第三章 空气除菌2012.3
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第三章空气除菌设备
第三章空气除菌设备
特点：采用了高效率的前置过滤设备，使空气经过 多次过滤，因而所得的空气无菌程度比较高。
高效前置过滤器采用泡沫塑料（经典除菌）和超细 纤维纸串联使用做过滤介质。
第三章空气除菌设备
4、空气压缩冷却过滤流程
设备简单，包括压缩机、贮罐、空气冷却器和过滤 器。
适用于气候寒冷、相对湿度很低的地区。
第三章 空气过滤 除菌系统
第三章空气除菌设备
教学目的与要求
掌握空气过滤除菌的方法和机理。 掌握常用的空气过滤器和主要空气过滤系
统的种类、结构和性能。 本章重点、难点——空气相对过滤除菌的
机理。
第三章空气除菌设备
本章内容
第一节 空气除菌的方法及机理 第二节 过滤除菌的流程 第三节 常用空气过滤器及过滤除菌系统
旋 风 分 离 器
第三章空气除菌设备
2、冷却空气直接混合式空气除菌流程
❖ 压缩空气从贮罐出来后分成两部分，一部分进入冷 却器，冷却到较低温度，经分离器分离水、油雾后 与另一部分未处理过的高温压缩空气混合。
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
第三章空气除菌设备
利用压缩后热空气和冷却后的冷空气进行交换，使 冷空气的温度升高，降低相对湿度。
10-空气吸入塔 9-粗过滤器 8-预热器
空气热灭菌流程示意图
1-空气压缩机 2-粗过滤器 3-保温管 4-贮气罐 5-保温罐 6-列管 式冷却器 7-涡轮压缩机 8-预热器 9-粗过滤器 10-空气吸入塔
第三章空气除菌设备
（三）静电除菌
原理：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正电荷。
特点：采用了高效率的前置过滤设备，使空气经过 多次过滤，因而所得的空气无菌程度比较高。
高效前置过滤器采用泡沫塑料（经典除菌）和超细 纤维纸串联使用做过滤介质。
第三章空气除菌设备
4、空气压缩冷却过滤流程
设备简单，包括压缩机、贮罐、空气冷却器和过滤 器。
适用于气候寒冷、相对湿度很低的地区。
第三章 空气过滤 除菌系统
第三章空气除菌设备
教学目的与要求
掌握空气过滤除菌的方法和机理。 掌握常用的空气过滤器和主要空气过滤系
统的种类、结构和性能。 本章重点、难点——空气相对过滤除菌的
机理。
第三章空气除菌设备
本章内容
第一节 空气除菌的方法及机理 第二节 过滤除菌的流程 第三节 常用空气过滤器及过滤除菌系统
旋 风 分 离 器
第三章空气除菌设备
2、冷却空气直接混合式空气除菌流程
❖ 压缩空气从贮罐出来后分成两部分，一部分进入冷 却器，冷却到较低温度，经分离器分离水、油雾后 与另一部分未处理过的高温压缩空气混合。
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
第三章空气除菌设备
利用压缩后热空气和冷却后的冷空气进行交换，使 冷空气的温度升高，降低相对湿度。
10-空气吸入塔 9-粗过滤器 8-预热器
空气热灭菌流程示意图
1-空气压缩机 2-粗过滤器 3-保温管 4-贮气罐 5-保温罐 6-列管 式冷却器 7-涡轮压缩机 8-预热器 9-粗过滤器 10-空气吸入塔
第三章空气除菌设备
（三）静电除菌
原理：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正电荷。
空气杀菌的方法
空气杀菌的方法概述空气杀菌是指利用空气中的物质，如紫外线、氧气、水蒸气等，来杀灭有害微生物的一种方法。
它是一种物理性的消毒方法，无毒、无腐蚀，无残留，安全环保，有效防止空气中的细菌、病毒等有害物质的污染。
一、空气杀菌的原理1. 紫外线杀菌紫外线，是指电磁波中的一种高能电磁波，其能量足以破坏细菌的DNA，使其失去生长和繁殖的能力，从而达到杀菌的目的。
紫外线杀菌的原理是：紫外线照射细菌，使细菌DNA 受到破坏，细菌失去繁殖能力，从而达到杀菌的目的。
2. 氧气杀菌氧气杀菌是利用氧气的氧化作用来杀灭有害微生物的一种方法。
氧气杀菌的原理是：氧气的氧化作用可以使细菌的细胞壁发生变化，从而破坏细菌的结构，使细菌失去繁殖能力，从而达到杀菌的目的。
3. 水蒸气杀菌水蒸气杀菌是利用水蒸气的温度和湿度来杀灭有害微生物的一种方法。
水蒸气杀菌的原理是：高温水蒸气可以使细菌的细胞壁发生变化，从而破坏细菌的结构，使细菌失去繁殖能力，从而达到杀菌的目的。
二、空气杀菌的优点1. 无毒、无腐蚀，无残留，安全环保空气杀菌的优点之一是无毒、无腐蚀，无残留，安全环保。
空气杀菌的原理是利用空气中的物质，如紫外线、氧气、水蒸气等，来杀灭有害微生物，这些物质对人体是无害的，不会产生毒性或腐蚀性，也不会留下残留物，安全环保。
2. 高效杀菌空气杀菌的优点之二是高效杀菌。
空气杀菌是一种物理性的消毒方法，可以有效防止空气中的细菌、病毒等有害物质的污染。
空气杀菌的效果可以达到99.9%以上，可以有效消除空气中的细菌、病毒等有害物质。
三、空气杀菌的应用1. 医疗卫生领域空气杀菌在医疗卫生领域有着广泛的应用。
空气杀菌可以有效防止空气中的细菌、病毒等有害物质的污染，可以有效提高医疗卫生环境的卫生水平，保障患者的健康。
2. 工业领域空气杀菌在工业领域也有着广泛的应用。
空气杀菌可以有效防止空气中的细菌、病毒等有害物质的污染，可以有效提高工业环境的卫生水平，保障工人的健康，防止工业产品的污染。
第三章 空气除菌
发酵用的无菌空气需要达到得标准：
①、连续提供一定流量的压缩空气。VVM一般为0.1～2.0 m3 。 ②、空气的压强(表压)为0.2～0.4 MPa。
③、进入过滤器之前，空气的相对湿度￠≤70％。
④、进入发酵罐的空气温度可比培养温度高10—30℃。 ⑤、压缩空气的洁净度，在设计空气过滤器时，一般取失败概率为 10-3为指标。
第三章 空气过滤除菌
第一节 概 述
空气中常见微生物种类及大小 微生物 产气杆菌 蜡状芽孢杆菌 普通变形杆菌 地衣芽孢杆菌 宽/μm 1.0～1.5 1.3～2.0 0.5～1.0 0.5～0.7 长/μm 1.0～2.5 8.1～25.8 1.0～3.0 1.8～3.3
巨大芽孢杆菌
蕈状芽孢杆菌 枯草芽孢杆菌 金黄色小球菌 酵母菌 病毒 霉状分枝杆菌
列管式换热器的传热系数一般为160W／(m2· ℃)，套管
加热器的传热系数约为90W／(m2· ℃)。
