第十一章空气净化除菌与空气调节
空气除菌与空气调节设备
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1.采风塔 2.粗滤器 3.空压机 4.贮气 罐 5.一级冷却 6.一级油水 7.二级冷却分离器 8.二级油水分离器 9.加热器 10.总过滤器
2 .冷热空气直接混合式空气除菌流程
▪ 特点：省去第二级冷却器后的分离设备和空气加热设 备，流程较简单，冷却水用量少。适用于中等湿含量 地区，不适合于空气湿含量高的地区。
（一）粗过滤器 1.安装位置 2.常用型式：布袋过滤器、填料式过滤器、油浴洗涤 和水雾除尘等
（二）空压机： 1.作用：提供0.2~0.3MPa的压力，大量的低压理想空 气 2.形式： 涡轮式：出口压力0.25~0.5MPa，出口风量较稳定； 往复式：出口压力不稳定。多缸稳定。须用润滑油， 空气中带油污粒子，须改善油污污染问题。
对df=14μm的玻璃纤维，填充系数8%，在不同风速下测得K′
空气流速υs（m/s）0.03 0.15 0.3
K′
(1/m) 56.7 25.2 19.3
0.92 1.52 29.4 150
3.15 605
K值由计算求出：
K
4 (1 d f
4.5 (1 )
)
2
4）深层过滤阻力（压力降）计算
P cL 2o2 m d f
▪ 对数穿透定律公式揭示了深层介质过滤 除菌时进入滤层的空气微粒浓度与穿过滤层 的微粒浓度之比的对数是滤层厚度的函数。
▪ 常数K值与多个因素有关，如纤维种类、 纤维直径、填充密度、空气流速、空气中微 粒的直径等，通常可选择特定的条件通过实 验方法求得。课本381页表3－1－2，3－1－3等
K—过滤常数（m-1） 与过滤介质种类、纤维直径、风速、填充密度（填充系数） 有关。
空气净化除菌和调节设备PPT讲稿
图4-9 水雾除尘装置
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• 2）空气压缩机
分为离心式空气压缩机和往复式空气压缩 机两种。
• 3）空气贮罐
贮气罐的作用： （1）消除脉动维持罐压的稳定。（2）使部分
液滴在罐内沉降。（3）保温灭菌。
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3、高效前置过滤空气除菌流程
• 1）利用压缩1机的抽吸作3用，4使空5气先经6 中、7高效
过滤后，再进入空气压2 缩机，这样就降低了主过 滤器的负荷。
• 2）特点是采用了高效率的前置过滤设备，使
图4-5 高效前置过滤空气除菌流程
空气经过多次过滤，因而所得的空气无菌程 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 度比较高。
(a)惯性
(b)拦截
(c)扩散
(d)重力
(e)静电
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利用惯性、拦截和扩散作用除去颗粒或液 滴的纤维工作原理
空气
过滤空气
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/%
扩散机理
重新污染 惯性冲击机理
噬菌体
拦截机理
vs / (m/s)
0
图4-15 过滤除菌效率（ ）与气速（vs)的关系
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进气
排气
出灰口 图4-11 旋风分离器
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填料式分离器是利 用各种填料如焦炭 、活性炭、磁环、 金属丝网、塑料丝 网等的惯性拦截作 用分离空气中水雾 或油雾。
生物工程机械
第一篇生物反应器第一章空气净化除菌与空气调节第一节空气净化除菌的方法与原理自学指导大多数需氧发酵都要通入空气以满足微生物生长和产物生成的需要，而自然界的空气中含有灰尘、水和各种微生物，在将自然界的空气用来进行发酵生产之前，必须加以处理除去其中的有害成份。
本节主要讲述空气除菌的基本理论及其设备。
在学习时要抓住重点，1、空气中微生物的分布，2、发酵对空气无菌程度的要求，3、空气除菌方法，4，介质滤除微生物的机理，只有弄清楚了这此理论，才能设计空气除菌的工艺流程、工艺计算和设备选型。
