第九章 空氣過濾

第九章空氣過濾5/3/20231第1頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三主要內(nèi)容

空氣除菌概述空氣除菌的方法常用的濾菌介質(zhì)過濾除菌的機(jī)制空氣過濾器的計(jì)算過濾除菌流程5/3/20232第2頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三1.空氣除菌概述好氣性微生物的生長和合成代謝產(chǎn)物都需要消耗氧氣。工業(yè)生產(chǎn)上均采用空氣作為氧氣來源。然而，空氣中有各種各樣的微生物，為保證純種培養(yǎng)，必須將空氣中的微生物除去或殺死。5/3/20233第3頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三發(fā)酵用無菌空氣的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)無菌、無灰塵、無雜質(zhì)無油、無水、有壓力無菌程度Ns：10-3(N0數(shù)量級(jí)：103～104)1.空氣除菌概述5/3/20234第4頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三a.加熱滅菌法

將空氣加熱到一定溫度后保溫一定時(shí)間,使微生物蛋白熱失活而致死。熱殺菌是有效的，可靠的殺菌方法。工業(yè)上是利用空氣壓縮時(shí)放出的熱量進(jìn)行殺菌。2.空氣除菌方法5/3/20235第5頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三靜電除塵滅菌器示意圖b.靜電除菌法靜電除菌是利用靜電引力來吸附帶電粒子而達(dá)到除塵滅菌的目的。5/3/20236第6頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三c.介質(zhì)過濾除菌過濾除菌法是讓含菌空氣通過過濾介質(zhì)，以阻截空氣中所含微生物，而取得無菌空氣的方法。目前工業(yè)上用的較多的空氣除菌方法。5/3/20237第7頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三玻璃纖維活性炭超細(xì)玻纖棉花燒結(jié)材料①深層過濾3.常用的濾菌介質(zhì)5/3/20238第8頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三②絕對(duì)過濾(微孔過濾)微孔濾膜5/3/20239第9頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三

氣流通過濾層時(shí)，濾層纖維的層層阻礙迫使空氣在流動(dòng)過程中出現(xiàn)無數(shù)次改變氣速大小和方向的繞流運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致微生物微粒與濾層纖維間產(chǎn)生慣性碰撞滯留作用阻攔滯留作用布朗擴(kuò)散作用重力沉降作用靜電吸引作用從而把微生物微粒截留、捕集在纖維表面上，實(shí)現(xiàn)了過濾的目的。

單一纖維空氣流動(dòng)模型

4.過濾除菌的機(jī)制5/3/202310第10頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三a.慣性碰撞滯留作用InertialImpaction4.過濾除菌的機(jī)制5/3/202311第11頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三捕集效率是微粒慣性力無因次準(zhǔn)數(shù)φ的函數(shù)：ηl=f（φ）當(dāng)氣流速度等于臨界速度vc時(shí),

φ＝1/16

b＝0ηl=05/3/202312第12頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三b.阻攔滯留作用Interception5/3/202313第13頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三c.布朗擴(kuò)散作用BrownianDiffusion5/3/202314第14頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三d.重力沉降作用靜電吸引作用5/3/202315第15頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三

各種機(jī)理各自所作貢獻(xiàn)的大?。阂话阏J(rèn)為慣性撞擊截留、攔截截留和布朗運(yùn)動(dòng)截留的作用較大，而重力和靜電引力的作用則很小。ηs

=η1+η2+η3+η4+η55/3/202316第16頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三5.空氣過濾器的計(jì)算設(shè)計(jì)參數(shù)η(過濾效率)K(過濾常數(shù))Vs(空氣流速)L(介質(zhì)層厚度)D(濾床直徑)ΔP(過濾壓力降)過濾效率：濾層所濾去的微粒數(shù)與原來微粒數(shù)的比值，衡量過濾器過濾能力的指標(biāo)。穿透率P：Ns／N0，過濾前后空氣中的微粒含量比值。

5/3/202317第17頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三對(duì)數(shù)穿透定律或-dN/dL=KN5.空氣過濾器的計(jì)算5/3/202318第18頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三過濾常數(shù)K的計(jì)算1.根據(jù)公式2.查經(jīng)驗(yàn)K值表或L90表ηs——單纖維過濾效率α——介質(zhì)填充率df——介質(zhì)纖維的直徑5/3/202319第19頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三介質(zhì)層厚度L的計(jì)算書例9-1過濾介質(zhì)：直徑為16μm的棉花纖維，Vs=0.1m/s，填充系數(shù)8%，空氣中的原始菌濃度為5000個(gè)/m3，空氣流量為10m3/min，使用周期100h。計(jì)算過濾效率η，穿透率PN0=5000×10×100×60=3×108Ns=10-3P=Ns/N0＝3.33×10-122.查表9-1，K值=0.31cm-13.計(jì)算L=85cm5/3/202320第20頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三臨界速率Vc氣體流速對(duì)過濾效率的影響空氣流速Vs的選擇

在可控安全范圍內(nèi)，選擇較高空氣流速，這樣可以減小過濾器體積，節(jié)省過濾材料和操作費(fèi)用。5/3/202321第21頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三V——操作狀態(tài)下空氣的體積流量，m3/s由氣態(tài)方程P1V1/T1=P2V2/T2導(dǎo)出：V2=P1T2V1/P2T1P1：大氣壓力P2：操作壓力，絕對(duì)壓力P2=P1+表壓1atm=1.03kg/cm2濾床直徑D的計(jì)算5/3/202322第22頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三

空氣通過過濾層需要克服與介質(zhì)的摩擦而引起的壓力降，是一種能量損失，也是一種經(jīng)濟(jì)損失。過濾壓力降ΔP的計(jì)算5/3/202323第23頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三L——過濾層厚度，mρ——空氣密度，kg/m3α——介質(zhì)填充系數(shù)V——空氣流速m/sm——實(shí)驗(yàn)指數(shù)C——阻力系數(shù)損失隨濾層的厚度、空氣的流速、過濾介質(zhì)的性質(zhì)、填充情況而變化，見下式：過濾壓力降ΔP的計(jì)算(教材P162)g5/3/202324第24頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三粗過濾器空氣貯罐空氣冷卻器氣液分離器加熱設(shè)備6.空氣過濾除菌流程經(jīng)過空氣壓縮機(jī)后的空氣具有很高的溫度,冷卻后又具有較高的