3.发酵用压缩空气的发酵用压缩空气的预处理及除菌设备预处理及除菌设备1空气净化除菌空气净化除菌好气性微生物发酵通常以空气作为氧源好气性微生物发酵通常以空气作为氧源通风发酵需要的空气必须是洁净无菌的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。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、静电吸附除菌热灭菌、化学药物灭菌、静电吸附除菌和介质过滤除菌等。和介质过滤除菌等。2 第一节 空气净化除菌的方法与原理3一、生物工业生产对空气质量的要求一、生物工业生产对空气质量的要求 1空气中微生物的分布空气中微生物的分布 空气中经常可检查到一些细菌及其芽孢、酵母、空气中经常可检查到一些细菌及其芽孢、酵母、真菌和病毒。真菌和病毒。北方干燥寒冷的空气含菌量较少，而南方潮湿温北方干燥寒冷的空气含菌量较少，而南方潮湿温暖的空气含菌量较多；暖的空气含菌量较多；人口稠密的城市比人口少的农村含菌量多；一般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城市空气中杂菌数为30008000个米个米一般每升高一般每升高10米，空气中的含菌量就降低一个米，空气中的含菌量就降低一个数量级。数量级。4 空气中微生物数目的数量级可以认空气中微生物数目的数量级可以认为是为是103104个个/m3。 通过对空气中微生物分布情况的研究，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选择良好的取风位置和提高空气除菌系统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的除菌效率，是确保发酵工业正常生产的重要条件。重要条件。52 2生物工业生产对空气质量的要求生物工业生产对空气质量的要求（1）压缩空气的压强）压缩空气的压强 空气压缩机出口的空气压强空气压缩机出口的空气压强0.20.35MPa（2）空气流量）空气流量（3）空气的温度）空气的温度 进发酵罐压缩空气的温度比发酵温度高出进发酵罐压缩空气的温度比发酵温度高出10（4）相对湿度）相对湿度 进入总过滤器的压缩空气的相对湿度控制在进入总过滤器的压缩空气的相对湿度控制在6070。（5）洁净度）洁净度6生物工业生产对空气调节的要求生物工业生产需要洁净的环境、适宜的空气温度和空气压强。 洁净空间：指空气中微粒受控制的空间。 洁净度级数(英制)：每1ft3空气中，粒径大于等于0.5m的最大允许粒子数。 洁净度级数(国际制)：每1m3空气中，粒径大于等于0.5m的最大允许粒子数的常数对数值。7空气洁净级数空气洁净级数空气洁净空气洁净级数级数(英制英制)粒径粒径0.5m的最的最大微粒数（个大微粒数（个/ft3）粒径粒径0.5m的的最大微粒数（个最大微粒数（个/m3）空气洁净空气洁净级数级数(国际国际)10010010010035003500M3.5M3.510001000100010003500035000M4.5M4.510000100001000010000350000350000M5.5M5.510000010000010000010000035000003500000M6.5M6.58无菌空气无菌空气发酵对无菌空气的要求是发酵对无菌空气的要求是 ：无菌，无灰尘，无菌，无灰尘，无杂质，无水，无油，正压无杂质，无水，无油，正压等几项指标。等几项指标。发酵对无菌空气的无菌程度要求是：只要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在发酵过程中不因无菌空气染菌而造成损失即可。失即可。一般要求一般要求1000次使用周期中只允许有一个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菌通过，即经过滤后空气的无菌程度为N=103 。9 对不同的生物发酵生产和同一工厂对不同的生物发酵生产和同一工厂的不同生产区域（环节），应有不同的不同生产区域（环节），应有不同的空气无菌度的要求。的空气无菌度的要求。 生物工业生产除对空气的无菌程度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有要求外，还根据具体情况而对空气的的温度、湿度和压力温度、湿度和压力有一定的要求。有一定的要求。