发酵用压缩空气的预处理及除菌设备ppt课件
时间：2026-07-31 01:14:22
通风发酵需要的空气必须是洁净无菌的空气，并有一定的温度和压力，这就要求对空气进行净化除菌和调节的处理。
空气除菌的方法很多，如辐射灭菌、加热灭菌、化学药物灭菌、静电吸附除菌和介质过滤除菌等。
人口稠密的城市比人口少的农村含菌量多；一般城市空气中杂菌数为3000~8000个／米３
通过对空气中微生物分布情况的研究，选择良好的取风位置和提高空气除菌系统的除菌效率，是确保发酵工业正常生产的重要条件。
洁净度级数(国际制)：每1m3空气中，粒径大于等于的最大允许粒子数的常数对数值。
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：只要在发酵过程中不因无菌空气染菌而造成损失即可。
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。
对不同的生物发酵生产和同一工厂的不同生产区域（环节），应有不同的空气无菌度的要求。
生物工业生产除对空气的无菌程度有要求外，还根据具体情况而对空气的温度、湿度和压力有一定的要求。
以光学法为基础的仪器有粒子计数器，它是利用微粒对光线散射作用来测量粒子的大小和含量。
辐射杀菌、化学药品杀菌、干热杀菌等都是将有机体蛋白质变性而破坏其活力，从而杀灭空气中的微生物。
如果采用加热空气，以达到杀菌目的，需要消耗大量的能源和增设许多换热设备。
X射线、β射线、紫外线、超声波、γ射线等从理论上都能破坏蛋白质活性而起杀菌作用。
应用较广泛的是紫外线nm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。
杀菌效率低，杀菌时间长，一般要结合甲醛蒸气或苯酚喷雾等来保证无菌室的高度无菌。
采用静电除尘法除去空气中的水雾、油雾、尘埃和微生物等，消耗能量小，空气压力损失小，设备也不大，但对设备维护和安全技术措施要求较高。
常用于洁净工作台、洁净工作室所需无菌空气的预处理，再配合高效过滤器使用。
悬浮于空气中的微生物，其孢子大多带有不同的电荷，没有带电荷的微粒在进入高压静电场时都会被电离变成带电微粒。
对于一些直径很小的微粒，它所带的电荷很小，微粒不能被吸附而沉降，所以静电除尘对很小的微粒效率较低。
过滤除菌是目前生物技术工业生产中使用的最常用的空气除菌方法，它采用定期灭菌的干燥介质来阻截流过的空气所含的微生物，从而获得无菌空气
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。
[例2-1]空压机吸入空气温度20℃，当压缩到（表压）时，问此时压缩空气温度?
空气经过压缩其湿含量不变，温度大大提高，相对湿度变小；当其冷却时，相对湿度会慢慢变大，直到冷却到露点，=100%，＞100%既有水析出。
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，露点温度也越高，更易析出水。
[例2-2]空压机吸入空气温度20℃，=80%，当压缩到（表压）时，温度为120℃，问：⑴此时压缩空气的相对湿度？⑵将上述压缩空气冷却到有水析出时，至少冷却到的露点温度？
[例2-4] 若将例2-3的压缩空气加热到35℃（压强不变），问其相对湿度为多少？查得35℃时
空气除菌流程是按发酵生产对无菌空气的要求，并结合采气环境的空气条件和所用除菌设备的特性，根据空气的性质制定的。
此除菌流程是一个设备较简单的空气除菌流程，它由压缩机、贮罐、空气冷却器和过滤器组成。
它可以适应各种气候条件，能充分地分离空气中含有的水分，使空气在低的相对湿度下进入过滤器，提高过滤除菌效率。
1-高空采风 2-粗过滤器 3-空压机 4-热交换器 5-冷却器 6、7-旋风分离器 8-空气总过滤器 9-空气分过滤器
其特点是：可省去第二冷却分离设备和空气再加热设备，流程比较简单，冷却水用量较少，利用压缩空气的热量来提高空气温度。
