生化工程设备-第三篇-第一章-空气净化除菌与空气调节-按ppt

③活性炭：常用的颗粒状活性炭是小圆柱体，其直径为3*10— 15mm，其密度1140 kg/ m3，填充密度500+或-30 kg/ m3填充 率44%左右，要求颗粒均匀，坚硬不易被压碎，不单独作过滤介质， 通常与纤维状介质分层堆放成过滤床。 2 介质的堆放高度：与纤维性质，直径，填充密度，气流速度和过 滤器持续使用时间有关。 堆放方法两种： 纤维层（下）：活性炭（中）：纤维层（上）=1：1—2：1（纤维 层高度0.2—0.3m） 活性炭（下）：纤维层（中）=2—3：1（活性炭在下，纤维高度 0.2—0.3m）
一 采风塔（采风室） 一般高于地面10米，有些厂家直接构筑在空压机房的房顶上。 二 （前置）粗过滤器 安装在空压机吸入口前的过滤器称为前置过滤器或粗过滤器， 要求阻力小，容尘量大的特点。 1.作用 （1）捕集空气中的较大直径的灰尘，减小空压机气缸的 磨损，延长使用寿命 （2）由于微生物附着在灰尘上，粗过滤器也起到一定的除 菌作用，减轻总过滤器的负荷。 2.过滤介质 泡沫塑料或无纺布（折叠式）。流速0.1-0.5m/s， 有的工厂把油浴除尘装置作为前置过滤器。
四、 空气储罐
消除空气和排除气 流的脉动，保证整个空 气预处理流程空气压强 的稳定，同时，高温的 压缩空气介流一定时间 也起到杀菌作用，最好 有保温层，（螺杆、离 心式可不安装） H/D=2-2.5 其容积计算： V=0.1-0.2W
空气出口
空气入口
图4-10 空气贮罐示意图
五、 空气冷却器及压缩空气析水原理：
六 气液分离设备
气液分离设备一般有二类：一是利用离心力进行沉降 分离，如旋风分离器；一是利用惯性拦截分离的介质分离， 如丝网除沫器。
排气
1 旋风分离器： A.空气一般以15-25m/s的流速 切线进入分离器，出口的空气流 速为4-8m/s B.对10um以下微粒的分离效率 60-70%，20um以上的几乎 100%，对于10-20um的微粒适 宜用旋风分离器。 C其压头损失很小， △P=500-200Pa
上花板Biblioteka Baidu
出口
图4-20 棉花（玻璃棉）-活性炭过滤器示意图
过滤器内在上下孔板二块，孔板孔径为1015mm,下孔板做成凸面型（曲面向上）这样可 以使底部的介质有一压向器壁的分力，以防止 空气沿器壁走短路，为了使介质层在蒸汽灭菌 后干燥的更快一些，有些空气过滤器桶身外装 有供蒸汽加热的夹套，但如加热不恰当，会使 过滤器内的棉花炭化，玻璃纤维结团，活性炭 引起焚烧。（有的没有夹套）容器的进口在过 滤器下方一般沿切线方向进入，由过滤器上方 引出。
3 介质填充的次序
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。
4 过滤器的直径D和过滤层高度
注意：D直径不能超过2.5—3.0米，过大时介质床常不够均匀易 导致短路。 过滤床前面已介绍。生产经验。 5 一般上孔板采用了弹簧紧压装置，其作用 6 过滤器的灭菌：由下而上通入表压0.2-0.4MPa的饱和蒸汽 灭菌45min，然后用压缩空气吹入备用。一般每月消毒一次， 备用一台，以便灭菌时替换使用。 7 压强将的计算
1 空气过滤器
深层过滤器
介质：以纤维和颗粒状介质为过滤 床的过滤器，用于空气总过滤器
介质：以微孔滤板，超细纤维滤纸， 微孔金属烧结管（二级过滤器）
绝对过滤器 介质：聚四氟乙烯或纤维素酯材料，用 作分过滤器（二级过滤器）
（一）纤维及颗粒状介质过滤器
被用作发酵工厂 纤维介质 的总过滤器. 它是一直立的圆 活性炭颗粒 桶加上椭圆形的顶封 纤维介质 下花板 头和底封头，内部填 进口 充过滤介质，空气由 下而上通过过滤介质， 从而达到除菌目的。
第三节 压缩空气的预处理流程及设备
国内微生物工业的除菌方法大多数采用深层过滤，过滤介质一 般采用棉花，活性炭，为防止过滤介质受潮，沾污，降低了除菌 的效率和增加空气通过的阻力，压缩空气在进入总过滤器之前， 必须采取减湿预处理。
3 1 2 5 4 6 7 8 9