由于压缩空气总管道直径都较大，因此可以把空气 加热器与空气总管道直接连接，安装在架空管架上。 加热器的安装位置应靠近空气总过滤器，其出口管 道应采取保温措施。
例5.5 上海地区7、8月份空气的相对湿度为84％，温度32℃。 空压机出口气压为 0.2 MPa(表压)，总排气量为50m3／ rain(20℃，1 atm)。求: ①、空压机出口处的空气温度相对湿度； ②、若将空气冷却到25℃，问有多少水析出?冷却器的热交 换量为多少? ③、如空气进入旋风分离器的速度为15 m/s，请设计旋风分 离器的直径； ④、若采用标准型丝网，k＝0.107，求丝网除沫器的直径；
热面积：
Q m3 A= KD t m
5-39
如考虑到热损失，选用换热器时，可将换热面积 放大15％～20％。
空气除菌
空气除菌空气除菌一、发酵用无菌空气的质量标准1、空气中的微生物空气中的微生物种类以细菌和细菌芽孢较多，也有酵母，霉菌孢子和病毒。
这些微生物大小不一，一般附着在空气中的灰尘上或雾滴上，空气中微生物的含量一般为103～104个／米3。
灰尘粒子的平均大小约0.6μm左右，所以空气除菌主要是去除空气中的微粒(0.6～1μm ）。
２、无菌空气的要求发酵用的无菌空气要达到以下标准：①连续提供一定流量的压缩空气。
发酵用无菌空气的设计和操作中常以通气比或VVM来计算空气的流量。
VVM的意义是单位时间（min）单位体积（m3）培养基中通入标准状况下空气的体积（m3），一般为0.1～2.0。
②空气的压强为0.2～0.4Mpa。
过低的压强难于克服下游的阻力，过高的压力则是浪费。
③进入过滤器之前，空气的相对湿度∮≤70%。
这是防止空气过滤介质的受潮。
④进入发酵罐的空气温度可比培养温度高10～30℃。
⑤压缩空气的洁净度，在设计空气过滤器时，一般取失败概率为10-3为指标。
也可以把100级作为无菌空气的洁净指标。
100级指每立方米空气中，尘埃粒子数最大允许值≥0.5μm的为3500，≥5μm的为0；微生物最大允许数为5个浮游菌/m3，一个沉降菌/ m3。
二、空气除菌的方法和原理发酵工业应用的“无菌空气”是指通过除菌处理使空气中含菌量降低在一个极低的百分数，从而能控制发酵污染至极小机会。
此种空气称为“无菌空气”。
生产上使用的空气量大，要求处理的空气设备简单，远行可靠，操作方便，现就各种除菌方法简述如下：（一）、热灭菌法空气在进入培养系统之前，一般均需用压缩机压缩，提高压力，空气经压缩后温度能够升到200 ℃以上，保持一定时间后，便可实现干热杀菌。
第三章_空气除菌汇总
工程设计中常以微生物浓度104个／m3作为空气的污 染指标。
发酵用的无菌空气需要达到得标准：
①、连续提供一定流量的压缩空气。VVM一般为0.1～2.0 m3 。 ②、空气的压强(表压)为0.2～0.4 MPa。 ③、进入过滤器之前，空气的相对湿度￠≤70％。 ④、进入发酵罐的空气温度可比培养温度高10—30℃。 ⑤、压缩空气的洁净度，在设计空气过滤器时，一般取失败概率为 10-3为指标。
第三章 空气过滤除菌
第一节 概 述
3. 发酵用无菌空气的质量标准 细菌、酵母菌、霉菌和病毒是空气中的主要微生物，它
们大多附着在空气中的灰尘上。 一般来说，凡是尘埃浓度高的地区，空气中所含微生物
的量也越多。城市市中心空气中的微生物含量也高于农村。 夏季的空气中所含微生物也比冬季多，离地面近的空气中所 含微生物也比离地面高的多。
1.4 介质过滤除菌
1.概念：介质过滤除菌是使空气通过经无菌介质过滤层， 将空气中的微生物等颗粒阻截在介质层中，而达到除菌 目的。
2.介质过滤除菌的分类：根据介质间的孔隙分类。
❖ 常规介质过滤：是介质间孔隙大于微生物直径，故必须有一
定厚度的介质滤层才能达到过滤除菌的目的，称为常规介质 过滤。这类过滤介质有棉花、活性炭、玻璃纤维、有机合成
(3)、空气压缩机 作用：提供动力。 类型：往复式空压机、螺杆式和涡轮式空压机。 空压机的选用应根据空气用量，结合本地实际及空压
机的特点合理选用。 为保证连续供气，一般不提倡单台空压机。
(4)、空气贮罐 作用: 消除压缩空气的脉动. 这对往复式空压机尤为重要。涡轮式或螺杆式空压机，
由于排气是均匀而连续的，则贮罐可省去。 贮罐的H/D=2—2.5，其容积可按下式估算： VR=(0.1～0.2)VA m3
发酵用的无菌空气需要达到得标准：
①、连续提供一定流量的压缩空气。VVM一般为0.1～2.0 m3 。 ②、空气的压强(表压)为0.2～0.4 MPa。 ③、进入过滤器之前，空气的相对湿度￠≤70％。 ④、进入发酵罐的空气温度可比培养温度高10—30℃。 ⑤、压缩空气的洁净度，在设计空气过滤器时，一般取失败概率为 10-3为指标。
第三章 空气过滤除菌
第一节 概 述
3. 发酵用无菌空气的质量标准 细菌、酵母菌、霉菌和病毒是空气中的主要微生物，它
们大多附着在空气中的灰尘上。 一般来说，凡是尘埃浓度高的地区，空气中所含微生物
的量也越多。城市市中心空气中的微生物含量也高于农村。 夏季的空气中所含微生物也比冬季多，离地面近的空气中所 含微生物也比离地面高的多。
1.4 介质过滤除菌
1.概念：介质过滤除菌是使空气通过经无菌介质过滤层， 将空气中的微生物等颗粒阻截在介质层中，而达到除菌 目的。
2.介质过滤除菌的分类：根据介质间的孔隙分类。
❖ 常规介质过滤：是介质间孔隙大于微生物直径，故必须有一
定厚度的介质滤层才能达到过滤除菌的目的，称为常规介质 过滤。这类过滤介质有棉花、活性炭、玻璃纤维、有机合成
(3)、空气压缩机 作用：提供动力。 类型：往复式空压机、螺杆式和涡轮式空压机。 空压机的选用应根据空气用量，结合本地实际及空压
机的特点合理选用。 为保证连续供气，一般不提倡单台空压机。
(4)、空气贮罐 作用: 消除压缩空气的脉动. 这对往复式空压机尤为重要。涡轮式或螺杆式空压机，
由于排气是均匀而连续的，则贮罐可省去。 贮罐的H/D=2—2.5，其容积可按下式估算： VR=(0.1～0.2)VA m3
第三节 空气的除菌流程
三.空气过滤原理与计算
5、静电吸附作用 原理：
悬浮在气流中的颗粒大多带有不同的电荷，在随 气流的运动过程中，这些带电颗粒受到带异性电荷 的介质吸引，而被黏附下来。
单纤维的捕集颗粒的总效率η： η＝η1＋ η2＋ η3
三.空气过滤原理与计算 除菌效果随气速的变化规律
3-5
图3-5揭示了惯性冲击、拦截及布朗扩散三因 素对除菌的综合效果，除菌效果随气速的变化出 现一个最低点.
