无菌空气的制备.pptx

1本章内容本章内容 一、空气中的微生物和除菌方法一、空气中的微生物和除菌方法二、空气的过滤除菌原理和过滤介质二、空气的过滤除菌原理和过滤介质三、空气过滤除菌的工艺技术三、空气过滤除菌的工艺技术2第一节第一节 空气中的微生物和除菌方法空气中的微生物和除菌方法无菌空气的标准无菌空气的标准-百分数：百分数：99.9999.99美国联邦宇航局等级标准：美国联邦宇航局等级标准：100100级（直径小于级（直径小于0.50.5微米粒子数少于微米粒子数少于3.53.5个个/L/L）温度：温度：25 40 25 40 湿度：湿度：30%45%30%45%3（一）无菌空气获得方法（一）无菌空气获得方法1 1、辐射灭菌：利用、辐射灭菌：利用UvUv、X-rayX-ray、超声波杀菌、超声波杀菌 目前尚不能用于大量无菌空气的制备；一般用于静止空目前尚不能用于大量无菌空气的制备；一般用于静止空间的灭菌。间的灭菌。2 2、热灭菌法、热灭菌法 电热（电热（218218，24s,24s,效果可达效果可达99.9999%99.9999%），），目前大量处理空气技术上还有困难目前大量处理空气技术上还有困难43 3、静电除尘、除菌、静电除尘、除菌 此法效果仅达此法效果仅达99.9%,99.9%,不符合发酵用气要求，不符合发酵用气要求，并需高压电并需高压电 （一般用于超静台）（一般用于超静台）4 4、介质过滤、介质过滤 使空气通过能透过空气的多孔介质（如棉花、活性使空气通过能透过空气的多孔介质（如棉花、活性炭、烧结玻璃、超细纤维丝等）将空气所携带的尘、炭、烧结玻璃、超细纤维丝等）将空气所携带的尘、菌截阻菌截阻 这是目前发酵工业中最广泛使用的方法这是目前发酵工业中最广泛使用的方法5第二节第二节 空气的过滤除菌原理和过滤介质空气的过滤除菌原理和过滤介质一、空气过滤除菌的原理一、空气过滤除菌的原理 1.1.过滤除菌的种类过滤除菌的种类绝对过滤：绝对过滤：过滤介质的滤孔小于细胞和孢子。过滤介质的滤孔小于细胞和孢子。如聚乙烯醇缩甲醛树脂（如聚乙烯醇缩甲醛树脂（PVFPVF）制成的）制成的0.3 0.3 m m的的微孔微孔滤膜。滤膜。深层介质过滤：深层介质过滤：介质的孔隙一般大于微生物细胞。介质的孔隙一般大于微生物细胞。如用棉花、玻璃纤维和颗粒活性炭填充的过滤器。如用棉花、玻璃纤维和颗粒活性炭填充的过滤器。6 介质过滤是以大空隙的介质过滤层除去较小颗粒，这显然不是介质过滤是以大空隙的介质过滤层除去较小颗粒，这显然不是面积过滤（即不是绝对过滤），而是一种滞留（截留）现象。这种面积过滤（即不是绝对过滤），而是一种滞留（截留）现象。这种滞留现象是由多种作用机制构成的，主要有滞留现象是由多种作用机制构成的，主要有惯性碰撞、拦截、布朗惯性碰撞、拦截、布朗运动、重力沉降和静电吸引运动、重力沉降和静电吸引等。等。一、空气过滤除菌的原理一、空气过滤除菌的原理7小颗粒的相对尺寸小颗粒的相对尺寸小颗粒的相对尺寸小颗粒的相对尺寸大硅胶颗粒大硅胶颗粒(20 m)铅笔墨点铅笔墨点(40 m)红细胞红细胞(7 m)酵母细胞酵母细胞(3 m)典型细菌典型细菌(0.2 m)81 1）惯性冲击截留作用）惯性冲击截留作用 当流体改变运动方向时，惯性使颗粒撞当流体改变运动方向时，惯性使颗粒撞击到滤材表面并由于吸附力而停留击到滤材表面并由于吸附力而停留 4颗粒被机械拦截颗粒被机械拦截或被吸附拦截；或被吸附拦截；4惯性与气流流速惯性与气流流速成正比；成正比；4对大于对大于 0.5-1.0 微微米的颗粒很有效米的颗粒很有效。92 2）拦截截留作用）拦截截留作用 当气流速度在临界速度以下，颗粒仍然随气流运动，当气流速度在临界速度以下，颗粒仍然随气流运动，在纤维周边形成一层边界滞留区，在滞流区内气流速度在纤维周边形成一层边界滞留区，在滞流区内气流速度更慢，进入滞留区的颗粒缓慢接近纤维，并与之接触，更慢，进入滞留区的颗粒缓慢接近纤维，并与之接触，由于摩擦、粘附作用而被滞留。由于摩擦、粘附作用而被滞留。103）布朗运动 直径小于直径小于1 1 m m的微粒在很慢的气流中能产生一种不规的微粒在很慢的气流中能产生一种不规则的直线运动，即则的直线运动，即布朗运动。