103 3空气含菌量的测定空气含菌量的测定 空气含菌量的测定一般采用空气含菌量的测定一般采用培养法培养法或或光学法光学法测定其近似值。测定其近似值。 以光学法为基础的仪器有以光学法为基础的仪器有粒子计数器粒子计数器，它是利用微粒对光线散射作用来测量粒它是利用微粒对光线散射作用来测量粒子的大小和含量。子的大小和含量。 粒子的大小与讯号峰值有关。数量与粒子的大小与讯号峰值有关。数量与讯号脉冲频率有关。讯号脉冲频率有关。 11二、空气净化除菌方法及原理二、空气净化除菌方法及原理 （一）空气除菌方法（一）空气除菌方法 常用的除菌方法有介质过滤、辐射、常用的除菌方法有介质过滤、辐射、化学药品、加热、静电吸附等。化学药品、加热、静电吸附等。 辐射杀菌、化学药品杀菌、干热杀菌辐射杀菌、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。力，从而杀灭空气中的微生物。 介质过滤和静电吸附方法则是利用分介质过滤和静电吸附方法则是利用分离方法将微生物粒子除去。离方法将微生物粒子除去。121 1热杀菌热杀菌 热杀菌是一种有效的、可靠的杀菌办法。热杀菌是一种有效的、可靠的杀菌办法。 如果采用加热空气，以达到杀菌目的，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。需要消耗大量的能源和增设许多换热设备。 利用空气被压缩时所产生的热量进行加利用空气被压缩时所产生的热量进行加热保温杀菌在生产上有重要的意义。热保温杀菌在生产上有重要的意义。 13空气加热杀菌流程空气加热杀菌流程 1.空压机空压机 2.保温维持管保温维持管 3.贮罐贮罐 142 2辐射杀菌辐射杀菌 X射线、射线、射线、紫外线、超声波、射线、紫外线、超声波、射线等射线等从理论上都能破坏蛋白质活性而起杀菌作用。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，它的波长在应用较广泛的是紫外线，它的波长在 253.7265nm时杀菌效力最强，它的杀菌力与紫外时杀菌效力最强，它的杀菌力与紫外线的强度成正比，与距离的平方成反比。线的强度成正比，与距离的平方成反比。 紫外线通常于无菌室和医院手术室等空气对紫外线通常于无菌室和医院手术室等空气对流不大的环境下消毒杀菌。流不大的环境下消毒杀菌。 杀菌效率低，杀菌时间长，一般要结合甲醛杀菌效率低，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。蒸气或苯酚喷雾等来保证无菌室的高度无菌。153.3.静电除菌静电除菌 采用静电除尘法除去空气中的水雾、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，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。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，再配合高效过需无菌空气的预处理，再配合高效过滤器使用。滤器使用。 16静电除尘静电除尘 静电除尘是利用静电引力吸附带电静电除尘是利用静电引力吸附带电粒子而达到除菌除尘目的。粒子而达到除菌除尘目的。 悬浮于空气中的微生物，其孢子大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粒在进入高压静电场时都会被电离变成带电微粒。成带电微粒。 静电除菌装置按其对菌体微粒的作静电除菌装置按其对菌体微粒的作用可分成用可分成电离区和捕集区电离区和捕集区。17静电除菌静电除菌除尘装置示意图除尘装置示意图 18静电除菌静电除菌 用静电除菌进行空气净化，要求极板很用静电除菌进行空气净化，要求极板很平直，安装间距均匀。平直，安装间距均匀。 使用该方法一次性投资费用较大。使用该方法一次性投资费用较大。 对于一些直径很小的微粒，它所带的电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。电除尘对很小的微粒效率较低。194.4.过滤除菌法过滤除菌法 过滤除菌是目前生物技术工业生产中使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，从而获得无菌空气物，从而获得无菌空气 常用的过滤介质有常用的过滤介质有棉花、活性炭、超细棉花、活性炭、超细玻璃纤维、石棉滤纸、玻璃纤维、石棉滤纸、PVA烧结材料过滤介烧结材料过滤介质、烧结金属过滤介质质、烧结金属过滤介质等。