重点：介质滤除微生物的机理一、通风发酵对无菌空气的要求1. 空气中微生物的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。
北方气候干燥，寒冷，空气中的含菌量较多，离地面越高，含菌量越少；一般每升高10米，空气中的含菌量就降低一个数量级；城市的空气中含菌量较多，农村的空气中含菌量较少，一般城市空气中杂菌数为3000~8000个／立方米。
空气中的微生物种类以细菌和细菌芽胞较多，也有酵母，霉菌和病毒。
这些微生物大小不一，一般附着在空气中的灰尘上或雾滴上，空气中微生物的含量一般为103~104个／立方米。
2．生物工业生产对空气质量的要求在发酵过程中要求纯种培养，不允许其他微生物与生产菌共存。
微生物的存在，严重的干扰生产菌正常生长和发酵作用，甚至产生倒罐。
空气作为耗氧发酵和微生物在繁殖培养过程中的氧源。
空气中含有各式各样的微生物，这些微生物随着空气进入培养液，在适宜的条件下，它们会大量繁殖，消耗大量的营养物质，以及产生各种代谢产物，干扰甚至破坏预定发酵的正常进行，使发酵彻底失败等严重事故。
因此空气的除菌就成为耗氧发酵工程上的一个重要环节。
除菌的方法很多，如过滤除菌、热杀菌、静电除菌，辐射杀菌等，但各种方法的除菌效果、设备条件、经济指标各不相同，所需的除菌程度根据发酵工业要求而定，既要避免染菌，又要尽量简化除菌流程以减少设备投资和正常运转的动力消耗。
医院净化手术室的空气调节与空气净化技术
医院净化手术室的空气调节与空气净化技术一、洁净手术室的空气净化技术洁净手术室的空气净化系统可严格控制室内温湿度及气流分布，清除悬浮于空气中的微粒及有害气体，使室外有害粒子在入室前得到有效的控制和阻止，为洁净手术部创造安全洁净的环境。
空调系统采用初、中、高效三级空气过滤装置，还包括加压风机，空气加温器，空气处理器，回风口与送风口以及各种管道部分。
设置在新风口及混合段后的初效过滤器即第一级空气过滤器，其对空气中N5um的微粒滤除率在50%以上。
设置在系统正压段的中效过滤器即第二级空气过滤器，对手术间回流空气中21Un1的微粒滤除率在50%以上。
设置在送风口或送风口附近的高效过滤器即第三级空气过滤器，对新风、回风中20.5um的微粒滤除率在95%以上。
空调系统启动后可使室内空气经过回风口和回风管后，与室外新鲜空气在混合段混合，依次经过初效过滤器、中效过滤器，通过送风管，再经过高效过滤器，使洁净的空气进入手术室。
经过高效过滤器处理过的空气，空气洁净度可达99.89%,据资料证明，外科手术切口感染率的下降与空气过滤器的运用密不可分。
二、洁净手术室的空气净化类型根据不同需要和洁净度对密闭空间内微尘，温、湿度和噪声进行控制，有不同的类型。
（一）按气流方式分为层流和乱流两种形式。
1乱流式即非层流紊流型。
被过滤的空气以不均匀的速度经天花板上方吹下，空气呈不平行流线横越房间，经墙壁下方的回风口返回。
其送风气流形式紊乱，气流方向时刻变化、不单一，存在涡流区。
洁净度较低，适用于洁净度7级以下的手术室内采用。
2.层流式气流以平行流线、均匀流速、单一方向流动，经回风口带出手术室。
不产生涡流，无尘埃浮动，洁净度高，适用于较高级别的净化手术室采用。
（二）按气流方向分为垂直层流和水平层流；按气流组织形式可将乱流式（非层流紊流型）分为顶送和侧送。
1,垂直层流式：空气经过安装在房顶上的高效过滤器过滤，气流垂直向下吹，经侧墙下部回风口或整个格栅地板系统返回。
空气净化除菌与空气调节
设备要求尽量采用新技术，提高效率，减 少设备，精简设备投资、运转费用和动力消 耗，简便操作。流程的制订就根据所在的地 理、气候环境和设备条件而考虑。
空气除菌流程
• 空气压缩冷却过滤流程
过滤空气
空气压缩冷却过滤流程
1-粗过滤器 2-空气压缩机 3-贮罐 4-冷却器 5-过滤器
空气除菌流程
由罐体、顶盖、滤层、夹 层和缓冲层构成。
4qv D滤 层 v s
(m )
D过 滤 器 1.1～1.3 D滤 层
纤维纸平板过滤器
过滤器的结构
管式过滤器 接迭式低速过滤器
新型过滤器的结构－JPF空气过滤器
过滤器的结构－ YUD-Z空气过滤器
过滤器的计算
