【精品课件】发酵工程第四章无菌空气的制备
合集下载
发酵工程 第四章 无菌空气的制备精讲
旋风分离器
利用气流从切线方向 进入容器，在容器内形 成旋转运动时产生的离 心力场来分离重度较大 的微粒。
丝网分离器
利用填料的惯性拦截
三、空气过滤除菌工艺流程
两级冷却、加热除菌流程 冷热空气直接混合式空气除菌流程 高效前置过滤空气除菌流程 将空气冷却至露点以上的流程 利用热空气加热冷空气的流程 一次冷却和析水的空气过滤流程
4）超细玻璃纤维丝：利用高质量的无碱玻璃采用喷 制法制成的 1 – 1.5 m的细丝；
二、空气过滤除菌的介质
5）纸类过滤介质：玻璃纤维纸，多层使用 ； 6）微孔滤膜类过滤介质：直径小于0.5 m，甚至小 于0.1 m，能将空气中的细菌真正滤去，也是绝对 过滤。
常见过滤介质
三、介质过滤效率
常数K值与气流速度、纤维直径、介质填充密度 以及空气中颗粒大小等有关。K值可通过实验测得， 也可通过计算求得。
若令Ns=0，则 L = ∞，事实上也不可能；一般取 Ns = 0.001
过滤效率随滤层厚度的增加而增加。
四、影响过滤除菌效果的因素
在其他条件相同时，介质纤维直径越小， 1. 纤维直径 形成的网格越细密、层数越多，过滤效
一般设计时以含量为103~104个／m3进行计算。 空气中尘埃数（x/m3）与细菌数（y/m3）的关系：
y=0.003x-2.6
二、空气除菌的方法和要求
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。
无菌空气的标准一般是99.99% 热灭菌法
15.1 s 5.1 s 2.1 s 1.05 s
2. 辐射灭菌法
α射线、X射线、β射线、γ射线、紫外线、超声 波照射
第四章 发酵培养基的灭菌与无菌空气的制备
杂菌大量繁殖，改变了反应介质的pH，使生物反应发
生异常变化。
杂菌分解代谢产物，导致生产失败。
菌体污染，导致细胞破裂，使生产失败等。
2、消毒与灭菌
消毒：采用物理或化学方法杀死容器、器具内外、
车间、厂区等环境中的病原微生物，但一般只能杀死 营养细胞而不能杀死细菌的芽孢。
灭菌：采用物理或化学方法杀死或除去物料、空气、
（5）其他注意事项
在配制培养基时，为避免发生沉淀，一般应按配方逐
一加入各种成分。
另外，加入0.01％EDTA或0.01％NTA（氮川三乙酸）等
螯合剂到培养基中，可防止金属离子发生沉淀。
最后，还可以用气体灭菌剂如氧化乙烯等对个别成分
进行灭菌处理。
三、灭菌设备
1、高压蒸汽灭菌设备（灭菌锅）：
（3）连续灭菌
将配制好的培养基向发酵罐输送的同时加热、保温和
冷却。
连续灭菌时，培养基能在短时间内加热到保温温度，
并能很快冷却，有利于减少营养物质的破坏。
液体培养基的连续灭菌一般在由配料罐、泵、连消塔、
维持罐和喷淋冷却器的连消设备中进行。
培养基连消工艺流程图
喷嘴式连消塔 喷射加热器
N 0 40 106 2 107 8 1014 (个) N S 0.001(个） k 0.25( s 1 ) 1 N0 t ln 2.7(min) k NS
3、影响培养基灭菌时间的因素（选择杀菌方式）
（1）pH值的影响
pH值对微生物的耐热性影响很大，pH为6.0-8.0时微生 物最不易死亡， pH <6.0时氢离子易渗入微生物的细 胞内。
（1）热杀菌作用的种类
高温致死原理：使微生物的蛋白质和核酸等重要生物
生异常变化。
杂菌分解代谢产物，导致生产失败。
菌体污染，导致细胞破裂，使生产失败等。
2、消毒与灭菌
消毒：采用物理或化学方法杀死容器、器具内外、
车间、厂区等环境中的病原微生物，但一般只能杀死 营养细胞而不能杀死细菌的芽孢。
灭菌：采用物理或化学方法杀死或除去物料、空气、
（5）其他注意事项
在配制培养基时，为避免发生沉淀，一般应按配方逐
一加入各种成分。
另外，加入0.01％EDTA或0.01％NTA（氮川三乙酸）等
螯合剂到培养基中，可防止金属离子发生沉淀。
最后，还可以用气体灭菌剂如氧化乙烯等对个别成分
进行灭菌处理。
三、灭菌设备
1、高压蒸汽灭菌设备（灭菌锅）：
（3）连续灭菌
将配制好的培养基向发酵罐输送的同时加热、保温和