等。20第二节 压缩空气预处理原理21空气压缩过程，压强与温度的关系：22例例2-1空压机吸入空气温度20，当压缩到0.2MPa（表压）时，问此时压缩空气温度?2324湿空气的性质湿度 空气湿度x(湿含量)：湿空气中所含的水蒸气质量与所含的干空气质量之比。相对湿度 相对湿度：湿空气中水蒸气分压与同温下水的饱和蒸气压之比。2526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。27压缩空气除水原理压缩后，高温下空气中水不会析出。压缩空气由高温经冷却相对湿度增加。相对湿度为100%时，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，压缩比越大，露点温度也越高，更易析出水。温度升高相对湿度降低。28例例2-2空压机吸入空气温度20， =80%，当压缩到0.2MPa（表压）时，温度为120 ，问：此时压缩空气的相对湿度 ？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？ 当空气冷却到露点即29例例2-3若将例若将例2-2的压缩空气冷却到的压缩空气冷却到25（压强不变），（压强不变），求：求：其湿含量？其湿含量？每每kgkg干空气能析出多少水？查得干空气能析出多少水？查得25时时 。30 例例2-4 若将例若将例2-3的压缩空气加热到的压缩空气加热到35（压强不变）（压强不变），问其相对湿度为多少？查得，问其相对湿度为多少？查得35时时 31 第三节空气介质过滤除菌设备及计算32一、介质过滤除菌流程一、介质过滤除菌流程 （一）空气除菌流程的要求（一）空气除菌流程的要求 空气除菌流程是按发酵生产对无菌空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，根据空气的性质制所用除菌设备的特性，根据空气的性质制定的。定的。3334（二）空气除菌流程（二）空气除菌流程 1 1空气压缩冷却过滤流程空气压缩冷却过滤流程此除菌流程是一个设备较简单的空气除菌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、空气冷却器和流程，它由压缩机、贮罐、空气冷却器和过滤器组成。过滤器组成。 35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空气压缩冷却过滤流程空气压缩冷却过滤流程1-粗过滤器粗过滤器 2-空气压缩机空气压缩机 3-贮罐贮罐 4-冷却器冷却器 5-过滤器过滤器过滤空气过滤空气36 它只能适用于那些它只能适用于那些气候寒冷、相对湿度气候寒冷、相对湿度很低很低的地区。的地区。 这种流程在使用蜗轮式空气压缩机或无这种流程在使用蜗轮式空气压缩机或无油润滑空压机的情况下效果是好的。油润滑空压机的情况下效果是好的。 采用普通空气压缩机时，应加装丝网分采用普通空气压缩机时，应加装丝网分离器先将油雾除去。离器先将油雾除去。空气压缩冷却过滤流程空气压缩冷却过滤流程372 2两级冷却、分离、加热的空气除两级冷却、分离、加热的空气除菌流程菌流程 它可以它可以适应各种气候条件适应各种气候条件，能充分地分，能充分地分离空气中含有的水分，使空气在低的相对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。湿度下进入过滤器，提高过滤除菌效率。 这种流程的特点是：这种流程的特点是：2次冷却、次冷却、2次分离、次分离、适当加热。适当加热。此流程尤其适用于此流程尤其适用于潮湿的南方地区潮湿的南方地区。 38空气除菌流程两级冷却、分离、加热的空气除菌流程两级冷却、分离、加热的空气除菌流程旋旋风风分分离离器器393 3前置高效过滤除菌流程前置高效过滤除菌流程1.高效过滤器高效过滤器 2.空压机空压机 3.贮罐贮罐 4.冷却器冷却器 5.丝网分离器丝网分离器6.加热器加热器 7.过滤器过滤器 40 高效前置过滤除菌流程的特点是无菌高效前置过滤除菌流程的特点是无菌程度高。程度高。高效前置过滤器采用泡沫塑料（静电高效前置过滤器采用泡沫塑料（静电除菌）和超细纤维纸串联使用作过滤除菌）和超细纤维纸串联使用作过滤介质。介质。前置高效过滤除菌流程前置高效过滤除菌流程414.