无菌空气的制备

百叶窗式的圆盘可分离大 滴油雾，过滤网分离小颗 粒油雾。
效果好；但耗油多
水雾除尘过滤器
空气从设备底部进口管吸入， 经装置上部喷下的水雾洗涤， 空气中的灰尘、微生物微粒被 黏附沉降，从器底排出。
空气流速1-3m/s，太高则带入 水雾太多，降低空压机的排气 量。
2、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
常用的过滤介质有棉花、活性炭或玻璃纤维、 有机合成纤维、有机、无机和金属烧结材料等。
当过滤介质孔隙小于或大大小于被过滤的微粒 直径时，通常称为绝对过滤（膜过滤）。
膜过滤：是利用微孔滤膜，其空隙小于0.5μm，甚至小于0.1μm。
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
深层过滤：以棉花、玻璃纤维、活性炭为过滤介质。
dN / dL = －KN0
dN / dL — 单位滤层所除去的微粒数（个/cm）；
L — 滤床厚度 （cm）；
K — 过滤常数或除菌常数 （cm－1）
上式整理并积分，可得：
N
ln N0 = － KL
L = 1 ln N0
KN
对数穿透定律—表示进入滤层的微粒数与穿透滤
层微粒数之比的对数是滤层厚度的函数。
高空取气。 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
将滤布缝制成与骨架相同 形状的布袋，绷紧缝于焊 接在进风口的骨架上。
多用毛质绒布或合成纤维 滤布；滤布应定期更换。
结构简单，过滤效率高； 但过滤阻力大
油浴洗涤过滤器
空气通过油箱中的油层洗 涤，空气中的微粒被油黏 附而逐渐沉降于油箱底部 而被除去。
4、降低空气的相对湿度，避免过滤介质潮 湿
第三节 空气过滤除菌的工艺技术
一、对空气的要求
无菌、干燥、有一定的温度，一定的压力
二、空气的预处理 1、提高压缩前空气的洁净度：高空取气、空
气吸口设置过滤器 2、去除压缩后空气中所带的油和水
空气过滤除菌的工艺过程
空气 高空取气管 前过滤 空气压缩机
冷却器 贮气罐
对数穿透定律表达式说明介质过滤不能长期获得 100%的过滤效率，即经过滤的空气不是长期无菌，只 是延长空气中带菌微粒在过滤器中滞留的时间。过滤 介质使用时间长，滞留的带菌微粒就有可能穿过。所 以过滤器必须定期灭菌。
三、影响介质过滤效率的因素
1）纤维直径 2）介介 其质质 他填过 条充滤 件效 相厚率同度与时介，质介纤质维纤直维径直关径系 越很 小大 ，， 过在 滤 3）介效质率填越充高。密度
常用于洁净工作台、洁净工作室所需无菌无尘 空气的第一次除尘，配合高效过滤器使用。
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，所以静电除尘对很小的微粒效率较低。
4．过滤除菌法
是目前发酵工业中经济实用的空气除菌方法， 是采用定期灭菌的介质来阻截流过空气所含的微生 物，而取得无菌空气的。
医药工业应用的“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”。
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
空气中微生物的含量和种类，随地区、季节和空 气中灰尘粒子多少，以及人们的活动情况而异: 含量：1)北方气候干燥，寒冷，空气中的含菌量较少； 南方温暖、湿润，空气中的含菌量较多； 2)离地面越高，含菌量越少； 3)一般每升高10米，空气中的含菌量就降低一个数量 级；
N0
N0
N0 — 过滤前空气中的微粒含量 （个）；
N — 过滤后空气中微粒含量 （个）；
N/N0 — 过滤后过滤前空气中微粒数的比值，称为穿 透率 P
空气过滤器的过滤效率主要与微粒的大小、过滤 介质的种类和规格（纤维直径）、介质的填充密度、 过滤介质层厚度以及所通过的空气气流速度等因素 有关。
在一定条件下（包括气流速度、温度、介质种类、 填充密度、杂菌种类等），通过单位高度介质层后， 杂菌浓度的下降量与进入此介质层的杂菌量成正比。 即：
紫外线通常用于无菌室、医院手术室等空气对流 不大的环境下杀菌。但杀菌效率较低，杀菌时间较长， 一般要结合甲醛蒸汽消毒或苯酚喷雾等来保证无菌室 较高的无菌程度。
γ射线源
2．热杀菌
热杀菌是有效的、可靠的杀菌方法，但是如果采用 蒸汽或电热来加热大量的空气，以达到杀菌目的，则 需要消耗大量的能源和增设大量的换热设备，这是不 经济的。
5）静电吸引作用
介质除菌原理
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