例：试设计一台通风量为10m3/min的棉花过滤器， 空气压力为392kPa(绝对压力＝表压+大气压)，进 入空气过滤器的空气含菌量是5000个／m3，要求 因空气原因引起的倒罐率为0.1%（即1000次发酵 周期漏进一个杂菌），发酵周期100h。工作温度为 30℃，当地气压为98070Pa，当地气温为20 ℃。计 算空气过滤器的尺寸(过滤介质厚度和过滤器直径) 及过滤压力损失△p。
空气介质过滤除菌设备及计算?空气除菌流程?空气压缩冷却过滤流程空气压缩冷却过滤流程1器粗过滤器2机空气压缩机3罐贮罐4器冷却器5过滤器过滤空气?空气除菌流程?两级冷却分离加热的空气除菌流程?制备无菌空气的大致过程空气介质过滤除菌设备及计算无菌空气空气高空取气管除尘器空气压缩机贮气罐一级冷却器油水分离器二级冷却器除雾器加热器过滤器?空气除菌流程?前置高效过滤除菌流程前置高效过滤除菌流程1器高效过滤器2机空压机3罐贮罐4器冷却器5丝网分离器6器加热器7过滤器?空气除菌流程?冷热空气直接混合式空气除菌流程?空气除菌流程?冷热空气直接混合式空气除菌流程?空气除菌流程?利用热空气加热冷空气的除菌流程利用热空气加热冷空气的除菌流程1高空采风2粗过滤器3机空压机4热交换器5冷却器67旋风分离器8空气总过滤器9空气分过滤器?空气介质过滤除菌设备?粗过滤器粗过滤器安装在空气压缩机前主要起捕集较大的灰尘颗粒防止压缩机受磨损同时也减轻总过滤器的负荷
空气调节与空气净化技术PPT课件
(3)超净净化:对空气中悬浮微粒的大小和数量均有严格要求. 一般要采用初效、中效、高效三种过滤器进行三级过滤.所 谓洁净室是指对空气的洁第1净2页度/共、105温页 度、湿度、静压等参数,
式中:qv-通过过滤器的风量m3/h
f-滤料净面积,即除去粘结等占去的面积,单位为m2
滤速反映滤料的通过能力,特别是反映滤料的性能,采用 的滤速越低,一般来说将获得较高的效率,而过滤器允许的 滤速越低则说明其滤料的阻力越大.一般高效和超高效过滤 器的滤速为2～3cm/s，亚高效过滤器的滤速为5～7cm/s
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空气调节与空气净化技术
(2)苯 具有特殊香气味,存在于油漆的添加剂和稀释剂中. (3)甲苯和二甲苯 甲苯有类似苯的气味,有毒、有麻醉性,甲
苯和二甲苯用作装饰材料、及人造板家具的粘合剂. (4)氨 具有强烈的刺激气味,存在建筑施工中使用的含氨防
冻剂和家具涂饰时所有的添加剂及增白剂. (5)臭氧 具有特殊臭味,复印机、计算机等办公设备及负离
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空气调节与空气净化技术
1.3.2空气过滤器的主要性能指标(见空调技术P236页)
1.面速和滤速
衡量空气过滤器通过风量的能力可用面速和滤速来表示
(1)面速:指过滤器断面上通过气流的速度,一般用u表示,单 位为m/s,则
u=qv/3600F
式中:qv-通过过滤器的风量m3/h
F-过滤器的断面积即迎风面积,单位为m2
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空气调节与空气净化技术
1.3空气过滤器(见空调技术P236页)
1.3.1空气过滤器捕捉悬浮微粒的机理
空气净化除菌与空气调节共129页文档
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
空黑格 尔 7、纪律是集体的面貌，集体的声音， 集体的 动作， 集体的 表情， 集体的 信念。 ——马 卡连柯
8、我们现在必须完全保持党的纪律， 否则一 切都会 陷入污 泥中。 ——马 克思 9、学校没有纪律便如磨坊没有水。— —夸美 纽斯
10、一个人应该：活泼而守纪律，天 真而不 幼稚， 勇敢而 鲁莽， 倔强而 有原则 ，热情 而不冲 动，乐 观而不 盲目。 ——马 克思
解释空气调节
解释空气调节
空气调节是指对室内空气温度、湿度、流速和清洁程度等因素进行控制和调节，以创造适宜的居住、工作和休闲环境。
空气调节系统主要由空调设备、通风设备和空气净化设备组成。
空调设备通过调节室内空气温度和湿度，使室内空气保持舒适的状态。
通风设备通过引入新鲜空气和排除室内废气，使室内空气循环，并保持新鲜和清洁。
空气净化设备通过去除空气中的有害物质和污染物，提高室内空气质量。
空气调节的目的是提供舒适和健康的室内环境，提高人们的生活质量和工作效率。