冷却。
连续灭菌时，培养基能在短时间内加热到保温温度，
并能很快冷却，有利于减少营养物质的破坏。
液体培养基的连续灭菌一般在由配料罐、泵、连消塔、
维持罐和喷淋冷却器的连消设备中进行。
培养基连消工艺流程图
喷嘴式连消塔 喷射加热器
N 0 40 106 2 107 8 1014 (个) N S 0.001(个） k 0.25( s 1 ) 1 N0 t ln 2.7(min) k NS
3、影响培养基灭菌时间的因素（选择杀菌方式）
（1）pH值的影响
pH值对微生物的耐热性影响很大，pH为6.0-8.0时微生 物最不易死亡， pH <6.0时氢离子易渗入微生物的细 胞内。
（1）热杀菌作用的种类
高温致死原理：使微生物的蛋白质和核酸等重要生物
4第四章无菌空气的制备
4.介质过滤除菌法 • 过滤除菌法是让含菌空气通过过滤介质， 以阻截空气中所含微生物，而取得无菌空 气的方法。 • 通过过滤除菌处理的空气可达到无菌，并 有足够的压力和适宜的温度以供好氧培养 过程之用。 • 该法广泛应用，是获得大量无菌空气的常 规方法，在生产中使用最多。
第二节 空气的深层过滤除菌原理和介质
1.提高压缩前空气的洁净度
（1）提高空气吸气口的位置
（2）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。
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。
前置过滤器
• 通常采用布袋过滤器、填料过滤器等
• 特点：两次冷却、两次分离、适当加热。 • 优点：能提高传热系数，节约冷却用水， 油水分离得比较完全。 • 尤其适用于潮湿地区，其他地区可根据当 地的情况，对流程中的设备作适当的增减。
2. 冷热空气直接混合式空气除菌流程
压缩空气从储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 与另一部分未处理的高温压缩空气混合，此时混合 空气已达到温度为30-35℃，相对湿度为50-60％的要 求，再进入过滤器过滤。
1－粗过滤器；2－空气压缩机；3：贮罐；4，6－ 冷却器；5－旋风分离器；7－丝网分离器；8－加 热器；9－空气过滤器
• 经第一冷却器冷却后，大部分的水、油都已结成 较大的雾粒(>20μm)，且雾粒浓度较大，故适宜用 旋风分离器分离。 • 第二冷却器使空气进一步冷却后析出较小雾粒 (>1μ m)，宜采用丝网分离器分离，这样发挥丝网 能够分离较小直径的雾粒和分离效率高的作用。 • 通常，第一级冷却到30-35℃，第二级冷却到2025℃。 • 除水后，空气的相对湿度仍是100％，须用丝网分 离器后的加热器将空气中的相对湿度降低至50-60 ％，以保证过滤器的正常运行。
04§4无菌空气的制备
第四章无菌空气的制备本章重点、难点重点：无菌空气的质量标准、空气过滤除菌机理及流程、对数穿透定律难点：空气过滤除菌机理、对数穿透定律、提高过滤除菌效率的措施授课提纲好氧微生物培养都需要氧气，通常以空气作为氧源。
发酵用的无菌空气就是将自然界的空气经过压缩、冷却、减湿、过滤等过程达到以下标准。
c连续提供一定流量的压缩空气。
发酵用无菌空气的VVM一般为0.1~2.0。
d空气的压强（表压）为0.2~0.4MPa。
过低的压强难于克服下游的阻力，过高的压强则是浪费。
e进入过滤器之前，空气的相对湿度Φ≤70%。
这是为防治空气过滤介质的受潮。
f进入发酵罐的空气温度可比培养基温度高10~30℃。
对发酵而言，空气的温度越低越好，但太低的空气温度是以冷却能耗为代价的。
g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。
第一节空气中的微生物和除菌方法一、空气中的微生物种类及分布1.空气的含义：2.空气中微生物数量与环境的关系：二、空气除菌的方法1.热灭菌法：含义、2.辐射灭菌：含义、使用范围3.静电除菌：原理、4.介质过滤除菌法：含义，最常用、最经济的方法第二节空气的过滤除菌原理和过滤介质（课后阅读）一、空气过滤除菌的原理二、空气过滤除菌的介质 三、介质过滤效率-对数穿透定律 介质过滤效率：PN NN N N −=−=−=1112121η第三节空气过滤除菌的工艺技术空气过滤除菌是采用定期灭菌的介质来阻截流过的空气中所含微生物而制得无菌压缩空气。