114 4）重力沉降作用）重力沉降作用一般它是与拦截作用相配合的，即在纤维的边界一般它是与拦截作用相配合的，即在纤维的边界滞滞留留区内，微粒的沉降作用提高了拦截滞留的捕获效率。区内，微粒的沉降作用提高了拦截滞留的捕获效率。具有一定速度的气流通过介质滤层时，由于摩擦作具有一定速度的气流通过介质滤层时，由于摩擦作用而产生诱导电荷用而产生诱导电荷 当菌体所带电荷与介质电荷相反时，即发生静电吸当菌体所带电荷与介质电荷相反时，即发生静电吸附作用附作用5 5）静电吸引作用）静电吸引作用12过滤机理总结过滤机理总结拦截截留拦截截留拦截截留拦截截留惯性撞击惯性撞击布朗拦截布朗拦截13二、常用的过滤介质：二、常用的过滤介质：1 1）棉花）棉花 宜选用纤维细长、宜选用纤维细长、疏松的新棉花疏松的新棉花 2)2)活性炭活性炭 圆柱状，有较大的表面积，圆柱状，有较大的表面积，通过物理吸附作用而吸附微通过物理吸附作用而吸附微生物。生物。3）玻璃纤维玻璃纤维 8 19 8 19 m m活性炭玻璃纤维纤维状物或颗粒状物纤维状物或颗粒状物 14 绝对过滤绝对过滤 膜的孔径小于膜的孔径小于0.50.5微米，大于这一孔径的微生物能绝微米，大于这一孔径的微生物能绝对截留。对截留。超细玻璃纤维纸，利用高质量的无碱玻璃采用喷制法超细玻璃纤维纸，利用高质量的无碱玻璃采用喷制法制成的制成的 1 1.5 1 1.5 m m纸类过滤纸类过滤微孔滤膜类过滤微孔滤膜类过滤15三、介质过滤效率 滤层所滤去的微粒数与原有微粒数之比称为滤层所滤去的微粒数与原有微粒数之比称为过滤效率，用用 表示表示 ，是衡量过滤设备过滤能力的指标。，是衡量过滤设备过滤能力的指标。=N1 N2N1=1NN0=1PN N1 1 过滤前空气中的微粒含量过滤前空气中的微粒含量 （个）；（个）；N N2 2 过滤后空气中微粒含量过滤后空气中微粒含量 （个）；（个）；N N2 2/N N1 1 过滤后过滤前空气中微粒数的比值，称为过滤后过滤前空气中微粒数的比值，称为穿透率 P 16四、影响介质过滤效率的因素1 1）纤维直径）纤维直径介质过滤效率与介质纤维直径关系很大，在其他条介质过滤效率与介质纤维直径关系很大，在其他条件相同时，介质纤维直径越小，过滤效率越高。件相同时，介质纤维直径越小，过滤效率越高。2 2）介质填充厚度）介质填充厚度3 3）介质填充密度）介质填充密度增加填充密度，可提高过滤效率增加填充密度，可提高过滤效率4 4）空气流速）空气流速在空气流速很低时，过滤效率随气流速度增加而降低；在空气流速很低时，过滤效率随气流速度增加而降低；当气流速度增加到临界值后，过滤效率随气流速度增当气流速度增加到临界值后，过滤效率随气流速度增加而提高。加而提高。17五、提高过滤除菌效率的措施n减少进口空气的含菌数量减少进口空气的含菌数量n设计和安装合理的空气过滤器，选用除菌效率高的过滤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。介质。n合理的空气预处理工艺流程，以达到除油、水和杂质的合理的空气预处理工艺流程，以达到除油、水和杂质的目的目的。n降低进入空气过滤器的空气相对湿度，保证过滤介质能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在干燥状态下工作n稳定压缩空气的压力，采用合适容量的贮气罐。稳定压缩空气的压力，采用合适容量的贮气罐。18一、一、对空气过滤除菌流程的要求对空气过滤除菌流程的要求n流程主要设备：空气压缩机流程主要设备：空气压缩机 、空气过滤器、空气过滤器 附属设备：粗过滤器、气液分离器、空气贮罐、空气冷却器附属设备：粗过滤器、气液分离器、空气贮罐、空气冷却器 n流程的制订应考虑：流程的制订应考虑：n地理、气候环境地理、气候环境n设备条件设备条件第三节第三节 空气过滤除菌的工艺技术空气过滤除菌的工艺技术19二、空气预处理二、空气预处理 目的目的:提高压缩前空气的洁净度提高压缩前空气的洁净度去除压缩后空气中的油和水去除压缩后空气中的油和水20发酵生产中制备无菌空气的大致过程发酵生产中制备无菌空气的大致过程 空气空气 空压机空压机 贮气罐贮气罐 冷却冷却 除油水除油水 加热加热 空气预处理空气预处理 总过滤器总过滤器 分过滤器分过滤器 无菌空气无菌空气 空气过滤空气过滤21n1.1.