同时，空气调节也为特定场所提供恒定的环境条件，例如医院、实验室、计算机房等，以满足特定的需求。
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一般城市空气中杂菌数为 3000-8000个／ 。空气中的微生 物种类以细菌和细菌芽胞较多，也 有酵母，霉菌和病毒。空气中微生 物的含量一般为
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空气中常见杂菌的大小
菌种
金黄色小球菌 产气杆菌
蜡样芽孢杆菌 普通变形杆菌 地衣芽孢杆菌 枯草芽孢杆菌 巨大芽孢杆菌 霉状分枝杆菌
当气流速度下降到一定值时，若微粒 随气流慢慢靠近纤维时，受纤维所阻改 变 方向，绕过纤维前进，并在纤维的周边 形 成一层边界滞留区，滞留区的气流流速 更 慢，当与纤维表面接触时就被捕集。
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３、布朗扩散作用机理
直径很小的微粒在很慢的气流中能产 生一种不规则的直线运动，称为布朗扩 散。
机以提高压力，所以空气热灭菌时所需温度 的提高，可直接利用空气压缩时的温度升高 来实现 .
空气温度与微生物热死灭的时间
温度 200℃ 250℃ 300℃ 350℃
时间 15.1 s 5.1 s 2.1 s 1.05 s
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（三）静电除菌
静电除尘是利用静电引力来吸附带电离 子而达到除尘灭菌的目的。悬浮于空气中 的微生物、微生物孢子大多数带有不同的 电荷，没有电荷的微粒进入高压静电场时 则会被电离成带电微粒，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 微粒布朗运动的动量时，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。
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1.惯性冲击滞留作用机理
当微粒随气流以一定的速度垂 直向纤维方向运动时，空气 受阻即改变运动方向，绕过 纤维前进，而微粒由于它的 运动惯性较大，未能及时改 变运动方向随主导气流前进 ，于是微粒直冲到纤维的表 面，由于磨擦粘附，微粒就 滞留在纤维表面上。
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２、拦截滞留作用机理
2020/空气的含菌数。 加强生产环境的卫生管理，减少环境空气中的
含菌量； 提高空气进口位置，减少空气进口含量； 加强压缩前的空气预过滤。 2.设计和安装合理的空气过滤器。 3.降低进入总过滤器空气的相对湿度。 采用无油润滑空压机； 加强空气的冷却，去油水； 提高进入总过滤器的空气温度，降低其相对湿
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计划
➢授课时间
2学时
➢单元目标与要求
掌握空气介质过滤的原理及工艺与设备，了解 空气调节的原理与方法。
➢授课内容
空气净化除菌的方法与原理，空气介质过滤除 菌设备及计算，生物工业生产的空气调节。
➢重点和难点
空气净化除菌的方法与原理，空气介质过滤除 菌设备及计算。
2020/6/15
第一节 空气除菌
2020/6/15
４、重力沉降作用机理
• 重力沉降是一个稳定的分离作用，当微 粒所受的重力大于气流对它的拖带力时 ，微粒就容易沉降。
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５、静电吸附作用机理
悬浮在空气中的微粒大多带有不同 电荷，这些带电的微粒会受带异性电荷 的物体所吸引而沉降。
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/%
除菌效率
扩散机理
0.9~1.8
0.6~1.2
0.9~1.7
0.8~1.2
0.8~1.8
二.发酵对空气无菌程度的要求
• 发酵对无菌空气的要求是 ：无菌，无灰
尘，无杂质，无水，无油，正压等几项指标；
• 发酵对无菌空气的无菌程度要求是：在
工程设计中一般要求1000次使用周期中只允许
有一个菌通过.