二、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。
= N0 －N = 1－ N = 1－P
4)城市的空气中含菌量较多，农村的空气中含菌量 较少。
就种类而言，空气中的微生物种类以细菌、细菌 芽胞和霉菌孢子较多，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上或 雾滴上。
各地空气中所悬浮的微生物种类及比例各不相同， 数量也随条件的变化而异，一般设计时以含量为 10-3~10-4个/m3进行计算。
空气进口温度为21℃，空 气的出口温度为187-198℃， 压力为0.7MPa。从压缩机 出口到空气贮罐段管道加 保温层进行保温，使空气 达到高温后保持一段时间， 保证微生物死亡。
图4-1为利用空气压缩时放出的热量进行保温杀菌
1) 为了延长空气的高温时间，防止空气在贮罐中 走短路，最好在贮罐内加装导简。采用热杀菌 装置时，还应装有空气冷却器，并排除冷凝水， 以防止在管道设备死角积聚而造成杂菌繁殖的 场所。
油水分离器 加热器
空气过滤器
无菌空气
1、粗过滤器
空调过滤网
汽车空调空气过滤器
粗过滤器
作用：主要是捕集较大的灰尘颗粒
要求：过大滤气效中率的高微，生阻物力多小依附（于阻尘力埃大颗则粒增上； 加空压机高的度吸每入上负升荷10，米降，低微压生缩物空量气通的常排下降 出量） 一个数量级，因此，有条件的尽可能
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
介质除菌原理
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。
一般滞留的捕获 效率。
N0 — 过滤前空气中的微粒含量 （个）； N — 过滤后空气中微粒含量 （个）； K — 过滤常数或除菌常数 （cm－1）
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N=0，则 L = ∞，事实上也不可能；一般取N
= 0.001
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。
四、提高过滤除菌效率的措施
1、减少进口空气的含菌量
2、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
3、设计合理的空气预处理设备，以除去油、 水杂质
无菌空气的制备
耗氧微生物在繁殖培养过程中都需要氧气，通 常以空气作为氧源。但空气中含各种各样的微生 物，会随着空气进入车间中，在适宜的条件下， 大量繁殖，消耗营养物质，产生代谢产物，干扰 甚至破坏车间的正常运行，使工作效率降低，产 量下降，甚至造成车间生产失败等。
因此空气的除菌成为车间工作的一个重要环节。
介质除菌原理
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 （因在实际 过滤中气流速度不可能很慢）
3）布朗运动
介质除菌原理
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。
使较小的颗粒凝聚为较大颗粒，随即可能 产生重力沉降或被过滤介质截留；
2）拦截滞留作用
介质除菌原理
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
二、 发酵对空气无菌程度的要求
1、好气性发酵过程中需要大量的无菌空气，空气 要作到绝对无菌在目前是不可能的，也是不经济 的。 2、不同的发酵，由于所采用菌种的生长能力强弱、 生长速度的快慢、分泌物的性质、发酵周期的长 短、培养物的营养成分和PH值的差异，对所用的 无菌空气的无菌程度有不同的要求。
i 如酵母，培养基是以糖源为主，有机氮比较少， 它能利用无机氮源、要求的pH值较低，在低pH值 下，一般细菌较难繁殖，而酵母的繁殖速度又较 快，在繁殖过程中能抵抗少量的杂菌影响，因而 对无菌空气的要求不如氨基酸、液体曲、抗生素 发酵那么严格。 ii 氨基酸与抗生素发酵因周期长短的不同，对无菌 空气的要求也不同。
2) 在进入发酵罐前应加装分过滤器以保证安全;采 用该系统压缩机能量消耗会相应增大，压缩机 耐热性能要增加，其零部件也要选用耐热材料。
3．静电除菌
原理:利用静电引力吸附带电粒子而达到除菌除尘 的目的。悬浮于空气中的微生物、微生物孢子大 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。
4）空气含菌量测定 难以准确测定，一般采用培养法和光学法。