第四章 无菌空气的制备
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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 加热设备，流程比较简单，冷却水用量少。 适用于中等湿含量地区。
•有些装有冷却管。
压缩空气的除油除水
清洁气体 排气管
B B
含尘气体
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Hale Waihona Puke Baidu化流程
高效前置过滤空气除菌流程
1—高效前置过滤器；2—压缩机；3—贮罐；4—冷却器； 5—丝网分离器；6—加热器；7—过滤器
特点：采用了高效率的前置过滤设备，使空
气经多次过滤，因而所得的空气无菌程度很 高。
利用热空气加热冷空气的流程 特点：对热能的利用比较合理。
图3- 利用热空气加热冷空气的流程
静电吸引作用
摩擦产生电荷，当菌体电荷与介质所带电 荷相反时，吸引沉降。
二、空气过滤除菌的介质
纤维状或颗粒状过滤介质
棉花、玻璃纤维、活性炭。 纸类过滤介质 玻璃纤维纸属于深层过滤技术 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。
前置过滤器 通常采用布袋过滤器、填料过滤器等
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。
大型空气压缩机
空气贮罐 •消除压缩机排出空
气量的脉冲，维持
稳定的空气压力。
•利用重力沉降作用
除去部分油雾。
•紧接空压机安装。
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。 静电除尘灭菌对很小的微粒效率较低。
介质过滤除菌
棉花
玻璃纤维
活性炭
超细玻璃纤维纸
第二节 空气的过滤除菌原理和过滤介质
一、空气的过滤除菌原理 绝对过滤：过滤介质孔隙小于微生物而进 行的过滤方式。 微孔滤膜：0.1～0.5μm（细菌1μm左右） 深层过滤：一定厚度的过滤介质，孔径一 般大于细胞颗粒，却能达到过滤细菌的 效果。 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
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。 滞留区气流速度慢，微粒靠近纤维而滞 留。
重力沉降作用
微粒重力大于气流对其的拖带力时，微粒沉 降截留。
1 N0 L ln Ns K
L——虑床厚度； N0，Ns——进口空气、过虑后空气中的尘埃颗粒数； K——常数，cm。
四、影响介质过滤效率的因素
介质填充密度与过滤效率
密度大效率大 介质填充厚度与过滤效率 厚度大效率大 空气流速与过滤效率 低空气流速时，速度大效率低，气流速 度达到临界值 时，速度大效率高。
第四章 无菌空气的制备
主讲：鲍成满
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
空气过滤除菌的工艺
第三节
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
所谓无菌空气就是指不含有微生物菌体的空气。 氧气 氮气 气态物质的混合物 惰性气体 二氧化碳 空气（即 水蒸气 大气） 构成地壳的无机物质颗粒 悬浮在空气 烟灰 植物花粉 中的灰尘 种类繁多的细菌和其他微生物
地衣芽孢杆菌 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
0.5-0.7 0.9-2.1 0.6-1.6 0.5-1.1 0.5-1.0 3.0-5.0 0.0015-0.225 0.6-1.6
1.8-3.3 2.0-10.0 1.6-13.6 1.6-4.8 0.5-1.0 5.0-19.0 0.0015-0.28 1.6-13.6
一、对空气过滤除菌工艺流程的要求
无菌程度高：高效过滤除菌设备。 具有一定压力：供气设备——空气压缩
机。 精简设备流程，降低成本和动力消耗。 根据厂区位置制定工艺流程。
二、空气的预处理
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
高空取气管 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。
一般干燥寒冷，空气中含微生物量较少，湿润温 暖的空气中含微生物较多； 城市空气中的微生物含量（103-104个/m3）比人口 稀少的农村多； 地面空气中微生物含量比高空多。
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 宽/μm 1.0-1.5 1.3-2.0 0.5-1.0 长/μm 1.0-2.5 8.1-25.8 1.0-3.0
五、提高过滤除菌效率的措施
设计合理的空气预处理设备，选择合适的空气
净化流程，以达到除油、水和杂质的目的。 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。 保证进口空气清洁度，减少进口空气的含菌数 。 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
第三节 空气过滤除菌的工艺技术
实用化流程
发酵车间的空气过滤设备
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
利用热空气加热冷空气的流程
两级冷却、加热除菌流程
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
特点：两次冷却、两次分离、适当加热。
三、介质过滤效率 介质过滤效率是指被介质层捕集的 尘埃颗粒与空气中原有颗粒数之比。
N1 - N2 N2 η 1 1 P N1 N1
N1，N2——过滤前、后空气中的尘埃颗粒数； η——过滤效率，％； P——穿透率，即过滤后空气中残留颗粒数与原有颗粒数之比。
虑层厚度计算（对数穿透定律）：
二、空气除菌的要求和方法
要求：10-3染菌概率，1000次培养过程中，
只允许一次是由于空气灭菌不彻底而造成 染菌失败。
