赵老师第4章 空气净化工程及设备

第3章空气净化工程与设备2/2/202312/2/202322/2/202332/2/20234第一节空气净化除菌的方法与原理2/2/202352/2/20236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洁净标准，即工业洁净和生物洁净。工业洁净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的空气环境。生物洁净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、生物学实验、医院手术室等房间需要生物洁净。2/2/20237生物工业生产中对无菌空气的无菌程度要求是：一般要求1000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N=10-3。2/2/20238一、洁净室的净化标准1、净化级别①一般净化：以温、湿度为主要指标的空调，可采用初效滤过器。②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。③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、中、高效滤过器才能满足要求。2/2/202392、洁净室的洁净度标准一般生产区没有洁净度要求；控制区的洁净度要求为10万级；洁净区对洁净度的要求为1万级的一般无菌工作区；无菌区对洁净度的要求为100级的工作区。2/2/202310等级每立方米(每升)空气中≥0.5微米尘粒数每立方米(每升)空气中≥5微米尘粒数100级≤35×100(3.5)

1000级≤35×1000(35)≤250(0.25)10000级≤35×10000(350)≤2500(2.5)100000级≤35×100000(3500)≤25000(25)洁净度100级:大于等于0.5μm的尘粒数大于350粒／m3(0.35粒/L)到小于等于3500粒／m3(3.5粒/L)；大于等于5μm的尘粒数为02/2/202311二、含尘浓度的表示方法和测量方法1、含尘浓度的表示方法常用以下两种方法表示：计数浓度：每升或每立方米空气中所含粉尘个数（个/L或个/m3）。重量浓度：每立方米空气中所含粉尘的毫克量（mg/m3）。2/2/2023122、空气含菌量的测定方法粒子计数法固定膜采样法2/2/202313辐射杀菌热杀菌静电除菌过滤除菌法化学药品法三、空气除菌方法

2/2/202314（一）辐射灭菌α射线、X射线、β射线、γ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，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250~260nm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。一般要结合甲醛蒸汽等来保证无菌室的无菌程度。2/2/202315（二）加热灭菌利用压缩热进行空气灭菌，空气进口温度为21°C，出口温度为187~198°C，压力为0.7MPa。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，促使有机体死亡。2/2/202316（三）静电除尘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1μm的微粒去除率可达99％。2/2/202317（四）介质过滤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阻截流过的空气中所含的微生物，从而制得无菌空气。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、有机和无机烧结材料等。2/2/202318空气滤过属于介质滤过，可分为表面滤过与深层滤过。表面过滤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、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。深层过滤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。2/2/202319第二节空气过滤除菌的原理与流程2/2/202320空气过滤除菌是采用定期灭菌的介质来阻截流过的空气中所含微生物而制得无菌压缩空气。2/2/202321介质过滤：介质间孔隙大于微生物，有一定厚度的介质滤层才能达到过滤除菌目的；20－50um（微生物为0.5－5um）绝对过滤：介质的孔隙小于细菌，实现过滤除菌。（小于0.5um）如聚偏氟乙烯（PVDF）和聚四氟乙烯（PTFE）2/2/202322一、空气过滤除菌的原理1、惯性捕集作用当尘粒随空气流过纤维层的弯曲通道时，由于颗粒的惯性较大，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。直径0.3~1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。2/2/202323污染物0.3to1微米滤芯纤维滤芯纤维2/2/2023242、扩散捕集作用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。这一作用在尘粒越小、滤过速度越低时越明显。<0.3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。2/2/202325污染物<0.3micron2/2/2023263、拦截捕集作用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，尘粒被纤维截留的作用。对于直径大于1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直径，因此而被直接阻挡、拦截，达到去除的效果。2/2/202327大于1微米的污染物介质纤维介质纤维2/2/2023284、静电吸附作用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。5、其它重力沉降作用、分子间范德华力等作用使尘粒截留在纤维表面。2/2/202329二、空气滤过的影响因素1、粒径的影响粒径越大，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。深层滤过常用粒径为0.3um的尘粒来检测。2/2/2023302、滤过风速风速越大，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。2/2/2023313、介质纤维直径和密实性纤维越细、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，扩散作用弱。4、附尘作用随着滤过的进行，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的可能，因此有必要定期清洗。2/2/202332对过滤除菌介质的要求：1、除菌效率高。2、能用高温灭菌、耐高压、不易被油、水污染。3、阻力小。4、成本低、来源充足，耐用且便于调换。2/2/202333空气过滤介质（1）棉花未脱脂棉（脱脂棉易于吸水而体积变小）。（2）活性炭对油雾的吸附效果较好，可以作为总过滤器除去油雾、灰尘、管垢和铁锈等。（3）玻璃纤维用无碱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易于粉碎）。（4）超细玻璃纤维纸

2/2/202334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。2/2/2023352/2/2023362/2/2023372/2/202338（5）金属烧结管空气过滤器新型、高效过滤器。使用寿命长、可反复蒸汽灭菌、耐高热、气体阻力小、安装维修方便，可作为终过滤器。抗污染能力差。（6）多孔陶瓷滤器，除菌效果很好，但是容易受油水污染而失效。（7）新一代微孔膜过滤器（绝对过滤）小于0.5um）2/2/202339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。2/2/2023402/2/2023412/2/202342（一）空气除菌流程的要求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。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。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。第三节空气介质过滤除菌设备2/2/202343流程的设备：主设备：空气压缩机附属设备：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。流程的制订应考虑：地理、气候环境设备条件2/2/202344（二）制备无菌空气的大致过程吸风塔前置过滤器（粗滤器）空压机 187~198°C

贮气罐冷却器气液分离器

20-35℃φ=100%加热器总过滤器精过滤器培养罐35-45℃，φ≤60%2/2/202345空气过滤除菌流程的分析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。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50~60％的条件下过滤。2/2/202346压缩空气冷却后的除水、除油的目的提高压缩空气的洁净度，降低空气过滤器的负荷；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。2/2/202347（三）空气除菌流程

1.空气压缩冷却过滤流程压缩机贮气罐空气冷却器过滤器适合于气候寒冷，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，空气中的绝对含湿量很小。2/2/202348空气压缩冷却过滤流程2/2/2023492）两级冷却、分离、加热的空气除菌流程2/2/202350第一冷却器（通常30～35℃），大部分的水、油都已结成较大的颗粒，且雾粒浓度很大，故适宜用旋风分离器分离。第二冷却器（20～25℃）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。除水后空气的相对湿度仍较高，需用加热器加热空气，使相对湿度降低到50～60％以保证过滤器的正常运行。2/2/202351两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。2/2/2023523）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2-空压机3-贮罐4-冷却器5-丝网分离器6-加热器7-过滤器2/2/202353前置高效过滤除菌流程特点：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。空气经过多次过滤，因而所得的空气无菌程度比较高。2/2/202354（4）提高过滤除菌效率的措施（1）减少进口空气的含菌数减少生产环境空气中的含菌数空气进风口应设在上风向提高进口空气的采气位置加强空气压缩前