微生物發(fā)酵制藥技術(shù)基礎(chǔ)-空氣除菌

項目三空氣除菌單元二微生物發(fā)酵制藥技術(shù)基礎(chǔ)任務(wù)二空氣除菌方法

適用于供給發(fā)酵需要大量空氣的滅菌和除菌方法：加熱滅菌：空氣中的細菌芽孢在218℃維持24s，就被殺死?？蓺⑺朗删w

靜電除塵：達不到無菌要求介質(zhì)過濾除菌：用介質(zhì)阻截塵埃和微生物。普遍使用。1、加熱滅菌將空氣加熱到一定溫度后保溫一定時間,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，但是如果采用蒸汽或電熱來加熱大量的空氣，以達到殺菌目的，這是十分不經(jīng)濟的。工業(yè)上是利用空氣壓縮時放出的熱量進行殺菌。利用壓縮熱進行空氣滅菌的流程空氣進口溫度為21℃，出口溫度為187-198℃，壓力為0.7MPa。壓縮后的空氣用管道或貯氣罐保溫一定時間以增加空氣的受熱時間，促使有機體死亡。為防止空氣在貯罐中走短路，最好在罐內(nèi)加裝導筒。這種滅菌方法已成功地運用于丙酮、丁醇、淀粉酶等發(fā)酵生產(chǎn)上?？諝饪諌簷C粗過濾器保溫層貯氣罐滅菌后空氣

石油發(fā)酵的無菌空氣系統(tǒng)采用渦輪式空壓機，空氣進機前利用壓縮后的空氣進行預熱，以提高進氣溫度并相應(yīng)提高排氣溫度，壓縮后的空氣用保溫罐維持一定時間?？諝馕账缇罂諝獯诌^濾器預熱器渦輪壓縮機保溫罐列管式冷卻器空氣缺點：空氣的傳熱效率較低，溫度分布不均勻；有些耐熱的孢子需要非常長的時間才能殺滅，所以用加熱的方法不能夠大量制備無菌空氣作用：可除去水分、油霧、塵埃、微生物。2.

靜電除菌靜電除塵是利用靜電引力來吸附帶電粒子而達到除菌除塵的目的。優(yōu)點：阻力小；染菌率低，除水除油效果好，耗電少。缺點：設(shè)備龐大，需采用高壓電技術(shù)，一次性投資較大；一次捕集率尚不能滿足要求。應(yīng)用：主要應(yīng)用于超凈工作臺和無菌室等所需無菌空氣的第一次除塵，然后再配合高效過濾器使用。①絕對過濾絕對過濾介質(zhì)的孔隙小于細菌和孢子，當空氣通過時微生物被阻留在介質(zhì)的一側(cè)。絕對過濾易于控制過濾后空氣質(zhì)量，節(jié)約能量和時間，操作簡便，它是多年來受到受到國內(nèi)外科學工作者注意和研究的問題。它采用很細小的纖維介質(zhì)制成，介質(zhì)空隙小于0.5um。3.介質(zhì)過濾除菌②深層介質(zhì)過濾深層過濾介質(zhì)的截面孔隙大于微生物，為了達到所需的除菌效果，介質(zhì)必須有一定的厚度，因此稱為深層過濾介質(zhì)。深層介質(zhì)過濾除菌是目前工業(yè)上用的較多的空氣除菌方法，它是采用定期滅菌的介質(zhì)來阻截流過的空氣所含的微生物，而取得無菌空氣。項目三空氣除菌單元二微生物發(fā)酵制藥技術(shù)基礎(chǔ)任務(wù)六提高空氣過濾除菌效率的措施保證進口空氣清潔度，如加強生產(chǎn)場地衛(wèi)生管理，正確選擇進風口，加強空氣壓縮前的預處理。設(shè)計和安裝合理的空氣過濾器，選用除菌效率高的過濾介質(zhì)。設(shè)計合理的空氣預處理設(shè)備，選擇合適的空氣凈化流程，以達到除油、水和雜質(zhì)的目的。降低進入空氣過濾器的空氣相對濕度，如使用無油潤滑的空氣壓縮機，加強空氣冷卻和去油，提高進入過濾器的空氣溫度。項目三空氣除菌單元二微生物發(fā)酵制藥技術(shù)基礎(chǔ)任務(wù)三空氣過濾除菌1.棉花

