發(fā)酵工程ppt韋革宏楊祥第5章3節(jié)

1、第五章發(fā)酵工序滅菌和空氣除菌、設(shè)備、基質(zhì)和空氣凈化、第三節(jié)空氣除菌、空氣凈化的方法和原理及流程，發(fā)酵過程空氣除菌的必要性，大部分工業(yè)發(fā)酵利用需氧微生物進行純培養(yǎng)，氧供應(yīng)量大。 空氣中微生物很多，如果不設(shè)法除去，一定會引起發(fā)酵過程的染菌。 例如，在通氣量為40m3/min的發(fā)酵罐中，一天所需的空氣量高達5.76104m3，如果使用的空氣中菌量為104/m3，則一天可收集5.75108個微生物細胞球。 一、發(fā)酵所用凈化空氣的標準、空氣中微生物狀況主要微生物：細菌及其芽胞濃度的影響因素：地區(qū)、高度、季節(jié)等發(fā)酵工業(yè)對空氣無菌度要求因工業(yè)而異： 10-3發(fā)酵廠的空氣凈化度等級、二、空氣預(yù)處理、空氣預(yù)處理

2、的目的是對進入空氣過濾煙嘴的空氣進行預(yù)處理二空氣凈化系統(tǒng)的流程如圖5-11所示。圖5-11空氣除菌設(shè)備流程圖1粗過濾煙嘴2壓縮機3罐4、6冷卻器5旋風(fēng)分離器7絲網(wǎng)除泡器8加熱器9空氣過濾網(wǎng)、空氣預(yù)處理過程、采風(fēng)塔、二、空氣預(yù)處理、設(shè)置采風(fēng)塔的采風(fēng)塔的原理每上升10m，空氣中微生物量就會下降一位數(shù)，因此空氣吸入口一般為一般的位置采風(fēng)塔一般選擇當(dāng)?shù)氐纳巷L(fēng)口的場所，遠離塵埃的集中處，高度一般為10m左右。 可以建在空壓機房的屋頂上。 二、空氣預(yù)處理、粗過濾器是指空氣進入空氣壓縮機之前的氟里昂過濾器。 作用：過濾空氣中顆粒較大的塵埃，減少進入空氣壓縮機的塵埃和微生物的含量。 減少空壓機的磨損，延長壽命

3、，減輕主過濾器的負荷。 特點：過濾效率高，阻力小，接灰量大。 主要設(shè)備：過濾袋、填料、油浴、水霧。 二、空氣預(yù)處理、布袋過濾器、濾布縫制成與骨架形狀相同的布袋，與進氣管骨架緊密接觸，縫制成為短路原因的所有空隙。 氣流產(chǎn)水量一般為22.5m3/(m2min )，空氣阻力約為6001200pa。 濾布現(xiàn)在合成纖維制的很多，必須定期更換。圖5-12機械振動袋式除塵器、二、空氣預(yù)處理、填充式粗過濾煙嘴、一般使用油浸金屬網(wǎng)、纖維玻璃或其他合成纖維等作為填充劑，其過濾效果比布袋過濾稍好，電阻損失也小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占地面積大，內(nèi)部填充劑經(jīng)常更換，并保持一定的過濾作用， 操作麻煩，圖5-13細孔陶瓷管式粗過濾

4、器，二，空氣前處理，油浴清洗裝置，空氣進入裝置后，用油層清洗，空氣中的微粒附著在油上，并逐漸沉降至罐底部而除去。 該裝置洗滌除菌效果較好，抵抗也不大，但燃油消耗率較多。圖5-14油浴清洗裝置、1-過濾煙嘴2-供油桶、空氣入口、二、空氣預(yù)處理、水霧除塵裝置、空氣從設(shè)備底部進入，經(jīng)過從上部噴霧的水霧清洗，使空氣中的灰塵、微生物微粒附著、沉降，從器底排出，帶微細的小水霧的直徑5m 圖5-15霧除塵裝置、二、空氣預(yù)處理、空氣壓縮機空氣壓縮機(air compressor，ac )是將原動機(通常為電滾子)的機械能量轉(zhuǎn)換為氣體壓強力能量的裝置。 目前常用的空壓機分為往復(fù)式(活塞式)和透平機式兩種。 空氣

