空气净化除菌与调节设备

空气净化除菌与调节设备

空气净化除菌与调节设备

2.1空气净化除菌的方法与原理

2.2空气介质过滤除菌设备

2.3空气调节设备氧气氮气惰性气体二氧化碳水蒸气气态物质的混合物悬浮在空气中的灰尘构成地壳的无机物质颗粒烟灰植物花粉种类繁多的细菌和其他微生物空气（即大气）空气中常见微生物种类及大小微生物宽/μm长/μm产气杆菌1.0～1.51.0～2.5蜡状芽孢杆菌1.3～2.08.1～25.8普通变形杆菌0.5～1.01.0～3.0地衣芽孢杆菌0.5～0.71.8～3.3巨大芽孢杆菌0.9～2.12.0～10.0蕈状芽孢杆菌0.6～1.61.6～13.6枯草芽孢杆菌0.5～1.11.6～4.8金黄色小球菌0.5～1.00.5～1.0酵母菌3.0～5.05.0～19.0病毒0.0015～0.2250.0015～0.28霉状分枝杆菌0.6～1.61.6～13.6空气中微生物的数量与环境有密切关系。一般干燥寒冷的北方，空气中含微生物量较少，而湿润温暖的南方空气中含微生物较多；城市空气中的微生物含量（103-104个/m3）比人口稀少的农村多；地平面空气中微生物含量比高空多。2.1空气净化除菌的方法与原理2.1.1生物工业生产对空气质量的要求

1．空气中微生物的分布空气中经常可检查到一些细菌及其芽孢、酵母、霉菌和病毒。它们的数量级可以认为是103～104个／m3。

合适的取样位置和提高空气除菌效率是保证发酵工业正常的重要条件

12.1空气净化除菌的方法与原理

2．生物工业生产对空气质量的要求生物工业生产中，由于所用菌种的生产能力强弱、生长速度的快慢、发酵周期的长短、分泌物的性质、培养基的营养成分和pH值的差异等，对所用空气的质量有不同的要求。生物工业生产所用的“无菌空气”，是指通过除菌处理使空气中含菌量降低到零或极低，从而使污染的可能性降至极小。一般按染菌概率为10-3来计算，即1000次发酵周期所用的无菌空气只允许1次染菌。

无菌：无灰尘、油水、无杂质、正压问题：空气灭菌的必要性？好氧微生物在培养过程中，其生长、繁殖、代谢均需要大量氧气的参与；所需氧气通常是以空气的形式提供的；空气中含大量的各类微生物，如果随空气一同进入培养系统，便会在合适的条件下大量繁殖，与目的菌株竞争性消耗营养物质，并产生各种副产物，从而干扰或破坏纯种培养过程的正常进行，甚至使培养过程彻底失败导致倒罐；生物工业对空气的要求：1、压缩空气压强0.2-0.35MPA2、空气流量3、空气温度：高于发酵温度10左右4、空气湿度：进入总过滤器的控制60-70%5、洁净度

2.1空气净化除菌的方法与原理2.1.2空气净化除菌方法空气除菌就是杀灭或除去空气中的微生物。

1．热杀菌热杀菌是一种有效的、可靠的杀菌方法。工业生产上常利用空气压缩时放出的热量进行加热保温杀菌。

消耗大量能耗和增加设备，工业上不经济热杀菌（干、湿）的原理是什么？问题空气温度与微生物热死灭的时间温度200℃250℃300℃350℃时间15.1s5.1s2.1s1.05s2．辐射杀菌从理论上说，超声波、X射线、β射线、γ射线、紫外线等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，它的波长在253.7～265nm时杀菌效力最强，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境下消毒杀菌。

12.1空气净化除菌的方法与原理

3．静电除菌静电除尘法能除去空气中的水雾、油雾、尘埃和微生物等，且消耗能量小，空气压力损失小，设备也不大。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，再配合高效过滤器使用。0.2-0.5KW/1000m3.h

