多少以及人们的活动情况而异。及人们的活动情况而异。 一般北方气候干燥寒冷的空气中含菌量较少，而南方潮湿温暖的空气一般北方气候干燥寒冷的空气中含菌量较少，而南方潮湿温暖的空气中含菌量较多。中含菌量较多。 人口稠密的城比人口密度少的农村空气中含菌量多。一般城市空气中人口稠密的城比人口密度少的农村空气中含菌量多

2、。一般城市空气中杂菌数为杂菌数为3000300080008000个个m m3 3 。 地平面比高空的空气中含菌量多。一般每升高地平面比高空的空气中含菌量多。一般每升高1010米，空气中的含菌量米，空气中的含菌量就降低一个数量级。就降低一个数量级。 空气中的微生物种类以细菌和细菌芽胞较多，也有酵母、霉菌和病毒。空气中的微生物种类以细菌和细菌芽胞较多，也有酵母、霉菌和病毒。这些微生物大小不一，一般附着在空气中的灰尘上或雾滴上，空气中微生这些微生物大小不一，一般附着在空气中的灰尘上或雾滴上，空气中微生物的含量一般为物的含量一般为10103 310104 4个米个米3 3。 灰尘粒子的平均大小约灰尘粒

3、子的平均大小约0.6m0.6m左右，所以空气除菌主要是去除空气中左右，所以空气除菌主要是去除空气中的微粒的微粒(0.6-1m(0.6-1m）。）。 因此，通过对空气中微生物分布情况的研究，选择良好的取风位置和因此，通过对空气中微生物分布情况的研究，选择良好的取风位置和提高空气除菌系统的除菌效率，是确保发酵工业正常生产的重要条件。提高空气除菌系统的除菌效率，是确保发酵工业正常生产的重要条件。 2. 2.发酵对空气无菌程度的要求发酵对空气无菌程度的要求 工业发酵对空气处理的要求随发酵产品和菌种不同而异。工业发酵对空气处理的要求随发酵产品和菌种不同而异。 半固体制曲和酵母生产中无菌要求不十分严格，一

4、般无半固体制曲和酵母生产中无菌要求不十分严格，一般无需复杂的空气净化处理；需复杂的空气净化处理； 密闭的深层通气发酵需严格的纯净培养，进入发酵罐前密闭的深层通气发酵需严格的纯净培养，进入发酵罐前空气必须进行冷却、脱水、脱油和过滤除菌等处理。空气必须进行冷却、脱水、脱油和过滤除菌等处理。 好气性发酵过程中需要大量的无菌空气，但空气要作到好气性发酵过程中需要大量的无菌空气，但空气要作到绝对无菌在目前是不可能的，也是不经济的。绝对无菌在目前是不可能的，也是不经济的。 发酵对无菌空气的要求是：无菌，无灰尘，无杂质，无发酵对无菌空气的要求是：无菌，无灰尘，无杂质，无水，无油等几项指标。水，无油等几项指标

5、。 发酵对无菌空气的无菌程度要求是：只要在发酵过程中发酵对无菌空气的无菌程度要求是：只要在发酵过程中不因无菌空气染菌，而造成损失即可。不因无菌空气染菌，而造成损失即可。 在工程设计中一般要求在工程设计中一般要求10001000次使用周期中只允许有次使用周期中只允许有1 1次次染菌，即经过滤后空气的无菌程度为染菌，即经过滤后空气的无菌程度为N=10N=10-3-3。 1. 1.空气除菌的方法空气除菌的方法 空气除菌就是除去或杀灭空气中的微生物。常用的除菌空气除菌就是除去或杀灭空气中的微生物。常用的除菌方法有方法有介质过滤、辐射、化学药品、加热、静电吸附介质过滤、辐射、化学药品、加热、静电吸附等方

6、法。等方法。其中辐射杀菌、化学药品杀菌、干热杀菌等都是将有机体蛋其中辐射杀菌、化学药品杀菌、干热杀菌等都是将有机体蛋白质变性而破坏其活力，从而杀灭空气中的微生物；而介质白质变性而破坏其活力，从而杀灭空气中的微生物；而介质过滤和静电吸附的方法则是利用分离的方法将微生物粒子除过滤和静电吸附的方法则是利用分离的方法将微生物粒子除去。去。 热杀菌：热杀菌：热杀菌是一种有效的、可靠的杀菌方法。如细热杀菌是一种有效的、可靠的杀菌方法。如细菌孢子虽然耐热能力很强，但是悬浮在空气中的细菌孢子在菌孢子虽然耐热能力很强，但是悬浮在空气中的细菌孢子在218218保温保温24s24s就被杀死。可是如果采用蒸汽或电来加