冷热空气直接混合式空气除菌流程冷热空气直接混合式空气除菌流程42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-高空采风高空采风 2-粗过滤器粗过滤器 3-空压机空压机 4-热交换器热交换器 5-冷却器冷却器 6、7-旋风分离器旋风分离器 8-空气总过滤器空气总过滤器 9-空气分过滤器空气分过滤器43 此流程适用于此流程适用于中等湿含量中等湿含量的地区。的地区。 其特点是：可省去第二冷却分离设备和其特点是：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用量较少，利用压缩空气的热量来提高空气温度。气温度。 但此流程的空气冷却温度和空气分配比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。需要进行具体的计算而给予调节。冷热空气直接混合式空气除菌冷热空气直接混合式空气除菌流程流程44空气过滤除菌实用化流程空气过滤除菌实用化流程 1.粗滤器粗滤器 2.空压机空压机 3.空气贮罐空气贮罐 4.沉浸式空气冷却器沉浸式空气冷却器 5.油水分离器油水分离器 6.二级空气冷却管二级空气冷却管 7.除雾器除雾器 8.空气加热器空气加热器 9.空气过滤器空气过滤器 10.金属微孔管过滤器（或上接纤维纸过滤器）金属微孔管过滤器（或上接纤维纸过滤器）45 二、空气介质过滤除菌设备及二、空气介质过滤除菌设备及设计计算设计计算（一）吸风塔（一）吸风塔吸风塔的高度吸风塔的高度10m10m。吸风塔内的空吸风塔内的空气流速不能太气流速不能太快。快。8m/s8m/s46（二）粗过滤器（二）粗过滤器作用：作用：粗过滤器安装在空气压缩机前，粗过滤器安装在空气压缩机前，主要起主要起捕集较大的灰尘颗粒捕集较大的灰尘颗粒，防止其，防止其进入压缩机而造成压缩机磨损，同时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。也减轻总过滤器的负荷。要求：要求：粗过滤器的过滤效率要高，阻粗过滤器的过滤效率要高，阻力要小。力要小。常用的粗过滤器有：布袋过滤、填料常用的粗过滤器有：布袋过滤、填料式过滤、油浴洗涤和水雾除尘等。式过滤、油浴洗涤和水雾除尘等。47布袋过滤布袋过滤 布袋过滤布袋过滤结构最简单，只要将滤布缝制成与骨结构最简单，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，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。并缝紧所有会造成短路的空隙。 它的过滤效率和阻力损失要视所选用的滤布特它的过滤效率和阻力损失要视所选用的滤布特性和过滤面积而定。性和过滤面积而定。 布质结实细致，则过滤效率高，但阻力大。布质结实细致，则过滤效率高，但阻力大。 最好采用毛质绒布效果较好，现多采用合成纤最好采用毛质绒布效果较好，现多采用合成纤维滤布。维滤布。48 一般来说气流速度越一般来说气流速度越大，则阻力越大，且过滤大，则阻力越大，且过滤效率也低。效率也低。 气流速度一般为气流速度一般为22.5 m3/（m2min），），空气阻力大约为空气阻力大约为6001200Pa。 滤布要定期清洗，以减滤布要定期清洗，以减少阻力损失和提高过滤效少阻力损失和提高过滤效率。率。布袋过滤布袋过滤49油浴洗涤空气装置油浴洗涤空气装置油浴洗涤空气装置油浴洗涤空气装置水雾除尘装置水雾除尘装置水雾除尘装置水雾除尘装置50（三）前置预过滤器 绒布或聚氨酯泡沫塑料无纺布粗过滤层亚高效过滤层流速0.5m/s流速0.20.5m/s51（四）空气压缩机（四）空气压缩机 根据全厂发酵工艺所需的空气流量、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发酵罐的液柱高度所需的压强来选用空气压缩机型号。空气压缩机型号。提供生产用的空气有提供生产用的空气有0.20.20.3Mpa0.3Mpa压力压力（低压压缩空气）。（低压压缩空气）。52（1）涡轮式空气压缩机 提供大量低压空气的提供大量低压空气的最理想最理想设备是涡轮设备是涡轮式空气压缩机。式空气压缩机。 涡轮式空气压缩机涡轮式空气压缩机一般由电机直接带动一般由电机直接带动涡轮，靠涡轮高速旋转时所产生的涡轮，靠涡轮高速旋转时所产生的“空穴空穴”现象，吸入空气并使其获得较高的离心力，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。动能转变为静压后输出。 