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。静电除尘4、化学试剂灭菌

如甲醛、臭氧、氯、高锰酸钾、季铵盐等会与培养基发生化学反应

12.1空气净化除菌的方法与原理

5．过滤除菌过滤除菌是目前生物工业生产中最常用、最经济的空气除菌方法，它采用定期灭菌的干燥介质来阻截流过的空气所含的微生物，从而获得无菌空气。常用的过滤介质按孔隙的大小可分成两大类：一类是介质间孔隙大于微生物，如棉花、活性炭、玻璃纤维；另一类是介质的孔隙小于微生物，空气通过介质，微生物就被截留于介质上，这称之为绝对过滤，如微孔超滤膜。四种过滤除菌的主要区别加热灭菌（220°C，20秒）

[灭菌彻底，能耗大，成本高]电除菌

[除菌效果差，仅用于初除菌]辐射灭菌

[254-265nm效果最佳，仅限表面灭菌]介质过滤除菌

[主流的除菌方式]

2.1空气净化除菌的方法与原理2.1.3介质过滤除菌机理空气的过滤除菌原理与通常的过滤原理不一样，微粒随空气流通过滤层时，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。按过滤机制的不同绝对过滤利用微孔滤膜，其孔隙小于0.5甚至0.1μm，将空气中的细菌滤除，从而获得无菌空气。

深层介质过滤由多种介质组成过滤层，滤层较深，空隙较大，靠静电、扩散、惯性和阻截作用等将细菌截留在滤层中，从而获得无菌空气。介质过滤除菌机理惯性撞击截留作用拦截截留作用布朗扩散截留作用重力沉降作用静电吸引作用

2.1空气净化除菌的方法与原理

当空气流过介质时，惯性撞击、拦截、布朗扩散、重力沉降和静电吸附这五种机理同时在起作用。。如图2-1表示了单纤维除菌效率与气流速度的关系。其中虚线段表示空气流速高时，会引起除菌效率的急速下降。

在过滤除菌中，有时很难分辨上述各种机理各自所作贡献的大小。一般认为惯性撞击截留、拦截截留和布朗运动截留的作用较大，而重力和静电引力的作用则很小。

2.1空气净化除菌的方法与原理图2-1单纤维除菌效率与气流速度的关系

返回气流速度小：布朗扩散截留和拦截截留显著气流速度大：惯性撞击截留作用显著2.2空气介质过滤除菌设备

2.2.1空气介质过滤除菌流程

1．对空气过滤除菌流程的要求空气除菌流程是根据生物工业生产中对无菌空气的要求（无菌程度、空气压力、温度和湿度）和空气的性质，并结合采气环境的空气条件和所用除菌设备的特性而制定的。空气除菌流程设计原则2.2空气介质过滤除菌设备

要制备无菌程度高，且具有较高压强的空气，可改变吸风的条件，以吸取相对洁净的空气；在温暖潮湿的南方，可加强除水设施。要制备无菌程度不高的空气可以用鼓风机增压加二级过滤器即可。过滤器的过滤效率一般受气流速度、油、水的影响较大。气流速度可由操作来控制；受油、水的干扰则要采用一系列冷却、分离、加热设备以保证。无菌空气的制备流程？

潮湿地区无菌空气制备要考虑的因素？问题主流工艺2.2空气介质过滤除菌设备

2．空气过滤除菌流程（1）两级冷却、分离、加热的空气除菌流程

优点：能提高传热系数，节约冷却用水，油水分离得比较完全。特点：两次冷却、两次分离、适当加热。2.2空气介质过滤除菌设备

图2-2两极冷却、分离、加热除菌流程1－粗过滤器；2－空压机；3－贮罐；4、6－冷却器；5－旋风分离器；7－丝网分离器；8－加热器；9－过滤器

这是一个比较完善的空气除菌流程，可适应各种气候条件，能充分分离油水，使空气达到较低的相对适度下进入过滤器，以提高过滤效率。经第一冷却器冷却后，大部分的水、油都已结成较大的雾粒(>20μm)，且雾粒浓度较大，故适宜用旋风分离器分离。第二冷却器使空气进一步冷却后析出较小雾粒(>1μm)，宜采用丝网分离器分离，这样发挥丝网能够分离较小直径的雾粒和分离效率高的作用。通常，第一级冷却到30～35℃，第二级冷却到20～25℃。除水后，空气的相对湿度仍是100％，须用丝网分离器后的加热器将空气中的相对湿度降低至50～60％，以保证过滤器的正常运行。尤其适用于潮湿地区，其他地区可根据当地的情况，对流程中的设备作适当的增减。2.2空气介质过滤除菌设备

