页数：46页文件大小：352.0 KB来源： 发酵设备课件及实验ppt课件
本课件为发酵设备课程第十一章，介绍空气中微生物分布与发酵对无菌空气的要求，讲解辐射、热灭菌、静电与介质过滤等除菌方法，深入展开深层过滤机理、过滤效率与空气除菌流程及设备结构。
第十一章空气净化除菌与空气调节
计划 授课时间2学时 单元目标与要求掌握空气介质过滤的原理及工艺与设备，了解空气调节的原理与方法。 授课内容空气净化除菌的方法与原理，空气介质过滤除菌设备及计算，生物工业生产的空气调节。 重点和难点空气净化除菌的方法与原理，空气介质过滤除菌设备及计算。
第一节空气除菌一.空气中微生物的分布一般城市空气中杂菌数为3000-8000个／。空气中的微生物种类以细菌和细菌芽胞较多，也有酵母，霉菌和病毒。空气中微生物的含量一般为
杂菌大小：空气中常见杂菌细胞与孢子大小对照表
| 菌种 | 细胞宽(μm) | 细胞长(μm) | 孢子宽(μm) | 孢子长(μm) |
|---|---|---|---|---|
| 金黄色小球菌 | 0.5~1.0 | — | — | — |
| 产气杆菌 | 1.0~1.5 | 1.0~2.5 | — | — |
| 蜡样芽孢杆菌 | 1.3~2.0 | 8.1~25.8 | — | — |
| 普通变形杆菌 | 0.5~1.0 | 1.0~3.0 | — | — |
| 地衣芽孢杆菌 | 0.5~0.7 | 1.8~3.3 | — | — |
| 枯草芽孢杆菌 | 0.5~1.1 | 1.6~4.8 | 0.5~1.0 | 0.9~1.8 |
| 巨大芽孢杆菌 | 0.9~2.1 | 2.0~10.0 | 0.6~1.2 | 0.9~1.7 |
| 霉状分枝杆菌 | 0.6~1.6 | 1.6~13.6 | 0.8~1.2 | 0.8~1.8 |
二.发酵对空气无菌程度的要求 发酵对无菌空气的要求是：无菌，无灰尘，无杂质，无水，无油，正压等几项指标； 发酵对无菌空气的无菌程度要求是：在工程设计中一般要求1000次使用周期中只允许有一个菌通过.
三、空气除菌的方法（一）辐射杀菌超声波、高能阴极射线、X射线、γ射线、β射线、紫外线理论上都能破坏蛋白质活性而起杀菌作用。但由于具体的杀菌机理不是很清楚，目前应用较广泛的还是紫外线。紫外线波长为253.7~265nm时杀菌效力最强，它的杀菌力与紫外线的强度成正比，与距离的平方成反比。
（二）热灭菌法空气在进入培养系统之前，一般需用空压机以提高压力，所以空气热灭菌时所需温度的提高，可直接利用空气压缩时的温度升高来实现.空气温度与微生物热死灭的时间温度200℃250℃300℃350℃时间15.1 s5.1 s2.1 s1.05 s
（三）静电除菌静电除尘是利用静电引力来吸附带电离子而达到除尘灭菌的目的。悬浮于空气中的微生物、微生物孢子大多数带有不同的电荷，没有电荷的微粒进入高压静电场时则会被电离成带电微粒，但对于一些直径很小的微粒，它所带的电荷很小，当产生的引力等于或小于气流对微粒的拖带力或微粒布朗运动的动量时，微粒就不能被吸附而沉降，所以静电除尘对很小的微粒效率较低。
四. 过滤除菌 介质过滤除菌是使空气通过经高温灭菌的介质过滤层，将空气中的微生物等颗粒阻截在介质层中，而达到除菌的目的。 目前常用的过滤介质有棉花、活性炭、超细玻璃纤维、石棉滤纸、PVA烧结材料过滤介质、烧结金属过滤介质等。
(一)深层过滤原理是依靠气流通过滤层时，基于滤层纤维的层层阻碍，迫使空气在流动过程中出现无数次改变气速大小和方向的绕流运动，从而导致微生物微粒与滤层纤维间产生撞击、拦截、布朗扩散、重力及静电引力等作用，从而把微生物微粒截留、捕集在纤维表面上，实现了过滤。
1.惯性冲击滞留作用机理当微粒随气流以一定的速度垂直向纤维方向运动时，空气受阻即改变运动方向，绕过纤维前进，而微粒由于它的运动惯性较大，未能及时改变运动方向随主导气流前进，于是微粒直冲到纤维的表面，由于磨擦粘附，微粒就滞留在纤维表面上。