使用要求：有彈性、纖維度適中，纖維直徑16～21μm，在過濾器里的填充密度為150～200kg/m3，

填充率為8.5%～10%。缺點：阻力大，易結(jié)團，過濾效果不穩(wěn)定，拆裝勞動強度大，不能再生。容易潮濕，受潮后阻力更大。（一）常用過濾介質(zhì)與過濾器2.活性炭要求：小圓柱狀顆?；钚蕴?，大小為φ（3×10）～（3×15）mm，應(yīng)質(zhì)地堅硬，顆粒均勻，不易壓碎，裝填前應(yīng)將粉末和細粉篩去。填充密度為470～530kg/m3，填充率44%，其濾層厚度為總濾層厚度的1/3～1/2。常將活性炭夾裝在兩層棉花中使用，以降低介質(zhì)層的阻力。

3.玻璃纖維使用無堿的玻璃纖維，其直徑一般為5～19μm。直徑越小越好，但小易斷，缺點：更換時碎末飛揚，過敏。散裝時裝填系數(shù)不宜過大，一般為5%～11%。超細玻璃纖維：超細玻璃纖維直徑一般為1～1.5μm，一般制成厚度為0.25～0.44mm的纖維紙，3～6張濾紙疊在一起，夾在平板式纖維紙過濾器中。密度為380kg/m3,形成的網(wǎng)格空隙為0.5～5μm，具有較高的過濾效率。4.燒結(jié)材料燒結(jié)材料過濾介質(zhì)是將金屬、陶瓷、塑料的粉末加壓成型后，然后在其熔點溫度下粘結(jié)固定，由于只是粉末表面熔融，其保持了粒子的空間和間隙，形成了微孔通道，具有微孔過濾的作用。由于這種過濾介質(zhì)加工困難，空隙不可能做得很小，一般都在10～30μm。

(1)深層纖維介質(zhì)（棉花、活性炭、玻璃纖維）過濾器：棉花活性炭過濾器的過濾效率可達99%。過濾介質(zhì)裝填為：上部和下部裝填棉花，其厚度為總過濾層的2*（1/4~1/3），中間再裝入1/2~1/3厚度的活性炭。一般棉花的填充密度為150~200公斤/米3，活性炭40~450公斤/米3。

5.過濾器

(1)深層纖維介質(zhì)（棉花、活性炭、玻璃纖維）過濾器：填充物順序：孔板－鐵絲網(wǎng)－麻布－棉花－麻布－活性炭－麻布－棉花－麻布－鐵絲網(wǎng)－孔板

棉花-活性炭過濾器示意圖棉花經(jīng)過多次加熱滅菌后，顏色逐漸變深，靠近過濾器壁的棉花，因經(jīng)受夾層蒸汽的烤干，受熱更為劇烈，更容易變成粉末，而被空氣帶走，造成過濾層有縫隙，使過濾層疏松而漏風．甚至還因過高的壓力和過長時間的烘烤而引起棉花活性炭著火的事故。(2)平板纖維紙過濾器結(jié)構(gòu)：筒身、頂蓋、濾層、夾板、緩沖層孔板→銅絲網(wǎng)→麻布→濾紙（3-6層）→銅絲網(wǎng)→孔板(二）空氣的過濾除菌原理

