無菌空氣技術

1、關于無菌空氣技術第一張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月無菌空氣技術第一節(jié) 空氣中的微生物和除菌方法第二節(jié) 空氣的過濾除菌原理和過濾介質第三節(jié) 空氣過濾除菌的工藝技術第四節(jié) 常用空氣過濾器介紹及檢測第二張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月第一節(jié) 空氣中的微生物和除菌方法空氣中的微生物種類及分布空氣除菌的方法和要求第三張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月一、空氣中的微生物種類及分布空氣中常見的微生物種類有多種芽孢桿菌、變形桿菌、產氣桿菌、酵母菌和病毒等?？諝庵形⑸飻?shù)量與環(huán)境有關，地區(qū)、季節(jié)、氣候等都會影響。一般設計時以含量為103104個m3進行計算。 第四張，PPT共六十一

2、頁，創(chuàng)作于2022年6月空氣中常見微生物種類及大小微生物寬/m長/m產氣桿菌1.0-1.51.0-2.5蠟狀芽孢桿菌1.3-2.08.1-25.8普通變形桿菌0.5-1.01.0-3.0地衣芽孢桿菌0.5-0.71.8-3.3巨大芽孢桿菌0.9-2.12.0-10.0蕈狀芽孢桿菌0.6-1.61.6-13.6枯草芽孢桿菌0.5-1.11.6-4.8金黃色小球菌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霉狀分枝桿菌0.6-1.61.6-13.6第五張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月二、空氣除菌的方法和要求發(fā)酵工業(yè)應用

3、的“無菌空氣”是指通過除菌處理使空氣中含菌量降低在一個極低的百分數(shù)，從而能控制發(fā)酵污染至極小機會。此種空氣稱為“無菌空氣”。標準一般是99.99%，空氣滅菌的方法第六張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月空氣滅菌的方法熱滅菌法輻射滅菌法靜電除菌法介質過濾除菌法第七張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月1、熱滅菌法空氣熱滅菌不需要通過蒸汽或者加熱載體加熱，直接通過空氣壓縮之后的溫度提升即可完成滅菌過程。小型空氣壓縮機第八張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月2、輻射滅菌法各種射線級超聲波等理論上都能破壞微生物細胞結構，從而起到殺菌作用。輻射滅菌僅用于表面滅菌和有限空間滅菌。應用最廣泛

4、的是紫外線滅菌，常與甲醛蒸汽一起結合進行滅菌。第九張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月3、靜電除菌法近年來一些工廠已使用靜電除塵器除去空氣中的水霧、油霧和塵埃，同時也除去了空氣中的微生物。 利用靜電引力來吸附帶電的粒子達到除塵滅菌的效果。1-鋼絲（電暈電極）；2-鋼管（沉淀電極）；3-高壓絕緣瓷瓶；4-鋼板；5-空氣入口；6-封頭；7-鋼板；8-法蘭；9-空氣出口。 第十張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月4、介質過濾除菌法讓含菌空氣通過過濾介質，以阻截空氣中含有的微生物，從而獲得無菌空氣。原理：將介質填充到過濾器中，空氣流過借助于慣性碰撞、阻截、擴散、靜電等作用將塵埃微生物留在介

5、質中，達到除菌效果。過濾器有很多種，根據(jù)過濾方式和過濾介質的不同可以進行區(qū)分。第十一張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月無菌空氣質量要求發(fā)酵用無菌空氣的質量標準 連續(xù)提供一定流量的壓縮空氣； 空氣的壓強（表壓）0.2-0.35MPa； 進入過濾器之前，空氣的相對濕度小于70； 進入發(fā)酵罐的空氣溫度可比培養(yǎng)溫度稍高壓縮空氣的潔凈度，取失敗率為103。第十二張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月第二節(jié) 空氣的過濾除菌原理和過濾介質空氣過濾除菌的原理空氣過濾除菌的介質介質過濾的效率影響過濾除菌效果的因素提高過濾除菌效率的措施第十三張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月一、空氣過濾除菌的