• 粗过滤器：除去空气中较大的尘埃颗粒 • 冷却：将压缩后的高温空气降温，以免影响过滤性能 • 除油除水：保护空气过滤器，保障过滤性能。
一 空气的预处理过程
（三）压缩过程中温度的变化
在绝热压缩过程中，气体受压缩后的温度与被
压缩的程度有关：
k −1
T2
=
⎛ T1⎜
P2
⎟⎞
k
⎝ P1 ⎠
T1、T2 ：空气受压缩前后的绝对温度，(K)
将90％的微粒过滤除去，只需很薄的滤层。
L90越小，K越大，表示介质的过滤性能越好。在实际生
产中，常用L90代表各种过滤介质的性能。
三.空气过滤原理与计算
空气过滤器的计算：
培养罐内装培养液体积为20m3，通气量为10m3/min，培 养时间为100hr，过滤介质用直径为16µm的玻璃纤维，气 流速度为1.5m/s，已知每m3空气含有200个杂菌，过滤常数 K=0.667cm-1。计算过滤器的尺寸。
进入滤层的微粒数N0与穿透滤层的微粒数N的
比值的对数，是滤层厚度 L的函数。
三.空气过滤原理与计算
K’（K）—— 过滤常数
与纤维种类、直径、填充密度、气流速度有 关，一般选择特定的实验条件，以实验方法求 得。
灭菌与空气净化
第三章 灭菌与空气净化
第三章 灭菌与空气净化
1. 概念 2. 常用的灭菌方法 3. 发酵工业培养基灭菌 4. 空气净化
3.1 概念
灭菌：用物理或化学的方法杀灭或去除 物料或设备中所有微生物的过程。
消毒:用物理或化学的方法杀灭或去除 物料或设备及环境中的病原微生物，不 能杀死芽孢。
3. 2 常用的灭菌方法
空消：将高压蒸气直接通发酵罐灭菌
连续灭菌：又称连消，培养基先灭菌, 后 通入空消的发酵罐
配料罐 连消塔
20s-30s 126-132
维持塔 冷却管 发酵罐
5-7min
40-50
配液设备
（二）培养基灭菌设备
2. 加热设备：在配料罐里培养基被加热到70℃， 然后，用泵送到加热设备，在20秒的时间内继续 加热到130～140℃。常用的加热设备有塔式和喷 射式两种。
手提式压力蒸汽灭菌器灭菌方法： ①在主体内加入适量的蒸馏水，放入待灭菌物； ②将顶盖上的排气管插入内壁的管中，盖盖并拧紧； ③将灭菌器的热源打开，开启排气阀排完空气后关 闭排气阀； ④温度达121℃，维持到规定时间（20min~30min） ⑤需要干燥的物品，打开排气阀，慢慢放气，待压 力恢复到零位后开盖取物。 ⑥液体类物品，待压力恢复到零位，自然冷却到 60℃以下，再开盖取物。
灭菌条件为：160℃------170℃，1 ---1.5 h。 用于灭菌后器具的干燥保存
２. 湿热灭菌
湿热灭菌法：是将待灭菌物品置于加压的饱 和蒸气中进行灭菌的方法。饱和蒸气潜热大， 穿透力强，容易使蛋白质变性或凝固、酶失 活，灭菌效率较干热空气灭菌法高。
适用范围： 用于耐高温、耐高湿的医疗器械和物料的灭菌。
4）盘、盆、碗等器皿类物品，尽量单个包装；包装时 应将盖打开；若必须多个包装在一起时，摞放时，
第三章 灭菌与空气净化
1. 概念 2. 常用的灭菌方法 3. 发酵工业培养基灭菌 4. 空气净化
3.1 概念
灭菌：用物理或化学的方法杀灭或去除 物料或设备中所有微生物的过程。
消毒:用物理或化学的方法杀灭或去除 物料或设备及环境中的病原微生物，不 能杀死芽孢。
3. 2 常用的灭菌方法
空消：将高压蒸气直接通发酵罐灭菌
连续灭菌：又称连消，培养基先灭菌, 后 通入空消的发酵罐
配料罐 连消塔
20s-30s 126-132
维持塔 冷却管 发酵罐
5-7min
40-50
配液设备
（二）培养基灭菌设备
2. 加热设备：在配料罐里培养基被加热到70℃， 然后，用泵送到加热设备，在20秒的时间内继续 加热到130～140℃。常用的加热设备有塔式和喷 射式两种。
手提式压力蒸汽灭菌器灭菌方法： ①在主体内加入适量的蒸馏水，放入待灭菌物； ②将顶盖上的排气管插入内壁的管中，盖盖并拧紧； ③将灭菌器的热源打开，开启排气阀排完空气后关 闭排气阀； ④温度达121℃，维持到规定时间（20min~30min） ⑤需要干燥的物品，打开排气阀，慢慢放气，待压 力恢复到零位后开盖取物。 ⑥液体类物品，待压力恢复到零位，自然冷却到 60℃以下，再开盖取物。
灭菌条件为：160℃------170℃，1 ---1.5 h。 用于灭菌后器具的干燥保存
２. 湿热灭菌
湿热灭菌法：是将待灭菌物品置于加压的饱 和蒸气中进行灭菌的方法。饱和蒸气潜热大， 穿透力强，容易使蛋白质变性或凝固、酶失 活，灭菌效率较干热空气灭菌法高。
适用范围： 用于耐高温、耐高湿的医疗器械和物料的灭菌。
4）盘、盆、碗等器皿类物品，尽量单个包装；包装时 应将盖打开；若必须多个包装在一起时，摞放时，
空气的除菌流程
启空气净化器。
空气净化器的维护与保养
清洁机身
定期用软布擦拭机身，保持清洁 。
检查电源线
定期检查电源线是否破损或老化 ，如有需要更换。
定期除尘
定期清理空气净化器内部灰尘， 保持性能稳定。
遵循制造商的保养建议
遵循制造商提供的保养指南，确 保空气净化器的使用寿命和性能
。
05
室内空气质量改善建议
定期开窗通风
定期开窗通风
开窗通风可以有效地改善 室内空气质量，降低细菌 和病毒的浓度。
最佳通风时间
早晨和傍晚是开窗通风的 最佳时间，此时室外的空 气质量相对较好。
通风方式
建议采用对流方式通风， 即打开窗户的同时也打开 相应的门，让空气形成对 流。
控制室内湿度与温度
控制室内湿度
湿度过高容易滋生细菌和霉菌，建议使用湿度计和除湿机来控制室内湿度。
过滤除菌的优点是简单、安全、可靠， 适用于各种环境和空气质量条件。
过滤除菌的原理是利用不同粒径的颗 粒物在通过滤材时被拦截的原理，通 常采用高效过滤器或活性炭过滤器进 行过滤除菌。
紫外线消毒
紫外线消毒是利用紫外线光波破坏细菌和病毒 等微生物的核酸，使其失去复制能力从而达到 除菌的目的。
紫外线消毒的优点是杀菌效率高、速度快，且 不会对环境造成二次污染。
生物除菌原理