其流程一般包括：从高位吸风塔将吸入的空气经粗过滤后进入空气压缩机，空压机压缩后的热空气温度很高，必须进行冷却析水和再加热处理，才能通过空气过滤器除菌，得到合乎要求的无菌空气。
1. 流程图： p98，图4-4~92. 相关计算：（余74）1) 空气经压缩后，温度会显著上升，压缩比越高温度也越高，kk p p T T 11212(−=要将压缩后的热空气降温后才能使用。
发酵工程 第4章 无菌空气的制备
惯性冲击作用与气流流速成正比
空气流速大时，惯性冲击就起主导作用。
3、拦截滞留作用
气流速度降到临界速度以下，微粒不能因惯性 碰撞而滞留于纤维上，捕集效率下降。
乙烯醇、聚四氟乙烯等为介质
一、过滤除菌的原理
常见的悬浮于空气中的微生物直径在0.5-2微米 之间，深层过滤所用的过滤介质-棉花的纤维直 径约为20微米，棉花纤维所形成网格的孔隙为 20-50微米。
微粒随气流通过滤层时，滤层纤维所形成的网 格阻碍气流前进，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，这些改变引 起微粒以对滤层纤维产生布朗扩散、惯性冲击、 拦截、重力沉降、静电吸引等作用大多带有不同 的电荷，没有带电荷的微粒在进入高压静电场时都 会被电离变成带电微粒。
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 微粒布朗扩散运动的动量时，则微粒就不能被吸附 而沉降所以静电除菌对很小的微粒效率很低。
一般只能作为初步除菌。
本节小结
空气除菌即除去或杀灭空气中的微生物。
灭菌方法： 1、介质过滤除菌法 2、加热灭菌 3、静电除菌 4、辐射灭菌等
第2节 空气的过滤除菌原理和过滤介质
过滤除菌是发酵工业中广泛使用的空气除菌法。
按除菌的机制不同分为： 绝对过滤和深层介质过滤
绝对过滤：
采用很细小的纤维介质制成，介质空隙小于0.5μm， 多限于实验室使用。
第一篇 工业微生物和发酵工业原料
Why？
第四章 无菌空气的制备How？
第一节 空气中的微生物和除菌方法
第二节 空气的过滤除菌原理和过滤介质
第三节 空气过滤除菌的工艺技术
第1节 空气中的微生物和除菌方法
发酵工业生产菌株大多数为好氧菌。 工业生产上均采用空气作为氧气来源。 然而，空气中有各种各样的微生物，为保
空气流速大时，惯性冲击就起主导作用。
3、拦截滞留作用
气流速度降到临界速度以下，微粒不能因惯性 碰撞而滞留于纤维上，捕集效率下降。
乙烯醇、聚四氟乙烯等为介质
一、过滤除菌的原理
常见的悬浮于空气中的微生物直径在0.5-2微米 之间，深层过滤所用的过滤介质-棉花的纤维直 径约为20微米，棉花纤维所形成网格的孔隙为 20-50微米。
微粒随气流通过滤层时，滤层纤维所形成的网 格阻碍气流前进，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，这些改变引 起微粒以对滤层纤维产生布朗扩散、惯性冲击、 拦截、重力沉降、静电吸引等作用大多带有不同 的电荷，没有带电荷的微粒在进入高压静电场时都 会被电离变成带电微粒。
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 微粒布朗扩散运动的动量时，则微粒就不能被吸附 而沉降所以静电除菌对很小的微粒效率很低。
一般只能作为初步除菌。
本节小结
空气除菌即除去或杀灭空气中的微生物。
灭菌方法： 1、介质过滤除菌法 2、加热灭菌 3、静电除菌 4、辐射灭菌等
第2节 空气的过滤除菌原理和过滤介质
过滤除菌是发酵工业中广泛使用的空气除菌法。
按除菌的机制不同分为： 绝对过滤和深层介质过滤
绝对过滤：
采用很细小的纤维介质制成，介质空隙小于0.5μm， 多限于实验室使用。
第一篇 工业微生物和发酵工业原料
Why？
第四章 无菌空气的制备How？
第一节 空气中的微生物和除菌方法
第二节 空气的过滤除菌原理和过滤介质