53 涡轮式空气压缩机输气量大，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，空气压力稳定，效率高，设备紧凑，占地面积小，无易损部件，获得的占地面积小，无易损部件，获得的空气不带油雾。空气不带油雾。适用于生物工业的是低压涡轮空气适用于生物工业的是低压涡轮空气压缩机，出口压力一般为压缩机，出口压力一般为0.250.5MPa。 低压涡轮空气压缩机有单级的和低压涡轮空气压缩机有单级的和多级的，后者还可分段多级的，后者还可分段。输气量输气量100m3/min，最大，最大12000m3/min。涡轮式空气压缩机涡轮式空气压缩机54 往复式空气压缩机是靠活塞在汽缸内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，的往复运动而将空气抽吸和压出的，因此因此出口压力不够稳定出口压力不够稳定。因气缸内要加入润滑活塞用的润滑油，因气缸内要加入润滑活塞用的润滑油，使空气中带进油雾。使空气中带进油雾。（2）往复式空气压缩机）往复式空气压缩机55油雾的影响油雾的影响 （1）传热系数降低，给空气冷却带来）传热系数降低，给空气冷却带来困难；困难； （2）油雾带入过滤器会堵塞过滤介质）油雾带入过滤器会堵塞过滤介质的纤维间隙而增大空气压力损失；的纤维间隙而增大空气压力损失； （3）油雾粘附在纤维表面形成微生物）油雾粘附在纤维表面形成微生物微粒穿透过滤层的途径，降低过滤效率。微粒穿透过滤层的途径，降低过滤效率。 56 选用无油润滑的往复式选用无油润滑的往复式压缩机也可解决油雾的污压缩机也可解决油雾的污染和影响。染和影响。 目前许多工厂采用一种目前许多工厂采用一种简易的方法，将现有的简易的方法，将现有的L型型往复式空气压缩机拆除气往复式空气压缩机拆除气缸供油管道，改装由缸供油管道，改装由二硫二硫化钼氟塑料化钼氟塑料制成的自润滑制成的自润滑活塞环。活塞环。往复式空气压缩机往复式空气压缩机57 往复式空气压缩机有单缸、多缸之分，多缸中往复式空气压缩机有单缸、多缸之分，多缸中又有又有V形、形、W形、形、L形、形、H形对置式等气缸排列式。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若以出口压力来分类，往复式空气压缩机可分成高压（成高压（8100MPa）、中压（）、中压（18MPa）及低压（及低压（1MPa以下）之分。以下）之分。 目前国内生产的低压往复式压缩机大多是双缸目前国内生产的低压往复式压缩机大多是双缸二级压缩的。二级压缩的。 双缸二级压缩机又以双缸二级压缩机又以L形的设计最为普遍。形的设计最为普遍。 生物工业生产，常把二级压缩机的高压气缸改生物工业生产，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。为可以单独吸入新鲜空气的低压气缸。 58 采用往复式空气压缩机的除菌流程采用往复式空气压缩机的除菌流程中需具有粗过滤器和空气贮罐。中需具有粗过滤器和空气贮罐。 粗过滤器起着预先过滤大颗粒灰粗过滤器起着预先过滤大颗粒灰尘，提高压缩机使用寿命的作用。尘，提高压缩机使用寿命的作用。 空气贮罐是作为缓冲往复式压缩空气贮罐是作为缓冲往复式压缩机的排气脉冲，稳定压力使用的。机的排气脉冲，稳定压力使用的。 往复式空气压缩机往复式空气压缩机59（3）螺杆式空气压缩机利用高速旋转的螺杆在汽缸里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瞬时组成空腔并因螺杆的运动把腔间内空气压缩后输出。把腔间内空气压缩后输出。螺杆式压缩机分单杆压缩机和螺杆式压缩机分单杆压缩机和双螺杆压缩机。双螺杆压缩机。这类压缩机是整机安装，占地这类压缩机是整机安装，占地面积小，压缩空气中不含油雾面积小，压缩空气中不含油雾且排气平稳。且排气平稳。因其维护保养技术要求比较高，因其维护保养技术要求比较高，适合大中型发酵企业采用。适合大中型发酵企业采用。60大型空气压缩机大型空气压缩机空气压缩机为定型产品，可根据工艺要求的风量、风压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。及其他性能参数，从空气压缩机的产品目录中选择定购。616263（五）空气贮罐（五）空气贮罐作用：作用：1.消除压缩机排出空气量的脉冲，维持稳消除压缩机排出空气量的脉冲，维持稳定的空气压力；定的空气压力；2.让高温的空气在贮罐里停留一定的时间，让高温的空气在贮罐里停留一定的时间，起到空气的部分杀菌作用起到空气的部分杀菌作用3.利用重力沉降作用分离部分油雾。