2发酵用压缩空气预处理及除菌设备

第二章发酵用压缩空气预处理及除菌设备培养基准备与灭菌回顾•微生物、动植物细胞培养基的准备、要求及灭菌•实消和连消•培养基灭菌方法•培养基准备相关设备本章主要内容•生物发酵用净化空气的质量标准；生物发酵用净化空气的质量标准•压缩空气的预处理原理、工艺流程设计、设备设计及控制要求；•无菌空气制备工艺流程设计及控制要求•绝大多数工业发酵都是利用好气性微生物进行深层悬浮纯种培养在培养过程中需进行深层悬浮纯种培养，在培养过程中需要连续通入大量无菌空气，以供生产菌的生长和代谢产物•例一个通气量为40m3/min的发酵罐，发酵周期为125h，所需要通入的空气量高达3×105m3抗生素厂发酵染菌分析20%都是由空气系统带菌引起的，因此合理可靠的空气预处理和除菌设备，确保无菌，节约能源是空气净化系统设计的关键11.生物发酵用无菌空气的质量标准•压强：（0.2‐0.35MPa）压强（02035MP•流量：生产能力•温度：发酵温度高10℃温度发酵温度高•相对湿度：60%‐70%•洁净度：无菌空气•“无菌空气”是指通过除菌处理后压缩空气中含999999%菌量降低到零或除菌效率达到99.9999%后的洁净空气，它已能满足发酵工业的要求22.压缩空气预处理降特定的度•降温：特定的温度•防止过滤介质受潮失效降低效率除水•除油防止过滤介质受潮失效，降低效率保证通气发酵用无菌空气的质量指标维•保证通气发酵用无菌空气的质量指标，维持发酵正常生产212.1 压缩空气冷却•T1，T2为压缩前后绝对温度•P1，P2为压缩前后绝对压强•绝热过程K 1.4，多变过程K 1.3，一般发酵1.3•冷却方法：冷却方法直接换热器冷却多程列管式换热器，空气•‐壳程•输送过程冷却+换热器冷却•热能综合利用的概念222.2 压缩空气的除水•若空气的湿含量及温度保持不变，空气压强越大，相对湿度越大一般情况空气经过压缩湿含量不变•一般情况，空气经过压缩，湿含量不变，温度大大提高，相对湿度变小，冷却时，相对湿度变大压缩空气除水原理•压缩空气除水原理：例题小结•压缩后，高温下空气中水不会析出缩后高空气中水不会析出•压缩空气由高温冷却相对湿度增加•相对湿度为100%是相对应空气温度为露点温度•压缩空气的露点温度比吸气状态空气的露点温度高，压缩空气的露点温度比吸气状态空气的露点温度高压缩比越大，露点温度越高，越易析出水•温度升高相对湿度降低。

析水后缩气加热降低相对度防•析水后压缩空气加热，可以降低相对湿度，防止过滤介质受潮。

控制相对湿度60%—70%3.压缩空气预处理系统流程设计吸风塔前置过滤器空压机第一冷却器旋风分离器沿程冷却储气罐第冷却旋风分离第二冷却器旋风分离器丝网除沫器35‐45℃Φ≤70%空气加热器过滤器发酵罐313.1 动力车间吸风塔前置过滤器空压机沿程冷却储气罐发酵车间323.2 发酵车间动力车间第一冷却器旋风分离器第冷却器第二冷却器旋风分离器丝网除沫器35‐45℃Φ≤70%空气加热器过滤器发酵罐333.3 压缩空气预处理系统流程设计•空气冷却至露点以上流程•空气冷却至露点以下加热流程•二级冷却和析水的空气预处理流程•具有热交换器的空气预处理流程•冷热空气直接混合的空气预处理流程•如何考虑节能？？1）空气冷却至露点以上流程2）空气冷却至露点以下加热流程3）二级冷却和析水的空气预处理流程4）具有热交换器的空气预处理流程5）冷热空气直接混合的空气预处理流程44. 压缩空气预处理系统设备设计414.1 吸风塔•<1mg/m3含尘量/•上风向•高度≥10m，每升高10m，空气中杂菌降低个数量级一个数量级•防雨罩截面流速/噪音•截面流速≤8m/s——噪音•吸风室≤0.5m/s424.2 前置预过滤器•两层过滤介质•粗过滤：绒布或聚氨酯塑料，≤0.5m/s•亚高效过滤：无纺布0.2-0.5m/s水雾除尘器油浴式除尘器434.3 空压机•根据空气流量、输送阻力及发酵罐液柱高度选型•往复式空压机•涡轮式空压机•螺杆式空压机•往复式空压机•最为常用，成本较低•出口压强不稳定，有脉动，需要用油降温，油雾夹带•涡轮式空压机——最为理想•流量大，出气均匀，不夹带油雾，不用设置空气储罐•——螺杆式空压机新型发酵工厂用•整机安装，占地面积小，排气平稳，不含油雾，维修费用较高444.4 储气罐•消除脉动维持罐压的稳定•使部分液滴在罐内沉降•保温灭菌•安全阀，压力表，排污阀，人孔•其容积设计为10‐15%空压机每分钟吸气量454.5 空气冷却器•立式列管式热交换器、沉浸式热交换器、喷淋式热交换器•多程列管式热交换器•冷却水走管层，压缩空气走壳层•折流板提高传热系数464.6 水滴分离设备•初级除水旋风分离器利用离心力进行沉降，对——利用离心力进行沉降，对于10μm以上的微粒分离效率较高。