生物过滤除菌
利用某些生物（如细菌、霉菌等）对 空气中的有害物质进行分解和转化， 从而达到净化空气的目的。
生物酶除菌
通过生物酶的催化作用，加速微生物 的代谢过程，使其在生长和繁殖过程 中受到抑制或死亡。
03
空气除菌的流程
过滤除菌
过滤除菌是通过物理方式将空气中的 细菌、病毒等微生物拦截在滤材表面， 从而将其从空气中去除的过程。
空气净化器的维护与保养
清洁机身
定期用软布擦拭机身，保持清洁 。
检查电源线
定期检查电源线是否破损或老化 ，如有需要更换。
定期除尘
定期清理空气净化器内部灰尘， 保持性能稳定。
遵循制造商的保养建议
遵循制造商提供的保养指南，确 保空气净化器的使用寿命和性能
。
05
室内空气质量改善建议
定期开窗通风
定期开窗通风
开窗通风可以有效地改善 室内空气质量，降低细菌 和病毒的浓度。
最佳通风时间
早晨和傍晚是开窗通风的 最佳时间，此时室外的空 气质量相对较好。
通风方式
建议采用对流方式通风， 即打开窗户的同时也打开 相应的门，让空气形成对 流。
控制室内湿度与温度
控制室内湿度
湿度过高容易滋生细菌和霉菌，建议使用湿度计和除湿机来控制室内湿度。
过滤除菌的优点是简单、安全、可靠， 适用于各种环境和空气质量条件。
过滤除菌的原理是利用不同粒径的颗 粒物在通过滤材时被拦截的原理，通 常采用高效过滤器或活性炭过滤器进 行过滤除菌。
紫外线消毒
紫外线消毒是利用紫外线光波破坏细菌和病毒 等微生物的核酸，使其失去复制能力从而达到 除菌的目的。
紫外线消毒的优点是杀菌效率高、速度快，且 不会对环境造成二次污染。
生物除菌原理
生物过滤除菌
利用某些生物（如细菌、霉菌等）对 空气中的有害物质进行分解和转化， 从而达到净化空气的目的。
生物酶除菌
通过生物酶的催化作用，加速微生物 的代谢过程，使其在生长和繁殖过程 中受到抑制或死亡。
03
空气除菌的流程
过滤除菌
过滤除菌是通过物理方式将空气中的 细菌、病毒等微生物拦截在滤材表面， 从而将其从空气中去除的过程。
第三章_空气除菌
纤维及颗粒状介质过滤器 一般都被用作总过滤器。
图5－16 纤维及颗粒介质过滤器
纤维及颗粒状介质过滤器常用的介质：
棉花、玻璃纤维、活性炭等
a．棉花 常用未经脱脂（脱脂棉花易于吸水而பைடு நூலகம்体积变小），
压紧后仍有弹性，纤维长度适中（约2～3cm）的棉花。
棉花纤维直径约为16～20μm，其实密度（或称真密 度）为1520kg/m3，通常的填充密度为130～150kg/m3， 故其填充率为8.5％～10％。 为了使棉花垫填放平整，可先将棉花弹成比筒稍大的 棉垫后再放人器内。
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 -增加培养液水分的蒸发
(6)、气液分离设备
作用：除去空气中的水和油，以保护过滤介质。
一般有两类：
a、利用离心力沉降的旋风分离器；
b、利用惯性拦截的介质分离器。
a．旋风分离器 是利用离心力进行气—固或气—液沉降分离的设备。 它结构简单、阻力小、分离效率高，结构示意见图5—13。
高空取气管
为远离地面几十米的管子。 每升高10米，空气中杂菌降低 一个数量级。因此从高空取气
要比从低空取气有利得多。
(2)、粗过滤器 安装在空压机吸入口前，又称前置过滤器。 作用：拦截空气中较大的灰尘以保护空气压缩机，同时
也起到一定的除菌作用，减轻总过滤器的负担。
粗过滤器应具有阻力小、容尘量大的特点，否则会成 为阻力而影响压缩机吸气。过滤介质可采用泡沫塑料(平板 式)或者无纺布(折叠式)，设计流速为0.1—0.5 m/s。
贮罐的H/D=2—2.5，其容积可按下式估算：
VR=(0.1～0.2)VA m3 VA为空压机每分钟排气量(20oC，1×l05Pa状况下)，m3
3空气除菌
进口空气中 尘埃颗粒
（＞0.3µm） ） （＞
出口空气中 尘埃颗粒
过滤效率
例1 100 000个/L 1 000 /L 例2 100 000个/L 例3 10 000个/L
1 /L 1个/L 10个/L 1个/L
99.999%（ 99.999%（高） 99.99% 99.99%（低） （
过滤效率是随滤层厚度的增加而提高的。 过滤效率是随滤层厚度的增加而提高的。 取滤床厚度中一段微小长度dL，在一定条件下， 取滤床厚度中一段微小长度 ， 在一定条件下， 通过单位厚度介质层后， 通过单位厚度介质层后，空气中微粒数的减少数 dN 与进入此介质层的杂菌量成正比： 与进入此介质层的杂菌量成正比：
（2）拦截滞留作用
当气流速度降低时， 当气流速度降低时，微粒随低速
气流慢慢靠近纤维，随主导气流绕过纤维前进， 气流慢慢靠近纤维，随主导气流绕过纤维前进，并在纤维 周边形成一层边界滞留区，在滞留区内气流速度更慢， 周边形成一层边界滞留区，在滞留区内气流速度更慢，进 入滞留区的微粒缓慢接近纤维并与之接触，由于磨擦、粘 入滞留区的微粒缓慢接近纤维并与之接触，由于磨擦、 附作用而被滞留。 附作用而被滞留。
空气除菌(Sterilization of Air) 第二节 空气除菌
一、通风发酵(Aerobic fermentation)对无菌空 通风发酵 对无菌空 气的要求 1.空气中微生物的分布 空气中含菌量随环境的不同 1.空气中微生物的分布
而有很大的差异。 而有很大的差异。
2.发酵对空气无菌程度的要求 一般按染菌机率为 2.发酵对空气无菌程度的要求
2. 介质过滤效率
对数穿透定律
指被介质层捕集的微粒数与空气中原有颗粒数之比。 过滤效率：指被介质层捕集的微粒数与空气中原有颗粒数之比。
发酵3项目三：空气除菌技术【PPT课件】
深层过滤所用的过滤介质—棉花的纤维直径一般为16~ 20μm，填充系数为8％时，棉花纤维所形成的孔隙为 20~50μm 超细玻璃纤维滤板因纤维直径很小，为1~1.5μm，湿法抄
制紧密度较大，所形成的网格孔隙为0.5~5μm。
惯性冲击作用 拦截作用 布朗扩散作用 重力沉降作用 静电吸附作用