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。
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 加热设备，流程比较简单，冷却水用量少。 适用于中等湿含量地区。
•有些装有冷却管。
压缩空气的除油除水
清洁气体 排气管
B B
含尘气体
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Hale Waihona Puke Baidu化流程
高效前置过滤空气除菌流程
1—高效前置过滤器；2—压缩机；3—贮罐；4—冷却器； 5—丝网分离器；6—加热器；7—过滤器
特点：采用了高效率的前置过滤设备，使空
气经多次过滤，因而所得的空气无菌程度很 高。
利用热空气加热冷空气的流程 特点：对热能的利用比较合理。
图3- 利用热空气加热冷空气的流程
静电吸引作用
摩擦产生电荷，当菌体电荷与介质所带电 荷相反时，吸引沉降。
二、空气过滤除菌的介质
纤维状或颗粒状过滤介质
棉花、玻璃纤维、活性炭。 纸类过滤介质 玻璃纤维纸属于深层过滤技术 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。
前置过滤器 通常采用布袋过滤器、填料过滤器等
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。
大型空气压缩机
空气贮罐 •消除压缩机排出空
气量的脉冲，维持
稳定的空气压力。
•利用重力沉降作用
除去部分油雾。
•紧接空压机安装。
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。 静电除尘灭菌对很小的微粒效率较低。
介质过滤除菌
棉花
玻璃纤维
活性炭
超细玻璃纤维纸
第二节 空气的过滤除菌原理和过滤介质
一、空气的过滤除菌原理 绝对过滤：过滤介质孔隙小于微生物而进 行的过滤方式。 微孔滤膜：0.1～0.5μm（细菌1μm左右） 深层过滤：一定厚度的过滤介质，孔径一 般大于细胞颗粒，却能达到过滤细菌的 效果。 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
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。 滞留区气流速度慢，微粒靠近纤维而滞 留。
重力沉降作用
微粒重力大于气流对其的拖带力时，微粒沉 降截留。
1 N0 L ln Ns K
L——虑床厚度； N0，Ns——进口空气、过虑后空气中的尘埃颗粒数； K——常数，cm。
四、影响介质过滤效率的因素
介质填充密度与过滤效率
密度大效率大 介质填充厚度与过滤效率 厚度大效率大 空气流速与过滤效率 低空气流速时，速度大效率低，气流速 度达到临界值 时，速度大效率高。
第四章 无菌空气的制备
主讲：鲍成满
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
空气过滤除菌的工艺
第三节
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
所谓无菌空气就是指不含有微生物菌体的空气。 氧气 氮气 气态物质的混合物 惰性气体 二氧化碳 空气（即 水蒸气 大气） 构成地壳的无机物质颗粒 悬浮在空气 烟灰 植物花粉 中的灰尘 种类繁多的细菌和其他微生物
地衣芽孢杆菌 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
0.5-0.7 0.9-2.1 0.6-1.6 0.5-1.1 0.5-1.0 3.0-5.0 0.0015-0.225 0.6-1.6
1.8-3.3 2.0-10.0 1.6-13.6 1.6-4.8 0.5-1.0 5.0-19.0 0.0015-0.28 1.6-13.6
一、对空气过滤除菌工艺流程的要求
无菌程度高：高效过滤除菌设备。 具有一定压力：供气设备——空气压缩
机。 精简设备流程，降低成本和动力消耗。 根据厂区位置制定工艺流程。
二、空气的预处理
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
高空取气管 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。
一般干燥寒冷，空气中含微生物量较少，湿润温 暖的空气中含微生物较多； 城市空气中的微生物含量（103-104个/m3）比人口 稀少的农村多； 地面空气中微生物含量比高空多。
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 宽/μm 1.0-1.5 1.3-2.0 0.5-1.0 长/μm 1.0-2.5 8.1-25.8 1.0-3.0
五、提高过滤除菌效率的措施
设计合理的空气预处理设备，选择合适的空气
净化流程，以达到除油、水和杂质的目的。 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。 保证进口空气清洁度，减少进口空气的含菌数 。 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
第三节 空气过滤除菌的工艺技术
实用化流程
发酵车间的空气过滤设备
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
利用热空气加热冷空气的流程
两级冷却、加热除菌流程
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
特点：两次冷却、两次分离、适当加热。
三、介质过滤效率 介质过滤效率是指被介质层捕集的 尘埃颗粒与空气中原有颗粒数之比。
N1 - N2 N2 η 1 1 P N1 N1
N1，N2——过滤前、后空气中的尘埃颗粒数； η——过滤效率，％； P——穿透率，即过滤后空气中残留颗粒数与原有颗粒数之比。
虑层厚度计算（对数穿透定律）：
二、空气除菌的要求和方法
要求：10-3染菌概率，1000次培养过程中，
只允许一次是由于空气灭菌不彻底而造成 染菌失败。
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。