7、热大量就被杀死。可是如果采用蒸汽或电来加热大量的空气，以达到杀菌的目的，则需要消耗大量的能源和增设的空气，以达到杀菌的目的，则需要消耗大量的能源和增设许多换热设备，这在工业生产上是很不经济的。许多换热设备，这在工业生产上是很不经济的。二、空气净化除菌的方法和原理二、空气净化除菌的方法和原理 利用空气被压缩时所产生的热量进行加热保温杀菌在生产上有利用空气被压缩时所产生的热量进行加热保温杀菌在生产上有重要的意义。如图示。空气进口温度重要的意义。如图示。空气进口温度2121，空气的出口温度为，空气的出口温度为187187198198，压力为，压力为0.7MPa0.7MPa。 辐射杀菌：辐射杀菌：X

8、X射线、射线、射线、紫外线、超声波、射线、紫外线、超声波、射线等从理论上都射线等从理论上都能破坏蛋白质活性而起杀菌作用。但应用较广泛的还是紫外线，它波长能破坏蛋白质活性而起杀菌作用。但应用较广泛的还是紫外线，它波长在在253.7253.7265nm265nm范围杀菌效力最强，它的杀菌能力与紫外线的强度成正范围杀菌效力最强，它的杀菌能力与紫外线的强度成正比，与距离的平方成反比。紫外线通常用于无菌室等空气对流不大的环比，与距离的平方成反比。紫外线通常用于无菌室等空气对流不大的环境下杀菌。但杀菌效率低，杀菌时间长，一般要结合甲醛蒸汽消毒或苯境下杀菌。但杀菌效率低，杀菌时间长，一般要结合甲醛蒸汽消毒或

9、苯酚的喷雾等来保证无菌室较高的无菌程度。酚的喷雾等来保证无菌室较高的无菌程度。 无菌室常用的紫外灯功率为无菌室常用的紫外灯功率为30W30W，安装在操作台上方一米左右高处，安装在操作台上方一米左右高处，每次照射每次照射15-30min15-30min即可。即可。 静电除菌：静电除菌：近年来，一些工厂已采用静电除菌除去空气中的水雾、近年来，一些工厂已采用静电除菌除去空气中的水雾、油雾、尘粒和微生物等，在最佳条件下，对油雾、尘粒和微生物等，在最佳条件下，对1um1um的微粒去除率高达的微粒去除率高达9999，消耗能量小，每处理消耗能量小，每处理1000m1000m3 3的空气每小时只耗电的空气每小

10、时只耗电0.20.20.8KW0.8KW，空气压力，空气压力损失少，一般仅为损失少，一般仅为3030150Pa150Pa，设备较小，但对设备维护和安全技术措施，设备较小，但对设备维护和安全技术措施要求较高。常用于洁净工作台、洁净工作室所需无菌空气的预处理，再要求较高。常用于洁净工作台、洁净工作室所需无菌空气的预处理，再配合高效过滤器使用。配合高效过滤器使用。静电除尘是利用静电引力吸附带电粒子而达到除静电除尘是利用静电引力吸附带电粒子而达到除菌除尘目的。悬浮空气中的微生物，其孢子大多带有不同的电荷，没有菌除尘目的。悬浮空气中的微生物，其孢子大多带有不同的电荷，没有带电荷的微粒在进入高压静电场时都

11、会被电离变成带电微粒，但对于一带电荷的微粒在进入高压静电场时都会被电离变成带电微粒，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于气流些直径很小的微粒，它所带的电荷很小，当产生的引力等于或小于气流对微粒的拖带力或微粒布朗扩散运动的动量时，则微粒就不能被吸附而对微粒的拖带力或微粒布朗扩散运动的动量时，则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。沉降，所以静电除尘对很小的微粒效率较低。 静电除菌装置：静电除菌装置：由电离区和捕集区。如图示，电离区是一系列等距离平行且由电离区和捕集区。如图示，电离区是一系列等距离平行且接地的极板，极板间带有用钨丝或不锈钢丝构成的放

12、电线，叫离化线。当放电线接地的极板，极板间带有用钨丝或不锈钢丝构成的放电线，叫离化线。当放电线接上接上10kv10kv的直流电压时，它与接地极板之间之间形成电位梯度很强的不均匀电场，的直流电压时，它与接地极板之间之间形成电位梯度很强的不均匀电场，通过空气所带的细菌微粒通过电离区后则被电离而带正电荷。通过空气所带的细菌微粒通过电离区后则被电离而带正电荷。 捕集区是由高压电极板与接地板组成，它们交替排列，并平行于气流方向，捕集区是由高压电极板与接地板组成，它们交替排列，并平行于气流方向，它们的间隙很窄。在高压电极板上加上它们的间隙很窄。在高压电极板上加上5KV5KV的直流电压，极板间形成均匀电场，

13、的直流电压，极板间形成均匀电场，当电离后的气流通过时，带正电荷的微粒受到静电场的库仑力作用，产生一个向当电离后的气流通过时，带正电荷的微粒受到静电场的库仑力作用，产生一个向负极板移动的速度，这个速度与气流的拖带速度合成一个倾向负极板的合速度而负极板移动的速度，这个速度与气流的拖带速度合成一个倾向负极板的合速度而向负极板移动，最后吸附在极板上。向负极板移动，最后吸附在极板上。 当捕集的微粒积沉到一定的厚度时，极板间的火化放电加剧，极板当捕集的微粒积沉到一定的厚度时，极板间的火化放电加剧，极板电压下降，微粒的吸附力减弱甚至随气流飞散，这时除尘除菌效率下降。电压下降，微粒的吸附力减弱甚至随气流飞散，