6、原理介質過濾是以大空隙的介質過濾層除去較小顆粒，這顯然不是面積過濾（即不是絕對過濾），而是一種滯留現(xiàn)象。這種滯留現(xiàn)象是由多種作用機制構成的，主要有慣性碰撞、阻截、布朗運動、重力沉降和靜電吸引等。第十四張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月1、慣性沖擊滯留作用 當微生物等顆粒隨空氣以一定速度流動，在接近纖維時，氣流碰到纖維而受阻，空氣就改變運動方向繞過纖維繼續(xù)前進。但微生物等顆粒由于具有一定質量，在以一定速度運動時具有一定慣性，碰到纖維時，由于慣性作用而離開氣流碰到纖維表面上，由于摩擦、粘附作用，被滯留在纖維表面上。這種現(xiàn)象稱作 慣性沖擊滯留作用第十五張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6

7、月慣性沖擊滯留作用纖維能滯留微粒的寬度區(qū)域b與纖維直徑df之比，稱為單纖維的慣性沖擊捕獲效率，可用1表示：纖維滯留微粒的寬度b的大小由微粒的運動慣性所決定；微粒的運動慣性越大，它受氣流換向干擾越小，b值就越大。1 = bdf第十六張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月慣性沖擊滯留作用 氣流速度下降到微粒的慣性力不足以使微粒脫離主導氣流對纖維產生碰撞，即在氣流的任一處，微粒也隨氣流改變方向而繞過纖維前進，即b = 0，纖維的碰撞滯留效率等于0，這時的氣流速度稱為慣性碰撞的臨界速度vc。vc = Vs1 Vs 容器截面的空氣速度； 介質填充密度慣性碰撞的臨界速度受填充密度的影響第十七張，PPT

8、共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月2、攔截滯留作用 當氣流速度在臨界速度以下，顆粒不再由于慣性碰撞而滯留。但是，顆粒質量很小，在氣流繞過纖維時，顆粒仍然隨氣流運動，在氣流速度低時，在纖維周邊形成一層邊界滯留區(qū)，在滯流區(qū)內氣流速度更慢，進入滯留區(qū)的顆粒緩慢接近纖維，并與之接觸，由于摩擦、粘附作用而被滯留。這就是阻截（攔截）滯留作用第十八張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 在介質過濾除菌中并非主要作用 攔截滯留作用對微粒的捕獲效率2與氣流的雷諾準數(shù)和微粒與纖維的直徑比相關攔截滯留作用 雷諾準數(shù)是一個無因次數(shù)群，是流體流動狀態(tài)各方面因素的綜合體現(xiàn)，是許多化工過程計算的必需參數(shù)。 第十九張，PP

9、T共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月3、布朗運動 直徑小于1m的微粒在很慢的氣流中能產生一種不規(guī)則的直線運動，即布朗運動。 使較小的顆粒凝聚為較大顆粒，隨即可能產生重力沉降或被過濾介質截留； 氣流速度大時，凝聚現(xiàn)象為慣性碰撞所取代第二十張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月4、重力沉降作用 再小的微粒也有重力； 當微粒所受的重力大于氣流對它的拖帶力時，微粒就會沉降。 對于小顆粒而言，只有在氣流速度很慢時才起作用。 一般它是與攔截作用相配合的，即在纖維的邊界滯留區(qū)內，微粒的沉降作用提高了攔截滯留的捕獲效率。第二十一張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月5、靜電吸引作用 許多微生物和孢子都帶

10、有電荷 具有一定速度的氣流通過介質濾層時，由于摩擦作用而產生誘導電荷 當菌體所帶電荷與介質電荷相反時，即發(fā)生靜電吸附作用第二十二張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月二、空氣過濾除菌的介質常用的過濾介質：4）超細玻璃纖維絲 利用高質量的無堿玻璃采用噴制法 制成的 1 1.5 m的細絲；1）棉花 宜選用纖維細長、疏松的新棉花；2) 活性炭 3mm ,長5 10 mm, 圓柱狀，有較大的表面積，通過物理吸附作用而吸附微生物。；3）玻璃纖維 819 m；活性炭玻璃纖維第二十三張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月二、空氣過濾除菌的介質5）紙類過濾介質 指玻璃纖維紙，屬于深層過濾技術；6）微孔