5、被壓縮時，溫度上升，壓縮比越高溫度也越高。 空壓機是整個發(fā)酵生產(chǎn)線的空氣管線壓力源，對云同步有一定的空氣消毒作用。當(dāng)活塞式壓縮機的曲軸旋轉(zhuǎn)時，通過連桿的傳動，活塞往復(fù)運動，由氣缸內(nèi)壁、氣缸蓋和活塞頂面構(gòu)成的工作容積周期性變化。 當(dāng)活塞式壓縮機的活塞開始從氣缸蓋移動時，氣缸內(nèi)的工作容積逐漸增大，此時，瓦斯氣體沿著吸氣管推開吸氣閥進入氣缸，關(guān)閉吸氣閥直至工作容積達到最大，當(dāng)活塞式壓縮機的活塞進行反轉(zhuǎn)運動時，氣缸內(nèi)的工作容積縮小，氣體壓強上升當(dāng)活塞式壓縮機活塞再次反向運動時，上述過程反復(fù)出現(xiàn)。 總之，活塞式壓縮機的曲軸旋轉(zhuǎn)一周，活塞往復(fù)一次，在汽缸內(nèi)相繼實現(xiàn)吸氣、壓縮、排氣的過程，完成一個循環(huán)。 圖

6、5-16往復(fù)式(活塞式)空氣壓縮機的工作原理是，隨著機軸傳遞到翼上的動能，氣體被翼驅(qū)動而高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生離心力，機內(nèi)氣體在離心力的作用下沿翼流路向翼出口噴出。 從葉片出口流出的高速瓦斯氣體在渦輪殼流路內(nèi)速度逐漸變慢，壓力逐漸上升，圖5-17渦輪式空氣壓縮機動作，沿排出口排出。 與此同時，葉片入口的瓦斯氣體減少，壓力降低，形成出入口差壓，新的瓦斯氣體被連續(xù)吸入。 二、空氣預(yù)處理、空氣儲存罐空氣儲存罐是裝有安全閥、壓力修正的空罐盒。 空氣儲藏罐的作用有：通過消除壓縮機的排出空氣量的脈動的重力沉降作用來分離油霧的一部分；空氣預(yù)處理、空氣冷卻器壓縮空氣降溫的必要性過濾介質(zhì)碳化降低培養(yǎng)裝置降溫負荷蒸發(fā)制冷

7、減濕避免過濾器濕氣冷卻器的種類列管式空氣冷卻器板式空氣冷卻器的工作流程一般為兩級串聯(lián)、二， 空氣預(yù)處理氣液分離器的氣液分離器的作用油分除去水氣液分離器的種類利用離心力使沉降旋風(fēng)分離器慣性隔斷的介質(zhì)過濾煙嘴網(wǎng)除泡器是油水(小油滴、霧)，二是空氣預(yù)處理空氣的加熱的必要性主過濾煙嘴的濕氣加熱要求溫度差為1015左右的加熱設(shè)備的各種熱交換設(shè)備(主要是列管式熱交換設(shè)備) 三、空氣凈化方法，(一)熱殺菌電熱和蒸汽熱殺菌能源消費可以利用空氣壓縮機對云同步進行熱殺菌，空氣壓縮機出口溫度達到187198，壓力維持在0.7mpa一定的時間，就要求設(shè)備具有耐熱性，要求提高能源消費，固定投資也一定增大(二)放射殺菌大

8、規(guī)?？諝獾臍⒕钥刹捎迷摲椒ㄈ⒖諝鈨艋椒?，(三)靜電除菌利用靜電引力吸附粒子電荷，達到除塵滅菌的目的。 原理：特點：能源節(jié)約、處理量大、固定投資少的缺點是小顆粒去除率低的應(yīng)用：輔助、配合高效過濾煙嘴使用；三、空氣凈化方法；(四)除菌過濾除菌法是將含菌空氣通過過濾介質(zhì)隔絕空氣中的微生物，從而獲取無菌空氣的方法。 現(xiàn)在也是將來發(fā)酵工業(yè)空氣除菌的主流方法。 除菌后的濾材棉、活性炭或纖維玻璃過濾，有機合成纖維、有機、無機和金屬燒結(jié)材料等除菌原理的絕對過濾：細孔過濾膜、細孔徑小于細菌直徑。 例如，冰乙酸電池里肌肉微孔過濾煙嘴、聚四拉夫領(lǐng)氟乙烯微孔過濾煙嘴等。 三、空氣凈化方法、深層過濾：以纖維(棉、