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三、空气除菌的方法
重新污染 惯性冲击机理
噬菌体
拦截机理
vs / (m /s)
0
图 4-15 过 滤 除 菌 效 率 （ ） 与 气 速 （ vs)的 关 系
2020/6/15
当空气流过介质时，上 述五种除菌机理同时起作 用，不过气流速度不同， 起主要作用的机理也就不 同。当气流速度较大时， 除菌效率随空气流速的增 加而增加，此时惯性冲击 起主要作用；当气流速度 较小时，除菌效率随气流 速度的增加而降低，此时 扩散起主要作用；当气流 速度中等时，可能是截留 起主要作用。如果空气流 速过大，除菌效率又下降 ，则是由于已被捕集的微 粒又被湍动的气流夹带返 回到空气中。
（一） 辐射杀菌 超声波、高能阴极射线、X射线、γ射线、β
射线、紫外线理论上都能破坏蛋白质活性而起 杀菌作用。但由于具体的杀菌机理不是很清楚 ，目前应用较广泛的还是紫外线。紫外线波长 为253.7~265nm时杀菌效力最强，它的杀菌 力与紫外线的强度成正比，与距离的平方成反 比。
2020/6/15
（二）热灭菌法 空气在进入培养系统之前，一般需用空压
2020/6/15
细胞
宽，μm
长，μm
0.5~1.0
—
1.0~1.5
1.0~2.5
1.3~2.0
8.1~25.8
0.5~1.0
1.0~3.0
0.5~0.7
1.8~3.3
0.5~1.1
1.6~4.8
0.9~2.1
2.0~10.0
0.6~1.6
1.6~13.6
孢子
宽，μm
长，μm
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
0.5~1.0
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四. 过滤除菌
• 介质过滤除菌是使空气通过经高温灭菌的介质过滤层 ，将空气中的微生物等颗粒阻截在介质层中，而达到 除菌的目的。
• 目前常用的过滤介质有棉花、活性炭、超细玻璃纤维 、石棉滤纸、PVA烧结材料过滤介质、烧结金属过滤 介质等。
2020/6/15
(一)深层过滤原理
是依靠气流通过滤层时，基于滤层 纤维的层层阻碍，迫使空气在流动过 程中出现无数次改变气速大小和方向 的绕流运动，从而导致微生物微粒与 滤层纤维间产生撞击、拦截、布朗扩 散、重力及静电引力等作用，从而把 微生物微粒截留、捕集在纤维表面上 ，实现了过滤。
(二)深层过滤效率
1.效率计算
N0 N1 N
N0
N0
• N0——过滤前空气中微粒含量
• N——过滤后空气中微粒含量
• ——过滤前后空气中含有微粒数的比值，即 穿透滤层的微粒数与原有微粒数的比值，称为 穿透率。
2020/6/15
2.影响深层过滤效率的因素
• 微粒大小、过滤介质的种类、规格、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。
度。
2020/6/15
第二节 空气过滤除菌流程 空气除菌流程分析
2020/6/15
1.两级分离、冷却、加热的空气除菌流程