第三节 空气过滤除菌的工艺技术
第1节 空气中的微生物和除菌方法
发酵工业生产菌株大多数为好氧菌。 工业生产上均采用空气作为氧气来源。 然而，空气中有各种各样的微生物，为保
发酵工程 第4章 无菌空气的制备
每周杀菌一次可使用一年。
是一种新型的值得开发的空气除菌介质
2、新型过滤介质
2. 皱褶过滤膜介质
近年来，国外开发的聚四氟乙烯（PTFE）材料 为滤芯的子弹状的膜过滤器。
过滤层是由PTFE膜皱褶组成 体积小，阻力小，过滤面积大，过滤器易于拆装，
膜易更换。 除聚四氟乙烯外，常用的滤膜还有醋酸纤维酯类、
?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和运动速度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黏附微粒就滞留在纤维表面这称为惯性冲击滞留作用
第一篇 工业微生物和发酵工业原料
Why？
第四章 无菌空气的制备How？
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
介质过滤法 较好，较为
的微生物等颗粒阻截在介质层中， 常用
而取得无菌空气的方法。
目前常用的过滤介质有棉花、活 按过滤器可
性炭、玻璃纤维、石棉滤纸、 分为填充床
PVA烧结材料过滤介质、烧结金 属过滤介质等。
过滤器和膜 过滤器。
2、加热灭菌
空气压缩机在活塞高速运行和空气的压缩过 程中会产生大量的热，被压缩出来的空气温 度可为187~198oC。 从压缩机出口到空气贮罐之间加一段保温管 道，保持15 min可达到灭菌目的。 缺点： 空压机出口要保持高温，压力相应的要提高， 消耗的动力要增加，同时压缩机的耐热性要 增加，其零部件要选用耐热材料。
本节小结
空气除菌即除去或杀灭空气中的微生物。
灭菌方法： 1、介质过滤除菌法 2、加热灭菌 3、静电除菌 4、辐射灭菌等
第2节 空气的过滤除菌原理和过滤介质
过滤除菌是发酵工业中广泛使用的空气除菌法。
是一种新型的值得开发的空气除菌介质
2、新型过滤介质
2. 皱褶过滤膜介质
近年来，国外开发的聚四氟乙烯（PTFE）材料 为滤芯的子弹状的膜过滤器。
过滤层是由PTFE膜皱褶组成 体积小，阻力小，过滤面积大，过滤器易于拆装，
膜易更换。 除聚四氟乙烯外，常用的滤膜还有醋酸纤维酯类、
?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和运动速度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黏附微粒就滞留在纤维表面这称为惯性冲击滞留作用
第一篇 工业微生物和发酵工业原料
Why？
第四章 无菌空气的制备How？
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
介质过滤法 较好，较为
的微生物等颗粒阻截在介质层中， 常用
而取得无菌空气的方法。
目前常用的过滤介质有棉花、活 按过滤器可
性炭、玻璃纤维、石棉滤纸、 分为填充床
PVA烧结材料过滤介质、烧结金 属过滤介质等。
过滤器和膜 过滤器。
2、加热灭菌
空气压缩机在活塞高速运行和空气的压缩过 程中会产生大量的热，被压缩出来的空气温 度可为187~198oC。 从压缩机出口到空气贮罐之间加一段保温管 道，保持15 min可达到灭菌目的。 缺点： 空压机出口要保持高温，压力相应的要提高， 消耗的动力要增加，同时压缩机的耐热性要 增加，其零部件要选用耐热材料。
本节小结
空气除菌即除去或杀灭空气中的微生物。
灭菌方法： 1、介质过滤除菌法 2、加热灭菌 3、静电除菌 4、辐射灭菌等
第2节 空气的过滤除菌原理和过滤介质
过滤除菌是发酵工业中广泛使用的空气除菌法。
发酵工艺 第4章 无菌空气制备
（2）、冷热空气混合加热的空气除菌流程
此流程适用于中等湿含量的地区。 特点是：省去一级冷却和分离设备及空气加热设 备，流程简化，使冷却水用量少。 压缩空气分两路，一部分进冷却器，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，使混合后的空气温度为30～35℃，相对 湿度为50～60%。