过滤除菌机理
单元知识一 空气过滤除菌方法及除菌机理
无菌空气的概念
发酵工业应用的“无菌空气”是指通过除菌处理使空气中 含菌量降低在一个极低的百分数，从而能控制发酵污染至 极小机会，此种空气称为“无菌空气”。 一般按染菌机率为10-3来计算，即1000次发酵周期所用的 无菌空气只允许1~2次染菌。
压缩空气的压强 空气流量 空气的温度 相对湿度 洁净度
静电吸附作用
干空气对非导体的物质作相对摩擦运动时，会产生静电现象，如 一些合成纤维。悬浮在空气中的微生物大多带有不同的电荷。 有人测定，约有75％的孢子具有l~60负电荷，15％的孢子带有 5~14正电荷，其余10％则为中性，这些带电荷的微粒会被带相反 电荷的介质所吸附。 此外，表面吸附也属这个范畴，如活性炭的大部分过滤效能应是 表面吸附作用。
惯性冲击作用
过滤器中的滤层交错着无数的纤维，好像层层的网格。 带有微生物的空气通过滤层时，无论顺纤维方向流动或是垂 直于纤维方向流动，仅能从纤维的间隙通过。 由于纤维交错所阻挡，使空气要不断改变运动方向和速度才 能通过滤层。
当气流通过滤层时，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，实现了过滤的目的。
利用空气压缩机产生的压缩 热进行空气灭菌的流程。空气 进口温度为21℃，出口温度为 187~198 ℃ ，压力为 0.7MPa。
简述空气除菌的流程以及各步骤作用
简述空气除菌的流程以及各步骤作用下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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空气除菌方法
来的油水。在空气压力为0.2Mpa〔表压〕的情况下，最正确的空气流速应为1~2m ／s，在此操作条件下可以去掉较小的雾滴。 〔6〕空气加热器 空气的相对湿度仍然为100％，温度稍微下降就会析出水来，使介质受潮。因此，还必 须使用加热器来提高空气温度，降低空气的相对湿度(要求在60％以下) 。
5.4 无菌检测及发酵废气废物的平安处理
尘埃最允许数/立方米
≥0.5um
≥5um
3500
0
350,000
2,000
3,500,000
20,000
10,500,000
61,800
微生物最大允许数
浮游菌个/立方米 沉降菌个/皿.30min
5
1
100
3
500
10
NA
15
空气除Байду номын сангаас方法
一、辐射灭菌 α射线、X射线、β射线、γ射线、紫外线、超声波等。 应用较广泛的还是紫外线，它在波长为2265~3287A时杀菌效力
(3)为防止往复压缩机产生脉动，和一般的空气供给一样，流程 中需设置一个或数个贮气罐。
(4)空气过滤器一般采用二台总过滤器(交叉使用)和每个发酵罐 单独配备分过滤器相结合的方法，以到达无菌。
空气过滤除菌的流程
空气过滤除菌一般是把吸气口吸入的空气先进行压缩前过滤，然后进入 空气压缩机。
从空气压缩机出来的空气(一般压力在0.2MPa以上，温度120~160°C)，先 冷却至适当温度(20~25°C)除去油和水，再加热至30~35°C，最后通过总 空气过滤器和分过滤器(有的不用分过滤器)除菌，从而获得洁净度、压力、 温度和流量都符合工艺要求的灭菌空气。
提高压缩前空气的质量
主要措施是提高空气吸气口的位置和加强吸入空气的压缩前过滤。 (1)空气吸气口 提高空气吸气口的高度可以减少吸入空气的微生物含量。吸气口每提高
5.4 无菌检测及发酵废气废物的平安处理
尘埃最允许数/立方米
≥0.5um
≥5um
3500
0
350,000
2,000
3,500,000
20,000
10,500,000
61,800
微生物最大允许数
浮游菌个/立方米 沉降菌个/皿.30min
5
1
100
3
500
10
NA
15
空气除Байду номын сангаас方法
一、辐射灭菌 α射线、X射线、β射线、γ射线、紫外线、超声波等。 应用较广泛的还是紫外线，它在波长为2265~3287A时杀菌效力
(3)为防止往复压缩机产生脉动，和一般的空气供给一样，流程 中需设置一个或数个贮气罐。
(4)空气过滤器一般采用二台总过滤器(交叉使用)和每个发酵罐 单独配备分过滤器相结合的方法，以到达无菌。
空气过滤除菌的流程
空气过滤除菌一般是把吸气口吸入的空气先进行压缩前过滤，然后进入 空气压缩机。
从空气压缩机出来的空气(一般压力在0.2MPa以上，温度120~160°C)，先 冷却至适当温度(20~25°C)除去油和水，再加热至30~35°C，最后通过总 空气过滤器和分过滤器(有的不用分过滤器)除菌，从而获得洁净度、压力、 温度和流量都符合工艺要求的灭菌空气。
提高压缩前空气的质量
主要措施是提高空气吸气口的位置和加强吸入空气的压缩前过滤。 (1)空气吸气口 提高空气吸气口的高度可以减少吸入空气的微生物含量。吸气口每提高
第三章 空气除菌设备
这样，压缩机的耐热性能要提高，零部 件采用耐热材料加工。
3、静电除菌
除尘效果在85%-99%间，空气压头损失 小、设备不大，能耗低。对很小的微粒除 尘效率较低。
工作原理：利用静电引力吸附带电粒子而 达到除菌除尘目的。
装置分电离区和捕集区：
电离区：放电线接上10KV的直流电压，形 成电位梯度很强的不均匀电场。
捕集区：高压电极板上加5KV的直流电压， 形成均匀电场，带正电粒子向负极板移动。
4、过滤除菌
采用定期灭菌的过滤介质来阻截流过空 气所含的微生物，而取得无菌空气。 过滤方法可分为深层过滤和绝对过滤。
深层过滤：过滤介质材料的直径及所形 成的网格大于微粒的直径，过滤机理比较 复杂；所用的介质材料有：棉花、活性炭、 玻璃纤维、有机合成纤维。
绝对过滤：过滤介质材料的直径及网格 小于微粒的直径，将微粒绝对的阻截在介 质上。所用介质有：烧结材料和微孔滤膜。