14、这时除尘除菌效率下降。要保持高的除菌效率，应定期清除微粒，一般电极板上尘厚要保持高的除菌效率，应定期清除微粒，一般电极板上尘厚1mm1mm时就应清时就应清洗。通常用喷水管自动喷水清洗，洗净干燥后重新投入使用。洗。通常用喷水管自动喷水清洗，洗净干燥后重新投入使用。 用静电除菌进行空气净化，由于极板间距小，电压高，要求极板很用静电除菌进行空气净化，由于极板间距小，电压高，要求极板很平直，安装间距均匀，才能保证电场电势均匀，从而达到好的除菌效果平直，安装间距均匀，才能保证电场电势均匀，从而达到好的除菌效果及耗电少的特点。但使用该方法一次性投资费用较大。及耗电少的特点。但使用该方法一次性投资费用较大。

15、 过滤除菌：过滤除菌：是目前发酵工业中常用的空气除菌方法，它采用定期灭是目前发酵工业中常用的空气除菌方法，它采用定期灭菌的干燥介质来阻截流过的空气中的微生物，从而获得无菌空气。常用菌的干燥介质来阻截流过的空气中的微生物，从而获得无菌空气。常用的过滤介质按孔隙分为：的过滤介质按孔隙分为：一类是介质间孔隙大于微生物，故必须有一定一类是介质间孔隙大于微生物，故必须有一定的厚度的介质滤层才能达到过滤除菌的目的；另一类是介质的孔隙小于的厚度的介质滤层才能达到过滤除菌的目的；另一类是介质的孔隙小于微生物，含微生物的空气通过过滤介质时，微生物就被截留于介质上而微生物，含微生物的空气通过过滤介质时，微生物就被

16、截留于介质上而实现过滤除菌，称绝对过滤。实现过滤除菌，称绝对过滤。过滤介质有棉花、活性炭、玻璃纤维、有过滤介质有棉花、活性炭、玻璃纤维、有机合成纤维、烧结金属、烧结陶瓷、烧结塑料、微孔超滤膜等。机合成纤维、烧结金属、烧结陶瓷、烧结塑料、微孔超滤膜等。 由于空气中的微生物粒子很小，通常只有由于空气中的微生物粒子很小，通常只有0.50.52um2um，而一般的过滤，而一般的过滤介质孔隙都比微粒大几倍到几十倍，因此过滤除菌机理比较复杂。介质孔隙都比微粒大几倍到几十倍，因此过滤除菌机理比较复杂。 2. 2.介质过滤除菌机理介质过滤除菌机理 空气的过滤除菌与通常的过滤原理不一样，由于空气中气体引力较空气

17、的过滤除菌与通常的过滤原理不一样，由于空气中气体引力较少，而且微粒又很小。空气中微生物的微粒大小在少，而且微粒又很小。空气中微生物的微粒大小在0.50.52um2um之间，而深之间，而深层过滤常用的过滤介质如棉花的纤维直径为层过滤常用的过滤介质如棉花的纤维直径为161620um20um，当充填系数为，当充填系数为8 8时，所形成的网络孔隙为时，所形成的网络孔隙为202050um50um；又如超细纤维滤纸滤板，纤维直；又如超细纤维滤纸滤板，纤维直径为径为1 11.5um1.5um，湿法扎制紧密度大，形成的孔隙为，湿法扎制紧密度大，形成的孔隙为0.50.55um5um。这样将如。这样将如何过滤除菌

18、呢何过滤除菌呢? ? 微生物微粒随空气通过过滤层时，滤层纤维所形成的网格阻碍气流微生物微粒随空气通过过滤层时，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，这些改变引起微生物微粒对滤层纤维产生变引起微生物微粒对滤层纤维产生惯性冲击、重力沉降、拦截、布朗扩惯性冲击、重力沉降、拦截、布朗扩散、静电吸引散、静电吸引等作用而等作用而 把微生物微粒滞留在纤维表面。把微生物微粒滞留在纤维表面。 惯性冲击滞留作用机理：惯性冲击滞留作用机理：以单根纤维空气流线进行分析。设纤维断以单根纤维空气流线进行分析。设纤维

19、断面的直径为面的直径为d df f，当微生物微粒随气流以一定速度垂直向纤维方向运动时，当微生物微粒随气流以一定速度垂直向纤维方向运动时，空气受阻改变运动方向，绕过纤维前进。而微粒由于它的运动惯性较大，空气受阻改变运动方向，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，微粒就滞留在纤维的表面上，这称为惯性冲击滞留作用。在纤维的表面上，这称为惯性冲击滞留作用。 纤维能滞留微粒的宽度区间纤维能滞留微粒的宽度区间b b与纤维直径与纤维直径d df f 之比，称为单纤维的惯性冲击捕集效率之比，称