11、濾膜類過濾介質 小于0.5 m，甚至小于0.1m，能將空氣中的細菌真正濾去，也是絕對過濾。第二十四張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月三、介質過濾效率 濾層所濾去的微粒數(shù)與原有微粒數(shù)之比稱為過濾效率，用表示 ，是衡量過濾設備過濾能力的指標。 = N1 N2N1= 1N2N1= 1P N1 過濾前空氣中的微粒含量 （個）； N2 過濾后空氣中微粒含量 （個）； N2/N1 過濾后過濾前空氣中微粒數(shù)的比值， 稱為穿透率 P 第二十五張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 空氣過濾器的過濾效率主要與微粒的大小、過濾介質的種類和規(guī)格（纖維直徑）、介質的填充密度、過濾介質層厚度以及所通過的空氣

12、氣流速度等因素有關。 在一定條件下（包括氣流速度、溫度、介質種類、填充密度、雜菌種類等），通過單位高度介質層后，雜菌濃度的下降量與進入此介質層的雜菌量成正比。即：dN / dL = KN0dN / dL 單位濾層所除去的微粒數(shù)（個/cm）；L 濾床厚度 （cm）；K 過濾常數(shù)或除菌常數(shù) （cm1）第二十六張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月上式整理并積分，可得：lnNsN0= KL對數(shù)穿透定律表示進入濾層的微粒數(shù)與穿透濾層微粒數(shù)之比的對數(shù)是濾層厚度的函數(shù)。L = 1KlnN0NsN0 過濾前空氣中的微粒含量 （個）；Ns 過濾后空氣中微粒含量 （個）；K 過濾常數(shù)或除菌常數(shù) （cm1）

13、第二十七張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 常數(shù)K值與氣流速度、纖維直徑、介質填充密度以及空氣中顆粒大小等有關。K值可通過實驗測得，也可通過計算求得。 若令Ns=0，則 L = ，事實上也不可能；一般取Ns = 0.001 對數(shù)穿透定律表達式說明介質過濾不能長期獲得100%的過濾效率，即經過濾的空氣不是長期無菌，只是延長空氣中帶菌微粒在過濾器中滯留的時間。過濾介質使用時間長，滯留的帶菌微粒就有可能穿過。所以過濾器必須定期滅菌。第二十八張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月四、影響過濾除菌效果的因素1）纖維直徑介質過濾效率與介質纖維直徑關系很大，在其他條件相同時，介質纖維直徑越小，過

14、濾效率越高。2）介質填充厚度3）介質填充密度增加填充密度，可提高過濾效率4）空氣流速在空氣流速很低時，過濾效率隨氣流速度增加而降低；當氣流速度增加到臨界值后，過濾效率隨氣流速度增加而提高。第二十九張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月五、提高過濾除菌效率的措施減少進口空氣的含菌量；設計和安裝合理的空氣過濾器，選用除菌效率高的過濾介質；設計合理的空氣預處理設備，以達到除油、水和雜質的效果；降低進入空氣過濾器的空氣的相對濕度，保證過濾介質在干燥狀態(tài)下工作。第三十張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月第三節(jié) 空氣過濾除菌的工藝技術對空氣過濾除菌工藝流程的要求空氣的預處理空氣過濾除菌工藝流程第

15、三十一張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月一、對空氣過濾除菌工藝流程的要求需要空氣壓縮機提供具有足夠能量的空氣；需要具有高效的過濾除菌能力的設備；需要精簡工藝流程，降低設備投資等；工藝設計要選擇好吸風條件、加強除水設備、降低負荷、提高空氣無菌程度。第三十二張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月空氣壓縮機小型空壓機大型空壓機第三十三張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月排出壓力： 一般 24 kg/cm2工作的基本原理：打氣筒如何工作？ 空壓機的壓縮過程是依靠汽缸內的活塞作往復運動而進行的（故稱往復式） 其工作過程分3步：吸氣壓縮排氣第三十四張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6

16、月空壓機工作原理示意圖吸氣閥排氣閥活塞汽缸排氣閥吸氣閥單吸式雙吸式第三十五張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月空壓機工作原理 活塞來回一次，完成一次工作循環(huán) （吸氣 壓縮 排氣） 沖程：活塞每來或回一次的距離 余隙：在實際壓縮過程中，活塞并不壓到汽缸的最底部； 一般占汽缸總體積的38%。 氣缸冷卻：水冷和風冷；水冷更常用第三十六張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月曲軸帶動活塞工作第三十七張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月多級壓縮要得到壓力較高的壓縮空氣，單靠一級壓縮是不能完成的；因氣體被壓縮會產生大量的熱，氣體溫度上升，氣體的壓縮比（氣體壓縮后與壓縮前的壓力比）愈大，則氣體