图4-3 两极冷却,加热除菌流程 1-粗过滤器 2-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-过滤器
解：T=273+20=293K
5
P1=1.01×10 Pa P2=1.01×10 Pa+2×10 Pa=3.01Pa
P2 5 3 . 01 × 10 T2=T1( P ) =293( ) 1 1.01×105
( K 1) / k
5
5
5
(1.31) / 1.3
=376.97k=104℃
这样高的温度，虽然不适合微生物培养要求， 另外空气含水量较高（潮湿地域和季节），为防止 过滤阶段介质受潮湿失效，必须用冷却设备将空气 降温和降湿。常用的冷却器是列管式冷却器，其结 构和计算在化工原理“传热”中已做详细介绍。 在空气冷却时，空气走壳程，为提高气相一侧 传热系数，设置圆缺型折流板，空气流速1015m/s，冷却水走管程（多管程，2-4程），水流 速0.5-3m/s
往复式（国内）空压机代号：3L-20/2.3 中3表示序号，L表示气 缸排列呈L形式，20表示输气量（吸气量）23立方米/分钟，2.3表 示额尘出口压强为2.3公斤/平方厘米（表压）。 单螺杆（双）空压机代号 LG II 25 – 80 /2.5 – DC LG - 螺杆 II – 双螺杆 25- 转子直径25cm 80- 公称输气量80立 方米/分钟 2.5 - 出口压强2.5kg/cm2 DC - 低噪无油式 国产涡轮式空压机代号 DA350-41o DA - 单吸，双吸（S） A – 压气机 350公称输气量35080立方 米/分钟 4 – 出口表压4kg/cm2 1o – 第一次设计
（二）滤纸过滤器
出口 空气出口 套管 上花板 空气进口 进口 滤纸 金属丝网层 下花板 多孔筛板
排水口 （a）旋风式滤纸过滤器示意图 （b） 套管式空气过滤器 图4-21 过滤纸类过滤器
过滤介质：超细玻璃纤维。孔径1—1.5um，厚0.25—0.4mm， 其密度为1600 kg/m3，填充密度为384 kg/m3，a=14.8%，平时 以3—6张纸叠合在一起使用。 特点：除菌效率高（对不小于0.3um的颗粒去除效率99.99%以 上），阻力小，强度不大（特别是受潮以后），所以要制作低浆时 加入酚醛树脂，或者混入7-50%的木浆以增加其强度。 安装：为了使滤纸能平整的至于过滤器中，能经受灭菌时的蒸 汽和使用空气的冲击，在过滤器筒身和顶盖法兰间夹有两块相互契 合的多孔板，【板上开有许多8mm的小孔，开孔率40%以上（面 积）】以夹住滤纸，安装时在滤纸上下分别铺上铜丝网，细麻布， 周边加橡胶垫圈夹紧。 过滤的直径和压强降：压强降很小，可以忽略
2 压缩空气析水原理
压缩空气的水分来自大气，当大气中的水汽过多，超过其饱和 度（即相对湿度为100%），就会有水滴析出。 引入几个概念： ①湿含量X（表示空气中的水分的绝对含量）kgH2O/kg干空气 ②空气相对湿度 ψ=空气中的水汽量/同温度下空气最大（饱和）含水量× 100% ψ=空气中的水汽分压/同温度下空气饱和蒸汽压 ③空气露点温度To 含有一定水汽的空气冷却至相对温度为100% 时的温度。
三 空气压缩机及其选择原则 在空气净化过程中克服：各种设备和管道的阻力和发 酵罐液柱和罐压，同时要求压缩机能连续运转，提供表 压为0.2-0.4MPa的压缩空气。 1.常用的压缩机及其代号 往复式空压机：活塞在气缸内往复运动，完成吸、压， 排气气流不连续，脉动较大，空气含油，后设置空气储 罐。 单螺杆和双螺杆空压机：无往复式的缺点，设备投资 大，单位输气量所消耗的功率较往复式大。（3.23.5/3.0kw）。不设空气储罐。 离心式空压机：同上
（三） 金属烧结管空气过滤器
80年代初，核工业部第八所研制成功JLS型金属烧结管空 气过滤器，过滤管由金属粉末烧结而成，由单根，几十 根或者上百根金属微孔滤管安装在不锈钢过滤器壳体内， 压缩空气进入壳程，经滤管壁除去杂菌和颗粒，得到灭 菌空气，由管程排除。 特点：使用寿命长，耐高温，阻力小，安装维修方便。 为防止空气管道中的铁锈和颗粒，及蒸汽管中的铁锈 对金属微孔管的污染，在此过滤器前要加装一个与其匹 配的空气过滤器和蒸汽过滤器