20、为单纤维的惯性冲击捕集效率1 1。 1 1b/db/df f 。微粒的运动惯性愈大，它受气流换。微粒的运动惯性愈大，它受气流换向干扰愈小，向干扰愈小，b b值就愈大。同时，时间证明，捕值就愈大。同时，时间证明，捕集效率是微粒惯性力的无因次准数集效率是微粒惯性力的无因次准数的函数：的函数：1 1f f().).准数准数与纤维直径与纤维直径d df f、微粒直径、微粒直径d dp p 、微粒的运动速度微粒的运动速度v v0 0有关系：有关系： （c cp p d dp p2 2 v v0 0 ）/(18ud/(18udf f) ) 其中其中c c为层流滑动为层流滑动修正系数，修正系数， p p为微

21、粒的密度（为微粒的密度（kg/mkg/m3 3），），u u为空为空气的粘度（气的粘度（PaPas s）。在其它条件不变的情况下，）。在其它条件不变的情况下，气流速度是影响捕集效率的重要因素。改变气气流速度是影响捕集效率的重要因素。改变气流的速度就是改变微粒的惯性力。当气流速度流的速度就是改变微粒的惯性力。当气流速度下降时，微粒速度下降，微粒的惯性力减弱，下降时，微粒速度下降，微粒的惯性力减弱，微粒脱离主导气流的可能性就减小，相应的微粒脱离主导气流的可能性就减小，相应的b b值值就减小，即捕集效率下降。当气流速度下降到就减小，即捕集效率下降。当气流速度下降到微粒的惯性力不足以脱离主导气流时，微

22、粒就微粒的惯性力不足以脱离主导气流时，微粒就随气流改变方向绕过纤维前进。随气流改变方向绕过纤维前进。此时此时b b0 0，1/161/16，1 10 0。这时的气流速度称为惯性碰撞。这时的气流速度称为惯性碰撞的临界速度，此速度随纤维的直径和微粒的直的临界速度，此速度随纤维的直径和微粒的直径而变化。径而变化。 拦截滞留作用机理：拦截滞留作用机理：当气流速度下降到临界速度以下时，微生物微当气流速度下降到临界速度以下时，微生物微粒就不能因惯性碰撞而滞留在纤维表面上，捕集效率显著下降。但是实粒就不能因惯性碰撞而滞留在纤维表面上，捕集效率显著下降。但是实践证明，随着气流速度的继续下降，纤维对微粒捕集效率

23、不再下降反而践证明，随着气流速度的继续下降，纤维对微粒捕集效率不再下降反而回升，说明另一种机理在起作用，这就是拦截滞留作用机理。回升，说明另一种机理在起作用，这就是拦截滞留作用机理。 当微生物微粒随低速气流慢慢靠近纤维时，微粒所在的主导气流受当微生物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阻碍而改变流动方向，绕过纤维前进，并在纤维的周边形成一层边纤维阻碍而改变流动方向，绕过纤维前进，并在纤维的周边形成一层边界滞留区，滞留区的气流速度更慢，进入到滞留区的微生物微粒慢慢靠界滞留区，滞留区的气流速度更慢，进入到滞留区的微生物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。近和接触

24、纤维而被黏附滞留，称为拦截滞留作用。 拦截滞留作用的捕集效率决定于微粒直径和纤维直径之比，又与气拦截滞留作用的捕集效率决定于微粒直径和纤维直径之比，又与气流速度成反比，当气流速度低时拦截滞留才起作用。流速度成反比，当气流速度低时拦截滞留才起作用。 布朗扩散作用机理：布朗扩散作用机理：直径很小的微粒在流速很小的气流中能产生一直径很小的微粒在流速很小的气流中能产生一种不规则的直线运动，称为布朗扩散。种不规则的直线运动，称为布朗扩散。布朗扩散的运动距离很短。布朗布朗扩散的运动距离很短。布朗扩散除菌作用在较大的气流或较大的纤维间隙中不起作用，但在很小的扩散除菌作用在较大的气流或较大的纤维间隙中不起作用

25、，但在很小的气流速度和较小的纤维间隙中，布朗扩散作用大大的增加了微粒与纤维气流速度和较小的纤维间隙中，布朗扩散作用大大的增加了微粒与纤维的接触滞留机会。的接触滞留机会。 布朗扩散作用与微粒的直径和纤维的直径有关，并与气流速度成反布朗扩散作用与微粒的直径和纤维的直径有关，并与气流速度成反比，气流速度小时，它时介质过滤除菌的重要作用之一。比，气流速度小时，它时介质过滤除菌的重要作用之一。 重力沉降作用机理：重力沉降作用机理：当微粒的重力大于气流对它的拖带力时，微粒当微粒的重力大于气流对它的拖带力时，微粒就沉降。就单一的微粒而言，大微粒比小微粒沉降作用显著，对于小微就沉降。就单一的微粒而言，大微粒比

