第四章无菌空气的制备详解

水蒸气
大气）
构成地壳的无机物质颗粒
悬浮在空气 烟灰 中的灰尘 植物花粉
种类繁多的细菌和其他微生物
❖ 一般干燥寒冷，空气中含微生物量较少，湿润温 暖的空气中含微生物较多；
❖ 城市空气中的微生物含量（103-104个/m3）比人口 稀少的农村多；
❖ 地面空气中微生物含量比高空多。
空气中常见微生物种类及大小
一、对空气过滤除菌工艺流程的要求
❖ 无菌程度高：高效过滤除菌设备。 ❖ 具有一定压力：供气设备——空气压缩
机。 ❖ 精简设备流程，降低成本和动力消耗。 ❖ 根据厂区位置制定工艺流程。
二、空气的预处理
❖ 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
高空取气管 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。
虑层厚度计算（对数穿透定律）：
L
1 K
ln
N0 Ns
L——虑床厚度； N0，Ns——进口空气、过虑后空气中的尘埃颗粒数； K——常数，cm。
四、影响介质过滤效率的因素
❖ 介质填充密度与过滤效率 密度大效率大
❖ 介质填充厚度与过滤效率 厚度大效率大
❖ 空气流速与过滤效率 低空气流速时，速度大效率低，气流速 度达到临界值 时，速度大效率高。
❖ 微孔滤膜类过滤介质 微孔滤膜类过滤介质的空隙小于0.5μm，甚至 小于0.1μm，能将空气中细菌真正滤去，即绝 对过滤。
三、介质过滤效率 介质过滤效率是指被介质层捕集的
尘埃颗粒与空气中原有颗粒数之比。
η N1 - N2 1 N 2 1 P
N1
N1
N1，N2——过滤前、后空气中的尘埃颗粒数； η——过滤效率，％； P——穿透率，即过滤后空气中残留颗粒数与原有颗粒数之比。
五、提高过滤除菌效率的措施
❖ 设计合理的空气预处理设备，选择合适的空气 净化流程，以达到除油、水和杂质的目的。
❖ 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。
❖ 保证进口空气清洁度，减少进口空气的含菌数 。
❖ 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
第三节 空气过滤除菌的工艺技术
空气进入发酵罐之前，一般均需用压缩机 压缩，提高压力。利用空气压缩时放出的 热量进行保温灭菌。
❖ 辐射灭菌
α-射线、 β-射线、X-射线、g-射线和紫 外线等理论上能破坏蛋白质等生物活性物 质，从而起到杀菌作用。
辐射灭菌一般用于表面的灭菌及有限空 间空气的灭菌。
❖ 静电除菌
是利用静电引力来吸附带电粒子而达 到除尘灭菌的目的。
滞留区气流速度慢，微粒靠近纤维而滞 留。
❖ 重力沉降作用
微粒重力大于气流对其的拖带力时，微粒沉 降截留。
❖ 静电吸引作用
摩擦产生电荷，当菌体电荷与介质所带电 荷相反时，吸引沉降。
二、空气过滤除菌的介质
❖ 纤维状或颗粒状过滤介质 棉花、玻璃纤维、活性炭。
❖ 纸类过滤介质 玻璃纤维纸属于深层过滤技术
微生物
宽/μm
长/μm
产气杆菌
1.0-1.5
1.0-2.5
蜡状芽孢杆菌
1.3-2.0
8.1-25.8
普通变形杆菌
0.5-1.0
1.0-3.0
地衣芽孢杆菌
0.5-0.7
1.8-3.3
巨大芽孢杆菌
0.9-2.1
2.0-10.0
蕈状芽孢杆菌
0.6-1.6
1.6-13.6
枯草芽孢杆菌
0.5-1.1
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第四章 无菌空气的制备
主讲：鲍成满
❖ 第一节 空气中的微生物和除菌方法 ❖ 第二节 空气的过滤除菌原理和过滤介质 ❖ 第三节 空气过滤除菌的工艺
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
所谓无菌空气就是指不含有微生物菌体的空气。
氧气
氮气
气态物质的混合物 惰性气体
二氧化碳
空气（即
❖ 优点：能提高传热系数，节约冷却用水， 油水分离得比较完全。
❖ 尤其适用于潮湿地区，其他地区可根据当 地的情况，对流程中的设备作适当的增减 。
前置过滤器 通常采用布袋过滤器、填料过滤器等
空气压缩和压缩空气的冷却 （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。
大型空气压缩机
空气贮罐 •消除压缩机排出空 气量的脉冲，维持 稳定的空气压力。 •利用重力沉降作用 除去部分油雾。 •紧接空压机安装。 •有些装有冷却管。
金黄色小球菌
0.5-1.0
0.5-1.0
酵母菌
3.0-5.0
5.0-19.0
病毒
0.0015-0.225
0.0015-0.28
霉状分枝杆菌
0.6-1.6
1.6-13.6
二、空气除菌的要求和方法
❖ 要求：10-3染菌概率，1000次培养过程中， 只允许一次是由于空气灭菌不彻底而造成 染菌失败。
❖ 热灭菌法
微生物与微粒与滤层纤维间产生撞击、 拦截、布朗运动、重力及静电吸引等运 动，从而把微生物截留在介质上，实现 过滤的目的。
❖ 布朗扩散截留作用
布朗扩散：直径很小的微粒，在很慢的 气流中产生的一种不规则直线运动。
❖ 惯性撞击截留作用
❖淀拦截截留作用
粉
临界气流速度：降低气流速度，惯性截 留接近于零时的气流速度。
静电除尘灭菌对很小的微粒效率较低。
❖ 介质过滤除菌
棉花
玻璃纤维
活性炭
超细玻璃纤维纸
第二节 空气的过滤除菌原理和过滤介质
一、空气的过滤除菌原理 绝对过滤：过滤介质孔隙小于微生物而进
行的过滤方式。 微孔滤膜：0.1～0.5μm（细菌1μm左右） 深层过滤：一定厚度的过滤介质，孔径一 般大于细胞颗粒，却能达到过滤细菌的 效果。
❖ 两级冷却、加热除菌流程 ❖ 冷热空气直接混合式空气除菌流程 ❖ 高效前置过滤空气除菌流程 ❖ 利用热空气加热冷空气的流程
❖ 两级冷却、加热除菌流程
1－粗过滤器；2－空气压缩机；3：贮罐；4，6－冷却器；5 －旋风分离器；7－丝网分离器；8－加热器；9－空气过 滤器
❖ 特点：两次冷却、两次分离、适当加热。
压缩空气的除油除水
B
含尘气体
清洁气体 排气管
B
排尘
旋风分离器——利用离心力进行沉降，对于10μm以上的微粒 分离效率较高
丝网分离器
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。
丝网分离器
空气过滤器
超细玻璃纤维纸过滤器
介质层过滤器
三、几种典型的空气净化流程