（2）冷热空气直接混合式空气除菌流程该流程适应于中等湿含量的地区，特点是：可省去第二次冷却分离设备和空气再加热设备，流程简单，冷却水用量少，利用压缩空气的热量提高空气温度。下页

压缩空气从储罐出来后分成两部分，一部分进入冷却器，冷却到较低温度，经分离器分离水、油雾后与另一部分未处理的高温压缩空气混合，此时混合空气已达到温度为30～35℃，相对湿度为50～60％的要求，再进入过滤器过滤。

１——粗过滤器２——压缩机３——贮罐４——冷却器５——丝网分离器６——过滤器

2.2空气介质过滤除菌设备

（3）前置高效过滤除菌

前置高效过滤除菌流程如图2-3所示。该流程使空气先经中效、高效过滤后，进人空气压缩机。经前置高效过滤器后，空气的无菌程度已达99.99％，再经冷却、分离和主过滤器过滤后，空气的无菌程度就更高。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做过滤介质。

2.2空气介质过滤除菌设备

图12-3前置高效过滤空气除菌流程

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

采用高效率的前置过滤设备，利用压缩机的抽吸作用，使空气先经中、高效过滤后，再进入空气压缩机，降低了主过滤器的负荷，所得的空气无菌程度很高。4.利用热空气加热冷空气的流程利用压缩后的热空气和冷却后的冷空气进行热交换，使冷空气的温度升高，降低相对湿度。对热能的利用比较合理，热交换器可兼做贮气罐，但由于气—气换热的传热系数很小，加热面积要足够大才能满足要求。5、冷冻干燥机该机具有将空气中的水分、油冷凝并除去之功能，可以配比不同级别的过滤器，简化了工艺。适合中小型发酵工厂。2.2空气介质过滤除菌设备

2.2.2空气介质过滤除菌设备

安装在压缩空气机前的过滤器，主要作用是捕集较大的灰尘颗粒，防止压缩机受磨损，同时也可减轻总过滤器负荷。要求过滤效率要高，阻力要小。通常有：布袋过滤，油浴洗涤（填料式）和水雾除尘等。2.2空气介质过滤除菌设备

油浴洗涤器结构如图2-4所示。空气进人装置后鼓泡通过油箱中的油层，空气中的微粒被油粘附而逐渐沉降于油箱底部而除去。水雾除尘器工作原理：空气从设备底部进人，与上部喷下的水雾逆流接触，将空气中的灰尘、微生物微粒黏附于水中而沉降，从底部与水一起排出。2.2空气介质过滤除菌设备

图2-4油浴洗涤器

1－滤网；2－加油斗；3－油镜；4－油层

2、空气压缩机分为离心式空气压缩机和往复式空气压缩机两种。蜗轮式空气压缩机由电机直接带动蜗轮旋转，旋转体机械能源转换成空气运动能源。靠涡轮高速旋转时产生的“空穴”现象，吸入空气，空气在蜗轮的带动下获得较高的离心力，然后通过固定的导轮和蜗轮形机壳，使其部分动能转变为静压后输出。2.2空气介质过滤除菌设备

往复式空气压缩机是靠活塞在汽缸内的往复运动而将空气抽吸和压出的。出口压力不稳定，且气缸内要加入润滑活塞用的润滑油，易使空气中带进油雾，因此改善油雾的污染是一个重要问题。螺杆式压缩机(1)吸气过程：电机驱动转子，主从转子的赤沟空间在转至进气端壁开口时，其空间大，完成吸气过程。(2)压缩过程：在吸气结束时，主、从转子齿峰与机壳形成的封闭容积随着转子角度的变化而减少，并按螺旋状移动，此为“压缩过程”。(3)压缩气体与喷油过程：在输送过程中，容积不断减少，气体不断被压缩，压力提高，温度升高，同时，因气压差而变成雾状的润滑被喷入压缩腔，从而达到压缩、降低温度密封润滑的作用。（4）排气过程：当转子之封闭齿峰旋转到与机壳排气口相遇时，被压缩的空气开始排放，直到齿峰与齿沟的吻合面移至排气端面，此时齿沟空间为零，即完成排气过程。与此同时，主从转子的另一对齿沟已旋转至进气端，形成最大空间，开始吸气过程，由此开始一个新的压缩循环。