當氣流通過濾層時，基于濾層纖維的層層阻礙，迫使空氣在流動過程中出現(xiàn)無數(shù)次改變氣速大小和方向的繞流運動，從而導致微生物微粒與濾層纖維間產(chǎn)生慣性撞擊截留、攔截截留、布朗擴散、重力沉降及靜電引力等作用，從而把微生物微粒截留、捕集在纖維表面上，實現(xiàn)了過濾的目的。慣性沖擊滯留作用微粒隨氣流以一定速度通過深層介質(zhì)時，受到縱橫交錯的纖維絲阻迫，空氣不斷改變運動方向繞過纖維絲從孔隙中通過，而微粒由于慣性大，未能及時改變運動方向，一直運動到纖維表面，由于與纖維的磨擦粘附作用，被吸附在纖維表面上。直徑很小的微粒不隨氣流運動，而是不規(guī)則的直線運動，即布朗擴散運動，如果撞在過濾器纖維上就被捕獲。氣流速度很小、纖維網(wǎng)格孔隙較小時發(fā)生。布朗擴散作用攔截滯留作用小而輕的微粒隨氣流運動，氣流繞過纖維前進時，離纖維表面太近的微粒就會被截留下來。靜電吸附作用空氣中微生物顆粒一方面帶有與介質(zhì)表面相反的電荷或由于感應(yīng)而得到相反電荷而被介質(zhì)吸附；另一方面空氣流過介質(zhì)時，介質(zhì)表面就感應(yīng)出很強的靜電荷而使微生物微粒被吸附而沉淀。在過濾除菌中，有時很難分辨上述各種機理各自所作貢獻的大小。隨著參數(shù)的變化，各種機理所起的作用也不相同。一般認為慣性撞擊截留、攔截截留和布朗運動截留的作用較大，而重力和靜電引力的作用則很小。氣流速度?。翰祭蕯U散起主要作用氣流速度中等：攔截截留作用顯著氣流速度大：慣性沖擊滯留作用顯著氣流速度過大：微粒被氣流夾帶返回氣流（三）過濾除菌效率過濾效率就是濾層所濾去的微粒數(shù)與原來微粒數(shù)的比值，它是衡量過濾器過濾能力的指標：

空氣過濾器的過濾效率主要與微粒的大小、過濾介質(zhì)的種類和規(guī)格(纖維直徑)、介質(zhì)的填充密度、介質(zhì)層厚度以及氣流速度等因素有關(guān)。

項目三空氣除菌單元二微生物發(fā)酵制藥技術(shù)基礎(chǔ)任務(wù)四空氣的預處理過濾除菌的一般流程空氣過濾除菌一般是把吸氣口吸入的空氣先進行壓縮前過濾，然后進入空氣壓縮機。從空氣壓縮機出來的空氣(一般壓力在0.2MPa以上，溫度120-160℃)，先冷卻至適當溫度(20-25℃)除去油和水，再加熱至30-35℃，最后通過總空氣過濾器和分過濾器(有的不用分過濾器)除菌。1.高空取氣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。主要作用：捕集較大的灰塵顆粒。減輕壓縮機的磨損和主過濾器的負荷，提高除菌后空氣的質(zhì)量。常用的粗過濾器有：過濾絲網(wǎng)、紙框粗過濾器、麻袋等。2.粗過濾器（安裝在壓縮機前）作用：增加空氣能量，克服阻力，完成輸送。3.空氣壓縮機作用：（1）消除壓縮空氣的脈動，使排氣均勻而連續(xù)。（2）使部分液滴在罐內(nèi)沉降。（3）保溫滅菌。4.空氣儲罐5.壓縮空氣的冷卻高溫壓縮空氣直接通入空氣過濾器的后果：引起過濾介質(zhì)的炭化或燃燒。增大反應(yīng)罐的降溫負荷，給培養(yǎng)溫度的控制帶來困難。措施：管殼式換熱器、翹板式換熱器、

沉浸式換熱器、噴淋冷卻器來進行冷卻。6.壓縮空氣的除水除油壓縮空氣經(jīng)冷卻會有水滴出，混在空氣中，如果使用活塞式空氣壓縮機，空氣中還混雜有油滴（油作潤滑作用），為了保證空氣過濾器的效能，必須除去空氣中的水分和油滴。