利用重力沉降作用分离部分油雾。大多数是将贮罐紧接着压缩机安装。大多数是将贮罐紧接着压缩机安装。64 贮罐大小按经验公式计算：贮罐大小按经验公式计算： V 0.10.2VC式中式中 V贮罐体积，贮罐体积，m3； Vc压缩机的排气量，压缩机的排气量，m3min。空气贮罐空气贮罐安全阀安全阀压力表压力表排气管排气管人孔人孔进气管进气管 压缩空气要切向进入空气压缩空气要切向进入空气贮罐贮罐 有的在罐内装冷却蛇管。有的在罐内装冷却蛇管。 也有的在贮罐内加装导筒。也有的在贮罐内加装导筒。排污阀65（六）空气冷却器（六）空气冷却器空气冷却器的空气冷却器的作用作用是使压缩空气是使压缩空气除水减湿除水减湿。设计时应根据空气冷却过程的特点进行考虑设计时应根据空气冷却过程的特点进行考虑常用的类型常用的类型有：立式列管式热交换器、沉浸式热有：立式列管式热交换器、沉浸式热交换器、喷淋式热交换器等。交换器、喷淋式热交换器等。设计时应采用恰当的措施来提高它的给热系数。设计时应采用恰当的措施来提高它的给热系数。最好办法是最好办法是增加空气的流速增加空气的流速。 在计算冷却器的热交换量时应注意，除了使压缩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冷凝时所释出的汽化潜热汽化潜热。66湿空气的焓6768 采用新型的板翘式热交换器以强制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，传热系流动的冷空气作为冷却介质，传热系数最大可达数最大可达1260kJ/（m2h）。）。 对于沉浸式和喷淋式换热器，在设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，一般选计时应保证一定的空气流速，一般选择空气流速为择空气流速为 510ms。69（七）气液分离器（七）气液分离器 气液分离器是将空气中被冷凝成雾状的水雾气液分离器是将空气中被冷凝成雾状的水雾和油雾粒子除去的设备。和油雾粒子除去的设备。 常用的有旋风式和填料式。常用的有旋风式和填料式。 旋风式旋风式称做称做旋风分离器旋风分离器，是利用气流从切线，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。离心力场来分离重度较大的微粒。 填料式填料式分离器又称分离器又称除雾器除雾器，是利用填料的惯，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。性拦截作用，将空气中的水雾和油雾分离出来。 70旋风分离器旋风分离器旋风分离器旋风分离器的优点是的优点是结构简单，制造方便结构简单，制造方便 总的要求是：总的要求是： 旋风分离器的直旋风分离器的直径不要太大。径不要太大。 进口的气流速度进口的气流速度要适当。要适当。 71旋风分离器的直径不要太大。旋风分离器的直径不要太大。原因：原因：气流旋转运动所产生的离心力与气流旋转运动所产生的离心力与分离器半径成反比。分离器半径成反比。l 要分离的空气量大时，可采用多个分要分离的空气量大时，可采用多个分离器并联。离器并联。72 旋风分离器的设计计算，一般是采用实验为基础的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。定的分离器型式的尺寸比例计算出各部位的尺寸。旋风分离器的直径旋风分离器的直径D可以用下式估算：可以用下式估算： 式中式中 D旋风分离器直径，旋风分离器直径，m qv通过旋风分离器的空气流量，通过旋风分离器的空气流量，m3/min旋风分离器旋风分离器73旋旋风风分分离离器器 74 进口的气流速度要适当。进口的气流速度要适当。 旋转气流所产生的离心力与气流速度的旋转气流所产生的离心力与气流速度的平方成正比。平方成正比。 气流速度小，分离效果差；气流速度小，分离效果差； 但气流速度过大，则能量损失多（压降但气流速度过大，则能量损失多（压降大），同时也会产生涡流而降低效率。大），同时也会产生涡流而降低效率。 一般采用一般采用进口进口气流速度气流速度 1525ms，排，排气气出口出口气流速度为气流速度为 48ms。 75 旋风分离器对于分离旋风分离器对于分离10m以上的微粒以上的微粒效率较高，但对效率较高，但对10m以下的微粒分离就以下的微粒分离就比较困难。比较困难。一般冷凝水雾粒的大小为一般冷凝水雾粒的大小为 10200m，可可选用旋风分离器进行分离选用旋风分离器进行分离 旋风分离器的压头损失通常是旋风分离器的压头损失通常是5002000Pa。