几种常见的空压机对比无油润滑：活塞采用聚四氟乙烯往复式：耗油多，被淘汰涡轮式：流量大，出气均匀，无易损件螺杆式：占地小，出气平稳2.2空气介质过滤除菌设备

3．空气贮罐空气贮罐结构简单，是一个装有安全阀、压力表的空罐壳体。容积计算：V=(0.1-0.2)Vc；Vc－空压机排气量m3/hH/D-2.2-2.5消除压缩机排出空气量的脉冲，维持稳定的空气压力利用重力沉降作用分离部分油雾热杀菌贮气作用：储气罐结构2.2空气介质过滤除菌设备

4．气液分离器

气液分离器能分离空气中被冷凝成雾状的水雾和油雾粒子。其形式很多，常用的有旋风式和填料分离器。旋风式见下图：去除10微米以上的粒子。填料式见下图：去除5微米的粒子，但容易导致阻力增加。2.2空气介质过滤除菌设备

填料分离器（丝网）旋风分离器分离效果与气流、直径有关，qv-表示空气流量进出口速度，进15－25m/s，出4-8m/s惯性拦截作用气液分离器、空气贮罐5．空气冷却器

问题：空气为什么要冷却？空气从空压机出来一般有144度以上，而发酵温度一般在35度以下压缩后的高温空气能引起过滤介质的炭化或燃烧增大发酵罐的降温负荷增加发酵液水分的蒸发给培养温度的控制带来困难影响微生物生长为什么空气要降温2.2空气介质过滤除菌设备

5．空气冷却器空气冷却用的热交换器种类很多，常用的类型有立式列管式热交换器、沉浸式热交换器、喷淋式热交换器等。由于空气的给热系数很低，一般只有420kJ／(m2·h·℃)，设计时应采用适当的措施来提高它的给热系数，否则将会大大增加传热面积。

提高空气给热系数的最好办法是增加空气的流速或改变空气方向，当选择列管式热交换器时，若水质条件许可（杂质少，不容易形成积垢），可安排空气走管内，做成多管程流动，提高空气流速。空气冷却器问题说出三种方式工作原理？6、空气过滤器过滤除菌的关键设备空隙小于细菌、孢子：阻留作用绝对过滤介质聚乙烯醇缩甲醛树脂（PVF）制成的0.3

m滤膜好的过滤器：高的过滤效率、低的过滤阻力2.2空气介质过滤除菌设备

（1）空气过滤除菌的对数穿透定律过滤除菌效率：就是滤层所滤去的微粒数与原空气所含微粒数的比值，它是衡量过滤设备过滤效能的指标，即式中NI——过滤前空气中微粒含量，个／m3 N2——过滤后空气中微粒含量，个／m3。

我们把过滤前后空气中微粒浓度的比值，即穿透滤层的微粒浓度N2与原微粒浓度NI的比值，称为穿透率。2.2空气介质过滤除菌设备

除菌效率过滤介质的种类纤维直径的大小介质的填充密度微粒的大小滤层厚度空气粘度气流速度2.2空气介质过滤除菌设备

深层介质过滤除菌的对数穿透定律式中L－－过滤介质层厚度，m； K——过滤常数，1／m，实验获得。它表示进入滤层的微粒浓度与穿透滤层的微粒浓度之值的对数是滤层厚度的函数。其常数K的值与多个因素有关，如纤维的种类、直径、填充密度，空气粘度、流速和空气中微粒的直径等。2.2空气介质过滤除菌设备