17、的溫度上升越高，當壓力比達到一定數(shù)值時，氣體的溫度達到壓縮機潤滑油的閃點（200240），潤滑油被燒成炭渣。同時，氣體溫度越高，所消耗的動能也越大。在多級壓縮中，每級的壓力比都較低，逐級提高壓力比，而且在每級壓縮后，有級間冷卻器把前一級壓縮的氣體冷卻到第一級吸入時的溫度，故消耗功率低。第三十八張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月二、空氣的預處理空氣預處理的目的：提高壓縮前空氣的潔凈度和去除壓縮后空氣中所帶的油和水。1.提高壓縮前空氣的潔凈度（1）提高空氣吸氣口的位置（2）在空氣入口處設置粗過濾器 捕集較大的灰塵顆粒，并保護空壓機。第三十九張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月高空取氣

18、管為遠離地面幾十米的管子。每升高10米，空氣中雜菌降低一個數(shù)量級。因此從高空取氣要比從低空取氣有利得多。第四十張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月粗過濾器作用：主要是捕集較大的灰塵顆粒 要求：過濾效率高，阻力小 （阻力大則增加空壓機的吸入負荷，降低壓縮空氣的排出量） 型式：布袋式過濾器 、油浴洗滌過濾器水霧除塵過濾器、填料式過濾器旋風分離式過濾器第四十一張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月壓縮空氣的冷卻空氣在壓縮后濕含量不變，在其未經冷卻時，由于溫度很高，所以相對濕度很小，但當其冷卻時，相對濕度急劇增大。這一點對空氣除菌是不利的，因為壓縮后的空氣必須冷卻，而冷卻后的空氣相對濕度將增

19、加，很有可能達到飽和而有水滴析出，從而打濕空氣過濾介質。第四十二張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月空氣露點空氣露點：使水蒸氣達到飽和時的溫度。測得露點溫度，就可以從水蒸氣的飽和含量表中查得其水蒸氣含量。由于溫度降低過程中水蒸氣含量并沒有改變，因此，測定露點實際上就是測定了空氣中的絕對濕度。如果露點越低，表示空氣中的水分含量越少。第四十三張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月夜間空氣溫度降低時，空氣中的水分會有一部分析出，形成露水或霜。這說明在水蒸氣含量不變的情況下，由于溫度的降低，能夠使空氣中原來未達飽和的水蒸氣可變成飽和蒸氣，多余的水分就會析出。 測得露點溫度，就可以從水蒸氣的飽

20、和含量表中查得其水蒸氣含量。由于溫度降低過程中水蒸氣含量并沒有改變，因此，測定露點實際上就是測定了空氣中的絕對濕度。如果露點越低，表示空氣中的水分含量越少。第四十四張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月壓縮空氣的冷卻過高溫度的壓縮空氣如果直接進入空氣過濾器，有可能引起過濾介質的炭化或燃燒；且增大了發(fā)酵罐的降溫負荷；高溫空氣還會增加發(fā)酵液水分的蒸發(fā)，影響微生物的生長。冷卻器類型：立式列管式熱交換器、沉浸式熱交換器、噴淋式熱交換器第四十五張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月壓縮空氣除水和除油使用氣液分離器除去壓縮后的濕空氣。氣液分離器型式：旋風分離器和絲網(wǎng)分離器第四十六張，PPT共六十一

21、頁，創(chuàng)作于2022年6月旋風分離器 利用氣流從切線方向進入容器，在容器內形成旋轉運動時產生的離心力場來分離重度較大的微粒。第四十七張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月絲網(wǎng)分離器利用填料的慣性攔截第四十八張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月三、空氣過濾除菌工藝流程兩級冷卻、加熱除菌流程冷熱空氣直接混合式空氣除菌流程高效前置過濾空氣除菌流程利用熱空氣加熱冷空氣的流程一次冷卻和析水的空氣過濾流程第四十九張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月兩級冷卻、加熱除菌流程1 -粗過濾器 2 -壓縮機 3 -貯罐 4，6 -冷卻器 5 -旋風分離器 7- 絲網(wǎng)分離器 8-加熱器 9 -總過濾器