26、小微粒沉降作用显著，对于小微粒只有在气流的速度很低时才起作用。重力沉降作用与拦截滞留作用配粒只有在气流的速度很低时才起作用。重力沉降作用与拦截滞留作用配合，在纤维的边界滞留区内，微粒的沉降作用可提高拦截作用的捕集效合，在纤维的边界滞留区内，微粒的沉降作用可提高拦截作用的捕集效率。率。 静电吸附作用机理：静电吸附作用机理：静电吸附的原因之一是微生物微粒带有与介质静电吸附的原因之一是微生物微粒带有与介质表面相反的电荷，或是由于感应而得到相反的电荷而被吸附；另一个原表面相反的电荷，或是由于感应而得到相反的电荷而被吸附；另一个原因是由于空气流过介质时，介质表面就感应出很强的静电荷而使微生物因是由于空气

27、流过介质时，介质表面就感应出很强的静电荷而使微生物微粒被吸附，特别是用树脂处理过的纤维表面，这种作用特别明显。悬微粒被吸附，特别是用树脂处理过的纤维表面，这种作用特别明显。悬浮在空气中的微生物微粒大多数带有不同的电荷，如枯草杆菌孢子中浮在空气中的微生物微粒大多数带有不同的电荷，如枯草杆菌孢子中2020以上带有正电荷，以上带有正电荷，1515以上带有负电荷，其余为中性。这些带电的微以上带有负电荷，其余为中性。这些带电的微粒会受带异性电荷物体所吸引而沉降。粒会受带异性电荷物体所吸引而沉降。 当空气流过介质时，上述当空气流过介质时，上述5 5中截留除菌机理惯性撞击、截留、布朗中截留除菌机理惯性撞击、

28、截留、布朗扩散、重力沉降和静电吸附同时起作用。不过气流速度不同，起主要作扩散、重力沉降和静电吸附同时起作用。不过气流速度不同，起主要作用的机理也不同。当气流速度较大时，惯性冲击起主要作用；当气流速用的机理也不同。当气流速度较大时，惯性冲击起主要作用；当气流速度较小时，扩散起主要作用；当气流速度中等时，可能是截留起主要作度较小时，扩散起主要作用；当气流速度中等时，可能是截留起主要作用。用。 1. 1.空气除菌流程的要求空气除菌流程的要求 要制备较高无菌程度的、具有一定压力的无菌空气，在要制备较高无菌程度的、具有一定压力的无菌空气，在空气除菌的流程中就要有空气压缩机等设备，空气压缩机一空气除菌的流

29、程中就要有空气压缩机等设备，空气压缩机一方面是增加空气的压力便于输送，另一方面是增加空气温度方面是增加空气的压力便于输送，另一方面是增加空气温度进行热杀菌。进行热杀菌。 由于采用空气压缩机，空气的参数变化大，就需要一些由于采用空气压缩机，空气的参数变化大，就需要一些附属设备，附属设备用于空气的除湿、除油、冷却等，对于附属设备，附属设备用于空气的除湿、除油、冷却等，对于附属设备要求尽量采用新技术、提高效率、减少设备、精简附属设备要求尽量采用新技术、提高效率、减少设备、精简设备投资、降低运转费用和动力消耗以及简便操作等。设备投资、降低运转费用和动力消耗以及简便操作等。 流程的制订就根据所在的地理、

30、气候环境和设备条件而流程的制订就根据所在的地理、气候环境和设备条件而考虑，在环境污染比较严重的地方，要考虑改变吸风的条件，考虑，在环境污染比较严重的地方，要考虑改变吸风的条件，以降低过滤器的负荷，提高空气的无菌程度；在温暖潮湿的以降低过滤器的负荷，提高空气的无菌程度；在温暖潮湿的南方，要加强除水设施，以确保和发挥过滤器的最大除菌效南方，要加强除水设施，以确保和发挥过滤器的最大除菌效率；在压缩机耗油严重的设备流程中则要加强消除油雾的污率；在压缩机耗油严重的设备流程中则要加强消除油雾的污染等等。染等等。三、空气介质除菌流程三、空气介质除菌流程 2.2.空气除菌流程空气除菌流程 发酵工厂中所使用的空

31、气除菌流程，随各地的气候条件不同有很大差别。发酵工厂中所使用的空气除菌流程，随各地的气候条件不同有很大差别。 空气压缩冷却过滤流程：空气压缩冷却过滤流程：如图示，它由压缩机、贮罐、空气冷却器和过滤如图示，它由压缩机、贮罐、空气冷却器和过滤器组成。适应于气候寒冷、相对湿度较低的地方。由于空气温度低，经压缩后空器组成。适应于气候寒冷、相对湿度较低的地方。由于空气温度低，经压缩后空气的温度升高不会很多，特别是空气的相对湿度较低时，空气经压缩冷却到培养气的温度升高不会很多，特别是空气的相对湿度较低时，空气经压缩冷却到培养要求的温度（要求的温度（3535），能够保证过滤设备的除菌效率，满足微生物培养对无