旋风分离器旋风分离器76填料分离器填料分离器 填料分离器是利用各种填料如焦炭、活性炭、瓷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。气中水雾或油雾，起着进一步净化气体的作用。 它们的分离效率它们的分离效率随它们的表面积增大而增大随它们的表面积增大而增大。 丝网分离器体积较小，丝网表面间隙小，可除去丝网分离器体积较小，丝网表面间隙小，可除去小至小至5m的雾状微粒，分离效率可达的雾状微粒，分离效率可达9899，且阻力损失不大。，且阻力损失不大。 但对于雾沫浓度很大的场合，会因雾沫堵塞孔隙但对于雾沫浓度很大的场合，会因雾沫堵塞孔隙而增大阻力损失。而增大阻力损失。77丝网分离器丝网分离器 78空气介质过滤除菌设备 汽液分离器汽液分离器79 丝网规格很多，常用的丝网由不锈钢、镍、铝、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。铜、聚乙烯、聚丙烯、涤纶、锦纶等材料制成。丝的直径一般为丝的直径一般为0.25mm左右，也可为左右，也可为0.l0.4mm的扁丝。的扁丝。 一般将丝织成宽一般将丝织成宽100150mm的网带，丝网孔的网带，丝网孔径径2080目，丝网介质层高度最少为目，丝网介质层高度最少为100mm，常，常用用150mm，分离细雾时可用，分离细雾时可用200300mm。一般只按商品丝网高度规格选取，常用高度为一般只按商品丝网高度规格选取，常用高度为150mm。 80 分离器圆筒直径按容器的空截面气速进分离器圆筒直径按容器的空截面气速进行计算：行计算： （m） 式中式中 Vg通过分离器的空气体积流量，通过分离器的空气体积流量，m3s vs空截面气速，空截面气速，ms； D分离器圆筒直径，分离器圆筒直径，m。81 空截面气速约为丝网间隙中空气的实际流速空截面气速约为丝网间隙中空气的实际流速的的75。 空气的实际流速，可由下面的经验公式计算空气的实际流速，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：出容许的最大值，称为容许气速，其值为： （m/s） K值与空气中雾沫微粒的浓度、液体的表面张力、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，一般选粘度和丝网的比表面积等因素有关，一般选K=0.067进行设计计算。进行设计计算。 82空气的阻力损失空气的阻力损失 通过分离器后空气的阻力损通过分离器后空气的阻力损失，可由下面经验公式进行计算：失，可由下面经验公式进行计算： （Pa）83（八）空气加热器（八）空气加热器除水以后的压缩空气在进入总过滤器之前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要把相对湿度降到60607070，通常的方，通常的方法是采用换热器来加热压缩空气达到降湿法是采用换热器来加热压缩空气达到降湿的要求的要求空气加热器一般采用空气加热器一般采用列管式换热器列管式换热器，也有，也有采用套管换热器。采用套管换热器。要控制进入发酵罐的空气温度最好不要超要控制进入发酵罐的空气温度最好不要超过微生物培养温度过微生物培养温度1010。84三、空气除菌设备三、空气除菌设备 （空气过滤器）（空气过滤器）85 空气过滤器的过滤除菌效率主要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。以及通过的气流速度等因素有关。 86 空气过滤器空气过滤器2.空气过滤压力降空气过滤压力降 的计算的计算式中式中 L 过滤层厚度，过滤层厚度，m； 空气密度，空气密度，kg/m3； 介质填充系数；介质填充系数； v 空气在介质间隙中的流速，空气在介质间隙中的流速，m/s； v v s / (1- ); v s 空截面气速，空截面气速，m/s； df 纤维直径，纤维直径，m； m 实验指数，对不同的过滤介质，如棉花介质，实验指数，对不同的过滤介质，如棉花介质， m1.45；19m玻璃纤维，玻璃纤维， m1.35； 8m玻璃玻璃 纤维，纤维， m1.55； c 阻力系数，棉花介质阻力系数，棉花介质c100/Re;玻璃纤维介质玻璃纤维介质c52/Re。87提高过滤效率的措施提高过滤效率的措施 1.