2、发酵对无菌空气的要求
不同微生物，不同发酵过程对无菌空气要求不同： 菌种繁殖快，发酵周期短，要求低； 培养基起始pH低或发酵产酸，要求低； 培养基营养差，要求低； 代谢产物为抗生素或杀菌剂，发酵后期要求低； 染菌率一般按10-3计，即发酵1000批次，允许
污染1~2个杂菌。
抗生素发酵厂染菌情况统计
（３）、布朗扩散作用机理：
（４）、重力沉降作用机理 ：
（５）、静电吸附作用机理以及表面吸附作用机理 ：
2、深层过滤效率和过滤器计算
第三章 空气净化除菌与空气调节
§1 空气除菌方法及流程 一、通风发酵对无菌空气的要求
1、空气中M的分布： 空气中以细菌和细菌芽胞 较多，也有酵母，霉菌和病毒。
微生物大小不一，一般附着在空气中的灰尘或 雾滴上，空气中M含量一般为103~104个／m3。
含量和种类，随地区,季节和空气中灰尘粒子多少及人们 的活动情况而异,北方干燥，寒冷含菌量较少，离地面高， 含菌量越少；一般每升高10m，空气中的含菌量就降低 一个数量级；城市含菌量较多，农村则较少，一般城市 空气中杂菌数为3000~8000个／m３。
例某除菌流程，空气压力为4atm（表压），要求空 气加热到35℃时，相对湿度φ=60%，问第二级冷却器
应至少把空气冷却到多少度？（假设冷却后的空气中不含水雾）
解：查表35℃时空气中的饱和水蒸汽分压=5619Pa，加热
发酵工程-第四章-无菌空气的制备PPT课件
2021/7/22
12
2. 拦截滞留作用
微生物等颗粒随空气以一定速度流动，在接近 纤维时：
气流：速度在临界速度以下，颗粒不再由于惯 性碰撞而滞留。
颗粒：粒径小，质量轻，气流绕过纤维时仍随
气流运动，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，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
2021/7/22
9
第二节 空气的过滤除菌原理和过滤介质
一、空气过滤除菌的原理 二、空气过滤除菌的介质 三、介质过滤的效率 四、影响过滤除菌效果的因素 五、提高过滤除菌效率的措施
2021/7/22
10
一、空气过滤除菌的原理
绝对过滤/相对过滤 介质过滤：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 一种滞留现象（相对过滤）。 这种滞留现象是由多种作用机制构成的，主要有 惯性碰撞、阻截、布朗运动、重力沉降和静电吸 引等。
第四章 无菌空气的制备
2021/7/22
1
本章内容
第一节 空气中的微生物和除菌方法 第二节 空气的过滤除菌原理和过滤介质 第三节 空气过滤除菌的工艺技术
2021/7/22
2
第一节 空气中的微生物和除菌方法
一、空气中的微生物种类及分布
空气中常见的微生物种类有多种芽孢杆菌、变形 杆菌、产气杆菌、酵母菌和病毒等。
空气中微生物数量与环境有关，地区、季节、气 候等都会影响。
一般设计时以含量为103~104个／m3进行计算。 空气中尘埃数（x/m3）与细菌数（y/m32021/7/22
3
二、空气除菌的方法和要求
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。
4无菌空气的制备
36
1
本章内容
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 三、空气过滤除菌的工艺技术
2
第一节 空气中的微生物和除菌方法
无菌空气的标准----百分数：99.99％ 美国联邦宇航局等级标准： 100级（直径小于0.5微米粒子数少于3.5个/L） 温度：25 ℃—40℃ 湿度：30%—45%
一般它是与拦截作用相配合的，即在纤维的边界滞 留区内，微粒的沉降作用提高了拦截滞留的捕获效率。
5）静电吸引作用
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 当菌体所带电荷与介质电荷相反时，即发生静电 吸附作用