•精细除水——利用惯性进行拦截，分离丝网除沫器利用惯性进行拦截，分离效率较高，能除去2～5μm的细小颗粒。

丝网除沫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。

效率较高474.7 加热器•将除油水的空气加热（温差在1015℃左右），降低相在10～15℃左右），降低相对湿度（达50%～60%）后，输入过滤器。

•用列管换热器。

用列管换热器•空气走管层，蒸汽走壳层55.空气除菌•一般要求1000次使用周期中只允许有一个菌通过，即经过滤后空气的无菌程度为N=10-3。

•空气中微生物(包括细菌、酵母、霉菌和病毒) 含量一般为103-104个／米3。

一般附着在空气中的灰尘上或雾滴上中的灰尘上或雾滴上。

灰尘粒子的平均大小约0.6µm左右，空气除菌•灰尘粒子的平均大小约06左右空气除菌主要去除空气中的微粒(0.6-1µm）。

5.1 空气除菌的方法51辐射杀菌热杀菌静电除菌过滤除菌5.1.1 辐射灭菌511•超声波、高能阴极射线、X射线、γ射线、射线紫外线论都能破坏蛋白质活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。

5.1.2 热灭菌法512•空气在进入培养系统之前，一般需用空压机以提高压力所以空气热灭菌时所需温机以提高压力，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℃151s51s21s105s 时间15.1 s 5.1 s 2.1 s 1.05 s5135.1.3静电除尘灭菌•静电除尘是利用静电引力来吸附带电离子而达到除静电除尘是利用静电引力来附带电离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。

•但对于些直径很小的微粒，它所带的电荷很小，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。

5145.1.4 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、烧结材料过滤介质、烧结金属过滤介质等。

棉滤纸、PVA烧结材料过滤介质、烧结金属过滤介质等。

•工业要求•除菌效率高，压强小，耐蒸汽，成本低，检修方便•两级过滤：总过滤器，分过滤器5.2 总过滤器52•棉花活性炭过滤器•玻璃纤维介质过滤器•微孔膜空气过滤器•绝对过滤是介质之间的孔隙小于被滤除的微生物，当空气流过介质层后，空气中的微生物被滤除。

绝对过滤易于控制过滤后空气质量，节约能量和时间，操作简便，采用很细小的纤维介质制成，介质空隙小于0.5um。

质制成介质空隙小于05•介质过滤除菌是目前工业上用的较多的空气除菌方法，是采用定期灭菌的介质来阻截流过的空气所含的微生物而取得无菌定期灭菌的介质来阻截流过的空气所含的微生物，而取得无菌空气。

常用的过滤介质有棉花、活性炭或玻璃纤维等。

1）棉花活性炭过滤器孔板→铁丝网→麻布→棉花→麻布→活性炭→麻布→棉花→麻布→铁丝网→孔板。

过滤效率低，劳动强度大2）超细纤维玻璃纸过滤器3）微孔膜空气过滤器•滤芯•涂层式材料组装•DMF（聚四氟乙烯聚合膜）•耐高温，可重复使用•滤芯可更换再生。