二 深层过滤除菌机理
微粒随气流通过滤层时，滤层纤维所形 成的网格阻碍气流直线前进，使气流出现 无数次改变运动速度和运动方向，绕过纤 维前进，引起微粒对滤层纤维产生惯性冲 击、阻拦、重力沉降、布朗扩散、静电吸 附等作用而把微粒滞留在纤维表面上。
空气从筒身中部切线进入，水雾油雾从 排污管排出，空气经缓冲层和过滤层后由 顶盖排出。
过滤孔板用顶盖法兰压紧，周边用橡胶 圈密封。
过滤器的直径D=（4V/πVS）0.5 V—空气体积流量（m3/s） VS—空气流速（m/s）
3、管式过滤器： 当设备直径相同时，管式过滤器比平板
式过滤器的过滤面积大得多。
特点：安装、拆卸方便，结构紧凑、占 地面积小。
第二节 过滤除菌流程
一 空气除菌流程的要求
空气除菌流程是根据生产对无菌空气的 要求，当地环境的空气条件，除菌设备的 特性决定的。
3、静电除菌
除尘效果在85%-99%间，空气压头损失 小、设备不大，能耗低。对很小的微粒除 尘效率较低。
工作原理：利用静电引力吸附带电粒子而 达到除菌除尘目的。
装置分电离区和捕集区：
电离区：放电线接上10KV的直流电压，形 成电位梯度很强的不均匀电场。
捕集区：高压电极板上加5KV的直流电压， 形成均匀电场，带正电粒子向负极板移动。
4、过滤除菌
采用定期灭菌的过滤介质来阻截流过空 气所含的微生物，而取得无菌空气。 过滤方法可分为深层过滤和绝对过滤。
深层过滤：过滤介质材料的直径及所形 成的网格大于微粒的直径，过滤机理比较 复杂；所用的介质材料有：棉花、活性炭、 玻璃纤维、有机合成纤维。
绝对过滤：过滤介质材料的直径及网格 小于微粒的直径，将微粒绝对的阻截在介 质上。所用介质有：烧结材料和微孔滤膜。
二 深层过滤除菌机理
微粒随气流通过滤层时，滤层纤维所形 成的网格阻碍气流直线前进，使气流出现 无数次改变运动速度和运动方向，绕过纤 维前进，引起微粒对滤层纤维产生惯性冲 击、阻拦、重力沉降、布朗扩散、静电吸 附等作用而把微粒滞留在纤维表面上。
空气从筒身中部切线进入，水雾油雾从 排污管排出，空气经缓冲层和过滤层后由 顶盖排出。
过滤孔板用顶盖法兰压紧，周边用橡胶 圈密封。
过滤器的直径D=（4V/πVS）0.5 V—空气体积流量（m3/s） VS—空气流速（m/s）
3、管式过滤器： 当设备直径相同时，管式过滤器比平板
式过滤器的过滤面积大得多。
特点：安装、拆卸方便，结构紧凑、占 地面积小。
第二节 过滤除菌流程
一 空气除菌流程的要求
空气除菌流程是根据生产对无菌空气的 要求，当地环境的空气条件，除菌设备的 特性决定的。
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扩散捕获效率(η3)决定于：纤维孔隙和气流速度V
单个纤维的总捕获效率η＝η1+η2+η3
（4）重力沉降作用
小颗粒，只有当气流速度很低时当微粒所受的重力 大于气流对它的拖带力时，微粒就沉降。 空气的介质过滤除菌方面，这一作用小。 （5）静电吸附作用 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 当菌体所带的电荷与介质的电荷相反时，就发生静 电吸引作用。介质过滤除菌方面，这一作用小。
4V Vs
空气过滤器的尺寸计算：
1. 过滤层厚度的计算： L＝－ln（Ns/ N0）/K 2. 过滤器的直径的计算：
D滤层＝
4V Vs
V－空气经过滤器时的体积流量（m3/s，m3/min） vs－空容器截面的空气流速（m/s ，m/min ）
ln（Ns/ N0）＝－K L 式中只要已知Ｋ，就可以知道Ｌ。 Ｋ和纤维捕集效率η 有关系：
过滤常数为K＝ 4 (1 4.5 ) η
d f (1 )
该式为经验公式。ａ：填充率，０<a<1 η越大，Ｋ越大，Ｌ越小；此外要求空
气通过滤层的压降△Ｐ越小越好，因此 把ＫＬ／△P作为综合指标来评价。
计算题
1. 试设计一台通风量为10m3/min 的棉花纤维过滤器， 过滤器使用周期为100h。空气中颗粒数为5000个/m3, 通 过 过 滤 器 无 菌 要 求 为 10-3 。 已 知 大 气 初 始 压 力 1kg/m3 ,温度20°C,要求设计工作压力4kg/m3 ,工作温 度30°C。 请确定介质过滤效率η及滤层厚度L，D
也符合一级反应动力学规律，即： －dN/dL=KN (1) 积分后得： ln（Ns/ N0）＝－K L 也可为： ln P＝－K L
K－过滤常数(cm-1)，与气流速度V,纤维直径df，颗粒 直径dp 和纤维填充密度有关 L－滤层厚度（cm ）
2) 过滤层厚度： L＝－ln（Ns/ N0）/K
三. k值的获得
C. 布朗运动或扩散捕获效率：
3
1 [2(1 2X 0 /df)ln(1 2X 0 /df ) - (1 2X 0 /df) 1/(1 2X 0 /df)] 2(2.00 ln N Re )
其中：2X0/df＝[1.12×2(2-lnRe)DB /V df ]1/3
DB（微粒的扩散率）=CKT/3πμdp C－滑动系数； K－波耳兹曼常数，1.41×10－24kg.m/k； T－绝对温度(k)
器、分离器、加热器、过滤器等
高效过滤器介质为：泡沫塑料（静电除菌）、超细纤维
特点：高效过滤器后，空气无菌度达99.99%，使经
过主过滤器的空气更洁净，无菌度更高
3. 热空气加热冷空气的流程
设备组成：粗过滤器、空气压缩机、热交换器（贮气罐）、
冷却器、析水器、过滤器等 特点：有效利用热能，使冷空气温度升高，湿度降低
– 注：空气流速与过滤效率的关系
3.若上题中，采用df=10μm的玻璃纤维作填充介质，计 算其滤层厚度。 已知微粒直径dp ＝1μm＝1×10－6m，ρp =1000 kg/m3;纤维直径df =10μm＝1×10－5m, 滑动系数 C=1.16,空气空气密度ρ =4.67 kg/m3, 空气黏度 μ=1.863×10－5 kg/m.s.
