无菌空气的制备

高空取气管
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2.空气压缩和压缩空气的冷却
（1）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。
（2）压缩后空气温度显著上升，需冷却。 （3）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 增大发酵罐的降温负荷 增加培养液水分的蒸发
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3. 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
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
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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%
效。
清洁气体
排气管
B B
含尘气体
旋风分离器
排尘
丝网分离器
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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2器4
空气贮罐 作用：
消除空压机排出空气量的脉动 维持稳定的压力 分离部分油水
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五、提高过滤除菌效率的措施
减少进口空气的含菌数量 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。 合理的空气预处理工艺流程，以达到除油、水和杂质的
目的 。 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 稳定压缩空气的压力，采用合适容量的贮气罐。
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4、介质过滤 ◇ 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、 菌截阻 ◇ 这是目前发酵工业中最广泛使用的方法
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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
1.过滤除菌的种类 绝对过滤：过滤介质的滤孔小于细胞和孢子。
如聚乙烯醇缩甲醛树脂（PVF）制成的0.3 m的微孔滤膜。
深层介质过滤：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。
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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（截留）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、拦截、布朗 运动、重力沉降和静电吸引等。
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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。
2）介质填充厚度
3）介质填充密度 增加填充密度，可提高过滤效率 4）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； 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。
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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，
用表示 ，是衡量过滤设备过滤能力的指标。
= N1 －N2 = 1－ N = 1－P
N1
N0
N1 — 过滤前空气中的微粒含量 （个）； N2 — 过滤后空气中微粒含量 （个）；
N2/N1 — 过滤后过滤前空气中微粒数的比值，称为穿透率 P
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小颗粒的相对尺寸
铅笔墨点 (40 m)
大硅胶颗粒 (20 m)
红ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ胞(7m)
典型细菌 (0.2m)
酵母细胞 (3 m)
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1）惯性冲击截留作用
颗粒被机械拦截 或被吸附拦截；
惯性与气流流速 成正比；
对大于 0.5 - 1.0 微 米的颗粒很有效。
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
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
空气过滤
无菌空气
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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。
大小：
应和空压机的 排气量相配套
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空气冷却器
冷却器类型： 立式列管式热交换器 沉浸式热交换器 喷淋式热交换器
列管式热交换器
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气液分离器
作用： 分离空气中被冷凝成雾状的水雾和油雾
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2）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， 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。
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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
则的直线运动，即布朗运动。
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4）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
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过滤机理总结
拦截截留 惯性撞击 布朗拦截
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二、常用的过滤介质：
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（一）无菌空气获得方法
1、辐射灭菌：利用Uv、X-ray、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
间的灭菌。 2、热灭菌法
电热（218℃，24s, 效果可达99.9999%）， 目前大量处理空气技术上还有困难
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3、静电除尘、除菌 此法效果仅达99. 9%, 不符合发酵用气要求， 并需高压电 （一般用于超静台）
纤维状物或颗粒状物 1）棉花
宜选用纤维细长、 疏松的新棉花 2) 活性炭 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
活性炭
玻璃纤维
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纸类过滤 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 1 – 1.5 m 微孔滤膜类过滤
绝对过滤 膜的孔径小于0. 5微米，大于这一孔径的微生物能绝 对截留。
第三节 空气过滤除菌的工艺技术
一、对空气过滤除菌流程的要求
流程主要设备：空气压缩机 、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
流程的制订应考虑： 地理、气候环境 设备条件
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二、空气预处理 目的:
•提高压缩前空气的洁净度 •去除压缩后空气中的油和水
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发酵生产中制备无菌空气的大致过 程