进气
出灰口 图4-11 旋风分离器
空气出口
d1
金属丝网
2 丝网除沫器：用于 除去＜10um的雾状 液滴 A.结构 B.除沫原理 C.气体流速计算 D.压力降 △P=33.4Vsρg(Pa)
空气进口
L
D
h'
d2
排污口
图4-13 丝网分离器示意图
h
七 空气加热设备
压缩空气经旋风分离器与丝网除沫器把夹带在 空气中的液滴，雾末除掉后，在进入总过滤器前 为了将相对湿度从100%降低到70%以下，应该 将压缩空气加热。 空气加热设备一般都采用列管式换热器，空气 走管程，蒸汽走壳程，或者采用套管式加热器， 空气走管程，蒸汽走夹套。由于气体一侧的给热 系数很低，加热器总传热系数约为150300KJ/m2· h· ℃
1、空气冷却器
空气经压缩接受机械功，温度显著上升。 P↑====＞T↑,可用下式表示压强与温度的关系。
P2 ( K 1) / k T2=T1( ) P 1
T2、T1被压缩前后T（绝对温度）K P1、P2 被压缩前后P（绝对压强）（Pa） K----多变指数，对于空气K=1.3
例：20℃空气经压缩，其排气P=2×105Pa(表压)， 问此时的温度为几度？
1 填充介质：介于两孔板之间，介质放置时一定要注意均匀，注 意贴壁，平整，有一定的填充密度，以防止短路和被空气吹翻。 ①棉花：未经脱脂，纤维长度适中（2-3cm），纤维直径1620um 其密度为1520kg/m3通常填充密度为130-150kg/m3，其 填充率8.5%-10%，先将棉花弹成比圆筒稍大的棉垫后再放入器 内。 ②玻纤：无碱的玻璃纤维（普通的玻纤遇水和蒸汽易于粉碎）纤 维直径3-20um，其密度为2600kg/ m3,填充密度130-280 kg/ m3，填充率为5-10%（最常用的直径为10um，填充率为8%）， 为了防止玻纤粉碎及填料方便，先用酚醛树脂，呋喃树脂将玻纤 粘合成具有一定填充率和形状的过滤垫后再放入器内。
第一节 发酵用灭菌空气的标准
空气中的微生物大多数是细胞孢子，酵母，霉菌和病毒等。大多 数附着在空气中的灰尘上，灰尘大，微生物多，城中心，微生物多， 人口稠密，微生物多，夏天比冬天微生物多，离地面低比高多。工 程设计常取空气的污染度104个微生物/立方米作为计算标准，发酵 用灭菌空气，要求把空气进行初滤，压缩，减湿，除菌等过程达到 以下标准: A.连续提供一定压缩流量的压缩空气 B.压强控制在0.2-0.4MPa C.为防止过滤介质受潮失效，空气进入过滤器，相对湿度小于或 等于70% D.进入发酵罐的空气（灭菌）温度可以比罐温（发酵温度）高 10-30摄氏度 E.压缩空气的洁净度，在设计时，一般取失败机率为10-3作为计 算指标。
第二节 空气除菌方法
一、常用的除菌方法 1、辐射杀菌 2、热杀菌 3、静电除尘 4、过滤除菌法（是目前发酵工业中较为 经济实用的空气除菌方法，它是利用过滤介 质来阻截空气中所含有的微生物而获得灭菌 空气。）
常用的空气过滤器分为两大类：
A.深层过滤器：过滤介质 棉花（脱脂），玻璃纤 维，有机合成纤维、颗粒介质 活性 炭，焦炭，还有其他的介质如滤 纸，滤板，金属或金属烧结材料， 它们构成的滤层空隙大于0.5um（大 于个体微生物），这类过滤器不是 真正的过滤器，而是靠静电，扩 散，惯性，及拦截等作用来除菌。 B.绝对过滤器：过滤介质是微孔滤膜，孔径 0.22um，空气中的微生物真正被过 滤而被除去，由于其滤芯比较昂 贵，国内微生物的除菌方法大多采 用深层过滤。
第三篇 第一章 空气净化除菌与空气调节
--发酵用灭菌空气预处理流程及设备
绝大多数的微生物发酵生产都需要氧气，通 常都是以空气作为氧源。空气中含有许多微生 物，若这些微生物进入培养基，在如此丰实的 培养基和培养条件下将会大量繁殖，致使发酵 染菌，这些杂菌不仅要消耗大量的营养物质， 还会产生各种代谢产物，影响正常发酵，甚至 造成报废。日本由于空气系统不完善造成染菌 率占发酵总染菌率的19.96%，我国一般占1540%个别工厂达到80%。因此采用和设计一套 科学合理的空气净化处理流程，从而获得合格 的无菌空气，对发酵工业至关重要。