12
过滤机理总结
拦截截留
惯性撞击
布朗拦截
13
二、常用的过滤介质：
空气 空压机 贮气罐 冷却 除油水 加热
空气预处理
总过滤器
分过滤器
无菌空气
空气过滤
21
1.提高外源空气的洁净度
提高空气吸气口的位置 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。
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。
清 洁 气 体 排 气 管
B B
含 尘器
24
粗过滤器
作用：主要是捕集较大的灰尘颗粒 要求：过滤效率高，阻力小 型式： 布袋式过滤器 、油浴洗涤过滤器
水雾除尘过滤器、填料式 过滤器
旋风分离式过滤器 等
布袋式过滤器
水雾除尘过滤器 25
空气贮罐 作用：
消除空压机排出空气量的脉动
16
四、影响介质过滤效率的因素
1）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 件相同时，介质纤维直径越小，过滤效率越高。
第四章 无菌空气的制备 ppt课件
❖ 热灭菌法
空气进入发酵罐之前，一般均需用压缩机 压缩，提高压力。利用空气压缩时放出的 热量进行保温灭菌。
❖ 辐射灭菌
α-射线、 β-射线、X-射线、g-射线和紫 外线等理论上能破坏蛋白质等生物活性物 质，从而起到杀菌作用。
辐射灭菌一般用于表面的灭菌及有限空 间空气的灭菌。
❖ 静电除菌
是利用静电引力来吸附带电粒子而达 到除尘灭菌的目的。
压缩空气的除油除水
B
含尘气体
清洁气体
排气管
B
排尘
旋风分离器——利用离心力进行沉降，对于10μm以上的微粒 分离效率较高
丝网分离器
采用惯性拦截等机理，有效去除空 气中的水、油雾、尘埃，不锈钢 丝网可清洗，使用寿命长。
丝网分离器
空气过滤器
超细玻璃纤维纸过滤器
介质层过滤器
三、几种典型的空气净化流程
❖ 优点：能提高传热系数，节约冷却用水， 油水分离得比较完全。
❖ 尤其适用于潮湿地区，其他地区可根据当 地的情况，对流程中的设备作适当的增减 。
❖ 冷热空气直接混合式空气除菌流程
1－粗过滤器；2－空气压缩机；3 －贮罐；4－冷却器； 5－丝网分离器；6－空气过滤器
❖ 特点：省去第二冷却后的分离设备和空气再
微生物与微粒与滤层纤维间产生撞击
、拦截、布朗运动、重力及静电吸引等 运动，从而把微生物截留在介质上，实 现过滤的目的。
❖ 布朗扩散截留作用
布朗扩散：直径很小的微粒，在很慢的 气流中产生的一种不规则直线运动。
❖ 惯性撞击截留作用Βιβλιοθήκη 淀❖ 拦截截留作用粉
临界气流速度：降低气流速度，惯性截 留接近于零时的气流速度。
❖ 微孔滤膜类过滤介质 微孔滤膜类过滤介质的空隙小于0.5μm，甚至 小于0.1μm，能将空气中细菌真正滤去，即绝 对过滤。
第四章无菌空气的制备
实用文档
具有一定压力的空气可以克服空气在预处理、过滤除菌 及有关设备、管道、阀门、过滤介质等的压力损失，并在 培养过程中能够维持一定的罐压。
因此，过滤除菌的流程必须有供气设备——空气压缩机， 对空气提供足够的能量，同时还要具有高效的过滤除菌设 备以除去空气中的微生物颗粒。
对于其他附属设备则要求尽量采用新技术以提高效率， 精简设备流程，降低设备投资、运转费用和动力消耗，并 简化操作。
实用文档
• 空气经空压机压缩后压力会升高，同时温度也会升高， 再后续的过程中会产生冷凝水，水分一旦进入过滤器 会堵塞过滤介质，增大空气的压力损失，严重的话还 会浸润介质而破坏过滤效果；空气在压缩过程中可能 夹带空压机的润滑油烟雾，油雾会降低空气的给热系 数，给空气的冷却造成困难，另外也会和冷凝水一样 浸润介质破坏过滤效果
实用文档
4、介质过滤除菌法
• 过滤除菌法是让含菌空气通过过滤介质，以阻 截空气中所含微生物，而取得无菌空气的方法。
• 通过过滤除菌处理的空气可达到无菌，并有足 够的压力和适宜的温度以供好氧培养过程之用。
• 该法广泛应用，是获得大量无菌空气的常规方 法，在生产中使用最多。
实用文档
第二节 空气的深层过滤除菌原理和介质
实用文档
4. 利用热空气加热冷空气的流程
实用文档