２、拦截滞留作用机理当气流速度下降到一定值时，若微粒随气流慢慢靠近纤维时，受纤维所阻改变方向，绕过纤维前进，并在纤维的周边形成一层边界滞留区，滞留区的气流流速更慢，当与纤维表面接触时就被捕集。
３、布朗扩散作用机理直径很小的微粒在很慢的气流中能产生一种不规则的直线运动，称为布朗扩散。
４、重力沉降作用机理 重力沉降是一个稳定的分离作用，当微粒所受的重力大于气流对它的拖带力时，微粒就容易沉降。
５、静电吸附作用机理悬浮在空气中的微粒大多带有不同电荷，这些带电的微粒会受带异性电荷的物体所吸引而沉降。
当空气流过介质时，上述五种除菌机理同时起作用，不过气流速度不同，起主要作用的机理也就不同。当气流速度较大时，除菌效率随空气流速的增加而增加，此时惯性冲击起主要作用；当气流速度较小时，除菌效率随气流速度的增加而降低，此时扩散起主要作用；当气流速度中等时，可能是截留起主要作用。如果空气流速过大，除菌效率又下降，则是由于已被捕集的微粒又被湍动的气流夹带返回到空气中。除菌效率
(二)深层过滤效率1.效率计算 N0——过滤前空气中微粒含量 N——过滤后空气中微粒含量 ——过滤前后空气中含有微粒数的比值，即穿透滤层的微粒数与原有微粒数的比值，称为穿透率。
2.影响深层过滤效率的因素 微粒大小、过滤介质的种类、规格、介质的填充密度、过滤介质层厚度以及所通过的空气气流速度等。
1.减少进口空气的含菌数。 加强生产环境的卫生管理，减少环境空气中的含菌量； 提高空气进口位置，减少空气进口含量； 加强压缩前的空气预过滤。2.设计和安装合理的空气过滤器。3.降低进入总过滤器空气的相对湿度。 采用无油润滑空压机； 加强空气的冷却，去油水； 提高进入总过滤器的空气温度，降低其相对湿度。（四）提高过滤效率的措施
第二节空气过滤除菌流程空气除菌流程分析
1.两级分离、冷却、加热的空气除菌流程
2、冷却空气直接混合式空气除菌流程１——粗过滤器２——压缩机３——贮罐４——冷却器５——丝网分离器６——过滤器
3、高效前置过滤除菌流程
第三节过滤除菌设备结构一.概述：提高压缩前空气的洁净度的主要措施：提高空气吸气口的位置和加强吸入空气的前过滤。
一、空气预处理设备1．粗过滤器 安装在空气压缩机前的粗过滤器，其主要作用：捕集较大的灰尘颗粒，防止压缩机受损，同时也可减轻总过滤器负荷。 粗过滤器一般要求过滤效率高，阻力小，否则会增加空气压缩机的吸入负荷和降低空气压缩机的排气量。 常用的粗过滤器有：布袋过滤、填料式过滤、油浴洗涤和水雾除尘等。
2.设备结构 除尘器
空气压缩机分为离心式空气压缩机和往复式空气压缩机两种。空气除菌中除去水雾油雾的原因：否则：（1）导致传热系数降低，给空气冷却带来困难。（2）如果油雾的冷却分离不干净，带入过滤器会堵塞过滤介质的纤维空隙，增大空气压力损失。（3）黏附在纤维表面，可能成为微生物微粒穿透滤层的途径，降低过滤效率，严重时还会浸润介质而破坏过滤效果。
贮气罐贮气罐的作用：（1）消除脉动维持罐压的稳定。（2）使部分液滴在罐内沉降。（3）保温灭菌。
冷却器
油水分离器
加热器
二级冷却器 其结构同一级冷却器相同，由于季节关系或其它原因对压缩空气的冷却效果达不到工艺要求的情况下，可增设二级冷却器，再次冷却。
通过油水分离器净化过的空气，仍含有粒度较小的杂质及油水雾滴，需在除雾器中进一步除去。除雾器结构较简单，为一个中间夹有填料瓷环的容器，油水雾滴遇到填料瓷环便凝聚下来，最后，可通过油水排出口排出。除雾器
1．纤维状或颗粒介质过滤器孔板→铁丝网→麻布→棉花→麻布→活性炭→麻布→棉花→麻布→铁丝网→孔板。
弹簧压紧装置
绝对过滤薄膜管式过滤器彩色图
思考题1、应如何选择空气过滤除菌流程？2、空气纤维介质深层过滤器结构特点是什么？3、空调：空气增减湿机理？，I-X图，增减湿有哪些方法？4、介质过滤器除菌原理是什么?
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