9、纖維玻璃、尼龍等)或顆粒狀(活性炭)介質(zhì)為過濾層，空隙一般較大，在靜電、擴散、慣性和阻斷等作用下將細菌封閉在過濾層中。 深層過濾：以超細纖維玻璃(紙)、棉布、燒結(jié)金屬板、聚乙烯醇粉末、聚四拉夫領(lǐng)氟乙烯等為介質(zhì)，過濾層薄，但孔徑一般大于細菌直徑。四、介質(zhì)過濾除菌的材料和原理；(一)介質(zhì)過濾除菌的材料棉花是最常用的過濾介質(zhì)，纖維直徑約20m以纖維長、新、未脫脂棉花為好填充密度約150200kg/m3設(shè)備：深層過濾煙嘴，四、介質(zhì)過濾除菌的材料和原理纖維玻璃概念纖維玻璃(glass fiber ) 是一種性能優(yōu)良的無機非金屬材料，成分為二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣元素、氧化硼、過氧化鎂、氧化納金屬釷的混合

10、物，以廢玻璃為原料，采用高溫熔融制、拉絲、絡(luò)絲、織布等工藝制成。 纖維的直徑從數(shù)到數(shù)十m各種各樣。 填充密度填充系數(shù)一般的6%過濾效率與填充密度、厚度、纖維直徑有關(guān)的特征阻力損失小，過濾效果好，但對人有刺激，四是介質(zhì)過濾除菌的材料和原理，活性炭概念：以木炭、竹炭、各種果殼和優(yōu)質(zhì)煤等為原料，用物理和化學(xué)的方法粉碎原料，粒徑：數(shù)毫米的特性四、介質(zhì)過濾除菌的材料和原理，超細纖維玻璃紙由無堿纖維玻璃制成，直徑僅為12m。 使用：不散裝，0.251mm厚的纖維紙使用特點：晶格空隙小，過濾效率差的缺點是機械強度差，為了提高機械強度容易吸濕酚醛樹脂處理，提高機械強度防止硅處理潤濕，四，介質(zhì)過濾除菌的材料和原

11、理，燒結(jié)材料過濾介質(zhì)燒結(jié)材料的概念常用材料和性能鈦合金粉末燒結(jié)體、燒結(jié)陶瓷混合雙打等孔徑510m、過濾效果中等、四、介質(zhì)過濾除菌的材料和原理、新型過濾介質(zhì)即用于絕對過濾的超濾膜(微過濾煙嘴)。 孔徑僅為0.10.45m，細菌去除率可達100%。 使用：將濾芯折疊后與粗過濾器組合使用，與以往的過濾器相比性能更優(yōu)異。 四、介質(zhì)過濾除菌的材料和原理；(二)介質(zhì)過濾除菌的原理深層過濾的反應(yīng)歷程比絕對過濾復(fù)雜。 這是因為過濾介質(zhì)的孔徑比被物質(zhì)過濾的孔徑大。 其過濾反應(yīng)歷程有4種，對微生物顆粒的直接隔絕小，深層過濾器的過濾說唱樂反應(yīng)歷程遠比平面過濾復(fù)雜。 深層過濾器像膜過濾器一樣，可以直接阻隔其表面上直徑

12、較大的粒子。 4、介質(zhì)過濾除菌的材料和原理，以及慣性碰撞尺寸小于過濾孔徑的顆粒的輔助隔絕方式。 流體所具有的粒子根據(jù)質(zhì)量和線速度而具有直線運動的慣性，粒子遠離流體的主流而與濾材撞擊，即具有慣性碰撞作用。 在慣性碰撞中粒子被機械隔斷或被吸附，在氣體中比在液體中更有效。 慣性碰撞作用對超過1.0m的粒子的托說唱樂有效。 擴散阻斷僅在氣體中有效，氣體分子布朗運動(brownian motion )碰撞小粒子，結(jié)果呈現(xiàn)不規(guī)則運動，增加了碰撞過濾介質(zhì)的機會。 四、介質(zhì)過濾除菌的材料和原理、空氣過濾網(wǎng)的過濾精度比液體過濾煙嘴好，擴散屏蔽起了決定性作用。 如果空氣過濾網(wǎng)在濕潤環(huán)境下工作，其去除能力就是液體的

