生化工程第三章 空气除菌(1).ppt

章
空 气 除 菌
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生 分布规律：
化 工 程
微生物在空气中的分布情况与空气环境因 素有关，空气质量愈好，微生物的种类及
第 数量愈低。发酵工厂通常采用高空采气的
三 方法。
章
空 气 除 菌
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二、空气压缩过程中状态的变化
生
化 理想状态的压缩循环
工
程
p
第 三
3 p2
2 2a
章
空
化 工 程
不P渐S变增随，大空则。气当温PW相度也对下不湿降变度而，下φ但升降由高，于到因饱此1和时相水，对蒸空湿汽气度压中逐
第 三
的水蒸汽已饱和，这时的温度称为:露点。
章 如果气体温度继续下降，空气中的水蒸汽开
空 气 除 菌
始冷凝成水，空气的相对湿度保持为1，湿 含量 X 则开始下降，所以冷却过程可分为二 段。
1
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压缩空气的冷却及除水除油
生 ①压缩 空气的压缩过程可看作绝热过程，
化 工
压缩后的空气温度与被压缩的程度有关。例
程 15℃的空气由1×105Pa 被压缩到 3×105Pa（绝
第 压）,则温度上升到121℃ ；如果压缩比更大，
三 章
压缩空气的温度就更高。
空 若将高温压缩空气通入空气过滤器，可能引
气
除 菌
Pw
PS
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PW：空气中水蒸汽的分压
生 化
PS：同温度下水蒸汽的饱和蒸汽压
工
程 每 1kg 干空气中所含有的水蒸汽的 kg 数称为空
第 气的湿含量。
三
章 空 气
湿含量（湿度）＝
湿空气中水汽的含量 湿空气中干空气的质量
除
菌
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生 如果将φ<1的湿空气冷却，开始一段时间 X
第
三 旋风分离器可分离空气中的滴液，但效果差。
章 丝网除雾器对于直径5 m的滴液，除雾效
空 气 除
率可达99%，丝网除雾器的阻力降很小，丝 网除雾器通常用不锈钢丝网、铜网或塑料网
菌 填充。
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生 化 工 程 第 三 章 空 气 除 菌
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生 化 工 程 第 三 章 空 气 除 菌
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生
化
工 第一段 T↓
程 第 三 章
φ ↑ φ →1 X 不变 等湿冷却
空 气 除 菌
第二段 ：T↓
φ（不变）=1
X 下降
减湿冷却
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压缩空气经冷却会有水滴出，混在空气中，
生 化 工
如果使用活塞式空气压缩机，空气中还混杂 有油滴（油作润滑作用），为了保证空气过
程 滤器的效能，必须除去空气中的水份和油滴。
程 0.8 v v m，170h 周期，那么每个培养周期需通入：
第 三 170×60×0.8×0.7×50 = 2.86×105 m3 空气
章 每m3大气中约含有 103～104 个微生物，多为细菌
空 气 除
及孢子，也有真菌、酵母和病毒。在工程上如何 解决向培养液提供大量无菌空气的问题？
菌 工业上利用过滤方法制备大量无菌压缩空气，用
第 少，而潮湿温暖的南方空气中含微生物量较
三 章 空
多，城市空气中的微生物含量比人口稀少的 农村多，地平面空气微生物含量比高空多。
气
除
菌
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空气中的微生物是依附在尘埃上的，空
生 气中的尘埃数与细菌数的关系如下式。
化
工
Y 0.003X 2.6
程 第 三
Y :空气中的微生物数量； X :空气中的尘埃颗粒数；
过滤介质阻隔微生物。
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生
本章内容：
化 工
一、空气中的微生物
程 二、空气压缩过程中状态的变化
第 三
三、空气除菌方法
章 四、典型的空气除菌流程分析
空 气
五、空气过滤器设计
除 菌
六、新型过滤器
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生 一、空气中的微生物
化 工
空气中微生物的数量与环境有密切的关系.
程 一般干燥寒冷的北方，空气中含微生物量较
p1
1
4
气
5
6
除 菌
0
V2
V1
V
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p
生
化
工
3 p2
2
程
V3
V1
第
三
4
1
章
p1
空
气
0
V3 V4
V2
除
V V1
菌
压缩机实际工作循环
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容积系数
生 化
压缩机工作时，每次循环吸入气体的体
工 程 第 三 章 空
Байду номын сангаас
积（v1-v4）与活塞扫过的体积（v1-v3） 之比，用λ0 表示
0
v1 v1
第三章 空气除菌
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生 空气是一种气态物质的混合物，除氧和氮
化 工 程
外，还含有惰性气体、二氧化碳和水蒸气 等。此外，尚有悬浮在空气小的灰尘，主
第 要由构成地壳的无机物质微粒、烟灰、植
三 章 空
物的花粉以及种类繁多的细菌和其他微生 物所组成。
气
除
菌
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生 空气除菌的目的及重要性
空 气 除 菌
则：0
v1 v1
v4 v3
v1 v3 v4 v3 1 v
v1 v3 v1 v3
v1 v3
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以 vh= v1-v3 表示工作容积
生
化
1
工 程 第
0
v
1 vh
1
v3 vh
p2 p1
K
1
三
章
1
空 气 除 菌
令＝v3
vh
,则0
1
p2 p1
K
v4 v3
气 由于气体的压缩和膨胀过程中，伴随有温度
除 菌
的变化，即有多变性。设膨胀过程的多变指 数为 K ，并以名义压力为基准，则对残留气
体的膨胀过程可有以下方程：
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p2v3K p1 v3 v K
生 化
v v4 v3
工 程 第 三 章
1
v
v3
p2 p1
K
1
化
工 程
在好氧深层培养中，微生物细胞的繁殖代
第 谢需要溶解氧，因为有氧氧化对生物体来
三 说是能量放出最多的途径。
章 现在深层培养都是纯种培养，培养基接种
空 气 除
之前都经过灭菌，通入的氧气也应是无菌 的。
菌
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通入的氧气（空气）的量有多大？ 生
化 工
如：一个 50 m3 的发酵罐，装填系数 0.7，通气量
气 除 菌
起过滤介质的炭化或燃烧，而且增大反应罐 的降温负荷，给培养温度的控制带来困难，
因此要将压缩空气降温。
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一般用列管式冷却器进行冷却，空气走壳程，
生 化 工
冷却水走管程，传热系数大约在 60～120 J/m2·s·℃。
程 第
②冷却 相对湿度φ、湿含量 X（湿度）：
三 章 空
空气中水蒸汽分压与同温度时的饱和水蒸汽 压力之比称为相对湿度φ。
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生 化
③加热
工 程 第 三
经过冷却的空气的相对湿度是100%，会把 过滤介质打湿，所以通入总过滤器前要降 低φ ，采用的方法是加热使 φ 下降到 50～
章 60%。
空 气
T↑到发酵温度 X不变
除
菌
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三、空气除菌方法