K（过滤常数）与空气流速v，介质种类、填 充系数、介质直径df 、颗粒直径dp等有关。
1. 实验测定
直径为16μm的棉花纤维，当填充系数α＝8％ 时，空气流速v取以下值时的K值：
空气流速 V(m/s) K(cm-1) 0.05 0.10 0.50 1.0 2.0 3.0
0.44
0.31
0.23
0.45
设备组成：粗过滤器、空气压缩机、贮罐、冷却器、 分离器、加热器、过滤器 特点：两次冷却：使水、油形成雾粒
两级分离：除去水、油雾粒 加热：降低空气湿度，原100％－降至50－60％ 过滤除菌：
大型空气压缩机
空气过滤器
除油、除水过滤器
2. 高效前置过滤除菌流程
设备组成：高效过滤器、空气压缩机、贮罐、冷却
b.有效过滤厚度(高度) 经验：上下棉花的厚度为总滤层厚度的 1/4－1/3,活性炭层占1/3－1/2
五 典型的过滤除菌空气净化流程
空气除菌的要求： 无菌、无尘、无油、无水、有压力
1.两级冷却、两级分离、加热、除菌流程
2.高效前置过滤除菌流程 3.热空气加热冷空气的流程
1.两级冷却、两级分离、加热、除菌流程（较完善流程）
3
其中： A. 惯性碰撞滞留效率η2＝d/df B. 阻拦滞留效率η1 1 η1 ＝ 2(2.00 ln[2(1+ NR)ln(1+ NR)- (1+ NR)+ 1/(1+ NR)] N )
Re
其中：NRe (气流雷诺数)= df Vρ/μ df －纤维直径（m）；V－空气流速(m/s)； ρ－空气密度(kg/m3)；μ－空气黏度(kg/m.s) NR = dp/ df (微粒直径/纤维直径)
解： L＝－ln（Ns/ N0）/K K＝ 4 (1 4.5 ) η
η2 ＝
3
d f (1 )
1 2(2.00 ln N Re )
[2(1+ NR)ln(1+ NR)- (1+ NR)+ 1/(1+ NR)]
1 [2(1 2X 0 /df)ln(1 2X 0 /df ) - (1 2X 0 /df) 1/(1 2X 0 /df)] 2(2.00 ln N Re )
Vs
vs－容器截面的空气流速（m/s,min）
根据气态方程P1V1/T1=P2V2/T2 工作状态下，V2 = m3/min D= 4V
Vs
2.一台空气过滤器的通风量为22.5m3/min, 过滤器使 用周期为100h。空气中颗粒数为1750个/m3,求整个 周期通过过滤器无菌要求为10-3时的过滤器的L厚度。 若通风量为2.25m3/min,过滤1min后空气中的颗粒 数。（介质为df=16μm的玻璃纤维，原空气流速 V=1.52m/s, 变化后V=0.15m/s）
作用：可除去水分、油雾、尘埃、微生物 超净工作台及工作室的预除菌，配合高效过滤 器(high efficiency filter)使用
3. 过滤除菌设备（过滤除菌）
1）深层纤维介质（棉花、活性炭、 玻璃纤维）过滤器： 填充物顺序：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
2.惯性碰撞滞留： 一定质量的颗粒随气流运动，由于 惯性力作用碰撞到纤维，摩擦、 黏附作用被停滞于纤维表面。 微生物等颗粒以一定速度流动； 微生物一定质量 临界气速 vc:气流速度低于此速，惯 性碰撞滞留作用忽略
与纤维直径df，颗粒直径dp，颗粒密度 ρ，气体物理性质有关
V> vc 纤维的捕获效率(η2)随气 流速度增大而增大； V< vc 颗粒惯性小, 惯性碰撞滞 留作用忽略不计。
3.04
5.87
2. 通过计算： 1) L90为η（过滤效率）为90％时的滤层厚度 因为 ln（Ns/ N0）＝ lnP＝ln（1－ η ） ＝－KL
当过滤效率为90％（穿透率为10 % ）时：
K＝ - lnP/L90＝-ln10% /L90＝2.303/ L90
直径16μ m的玻璃纤维的L90值 空气流速（m/s） 0.03 L90（cm） 4.05 0.15 8.50 0.30 1.52 3.05 0.38
第三节 空气过滤器的计算
一. 介质穿透率和过滤效率 穿透率：空气残留的颗粒数与空气中原有颗粒数之比 P= Ns/ N0 N0－空气中原有颗粒数 Ns－空气中残留的颗粒数 过滤效率（除菌效率）： 介质捕获的颗粒数与空气中原有颗粒数之比 η＝(N0-Ns)/ N0 ＝1-P
二. 对数穿透定律 1) 空气过滤时，颗粒数N随滤床厚度L的增加而递减。
解：拟选用棉花滤层df=16μm,气速Vs=0.1m/s，填充系数 α8%。 1.P=Ns/N0=10-3/(5000×10×60×100) =3.33×10-12 η=1-P=1-3.33×10-12 2. 表查得K=0.31cm-1, L＝－ln（Ns/ N0）/K 3. D= 4V V－空气经过滤器时的体积流量（m3/s,min）
2) 平板式纤维纸过滤 器 （flat fiber paper filter）：
结构： 筒身、顶盖、 滤层、夹板、 缓冲层
重要：空气过滤器的尺寸 a.过滤器的直径D（决定了过滤面积） 过滤器的直径D＝ (4V/πvs )1/2
V－空气经过滤器时的体积流量（m3/s） vs－空容器截面的空气流速（m/s） （一般取0.1－0.3 m/s）
四 空气除菌设备
1.空气加热杀菌设备组成(热杀菌)
空气压缩机 保温维持管 空气储罐 空气冷却器
气体多变压缩公式： T2/T1 =（ P2/P1 ） （k-1/k） T2，T1 压缩前后的热力学温度； P2，P1 压缩前后的绝对压力， P2/P1压缩比 K 多变指数，取1.3
2. 静电除菌除尘设备：静电除尘器（static dust catcher）
第三章
空气除菌
一 空气除菌的意义： 发酵要求纯种培养 空气中大量杂菌：103 - 104个/m3
空气微生物的分布： 干燥寒冷北方 < 温暖湿润南方， 高空 < 低空，农村 <工业城市
微生物种类： 以细菌和细菌芽孢较多,也有酵母、霉菌和 病毒等
二 好气性发酵对空气无菌度的要求
工业设计要求: 10-3 概率意义: 经过1000次使用周期中有允许 一个杂菌通过
11.70 1.53
1 2(2.00 ln N Re )
2) 当无实验数据可查，可依据此：
过滤常数为K＝
单个纤维的总捕获效率η＝η1+η2+η3
（4）重力沉降作用
小颗粒，只有当气流速度很低时当微粒所受的重力 大于气流对它的拖带力时，微粒就沉降。 空气的介质过滤除菌方面，这一作用小。 （5）静电吸附作用 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 当菌体所带的电荷与介质的电荷相反时，就发生静 电吸引作用。介质过滤除菌方面，这一作用小。
4V Vs
空气过滤器的尺寸计算：
1. 过滤层厚度的计算： L＝－ln（Ns/ N0）/K 2. 过滤器的直径的计算：
D滤层＝
4V Vs
V－空气经过滤器时的体积流量（m3/s，m3/min） vs－空容器截面的空气流速（m/s ，m/min ）
ln（Ns/ N0）＝－K L 式中只要已知Ｋ，就可以知道Ｌ。 Ｋ和纤维捕集效率η 有关系：
过滤常数为K＝ 4 (1 4.5 ) η
d f (1 )
该式为经验公式。ａ：填充率，０<a<1 η越大，Ｋ越大，Ｌ越小；此外要求空
气通过滤层的压降△Ｐ越小越好，因此 把ＫＬ／△P作为综合指标来评价。
计算题
1. 试设计一台通风量为10m3/min 的棉花纤维过滤器， 过滤器使用周期为100h。空气中颗粒数为5000个/m3, 通 过 过 滤 器 无 菌 要 求 为 10-3 。 已 知 大 气 初 始 压 力 1kg/m3 ,温度20°C,要求设计工作压力4kg/m3 ,工作温 度30°C。 请确定介质过滤效率η及滤层厚度L，D
也符合一级反应动力学规律，即： －dN/dL=KN (1) 积分后得： ln（Ns/ N0）＝－K L 也可为： ln P＝－K L
K－过滤常数(cm-1)，与气流速度V,纤维直径df，颗粒 直径dp 和纤维填充密度有关 L－滤层厚度（cm ）
2) 过滤层厚度： L＝－ln（Ns/ N0）/K
三. k值的获得
C. 布朗运动或扩散捕获效率：
3
1 [2(1 2X 0 /df)ln(1 2X 0 /df ) - (1 2X 0 /df) 1/(1 2X 0 /df)] 2(2.00 ln N Re )
其中：2X0/df＝[1.12×2(2-lnRe)DB /V df ]1/3
DB（微粒的扩散率）=CKT/3πμdp C－滑动系数； K－波耳兹曼常数，1.41×10－24kg.m/k； T－绝对温度(k)
器、分离器、加热器、过滤器等
高效过滤器介质为：泡沫塑料（静电除菌）、超细纤维
特点：高效过滤器后，空气无菌度达99.99%，使经
过主过滤器的空气更洁净，无菌度更高
3. 热空气加热冷空气的流程
设备组成：粗过滤器、空气压缩机、热交换器（贮气罐）、
冷却器、析水器、过滤器等 特点：有效利用热能，使冷空气温度升高，湿度降低
– 注：空气流速与过滤效率的关系
3.若上题中，采用df=10μm的玻璃纤维作填充介质，计 算其滤层厚度。 已知微粒直径dp ＝1μm＝1×10－6m，ρp =1000 kg/m3;纤维直径df =10μm＝1×10－5m, 滑动系数 C=1.16,空气空气密度ρ =4.67 kg/m3, 空气黏度 μ=1.863×10－5 kg/m.s.