旋風分離器——利用離心力進行沉降，對于10

m以上的微粒分離效率較高。絲網(wǎng)分離器——利用慣性進行攔截，分離效率較高，能除去2-5

m的細小顆粒。

相對濕度φ，濕含量X（濕度）空氣中水蒸汽分壓與同溫度時的飽和水蒸汽壓力之比稱為相對濕度φ。PW：空氣中水蒸汽的分壓PS：同溫度下水蒸汽的飽和蒸汽壓

每1kg干空氣中所含的水蒸汽kg數(shù)稱為空氣的濕含量。濕含量（濕度）=

φ=

如果將φ<1的濕空氣冷卻，開始一段時間X不變，則PW也不變，但由于飽和水蒸汽壓PS隨空氣溫度下降而下降，因此相對濕度逐漸增大。當相對濕度φ變?yōu)?時，空氣中的水蒸汽已飽和，這時的溫度稱為:露點。如果氣體溫度繼續(xù)下降，空氣中的水蒸汽開始冷凝成水，空氣的相對濕度保持為1φ=作用：除去空氣中較大的油滴和水滴。旋風分離器

作用：過濾除去空氣中的較小的霧滴和油滴。絲網(wǎng)分離器

采用慣性攔截等機理，有效去除空氣中的水、油霧、塵埃，不銹鋼絲網(wǎng)可清洗，使用壽命長。絲網(wǎng)分離器7、空氣加熱設(shè)備經(jīng)過冷卻的空氣的相對濕度是100%，會把過濾介質(zhì)打濕，所以通入總過濾器前要降低濕度，采用的方法是加熱使?jié)穸认陆档?0～60%。項目三空氣除菌單元二微生物發(fā)酵制藥技術(shù)基礎(chǔ)任務(wù)五工業(yè)上空氣過濾除菌流程這是一個比較完善的空氣除菌流程，可適應(yīng)各種氣候條件，能充分分離油水，使空氣達到較低的相對適度下進入過濾器，以提高過濾效率。1.兩級冷卻、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.過濾器特點：兩次冷卻、兩次分離、適當加熱。優(yōu)點：能提高傳熱系數(shù)，節(jié)約冷卻用水，油水分離得比較完全。經(jīng)第一冷卻器冷卻后，大部分的水、油都已結(jié)成較大的霧粒(>20μm)，且霧粒濃度較大，故適宜用旋風分離器分離。第二冷卻器使空氣進一步冷卻后析出較小霧粒(>1μm)，宜采用絲網(wǎng)分離器分離，這樣發(fā)揮絲網(wǎng)能夠分離較小直徑的霧粒和分離效率高的作用。通常，第一級冷卻到30-35℃，第二級冷卻到20-25℃。除水后，空氣的相對濕度仍是100％，須用絲網(wǎng)分離器后的加熱器將空氣中的相對濕度降低至50-60％，以保證過濾器的正常運行。尤其適用于潮濕地區(qū)，其他地區(qū)可根據(jù)當?shù)氐那闆r，對流程中的設(shè)備作適當?shù)脑鰷p。高效過濾器介質(zhì)為：泡沫塑料（靜電除菌）、超細纖維特點：高效過濾器后，空氣無菌度達99.99%，使經(jīng)過主過濾器的空氣更潔凈，無菌度更高2.高效前置空氣過濾除菌流程1.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.過濾器3.冷熱空氣直接混合式空氣除菌流程1.粗過濾器；2.壓縮機；3.貯罐；4.冷卻器；5.絲網(wǎng)分離器；6.過濾器特點：可以使部分壓縮后的熱空氣直接加熱另一部分冷卻、析水后的冷空氣，省去了空氣的再加熱設(shè)備，減少了冷卻水的用量，適用于中等濕含量地區(qū)。4.將空氣冷卻至露點以上的空氣除菌流程隨空氣溫度下降，空氣相對濕度逐漸增大。露點：含有一定量水汽的空氣冷卻至相對濕度為100%，開始有水滴析出時的溫度。周圍環(huán)境的溫度越高于露點溫度，結(jié)露的可能性就越小，也就意味著空氣越干燥。1.高空采風；2.粗過濾器；3.壓縮機；4.冷卻器；5.貯氣罐；6.空氣總過濾器；7.空氣分過濾器將壓縮空氣冷卻至露點以上，使進入過濾器的空氣相對濕度為60％～70％以下。這種流程適用于北方和內(nèi)陸氣候干燥地區(qū)。5.利用熱空氣加熱冷空氣的空氣除菌流程1.高空采風；2.粗過濾器；3.壓縮機；4.熱交換器；5.冷卻