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1、第九章 空气过滤2022/10/121本讲稿第一页，共二十七页主要内容1.1.空气除菌概述2.空气除菌的方法3.常用的滤菌介质4.过滤除菌的机制5.空气过滤器的计算6.过滤除菌流程2022/10/122本讲稿第二页，共二十七页1.空气除菌概述 好气性微生物的生长和合成代谢产物都需要消耗氧气。工业生产上均采用空气作为氧气来源。然而，空气中有各种各样的微生物，为保证纯种培养，必须将空气中的微生物除去或杀死。2022/10/123本讲稿第三页，共二十七页发酵用无菌空气的质量标准 无菌、无灰尘、无杂质 无油、无水、有压力 无菌程度Ns：10-3 (N0数量级：103104)1.空气除菌概述2022/1
2、0/124本讲稿第四页，共二十七页a.加热灭菌法 将空气加热到一定温度后保温一定时间,使微生物蛋白热失活而致死。热杀菌是有效的，可靠的杀菌方法。工业上是利用空气压缩时放出的热量进行杀菌。2.空气除菌方法2022/10/125本讲稿第五页，共二十七页静电除尘灭菌器示意图静电除尘灭菌器示意图静电除尘灭菌器示意图静电除尘灭菌器示意图b.静电除菌法 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。2022/10/126本讲稿第六页，共二十七页c.介质过滤除菌 过滤除菌法是让含菌空气通过过滤介质，以阻截空气中所含微生物，而取得无菌空气的方法。目前工业上用的较多的空气除菌方法。2022/10/1
3、27本讲稿第七页，共二十七页 玻璃纤维 活性炭 超细玻纤 棉花 烧结材料深层过滤3.常用的滤菌介质2022/10/128本讲稿第八页，共二十七页绝对过滤(微孔过滤)微孔滤膜2022/10/129本讲稿第九页，共二十七页 气流通过滤层时，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，导致微生物微粒与滤层纤维间产生a.惯性碰撞滞留作用b.阻拦滞留作用c.布朗扩散作用d.重力沉降作用e.静电吸引作用 从而把微生物微粒截留、捕集在纤维表面上，实现了过滤的目的。单一纤维空气流动模型 4.过滤除菌的机制2022/10/1210本讲稿第十页，共二十七页a.惯性碰撞滞留作用 I
4、nertial Impaction4.过滤除菌的机制2022/10/1211本讲稿第十一页，共二十七页捕集效率是微粒惯性力无因次准数的函数：l=f（）当气流速度等于临界速度vc时,1/16 b0l=02022/10/1212本讲稿第十二页，共二十七页b.阻拦滞留作用 Interception2022/10/1213本讲稿第十三页，共二十七页c.布朗扩散作用Brownian Diffusion2022/10/1214本讲稿第十四页，共二十七页d.重力沉降作用静电吸引作用2022/10/1215本讲稿第十五页，共二十七页 各种机理各自所作贡献的大小：一般认为惯性撞击截留、拦截截留和布朗运动截留的作
5、用较大，而重力和静电引力的作用则很小。s=1+2+3+4+52022/10/1216本讲稿第十六页，共二十七页5.空气过滤器的计算l 设计参数 (过滤效率)K (过滤常数)Vs(空气流速)L (介质层厚度)D (滤床直径)P(过滤压力降)过滤效率：过滤效率：滤层所滤去的微粒数与原来微粒数的比值，衡量过滤器过滤能力的指标。穿透率穿透率P P：NsN0，过滤前后空气中的微粒含量比值。2022/10/1217本讲稿第十七页，共二十七页对数穿透定律或-dN/dL=KN5.空气过滤器的计算2022/10/1218本讲稿第十八页，共二十七页过滤常数过滤常数K K的计算的计算1.根据公式2.查经验K值表或L
6、90表s 单纤维过滤效率 介质填充率df 介质纤维的直径2022/10/1219本讲稿第十九页，共二十七页介质层厚度介质层厚度L L的计算的计算 书例9-1 过滤介质：直径为16m的棉花纤维，Vs=0.1m/s，填充系数8%，空气中的原始菌浓度为5000个/m3，空气流量为10m3/min，使用周期100h。计算过滤效率，穿透率P N0=50001010060=3108 Ns=10-3 P=Ns/N0 3.3310-122.查表9-1，K值=0.31cm-13.计算L =85cm2022/10/1220本讲稿第二十页，共二十七页临界速率临界速率临界速率临界速率VcVc气体流速对过滤效率的影响空
7、气流速空气流速VsVs的选择的选择 在在可可控控安安全全范范围围内内，选选择择较较高高空空气气流流速速，这这样样可可以减小过滤器体积，节省过滤材料和操作费用。以减小过滤器体积，节省过滤材料和操作费用。2022/10/1221本讲稿第二十一页，共二十七页V 操作状态下空气的体积流量，m3/s由气态方程 P1 V1/T1=P2 V2/T2 导出：V2=P1T2V1/P2T1P1：大气压力 P2：操作压力，绝对压力 P2=P1+表压1atm=1.03kg/cm2滤床直径滤床直径D D的计算的计算2022/10/1222本讲稿第二十二页，共二十七页 空气通过过滤层需要克服与介质的摩擦而引起的压力降，是
8、一种能量损失，也是一种经济损失。过滤压力降过滤压力降PP的计算的计算2022/10/1223本讲稿第二十三页，共二十七页L 过滤层厚度，m 空气密度，kg/m3 介质填充系数V 空气流速 m/sm 实验指数C 阻力系数 损失随滤层的厚度、空气的流速、过滤介质的性质、填充情况而变化，见下式：过滤压力降过滤压力降PP的计算的计算(教材教材P162)P162)g2022/10/1224本讲稿第二十四页，共二十七页 粗过滤器 空气贮罐 空气冷却器 气液分离器 加热设备6.空气过滤除菌流程 经过空气压缩机后的空气具有很高的温度,冷却后又具有较高的相对湿度,油滴,水滴都会污染空气过滤器。两次冷却、两次分油水、适当加热流程2022/10/1225本讲稿第二十五页，共二十七页2022/10/1226本讲稿第二十六页，共二十七页2022/10/1227本讲稿第二十七页，共二十七页