提高外源空气的洁净度提高外源空气的洁净度提高提高空气吸气口的位置空气吸气口的位置 在空气入口处设置粗过滤器在空气入口处设置粗过滤器 捕集较大的灰尘颗粒，并保护空压机。捕集较大的灰尘颗粒，并保护空压机。n为远离地面几十米的管子。为远离地面几十米的管子。n每升高每升高1010米，空气中杂菌降低一个米，空气中杂菌降低一个数量级。因此从高空取气要比从低数量级。因此从高空取气要比从低空取气有利得多。空取气有利得多。高空取气管高空取气管高空取气管高空取气管 222.2.空气压缩和压缩空气的冷却空气压缩和压缩空气的冷却（1 1）空气压缩：克服输送过程中过滤介质的阻力并维持）空气压缩：克服输送过程中过滤介质的阻力并维持 一定的气流速度。一定的气流速度。（2 2）压缩后空气温度显著上升，需冷却。）压缩后空气温度显著上升，需冷却。（3 3）不利影响：）不利影响：压缩后的高温空气能引起过滤介质的炭化或燃烧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大发酵罐的降温负荷 增加培养液水分的蒸发增加培养液水分的蒸发233.3.压缩空气的除油除水压缩空气的除油除水 冷却降温后的空气湿度增大，会使过滤介质受潮失冷却降温后的空气湿度增大，会使过滤介质受潮失效。效。旋风分离器旋风分离器丝网分离器丝网分离器24粗过滤器粗过滤器作用：作用：主要是捕集较大的灰尘颗粒主要是捕集较大的灰尘颗粒型式：型式：布袋式过滤器布袋式过滤器 、油浴洗涤过滤器、油浴洗涤过滤器 水雾除尘过滤器、填料式水雾除尘过滤器、填料式 过滤器过滤器 旋风分离式过滤器旋风分离式过滤器 等等 要求：要求：过滤效率高，阻力小过滤效率高，阻力小布袋式过滤器布袋式过滤器水雾除尘过滤器水雾除尘过滤器25大小：应和空压机的应和空压机的 排气量相配套排气量相配套作用：消除空压机排出空气量的脉动消除空压机排出空气量的脉动 维持稳定的压力维持稳定的压力 分离部分油水分离部分油水空气贮罐空气贮罐26空气冷却器空气冷却器冷却器类型：立式列管式热交换器立式列管式热交换器 沉浸式热交换器沉浸式热交换器 喷淋式热交换器喷淋式热交换器列管式热交换器列管式热交换器27气液分离器气液分离器作用：分离空气中被冷凝成雾状的水雾和油雾分离空气中被冷凝成雾状的水雾和油雾气液分离器型式：旋风分离器旋风分离器 丝网分离器丝网分离器旋风分离器旋风分离器28空气总过滤器 结 构（介质层过滤器）（介质层过滤器）29分过滤器分过滤器 通常用平板式纤维纸过滤器通常用平板式纤维纸过滤器超细超细纤维纸过滤器纤维纸过滤器30三、空气过滤除菌工艺流程31 冷热空气直接混合式空气除菌流程图冷热空气直接混合式空气除菌流程图 1-粗过滤器；粗过滤器；2-压缩机；压缩机；3-贮罐；贮罐；4-冷却器；冷却器；5-丝网分离器；丝网分离器；6-过滤器过滤器 32高效前置过滤除菌流程 高效前置过滤器高效前置过滤器压缩机压缩机贮罐贮罐冷却器冷却器 丝网分离器丝网分离器加热器加热器过滤器过滤器 33 将空气冷却至露点以上的流程将空气冷却至露点以上的流程1高空采风；高空采风；2粗过滤器；粗过滤器；3压缩机；压缩机；4冷却器；冷却器；5冷却器；冷却器；6空气空气总过滤器；总过滤器；7空气分过滤器空气分过滤器34 利用热空气加热冷空气的流程示意图利用热空气加热冷空气的流程示意图1-高空采风；高空采风；2-粗过滤器；粗过滤器；3-压缩机；压缩机；4-热交换器；热交换器；5-冷却器；冷却器；6，7-析水器；析水器；8-空气总过滤器；空气总过滤器；9-空气分过滤器空气分过滤器35 一次冷却和析水的空气过滤流程示意图一次冷却和析水的空气过滤流程示意图1高空采风；高空采风；2粗过滤器；粗过滤器；3压缩机；压缩机；4冷却器；冷却器；5，6析水器；析水器；7贮罐；贮罐；8加热器；加热器；9空气总过滤器；空气总过滤器；10空气分过滤器空气分过滤器