减少进口空气的含菌数：减少进口空气的含菌数： (1)加强生产环境的卫生管理，减少环境空气中的含菌量加强生产环境的卫生管理，减少环境空气中的含菌量 (2)提高空气进口位置（高空采风），减少空气进口含量提高空气进口位置（高空采风），减少空气进口含量 (3)加强压缩前的空气预过滤。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。设计和安装合理的空气过滤器。3.3.降低进入总过滤器空气的相对湿度：降低进入总过滤器空气的相对湿度：(1)(1)采用无油润滑空压机；采用无油润滑空压机； (2)(2)加强空气的冷却，去油水加强空气的冷却，去油水；(3)(3)提高进入总过滤器的空气温度，降低其相对湿度提高进入总过滤器的空气温度，降低其相对湿度。883过滤介质和过滤器的结构过滤介质和过滤器的结构过滤介质过滤介质1.棉花棉花2.玻璃纤维玻璃纤维3.活性碳活性碳4.超细玻璃纤维纸超细玻璃纤维纸5.石棉滤板石棉滤板6.烧结材料过滤介质：如烧结材料过滤介质：如PVA7.新型过滤介质：如新型过滤介质：如PVDF、PTFE89过滤效率过滤效率要评价一种过滤介质是否优越，最重要是看要评价一种过滤介质是否优越，最重要是看它的过滤效率；它的过滤效率；过滤效率是过滤常数过滤效率是过滤常数K和滤层厚度和滤层厚度L的函数；的函数；阻力降阻力降p越小越好。越小越好。可把可把KL/p的值作过滤介质综合评价指标。的值作过滤介质综合评价指标。过滤器的总过滤效率可用下式表示：过滤器的总过滤效率可用下式表示：90过滤器的结构纤维介质深层过滤器的结构纤维介质深层过滤器过滤器深层纤维介质空气过滤器深层纤维介质空气过滤器进气口进气口压紧架压紧架出气口出气口纤维介质纤维介质换热夹套换热夹套活性炭活性炭 纤维介质主要有棉花、纤维介质主要有棉花、玻璃纤维、超细玻璃纤维。玻璃纤维、超细玻璃纤维。 空气过滤器的尺寸：空气过滤器的尺寸：式中式中 qv空气流过滤器时的空气流过滤器时的 体积流量，体积流量，m3/s; vs 空截面空气流速，空截面空气流速，m/s。91过滤器的结构纤维介质深层过滤器的结构纤维介质深层过滤器过滤器填充物安装顺序：填充物安装顺序：孔板铁丝网麻布孔板铁丝网麻布棉花棉花麻布麻布活性炭活性炭麻布麻布棉花棉花麻布铁丝网孔板麻布铁丝网孔板弹簧压紧装置弹簧压紧装置92新型过滤器的结构新型过滤器的结构JPF空气过滤器空气过滤器93过滤器的结构过滤器的结构 YUD-Z空气过滤器空气过滤器94过滤器的计算95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 =16m，填充系数= 8%，空气流度vs = 0.1m/s；过滤常数K = 13.5/m。 96（1 1）计算过滤层厚度：）计算过滤层厚度：每批发酵通风过滤前含菌总数为：每批发酵通风过滤前含菌总数为：N1 = 50001060100 3108（个）（个）过滤后含菌数为N2 = 10-3个 过滤层厚度过滤层厚度L L为：为：97（2）计算过滤器直径）计算过滤器直径D 进口空气压强进口空气压强 p1 98070Pa 过滤工作压强过滤工作压强 p2 392000Pa 通气量通气量 V1 = 10m3/min = 0.17 m3/s 过滤器空气流量为：过滤器空气流量为： 故过滤层直径为：故过滤层直径为： 98（3）计算过滤压力损失）计算过滤压力损失 ： 据据 ，而滤层中空气流速为：，而滤层中空气流速为： 以棉花为过滤介质：以棉花为过滤介质： c =100/Re=100/0.436=229 m =1.4599发酵车间的空气过滤器发酵车间的空气过滤器 1001016空气分过滤系统设备流程设空气分过滤系统设备流程设计计 空气分过滤器都采用微孔膜绝对过滤器空气分过滤器都采用微孔膜绝对过滤器 102复习题复习题1.压缩空气预处理的原理？压缩空气预处理的原理？2.常见的空气过滤除菌流程有哪几种？特点常见的空气过滤除菌流程有哪几种？特点及适用范围是什么？及适用范围是什么？3.空气粗过滤器的作用是什么？常用的粗过空气粗过滤器的作用是什么？常用的粗过滤器有哪几种？滤器有哪几种？4.蜗轮式空气压缩机和往复式空气压缩机的蜗轮式空气压缩机和往复式空气压缩机的工作原理和特点是什么？工作原理和特点是什么？ 103 5.空气净化除菌流程中，常用的气液分离器空气净化除菌流程中，常用的气液分离器有哪两种形式？其工作原理和特点是什么？有哪两种形式？其工作原理和特点是什么？6.设计旋风分离器时总的要求是什么？设计旋风分离器时总的要求是什么？7. 常用的空气过滤器有哪几种？常用的空气过滤器有哪几种？复习题复习题104