32、菌空），能够保证过滤设备的除菌效率，满足微生物培养对无菌空气的要求。气的要求。 这种流程在使用涡轮式空气压缩机或无油润滑空压机的情况下效果是好的，这种流程在使用涡轮式空气压缩机或无油润滑空压机的情况下效果是好的，但采用普通空气压缩机时，可能会引起油雾污染过滤器，这时就必须增加丝网分但采用普通空气压缩机时，可能会引起油雾污染过滤器，这时就必须增加丝网分离器将油雾分离。离器将油雾分离。 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：如图示，它可以适应各种气候条如图示，它可以适应各种气候条件，能成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，件，能成充分地分

33、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。特点是：提高过滤除菌效率。特点是：2 2次冷却、次冷却、2 2次分离、适当加热。次分离、适当加热。2 2次冷却、次冷却、2 2次分离次分离油水的优点是可节约冷却用水，油和水雾分离除去比较完全，保证干过滤。经第油水的优点是可节约冷却用水，油和水雾分离除去比较完全，保证干过滤。经第一级冷却后，大部分的水、油都已结成较大的雾粒，且雾粒浓度大，适合用旋风一级冷却后，大部分的水、油都已结成较大的雾粒，且雾粒浓度大，适合用旋风分离器分离。第二级冷却器使空气进一步冷却后析出较小的雾粒，宜采用丝网分分离器分离。第二级冷却器使空气进一步冷却

34、后析出较小的雾粒，宜采用丝网分离器，这类分离器可分离直径较小的雾粒，而且效果较高。经离器，这类分离器可分离直径较小的雾粒，而且效果较高。经2 2次分离后，空气次分离后，空气中的雾沫就较小，两级冷却可以减少油膜污染对传热的影响。中的雾沫就较小，两级冷却可以减少油膜污染对传热的影响。 前置高效过滤空气除菌流程：前置高效过滤空气除菌流程：如图示，它的特点是无菌程度高。如图示，它的特点是无菌程度高。该流程使空气先中、高效过滤后，进入空气压缩机。前置高效过滤器该流程使空气先中、高效过滤后，进入空气压缩机。前置高效过滤器后，空气的无菌程度已达后，空气的无菌程度已达99.9999.99，在经冷却、分离和主过

35、滤器后，空，在经冷却、分离和主过滤器后，空气的无菌程度就更高，以保证发酵安全。高效前置过滤器采用泡沫塑气的无菌程度就更高，以保证发酵安全。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。料（静电除菌）和超细纤维纸串联使用作过滤介质。目前味精厂等发酵工厂常采用的空气过滤除菌流程。目前味精厂等发酵工厂常采用的空气过滤除菌流程。 四、空气介质除菌设备四、空气介质除菌设备 1. 1.高空取气管高空取气管 高空取气管是远离地面几高空取气管是远离地面几十米的管子。一般而言，地面十米的管子。一般而言，地面附近空气中所含的微生物和灰附近空气中所含的微生物和灰尘等均比高空空气中含的多，尘等

36、均比高空空气中含的多，据资料介绍，每升高据资料介绍，每升高1010米，空米，空气中杂菌可降低一个数量级，气中杂菌可降低一个数量级，因此从高空取气要比从低空取因此从高空取气要比从低空取气有利得多。气有利得多。 2.2.粗过滤器粗过滤器 粗过滤器安装在空气压缩机之前，主要捕集较大的灰粗过滤器安装在空气压缩机之前，主要捕集较大的灰尘颗粒，防止压缩机受磨损，同时也减轻总过滤器的负荷。尘颗粒，防止压缩机受磨损，同时也减轻总过滤器的负荷。粗过滤器的过滤效率要高、阻力要小，否则会增加空气压粗过滤器的过滤效率要高、阻力要小，否则会增加空气压缩机的负荷和降低空气压缩机的排气量。常用的有布袋过缩机的负荷和降低空气

37、压缩机的排气量。常用的有布袋过滤器、填料式过滤器、油浴洗涤器和水雾除尘器等。滤器、填料式过滤器、油浴洗涤器和水雾除尘器等。 布袋过滤器：布袋过滤器：结构最简单，只有将布缝制成与骨架相结构最简单，只有将布缝制成与骨架相同的形状，紧套于焊在进气管的骨架上，并缝紧所有会造同的形状，紧套于焊在进气管的骨架上，并缝紧所有会造成短路的空隙。布质结实细致，则过滤效率高，阻力大。成短路的空隙。布质结实细致，则过滤效率高，阻力大。最好采用毛质绒布，现多采用合成纤维布。气流速度一般最好采用毛质绒布，现多采用合成纤维布。气流速度一般为为2 22.5m2.5m3 3/ /（m m2 2 minmin），空气阻力大约）