13、精度。 擴散遮斷對直徑0.1m以下的小粒子遮斷最有效，擴散遮斷需要較低的氣流速度。 其他輔助過濾作用重力沉降作用。當(dāng)微粒子受到的重力大于氣流的拖把力時微粒子沉降，在纖維的邊界滯留區(qū)域，重力沉降作用提高了隔斷效率。 靜電吸引作用。 介質(zhì)與空氣摩擦產(chǎn)生電，但微生物粒子也多帶有少量的電荷，反而被吸附。 四、介質(zhì)過濾除菌的材料和原理、介質(zhì)過濾除菌反應(yīng)歷程可以歸納為多種反應(yīng)歷程，以直接阻斷、慣性碰撞和擴散阻斷的作用為主。 三個主要過濾反應(yīng)歷程中，氣流速度越大，慣性碰撞發(fā)揮的作用越大，氣流速度越小，以擴散阻擋為主，兩者的邊界稱為臨界氣流速度。 直接阻斷的效果幾乎不受氣流速度的影響。 五、空氣凈化的工藝流程

14、、空氣過濾效率和過濾器的各種殘奧儀在過濾工藝選擇前要進行精確的修正，作為重要依據(jù)，要結(jié)合各種實際考慮選擇。 空氣壓縮蒸發(fā)制冷過濾流程，1粗過濾器2壓縮機3罐4冷卻器5總過濾煙嘴，5，空氣凈化的工藝流程，特點：工藝簡單，設(shè)備少：北方干燥地轄區(qū)的二級蒸發(fā)制冷，分離、加熱的空氣除菌工藝，1粗過濾煙嘴2壓縮機3罐4， 6冷卻器5旋風(fēng)分離器7絲網(wǎng)除泡器8加熱器9主過濾器，5，空氣凈化工藝流程，特點：二次蒸發(fā)制冷、二次分離、適當(dāng)加熱、效率高但設(shè)備多。 適用：基本適用于各地區(qū)。 高效前置過濾空氣除菌工藝，1高效前置過濾器2壓縮機3罐4冷卻器5絲網(wǎng)分離器6加熱器7主過濾煙嘴，5，空氣凈化工藝流程，特點：一次蒸

15、發(fā)制冷分離，適用前置高效過濾煙嘴：無菌要求高的發(fā)酵工廠，本章結(jié)束，thanks， 表5-11請在不同條件下的1 m3的含有菌量(由周德慶、微生物學(xué)的教程導(dǎo)出)、即空氣凈化度為100級的超凈間內(nèi)多次采樣5微米以上的灰塵校正計算。 該測試值在多次出現(xiàn)的情況下可以認為是可靠的。 用9cm平板暴露30分鐘，37培養(yǎng)24h得到結(jié)果。 灰塵數(shù)由灰塵粒子計數(shù)器檢測。 圖5-9的激光塵埃粒子計數(shù)器及其性能殘奧儀現(xiàn)在有更簡便的檢測器。圖5-10另一手持激光塵埃粒子計數(shù)器、圖5-18各種旋風(fēng)分離器、圖5-19各種介質(zhì)過濾氣液分離器、絲網(wǎng)除泡器：嵌合在用鐵絲網(wǎng)編織的罐體內(nèi)的除水除去過濾層。 圖5-20各種列管式熱交

16、換設(shè)備、表5-13殺菌溫度和所需時間的對應(yīng)關(guān)系、熱殺菌流程1壓縮機2罐3保溫層、圖5-21靜電除塵滅菌器意圖表示1升壓電壓互感器的2整流器3沉淀電極4冠狀病毒，通電后，在集塵電極和冠狀病毒線之間產(chǎn)生不均勻的電場，接近空氣破壞電場時空氣電離，自由粒子利用過濾介質(zhì)、孔、過濾除菌有孔介質(zhì)，從氣體中去除微生物，深層棉花，活性炭過濾器立式圓筒形，內(nèi)部填充過濾介質(zhì)，達到除菌的目的。 填料填充順序為：孔金屬網(wǎng)、麻布、棉麻布、活性炭、麻布、棉麻布、金屬網(wǎng)孔，攝影圖片為中華網(wǎng)，圖5-22纖維玻璃，攝影圖片為中華網(wǎng)，表5-14纖維玻璃的過濾效率，裝入超細纖維玻璃紙的平板過濾煙嘴，金屬粉末燒結(jié)過濾煙嘴青銅過濾器蓋圖5-22燒結(jié)金屬材料， 表5-15傳統(tǒng)過濾介質(zhì)(