但此流程的空气冷却温度和空气分配比的关系随所吸取空气的参数而变化，常常需要进行具体的计算而给予调节。
作用：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，防止其进入压缩机而造成压缩机磨损，同时也减轻总过滤器的负荷。
布袋过滤结构最简单，只要将滤布缝制成与骨架相同形状的布袋，紧套于焊在进气管的骨架上，并缝紧所有会造成短路的空隙。
根据全厂发酵工艺所需的空气流量、克服压缩空气输送过程的阻力和克服发酵罐的液柱高度所需的压强来选用空气压缩机型号。
涡轮式空气压缩机一般由电机直接带动涡轮，靠涡轮高速旋转时所产生的“空穴”现象，吸入空气并使其获得较高的离心力，再通过固定的导轮和涡轮形机壳，使部分动能转变为静压后输出。
涡轮式空气压缩机输气量大，输出空气压力稳定，效率高，设备紧凑，占地面积小，无易损部件，获得的空气不带油雾。
往复式空气压缩机是靠活塞在汽缸内的往复运动而将空气抽吸和压出的，因此出口压力不够稳定。
目前许多工厂采用一种简易的方法，将现有的L型往复式空气压缩机拆除气缸供油管道，改装由二硫化钼氟塑料制成的自润滑活塞环。
往复式空气压缩机有单缸、多缸之分，多缸中又有V形、W形、L形、H形对置式等气缸排列式。
若以出口压力来分类，往复式空气压缩机可分成高压（8～100MPa）、中压（1～8MPa）及低压（1MPa以下）之分。
生物工业生产，常把二级压缩机的高压气缸改为可以单独吸入新鲜空气的低压气缸。
利用高速旋转的螺杆在汽缸里瞬时组成空腔并因螺杆的运动把腔间内空气压缩后输出。
空气压缩机为定型产品，可根据工艺要求的风量、风压及其他性能参数，从空气压缩机的产品目录中选择定购。
在计算冷却器的热交换量时应注意，除了使压缩空气冷却外，在析出水分的情况下还应加入水分冷凝时所释出的汽化潜热。
采用新型的板翘式热交换器以强制流动的冷空气作为冷却介质，传热系数最大可达1260kJ/（m2·h·℃）。
对于沉浸式和喷淋式换热器，在设计时应保证一定的空气流速，一般选择空气流速为 5～10m／s。
旋风式称做旋风分离器，是利用气流从切线方向进入容器时在容器内形成旋转运动时产生的离心力场来分离重度较大的微粒。
填料式分离器又称除雾器，是利用填料的惯性拦截作用，将空气中的水雾和油雾分离出来。
旋风分离器的设计计算，一般是采用实验为基础的比例设计，先计算分离器的进口截面积，再按所选定的分离器型式的尺寸比例计算出各部位的尺寸。
一般采用进口气流速度 15～25m／s，排气出口气流速度为 4～8m／s。
旋风分离器对于分离10μm以上的微粒效率较高，但对10μm以下的微粒分离就比较困难。
填料分离器是利用各种填料如焦炭、活性炭、瓷环、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，起着进一步净化气体的作用。
丝网分离器体积较小，丝网表面间隙小，可除去小至5μm的雾状微粒，分离效率可达98％～99％，且阻力损失不大。
丝网规格很多，常用的丝网由不锈钢、镍、铝、铜、聚乙烯、聚丙烯、涤纶、锦纶等材料制成。
一般将丝织成宽100～150mm的网带，丝网孔径20～80目，丝网介质层高度最少为100mm，常用150mm，分离细雾时可用200～300mm。
空气的实际流速，可由下面的经验公式计算出容许的最大值，称为容许气速，其值为：
K值与空气中雾沫微粒的浓度、液体的表面张力、粘度和丝网的比表面积等因素有关，一般选进行设计计算。
除水以后的压缩空气在进入总过滤器之前要把相对湿度降到60％～70％，通常的方法是采用换热器来加热压缩空气达到降湿的要求
空气过滤器的过滤除菌效率主要与微粒的大小、过滤介质的种类和纤维直径、介质的填充密度、滤层厚度以及通过的气流速度等因素有关。
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。
解: 选用棉花纤维直径df =16μm，填充系数α= 8%，空气流度vs ；过滤常数K 。