4无菌空气制备
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34
利用热空气加热冷空气的流程示意图 1-高空采风；2-粗过滤器；3-压缩机；4-热交换器；5-冷却器；6，7-析水器； 8-空气总过滤器；9-空气分过滤器
35
一次冷却和析水的空气过滤流程示意图 1－高空采风；2－粗过滤器；3－压缩机；4－冷却器；5，6—析水器； 7—贮罐；8—加热器；9—空气总过滤器；10—空气分过滤器
（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
23
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效。
清洁气体 排气管
超细纤维纸过滤器
30
三、空气过滤除菌工艺流程
31
冷热空气直接混合式空气除菌流程图 1-粗过滤器；2-压缩机；3-贮罐；4-冷却器；5-丝网分离器；6-过滤器
32
高效前置过滤除菌流程
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
33
将空气冷却至露点以上的流程 1－高空采风；2－粗过滤器；3－压缩机；4－冷却器；5－冷却器；6－空气 总过滤器；7－空气分过滤器
1
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
2
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%
3
（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
4
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）
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
12
过滤机理总结
拦截截留 惯性撞击 布朗拦截
13
二、常用的过滤介质：
16
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。
17
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。
18
第三节 空气过滤除菌的工艺技术
7
小颗粒的相对尺寸
铅笔墨点 (40 m)
大硅胶颗粒 (20 m)
红细胞(7m)
典型细菌 (0.2m)
酵母细胞 (3 m)
8
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
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。
6
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。
空气预处理
总过滤器 分过滤器 无菌空气
空气过滤
21
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。
高空取气管
22
2.空气压缩和பைடு நூலகம்缩空气的冷却
36
大小：
应和空压机的 排气量相配套
26
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
27
气液分离器
作用： 分离空气中被冷凝成雾状的水雾和油雾
气液分离器型式： 旋风分离器 丝网分离器
旋风分离器
28
空气总过滤器 （介质层过滤器） 结 构
29
分过滤器
通常用平板式纤维纸过滤器
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
19
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
20
发酵生产中制备无菌空气的大致过程
空气 空压机 贮气罐 冷却 除油水 加热
15
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
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
14
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。
B B
含尘气体
旋风分离器
排尘
丝网分离器
24
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5
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
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
5
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。
9
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。
10
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。
11
4）重力沉降作用
利用热空气加热冷空气的流程示意图 1-高空采风；2-粗过滤器；3-压缩机；4-热交换器；5-冷却器；6，7-析水器； 8-空气总过滤器；9-空气分过滤器
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一次冷却和析水的空气过滤流程示意图 1－高空采风；2－粗过滤器；3－压缩机；4－冷却器；5，6—析水器； 7—贮罐；8—加热器；9—空气总过滤器；10—空气分过滤器
（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效。
清洁气体 排气管
超细纤维纸过滤器
30
三、空气过滤除菌工艺流程
31
冷热空气直接混合式空气除菌流程图 1-粗过滤器；2-压缩机；3-贮罐；4-冷却器；5-丝网分离器；6-过滤器
32
高效前置过滤除菌流程
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
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将空气冷却至露点以上的流程 1－高空采风；2－粗过滤器；3－压缩机；4－冷却器；5－冷却器；6－空气 总过滤器；7－空气分过滤器
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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%
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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）
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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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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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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第三节 空气过滤除菌的工艺技术
7
小颗粒的相对尺寸
铅笔墨点 (40 m)
大硅胶颗粒 (20 m)
红细胞(7m)
典型细菌 (0.2m)
酵母细胞 (3 m)
8
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
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。
空气预处理
总过滤器 分过滤器 无菌空气
空气过滤
21
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。
高空取气管
22
2.空气压缩和பைடு நூலகம்缩空气的冷却
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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
气液分离器型式： 旋风分离器 丝网分离器
旋风分离器
28
空气总过滤器 （介质层过滤器） 结 构
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分过滤器
通常用平板式纤维纸过滤器
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
空气 空压机 贮气罐 冷却 除油水 加热
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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
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
14
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。
B B
含尘气体
旋风分离器
排尘
丝网分离器
24
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5
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
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
5
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。
9
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。
10
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。
11
4）重力沉降作用