38、，空气阻力大约0.60.61.2KPa1.2KPa。滤。滤布要定期清洗，以减少阻力和提高过滤效率。布要定期清洗，以减少阻力和提高过滤效率。 填料式过滤器：填料式过滤器：一般用油浸铁回丝、玻璃纤维或其它一般用油浸铁回丝、玻璃纤维或其它合成纤维作填料，过滤效果稍比布袋过滤器好，阻力也较合成纤维作填料，过滤效果稍比布袋过滤器好，阻力也较小，但结构复杂，占地面积较大，内部填料要经常清换才小，但结构复杂，占地面积较大，内部填料要经常清换才能保持一定的过滤作用，操作比较麻烦。能保持一定的过滤作用，操作比较麻烦。 油浴洗涤器：油浴洗涤器：如如图示，空气进入会要图示，空气进入会要通过油箱中的油层洗通过油箱中的

39、油层洗涤，空气中的微粒被涤，空气中的微粒被油粘附而逐渐沉降于油粘附而逐渐沉降于油箱底部而除去，经油箱底部而除去，经过油浴的空气因带有过油浴的空气因带有油雾，需要经过百叶油雾，需要经过百叶窗式的圆盘，分离大窗式的圆盘，分离大粒油雾，再经气液过粒油雾，再经气液过滤网分离小颗粒油雾滤网分离小颗粒油雾后，由中心管吸入空后，由中心管吸入空气压缩机。气压缩机。 水雾除尘器：水雾除尘器：如图示，如图示，空气从设备的底部进入，空气从设备的底部进入，经上部喷下来的水雾洗涤，经上部喷下来的水雾洗涤，将空气中的灰尘、微生物将空气中的灰尘、微生物微粒黏附沉降，从器底部微粒黏附沉降，从器底部排出。带有微细水雾的洁排出。

40、带有微细水雾的洁净空气经上部过滤网过滤净空气经上部过滤网过滤后排出，进入空气压缩机。后排出，进入空气压缩机。一般对一般对0.5um0.5um的粒子过滤效的粒子过滤效率为率为50507070，对，对1um1um的粒子过滤效率为的粒子过滤效率为55558888，对，对5um5um以上的粒子除以上的粒子除去效率为去效率为90909999。一。一般空气流速为般空气流速为1 12m/s2m/s。 3.3.空气压缩机空气压缩机 供发酵生产用的空气要具有供发酵生产用的空气要具有0.20.20.3MPa0.3MPa的压力，而且空气在输送过的压力，而且空气在输送过程中又要克服各种阻力，提供给空气所需的压力要空气

41、压缩机来完成。程中又要克服各种阻力，提供给空气所需的压力要空气压缩机来完成。目前适用于发酵用的空气压缩机有目前适用于发酵用的空气压缩机有低压涡轮式空气压缩机低压涡轮式空气压缩机和和往复式空气往复式空气压缩机。压缩机。 涡轮式空气压缩机涡轮式空气压缩机一般由电机直接带动涡轮，靠涡轮高速旋转时所一般由电机直接带动涡轮，靠涡轮高速旋转时所产生的产生的“空穴空穴”现象，吸入空气并使其获得较高的离心力，再通过固定现象，吸入空气并使其获得较高的离心力，再通过固定的导论和涡轮形机壳，使部分动能转变为静压后输出。其输气量大，输的导论和涡轮形机壳，使部分动能转变为静压后输出。其输气量大，输出空气压力稳定，效率高

42、，设备紧凑，占地面积小，获得的空气不带油出空气压力稳定，效率高，设备紧凑，占地面积小，获得的空气不带油雾等特点，是理想的发酵生产的供气设备。一般出口压力为雾等特点，是理想的发酵生产的供气设备。一般出口压力为0.250.250.5MPa0.5MPa。 往复式空气压缩机往复式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，出口压力不稳定，而且气缸内要入润滑活塞用的润滑油，出的，因此，出口压力不稳定，而且气缸内要入润滑活塞用的润滑油，使空气中带进油雾，导致传热系数降低，给空气冷却带来困难，会堵塞使空气中带进油雾，导致传热系数降低，给空气冷却带

43、来困难，会堵塞过滤介质，增加阻力，还会黏附在纤维表面，可能成为微生物微粒穿透过滤介质，增加阻力，还会黏附在纤维表面，可能成为微生物微粒穿透滤层的途径，降低过滤效率，严重时还会造成污染。滤层的途径，降低过滤效率，严重时还会造成污染。 往复式空气压缩机有往复式空气压缩机有单缸、多缸之分，多缸中又有单缸、多缸之分，多缸中又有V V形、形、W W形、形、L L形、形、H H形等形等。往复式空气压缩机又可分成高压（。往复式空气压缩机又可分成高压（8 8100MPa100MPa）、中压（）、中压（1 18MPa8MPa）及低压（及低压（1MPa1MPa以下）。目前广泛使用的是双缸二级空气压缩机，其出口以下

44、）。目前广泛使用的是双缸二级空气压缩机，其出口压力为压力为0.40.40.8MPa0.8MPa。 4.4.空气贮罐空气贮罐 空气贮罐的作用是空气贮罐的作用是消除空气压缩机排出空消除空气压缩机排出空气的脉冲，维持空气稳气的脉冲，维持空气稳定的压力。同时也可以定的压力。同时也可以利用重力沉降作用分离利用重力沉降作用分离部分油雾。大多数是将部分油雾。大多数是将贮罐紧接着空气压缩机贮罐紧接着空气压缩机安装。贮罐结构简单，安装。贮罐结构简单，是一个装有安全阀、压是一个装有安全阀、压力表的空罐壳体。力表的空罐壳体。 5. 5.气液分离器气液分离器 气液分离器的作用是将空气中气液分离器的作用是将空气中被冷凝