（2）过滤介质

①棉花装填时要分层均匀铺砌，最后要压紧，装填密度达到150～200kg／m3为好。如果压不紧或是装填不均匀，会造成空气短路或介质翻动而丧失过滤效果。

2.2空气介质过滤除菌设备

②玻璃纤维作为散装充填过滤器的玻璃纤维，直径一般为8～19μm，充填系数一般采用6％～10％。如果采用硅硼玻璃纤维，则可获得较细直径（0.3～0.5μm）的高强度纤维，制成过滤器后可除去0.01μm的微粒，所以它可除去噬菌体和所有的微生物。

③活性炭活性炭有非常大的比表面积，主要通过表面物理吸附作用截留微生物。其粒子间隙大，故对空气的阻力较小，仅为棉花的1／12，但它的过滤效率比棉花要低得多。2.2空气介质过滤除菌设备

④超细玻璃纤维纸利用质量较好的无碱玻璃，采用喷吹法制成直径为1～1.5μm。采用造纸的方法做成0.25～lmm厚的纤维纸，这种纤维纸的密度为380kg／m3（当厚度为0.25mm时，每1kg纸有20m2过滤面积），它所形成的网格的孔隙为0.5～5μm，比棉花小10～15倍，故它有较高的过滤效率。

超细玻璃纤维纸属于高速过滤介质。气流速度越高，效率越高。它虽然有较高的过滤效率，但强度很差，特别是受湿以后，强度大大下降。2.2空气介质过滤除菌设备

⑤石棉滤板石棉滤板是采用20%纤维小而直的蓝石棉和8％纸浆纤维混合打浆抄制而成。间隙比较大，虽然滤板较厚（3～5mm），但过滤效率还是比较低，只适宜用于分过滤器。⑥烧结材料有烧结金属（蒙乃尔合金、青铜等）、烧结陶瓷、烧结塑料等。制造时处于熔点温度下黏结固定，表面熔融黏结而保持粒子间的间隙，形成了微孔通道，具有微孔过滤的作用。2.2空气介质过滤除菌设备

⑦新型过滤介质一些新的过滤介质，它的微孔直径只有0.1～0.22μm，小于细菌直径，故菌体粒子不能通过，称之为绝对过滤。

要评价一种过滤介质，最主要是看它的过滤效率η，而过滤效率η是过滤常数K和滤层厚度L的函数，K值越大，滤层厚度L可越小；同时阻力降△P越小越好，因此把KL／△p值作为过滤介质综合性能评价指标。2.2空气介质过滤除菌设备

（3）过滤器的结构①纤维介质深层过滤器纤维介质深层过滤器结构如图2-6所示。空气过滤器的尺寸主要包括直径D和有效滤层高度L。其中，D可由下式求出式中qυ——空气流经过滤器时的体积流量，m3／s；

υs——空截面空气速度，m／s。

空截面空气速度一般取0.1～0.3m／s一般是立式、气流从下向上，确保除菌彻底。

2.2空气介质过滤除菌设备

图2-6纤维介质深层过滤器1.进气口；2.压紧板；3.出气口；4.纤维介质；5.换热器；6.活性炭

2.2空气介质过滤除菌设备

金属丝网和麻布的作用是使空气均匀进入棉花滤层。在充填介质区间的过滤器圆筒外部有装夹套，作用为在消毒时对过滤介质加热，要十分小心控制，温度过高容易使棉花焦化而局部丧失过滤效率，甚至有烧焦着火的危险。空气一般从下部圆筒切线方向通入，从上部圆筒排出，出口不宜安装在顶盖，以免检修时拆装管道困难。1．纤维状或颗粒介质过滤器孔板→铁丝网→麻布→棉花→麻布→活性炭→麻布→棉花→麻布→铁丝网→孔板。2.2空气介质过滤除菌设备

过滤器上方装有安全阀、压力表，罐底装有排污孔，以便经常检查空气冷却是否完全，过虑介质是否潮湿等情况。安装介质要求紧密均匀，压紧要一致。弹簧压紧装置可以保持在一定位移范围内对孔板的一定压力。2.2空气介质过滤除菌设备