K（过滤常数）与空气流速v，介质种类、填 充系数、介质直径df 、颗粒直径dp等有关。
1. 实验测定
直径为16μm的棉花纤维，当填充系数α＝8％ 时，空气流速v取以下值时的K值：
空气流速 V(m/s) K(cm-1) 0.05 0.10 0.50 1.0 2.0 3.0
0.44
0.31
0.23
0.45
设备组成：粗过滤器、空气压缩机、贮罐、冷却器、 分离器、加热器、过滤器 特点：两次冷却：使水、油形成雾粒
两级分离：除去水、油雾粒 加热：降低空气湿度，原100％－降至50－60％ 过滤除菌：
大型空气压缩机
空气过滤器
除油、除水过滤器
2. 高效前置过滤除菌流程
设备组成：高效过滤器、空气压缩机、贮罐、冷却
b.有效过滤厚度(高度) 经验：上下棉花的厚度为总滤层厚度的 1/4－1/3,活性炭层占1/3－1/2
五 典型的过滤除菌空气净化流程
空气除菌的要求： 无菌、无尘、无油、无水、有压力
1.两级冷却、两级分离、加热、除菌流程
2.高效前置过滤除菌流程 3.热空气加热冷空气的流程
1.两级冷却、两级分离、加热、除菌流程（较完善流程）
3
其中： A. 惯性碰撞滞留效率η2＝d/df B. 阻拦滞留效率η1 1 η1 ＝ 2(2.00 ln[2(1+ NR)ln(1+ NR)- (1+ NR)+ 1/(1+ NR)] N )
Re
其中：NRe (气流雷诺数)= df Vρ/μ df －纤维直径（m）；V－空气流速(m/s)； ρ－空气密度(kg/m3)；μ－空气黏度(kg/m.s) NR = dp/ df (微粒直径/纤维直径)
解： L＝－ln（Ns/ N0）/K K＝ 4 (1 4.5 ) η
η2 ＝
3
d f (1 )
1 2(2.00 ln N Re )
[2(1+ NR)ln(1+ NR)- (1+ NR)+ 1/(1+ NR)]
1 [2(1 2X 0 /df)ln(1 2X 0 /df ) - (1 2X 0 /df) 1/(1 2X 0 /df)] 2(2.00 ln N Re )
Vs
vs－容器截面的空气流速（m/s,min）
根据气态方程P1V1/T1=P2V2/T2 工作状态下，V2 = m3/min D= 4V
Vs
2.一台空气过滤器的通风量为22.5m3/min, 过滤器使 用周期为100h。空气中颗粒数为1750个/m3,求整个 周期通过过滤器无菌要求为10-3时的过滤器的L厚度。 若通风量为2.25m3/min,过滤1min后空气中的颗粒 数。（介质为df=16μm的玻璃纤维，原空气流速 V=1.52m/s, 变化后V=0.15m/s）
作用：可除去水分、油雾、尘埃、微生物 超净工作台及工作室的预除菌，配合高效过滤 器(high efficiency filter)使用
3. 过滤除菌设备（过滤除菌）
1）深层纤维介质（棉花、活性炭、 玻璃纤维）过滤器： 填充物顺序：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
2.惯性碰撞滞留： 一定质量的颗粒随气流运动，由于 惯性力作用碰撞到纤维，摩擦、 黏附作用被停滞于纤维表面。 微生物等颗粒以一定速度流动； 微生物一定质量 临界气速 vc:气流速度低于此速，惯 性碰撞滞留作用忽略
与纤维直径df，颗粒直径dp，颗粒密度 ρ，气体物理性质有关
V> vc 纤维的捕获效率(η2)随气 流速度增大而增大； V< vc 颗粒惯性小, 惯性碰撞滞 留作用忽略不计。
3.04
5.87
2. 通过计算： 1) L90为η（过滤效率）为90％时的滤层厚度 因为 ln（Ns/ N0）＝ lnP＝ln（1－ η ） ＝－KL
当过滤效率为90％（穿透率为10 % ）时：
K＝ - lnP/L90＝-ln10% /L90＝2.303/ L90
直径16μ m的玻璃纤维的L90值 空气流速（m/s） 0.03 L90（cm） 4.05 0.15 8.50 0.30 1.52 3.05 0.38
第三节 空气过滤器的计算
一. 介质穿透率和过滤效率 穿透率：空气残留的颗粒数与空气中原有颗粒数之比 P= Ns/ N0 N0－空气中原有颗粒数 Ns－空气中残留的颗粒数 过滤效率（除菌效率）： 介质捕获的颗粒数与空气中原有颗粒数之比 η＝(N0-Ns)/ N0 ＝1-P
二. 对数穿透定律 1) 空气过滤时，颗粒数N随滤床厚度L的增加而递减。
解：拟选用棉花滤层df=16μm,气速Vs=0.1m/s，填充系数 α8%。 1.P=Ns/N0=10-3/(5000×10×60×100) =3.33×10-12 η=1-P=1-3.33×10-12 2. 表查得K=0.31cm-1, L＝－ln（Ns/ N0）/K 3. D= 4V V－空气经过滤器时的体积流量（m3/s,min）
2) 平板式纤维纸过滤 器 （flat fiber paper filter）：
结构： 筒身、顶盖、 滤层、夹板、 缓冲层
重要：空气过滤器的尺寸 a.过滤器的直径D（决定了过滤面积） 过滤器的直径D＝ (4V/πvs )1/2
V－空气经过滤器时的体积流量（m3/s） vs－空容器截面的空气流速（m/s） （一般取0.1－0.3 m/s）
四 空气除菌设备
1.空气加热杀菌设备组成(热杀菌)
空气压缩机 保温维持管 空气储罐 空气冷却器
气体多变压缩公式： T2/T1 =（ P2/P1 ） （k-1/k） T2，T1 压缩前后的热力学温度； P2，P1 压缩前后的绝对压力， P2/P1压缩比 K 多变指数，取1.3
2. 静电除菌除尘设备：静电除尘器（static dust catcher）
第三章
空气除菌
一 空气除菌的意义： 发酵要求纯种培养 空气中大量杂菌：103 - 104个/m3
空气微生物的分布： 干燥寒冷北方 < 温暖湿润南方， 高空 < 低空，农村 <工业城市
微生物种类： 以细菌和细菌芽孢较多,也有酵母、霉菌和 病毒等
二 好气性发酵对空气无菌度的要求
工业设计要求: 10-3 概率意义: 经过1000次使用周期中有允许 一个杂菌通过
11.70 1.53
1 2(2.00 ln N Re )
2) 当无实验数据可查，可依据此：
过滤常数为K＝