利用压缩后的 热空气和冷却后 的冷空气进行热 交换，使冷空气 的温度升高，降 低相对湿度。 对热能的利用 比较合理，热交 换器可兼做贮气 罐，但由于气— 气换热的传热系 数很小，加热面 积要足够大才能 满足要求。
第四节 附属设备
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
仔细考虑。
实用文档
2、辐射灭菌
具有一定压力的空气可以克服空气在预处理、过滤除菌 及有关设备、管道、阀门、过滤介质等的压力损失，并在 培养过程中能够维持一定的罐压。
因此，过滤除菌的流程必须有供气设备——空气压缩机， 对空气提供足够的能量，同时还要具有高效的过滤除菌设 备以除去空气中的微生物颗粒。
对于其他附属设备则要求尽量采用新技术以提高效率， 精简设备流程，降低设备投资、运转费用和动力消耗，并 简化操作。
实用文档
• 空气经空压机压缩后压力会升高，同时温度也会升高， 再后续的过程中会产生冷凝水，水分一旦进入过滤器 会堵塞过滤介质，增大空气的压力损失，严重的话还 会浸润介质而破坏过滤效果；空气在压缩过程中可能 夹带空压机的润滑油烟雾，油雾会降低空气的给热系 数，给空气的冷却造成困难，另外也会和冷凝水一样 浸润介质破坏过滤效果
实用文档
4、介质过滤除菌法
• 过滤除菌法是让含菌空气通过过滤介质，以阻 截空气中所含微生物，而取得无菌空气的方法。
• 通过过滤除菌处理的空气可达到无菌，并有足 够的压力和适宜的温度以供好氧培养过程之用。
• 该法广泛应用，是获得大量无菌空气的常规方 法，在生产中使用最多。
实用文档
第二节 空气的深层过滤除菌原理和介质
实用文档
4. 利用热空气加热冷空气的流程
实用文档
利用压缩后的 热空气和冷却后 的冷空气进行热 交换，使冷空气 的温度升高，降 低相对湿度。 对热能的利用 比较合理，热交 换器可兼做贮气 罐，但由于气— 气换热的传热系 数很小，加热面 积要足够大才能 满足要求。
第四节 附属设备
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
仔细考虑。
实用文档
2、辐射灭菌
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
空气中的微生物和除菌方法 空气的过滤除菌原理和过滤介质 空气过滤除菌的工艺技术
第二节 空气的过滤除菌原理和 过滤介质
一． 空气过滤除菌的原理 二． 空气过滤除菌的介质 三． 介质过滤的效率 四． 影响过滤除菌效果的因素 五． 提高过滤除菌效率的措施
一、空气过滤除菌的原理
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 一种滞留现象。这种滞留现象是由多种作用机制 构成的，主要有惯性碰撞、阻截、布朗运动、重 力沉降和静电吸引等。
惯性冲击滞留作用
纤维能滞留微粒的宽度区域b与纤 维直径df之比，称为单纤维的惯性 冲击捕获效率，可用1表示：
b 1 = df
纤维滞留微粒的宽度b的大小由微
粒的运动惯性所决定；微粒的运动 惯性越大，它受气流换向干扰越小，
b值就越大。
惯性冲击滞留作用
气流速度下降到微粒的惯性力不足以使微粒脱离主导气 流对纤维产生碰撞，即在气流的任一处，微粒也随气流改变 方向而绕过纤维前进，即b = 0，纤维的碰撞滞留效率等于
第四章 无菌空气的制备
无菌空气的制备
第一节 第二节 第三节
空气中的微生物和除菌方法 空气的过滤除菌原理和过滤介质 空气过滤除菌的工艺技术
第一节 空气中的微生物和除菌方法
一． 空气中的微生物种类及分布 二． 空气除菌的方法和要求
一、空气中的微生物种类及分布
空气中常见的微生物种类有多种芽孢杆菌、变形 杆菌、产气杆菌、酵母菌和病毒等。
二、空气过滤除菌的介质
常用的过滤介质：
玻璃纤维 活性炭
1）棉花 宜选用纤维细长、疏松的新棉花； 2) 活性炭 3mm ,长5 – 10 mm, 圆柱状，有较大的 表面积，通过物理吸附作用而吸附微生物。；
3）玻璃纤维 8–19 m；
4）超细玻璃纤维丝 利用高质量的无碱玻璃采用喷制法 制成的 1 – 1.5 m的细丝；