②平板式纤维纸分过滤器这种过滤器适合充填薄层的过滤板或过滤纸，其结构如下图所示。它由罐体、顶盖、滤层、夹板和缓冲层构成。空气从筒身中部切线方向进入，空气中的水雾沉入筒底，由排污管排出，空气经缓冲层通过下孔板经薄层介质过滤后，从上孔板进入顶盖排气孔排出。2.2空气介质过滤除菌设备

2.2空气介质过滤除菌设备

过滤器的直径可由过滤面积决定。过滤面积按通过过滤器的空气体积流量V（m3／s）和空气流过该介质时的过滤速度υs（m／s）计算

υs为通过过滤介质截面时的空气流速，超细纤维纸可取1.0～1.5m／s，石棉过滤板取0.8～1.0m／s。

2.2空气介质过滤除菌设备

③管式过滤器平板式过滤器过滤面积局限于圆筒的截面积，当过滤面积要求较大时，则设备直径很大。若将过滤介质卷装在孔管上，如下图所示，这样，单位体积的过滤面积比平板式大得多，但卷装滤纸时要防止空气从纸缝走短路。这种过滤器的安装和检查比较困难。为了防止孔管密封的底部死角积水，封管底盖紧靠滤孔。2.2空气介质过滤除菌设备

12.2空气介质过滤除菌设备

④折叠式低速过滤器在一些要求过滤阻力很小而过滤效率比较高的场合，如洁净工作台、洁净工作室或自吸式发酵罐等，都需要低速过滤器以满足其低阻力损失的要求。为了能在较小的设备内装设很大的过滤面积，可将长长的滤纸折叠成瓦楞状，安装在楞条支撑的过滤框内，滤纸的周边用环氧树脂与滤框黏结密封。12.2空气介质过滤除菌设备

图2-9接迭式低速过滤器

1－空气进口；2－排废水；3－空气出口；4－滤芯5、新型过滤介质微孔直径0.1-0.22微米，绝对过滤，过滤效率达到99.9999%；2.2空气介质过滤除菌设备

为了提高过滤器的过滤效率和延长使用寿命，一般都加设粗过滤设备。这样，较大的微粒和部分小微粒被粗过滤器除去，以减少高效过滤器表面微粒的堆积和堵塞过滤网格现象。

提高过滤除菌效率的措施设计合理的空气预处理设备，选择合适的空气净化流程，以达到除油、水和杂质的目的。设计和安装合理的空气过滤器，选用除菌效率高的过滤介质。保证进口空气清洁度，减少进口空气的含菌数。方法：①加强生产场地的卫生管理，减少生产环境空气中的含菌数；②正确选择进风口，压缩空气站应设上风口；③提高进口空气的采气位置，减少菌数和尘埃数；④加强空气压缩前的预处理。降低进入空气过滤器的空气相对湿度，保证过滤介质能在干燥状态下工作。方法：①使用无润滑油的空气压缩机；②加强空气冷却和去油去水；③提高进入过滤器的空气温度，降低其相对湿度。工厂空气灭菌场景图片动画视频1—两级冷却无菌空气制备流程动画视频2—死角位2.3空气调节设备空气调节的目的？1、麦芽发芽或者固态发酵室对空气的要求：温度、湿度、通风状态；2、通过空气调节，及时排除生产产生的热量和废气。2.3空气调节设备

2.3.1空气增减湿的原理

1．湿空气的性质（1）含湿度

湿空气中所含的水蒸气质量与所含的绝干空气质量之比，称为空气的湿度，也称湿含量，以x表示，单位：Kg水蒸气/Kg干空气。（2）绝对湿度每立方米空气含水蒸气的量。Kg水蒸气/m3干空气2.3空气调节设备

（2）相对湿度RH相对湿度是表示湿空气饱和程度的一个量，它是湿空气里水蒸气分压与同温度下水的饱和蒸气压之比（通常以百分数表示）。也就是指在一定时间内，某处空气中所含水汽量与该气温下饱和水汽量的百分比。

增或减湿原理：空气的增湿或减湿过程是空气与水两相间传热与传质同时进行的过程。

2.3空气调节设备

2.3.2空气增减湿的方法

1．空气的增湿方法（1）向气体直接加入饱和蒸汽。此法简单易行，空气温度基本