45、成雾状的水雾和油雾粒子除被冷凝成雾状的水雾和油雾粒子除去的设备。一般常用的有旋风分离去的设备。一般常用的有旋风分离器和填料分离器。器和填料分离器。 旋风分离器：旋风分离器：是利用气流从切是利用气流从切线方向进入容器时，在容器内形成线方向进入容器时，在容器内形成旋转运动所产生的离心力场来分离旋转运动所产生的离心力场来分离重度较大的微粒。如图示，总的要重度较大的微粒。如图示，总的要求是直径不要太大，进口风速求是直径不要太大，进口风速151525m/s25m/s，排气风速，排气风速4 48m/s8m/s。 旋风分离器对于分离旋风分离器对于分离10um10um以上以上的微粒效果较高，但对于的微粒效果较

46、高，但对于10um10um以下以下的微粒分离就比较困难。一般冷凝的微粒分离就比较困难。一般冷凝的水雾和油雾微粒大小为的水雾和油雾微粒大小为1010200um200um，可选用旋风分离器进行分，可选用旋风分离器进行分离。离。 填料分离器：填料分离器：如图示，是利用填如图示，是利用填料的惯性拦截作用，将空气中的水雾料的惯性拦截作用，将空气中的水雾和油雾分离出来。填料有焦炭、活性和油雾分离出来。填料有焦炭、活性炭、瓷环、金属丝网、塑料丝网等。炭、瓷环、金属丝网、塑料丝网等。 瓷环的比表面积为瓷环的比表面积为87.5 87.5 204 204 m m2 2/m/m3 3，而，而0.10.10.4mm0

47、.4mm直径的丝网的比直径的丝网的比表面积高达表面积高达100010002000m2000m2 2/m/m3 3。因此用。因此用丝网作填料，分离器的体积小，可除丝网作填料，分离器的体积小，可除去去5um5um的微粒，效率可达的微粒，效率可达98989999，且阻力不大。且阻力不大。 常用的丝网有不锈钢、镍、铝、常用的丝网有不锈钢、镍、铝、铜、聚乙烯、聚丙烯、涤纶、锦纶等铜、聚乙烯、聚丙烯、涤纶、锦纶等材料制成。丝的直径为材料制成。丝的直径为0.25mm0.25mm左右，左右，也可以为也可以为0.10.10.4mm0.4mm的扁丝，一般将的扁丝，一般将丝织成宽为丝织成宽为100100150mm1

48、50mm的网带，丝网的网带，丝网孔为孔为20208080目。填料过滤层的厚度为目。填料过滤层的厚度为100mm100mm或或150mm150mm。 6.6.空气冷却器空气冷却器 列管式热交换器等列管式热交换器等. . 7. 7.空气过滤器空气过滤器 过滤介质过滤介质 棉花：棉花：是传统的过滤介质，最好选用纤维细长的新鲜棉花。棉花的纤维直径是传统的过滤介质，最好选用纤维细长的新鲜棉花。棉花的纤维直径一般为一般为161621um21um，装填时分层压紧，密度达到，装填时分层压紧，密度达到150150200Kg/m200Kg/m3 3。 玻璃纤维：玻璃纤维：玻璃纤维一般直径为玻璃纤维一般直径为8 8

49、19um19um，纤维直径越小越好，但阻力大。，纤维直径越小越好，但阻力大。因此充填装系数一般为因此充填装系数一般为6 61010。 活性炭：活性炭：主要是吸附作用而吸附截留微生物。一般采用直径主要是吸附作用而吸附截留微生物。一般采用直径3mm3mm、长、长5 510mm10mm的圆柱状活性炭。使用时，夹装在二层棉花中使用。的圆柱状活性炭。使用时，夹装在二层棉花中使用。 超细玻璃纤维纸：超细玻璃纤维纸：用无碱玻璃，采用喷吹法制成的直径很小的纤维，一般直用无碱玻璃，采用喷吹法制成的直径很小的纤维，一般直径为径为1 11.5mm1.5mm，由于太细，故做成，由于太细，故做成0.25-1mm0.25-1mm厚的纤维纸，这种纸的密度为厚的纤维纸，这种纸的密度为380Kg/m380Kg/m3 3，当厚度为，当厚度为0.25mm0.25mm时，每时，每1Kg1Kg纸有纸有20m20m2 2，它所形成的网络孔隙约为，它所形成的网络孔隙约为0.5-0.5-5um5um，比棉花小，比棉花小10101515倍，故有较高的过滤效率。目前大多数采用多层复合超细倍，故有较高的过滤效率。目前大多数采用多层复合超细纤维滤纸。纤维滤纸。 石棉滤板