22、空氣從采氣口進入過濾系統(tǒng)前，先經過粗過濾器過濾，再進入空氣壓縮機，經壓縮升溫后的空氣經過兩次冷卻后，再被加熱和過濾。第五十張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月冷熱空氣直接混合式空氣除菌流程經粗過濾和壓縮后的空氣，從儲罐出來后分兩部分，一部分進入冷卻器，冷卻到低溫，經分離器分離油水之后與另一部分未處理的高壓空氣混合，再進入過濾器。1-粗過慮器 2-壓縮機 3-貯罐 4-冷卻器 5-絲網(wǎng)分離器 6-總過濾器第五十一張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月高效前置過濾空氣除菌流程采用高效率的前置過濾設備，利用壓縮機的抽吸作用，使空氣先經過中、高溫過濾器后，再進入空壓機，降低主過濾器的負荷。1

23、-高效前置過濾器 2-壓縮機 3-貯罐 4-冷卻器 5-絲網(wǎng)分離器 6-加熱器 7-總過濾器第五十二張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月注意事項空氣取氣口伸向高空，背風取氣。空氣進入空壓機前，要先經過粗過濾器。否則空氣中的塵埃顆粒就會直接進入到空壓機的汽缸內，與汽缸發(fā)生摩擦造成汽缸磨損。汽缸就會產生縫隙而漏氣，從而影響空壓機的工作效率?？諌簷C出來的壓縮空氣需要布置貯氣罐?？諌簷C出來的壓縮空氣是一個脈沖狀態(tài)的氣流，但是在介質過濾器的過濾要求是一個穩(wěn)態(tài)流體。空氣貯罐，可以把壓縮機出來的脈沖壓縮空氣流態(tài)轉為穩(wěn)態(tài)。第五十三張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月壓縮空氣進入介質過濾器前要適當加

24、熱至空氣露點溫度以上。結露析出水分、油漬時壓縮空氣處于飽和狀態(tài)，相對濕度100%，果直接進入過濾器，就會很容易濕潤過濾介質，引起空氣除菌不徹底。加熱，使壓縮空氣的相對濕度下降到60%左右，才能進入過濾器。介質過濾器要定期拆洗、殺菌。介質過濾不能長期獲得100的過濾效率。滅菌后的過濾介質一定要用空氣吹干后再投入使用。 無菌空氣在進入發(fā)酵罐前要經過分過濾器。無菌空氣制備流程線路較長，比較容易在管路中出現(xiàn)二次污染，為了避免二次污染帶到發(fā)酵罐，在發(fā)酵罐前設置分過濾裝置。第五十四張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月過濾器壁不要形成氧化層，氧化鐵是多孔物質，帶菌空氣可從中穿過。過濾器壁外要有保溫層，

25、否則壁內易形成冷凝水，使介質受潮而失效，加劇器壁的氧化生銹。注意氣流速度和壓力的變化，防止突然開大流量或降低壓力，介質上邊和下邊的空氣壓差過大或氣流沖力過大造成介質層的翻動移位或破壞。控制好油水分離器液位，及時排放分離掉的油水，避免器內液位過高而引起氣體帶液，降低分離器的分離效率。防止空氣冷卻器漏水，操作中控制冷卻水壓力不超過空氣壓力。第五十五張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月第四節(jié) 常用空氣過濾器介紹及檢測過濾器介質 目前我國的制藥廠發(fā)酵裝置使用的空氣過濾器的過濾介質以玻璃纖維濾紙、金屬燒結膜、聚偏二氟乙烯等過濾器。大部分是國內制造, 也有小部分為進口。過濾器分類 疏水型的呼吸過濾器（呼吸器）和親水型的產品過濾器（微孔膜過濾器）。疏水型的適合于氣體的過濾，而親水型的則更適宜液體的過濾。第五十六張，PPT共六十一頁，創(chuàng)作于2022年6月完整性檢測完整性測試主要是測試濾膜的完整性，過濾的主要原理是通過濾膜來攔截比膜孔大的污染物，雖然過濾效果與濾膜的材質、類型以及所攔截污染物的性質等多因素有關，但濾膜的有效性是先保證其完整性。完整性測試可以分為兩類：（1）破壞性試驗，主要是微生物挑戰(zhàn)測試；（2）非破壞性試驗，主要是起泡點試驗和擴散流測試。 第