空气灭菌的方法
空气灭菌的方法
1. 热灭菌法 2. 辐射灭菌法 3. 静电除菌法 4. 介质过滤除菌法
1、热灭菌法
空气热灭菌不需要通过蒸汽或者加热载体加热，
直接通过空气压缩之后的温度提升即可完成灭菌
过程。
小型空气压缩机
2、辐射灭菌法
各种射线级超声波等理论上都能破坏微生物细胞 结构，从而起到杀菌作用。
0，这时的气流速度称为惯性碰撞的临界速度vc。
vc
= Vs 1－
Vs — 容器截面的空气速度； — 介质填充密度
惯性碰撞的临界速度受填充密度的影响
2、拦截滞留作用
当气流速度在临界速度以下，颗粒不再由于惯性碰撞而 滞留。但是，颗粒质量很小，在气流绕过纤维时，颗粒仍 然随气流运动，在气流速度低时，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，由于摩擦、粘附作用而被滞
留。这就是阻截（拦截）滞留作用
拦截滞留作用
拦截滞留作用对微粒的捕获效率2与气流的雷
诺准数和微粒与纤维的直径比相关
在介质过滤除菌中并非主要作用
雷诺准数是一个无因次数群，是流体流动状 态各方面因素的综合体现，是许多化工过程计算 的必需参数。
3、布朗运动
直径小于1m的微粒在很慢的气流中能产生一种不规则
二、空气过滤除菌的介质
5）纸类过滤介质 指玻璃纤维纸，属于深层过滤 技术；
6）微孔滤膜类过滤介质 小于0.5 m，甚至小于 0.1m，能将空气中的细菌真正滤去，也是绝对 过滤。
空气的过滤除菌原理和过滤介质
一． 空气过滤除菌的原理 二． 空气过滤除菌的介质 三． 介质过滤的效率 四． 影响过滤除菌效果的因素 五． 提高过滤除菌效率的措施
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过滤效率，
5、静电吸引作用
许多微生物和孢子都带有电荷 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 当菌体所带电荷与介质电荷相反时，即发生静电吸附作用
空气的过滤除菌原理和过滤介质
一． 空气过滤除菌的原理 二． 空气过滤除菌的介质 三． 介质过滤的效率 四． 影响过滤除菌效果的因素 五． 提高过滤除菌效率的措施
1、惯性冲击滞留作用
当微生物等颗粒随空气以一定速度流动，在接近纤维时， 气流碰到纤维而受阻，空气就改变运动方向绕过纤维继续前 进。但微生物等颗粒由于具有一定质量，在以一定速度运动 时具有一定惯性，碰到纤维时，由于惯性作用而离开气流碰 到纤维表面上，由于摩擦、粘附作用，被滞留在纤维表面上。
这种现象称作 惯性冲击滞留作用
4、介质过滤除菌法
让含菌空气通过过滤介质，以阻截空气中含有的 微生物，从而获得无菌空气。
原理：将介质填充到过滤器中，空气流过借助于 惯性碰撞、阻截、扩散、静电等作用将尘埃微生 物留在介质中，达到除菌效果。
过滤器有很多种，根据过滤方式和过滤介质的不 同可以进行区分。
无菌空气的制备
第一节 第二节 第三节
空气中微生物数量与环境有关，地区、季节、气 候等都会影响。
一般设计时以含量为103~104个／m3进行计算。
二、空气除菌的方法和要求
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”。标准一般是99.99%，
辐射灭菌仅用于表面灭菌和有限空间灭菌。 应用最广泛的是紫外线灭菌，常与甲醛蒸汽一起
结合进行灭菌。
3、静电除菌法
近年来一些工厂已使 用静电除尘器除去空 气中的水雾、油雾和 尘埃，同时也除去了 空气中的微生物。
利用静电引力来吸附 带电的粒子达到除尘 灭菌的效果。
1-钢丝（电晕电极）；2-钢管（沉淀电极）；3-高压绝缘瓷瓶； 4-钢板；5-空气入口；6-封头；7-钢板；8-法兰；9-空气出口。
的直线运动，即布朗运动。
质截留；
气流速度大时，凝聚现象为惯性碰撞所取代
4、重力沉降作用
再小的微粒也有重力；
当微粒所受的重力大于气流对它的拖带力时，微粒就会 沉降。
对于小颗粒而言，只有在气流速度很慢时才起作用。
一般它是与拦截作用相配合的，即在纤维的边界滞留区 内，微粒的沉降作用提高了拦截滞留的捕获效率。