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1、生物工程设备生物工程设备第十二章第十二章空气净化除菌与调节设备空气净化除菌与调节设备 空气净化除菌与调节设备空气净化除菌与调节设备空气净化除菌与调节设备空气净化除菌与调节设备 12.1 12.1 空气净化除菌的方法与原理空气净化除菌的方法与原理 12.2 12.2 空气介质过滤除菌设备空气介质过滤除菌设备 12.3 12.3 空气调节设备空气调节设备 12.1 12.1 空气净化除菌的方法与原理空气净化除菌的方法与原理12.1.1 12.1.1 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、霉菌和病毒。它们在空气中的含量
2、随环境的不同而有很大的差异。一般干燥寒冷的北方空气含菌量较少，而潮湿温暖的南方空气含菌量较多；人口稠密的城市比人口稀少的农村空气含菌量多；地平面比高空的空气含菌量多。虽然各地空气中微生物的分布是随机的，但它们的数量级可以认为是 103104个m3。12.1 12.1 空气净化除菌的方法与原理空气净化除菌的方法与原理2生物工业生产对空气质量的要求 生物工业生产中，由于所用菌种的生产能力强弱、生长速度的快慢、发酵周期的长短、分泌物的性质、培养基的营养成分和PH值的差异等，对所用空气的质量有不同的要求。生物工业生产所用的“无菌空气”，是指通过除菌处理使空气中含菌量降低到零或极低，从而使污染的可能性降
3、至极小。一般按染菌概率为10-3来计算，即 1000次发酵周期所用的无菌空气只允许1次染菌。12.1 12.1 空气净化除菌的方法与原理空气净化除菌的方法与原理12.1.2 12.1.2 空气净化除菌方法空气净化除菌方法 空气除菌就是杀灭或除去空气中的微生物。1热杀菌 热杀菌是一种有效的、可靠的杀菌方法。工业生产上常利用空气压缩时放出的热量进行加热保温杀菌。2辐射杀菌 从理论上说，超声波、X射线、射线、射线、紫外线等都能破坏蛋白质活性而起杀菌作用。但应用较广泛的还是紫外线，它的波长在253.7265nm时杀菌效力最强，它的杀菌能力与紫外线的强度成正比，与距离的平方成反比。紫外线通常用于无菌室等
4、空气对流不大的环境下消毒杀菌。12.1 12.1 空气净化除菌的方法与原理空气净化除菌的方法与原理3静电除菌 静电除尘法能除去空气中的水雾、油雾、尘埃和微生物等，且消耗能量小，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。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。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，但对很小的微粒效率较低。12.1 12.1 空气净化除菌的方法与原理空气净化除菌的方法与原理过滤除菌过滤除菌是目前生物工业生产中
5、最常用、最经济的空气除菌方法，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。常用的过滤介质按孔隙的大小可分成两大类：一类是介质间孔隙大于微生物，故必须有一定的厚度才能达到过滤除菌目的；而另一类是介质的孔隙小于微生物，空气通过介质，微生物就被截留于介质上，这称之为绝对过滤。前者有棉花、活性炭、玻璃纤维、有机合成纤维、烧结材料（烧结金属、烧结陶瓷、烧结塑料）等，后者有微孔超滤膜等。12.1 12.1 空气净化除菌的方法与原理空气净化除菌的方法与原理12.1.3 12.1.3 介质过滤除菌机理介质过滤除菌机理 空气的过滤除菌原理与通常的过滤原理不一样，由于空气中气体引力较小
6、，且微粒很小，常见悬浮于空气中的微生物粒子大小在0.52m，而空气过滤常用的过滤介质如棉花，它的纤维直径一般为1620m，当充填系数为8时，棉花纤维所形成网格的孔隙为2050m。微粒随空气流通过滤层时，滤层纤维所形成的网格阻碍气流前进，使气流无数次改变运动速度和运动方向而绕过纤维前进。12.1 12.1 空气净化除菌的方法与原理空气净化除菌的方法与原理1惯性冲击滞留作用机理惯性冲击滞留作用是空气过滤除菌的重要作用。当微粒随气流以一定的速度垂直向纤维方向运动时，空气受阻即改变运动方向，绕过纤维前进。而微粒由于它的运动惯性较大，未能及时改变运动方向，直冲到纤维表面，由于摩擦黏附，微粒就滞留在纤维表
7、面，这称为惯性冲击滞留作用。空气流速是影响惯性冲击滞留效率的重要因素。空气流速下降，惯性冲击滞留效率也下降。滞留效率为零时的气流速度称为惯性冲击的临界速度。12.1 12.1 空气净化除菌的方法与原理空气净化除菌的方法与原理2拦截滞留作用机理气流速度下降到临界速度以下时，微粒就不能因惯性冲击而滞留在纤维上，捕集效率显著下降。但实践证明，随着气流速度的继续下降，纤维对微粒的捕集效率又有回升，说明有另一种机理在起作用，这就是拦截滞留作用机理。当微生物等微粒随低速气流慢慢靠近纤维时，微粒所在的主导气流受纤维所阻而改变流动方向，绕过纤维前进，并在纤维的周边形成一层边界滞流区。滞留区的气流速度更慢，进到
8、滞留区的微粒慢慢靠近和接触纤维而被粘附滞留，称为拦截滞留作用。12.1 12.1 空气净化除菌的方法与原理空气净化除菌的方法与原理3布朗扩散作用机理直径很小的微粒在很慢的气流中能产生一种不规则的直线热运动，称为布朗扩散。布朗扩散的运动距离很短，在较大的气速或较大的纤维间隙中是不起作用的。但在很小的气流速度和较小的纤维间隙中却能使微粒靠近纤维而被黏附，称为布朗扩散作用机理。4重力沉降作用机理重力沉降是一个稳定的分离作用，当微粒所受的重力大于气流对它的拖带力时，微粒就沉降。重力沉降作用一般与拦截作用配合，在纤维的边界滞留区内，可提高拦截的捕集效率。12.1 12.1 空气净化除菌的方法与原理空气净
9、化除菌的方法与原理5静电吸附作用机理干空气从非导体的物质表面流过时，由于摩擦作用，会产生诱导电荷，特别是用树脂处理过的纤维，尤其是一些合成纤维更为显著。悬浮在空气中的微生物微粒或由于本身带有不同的电荷、或由于产生的诱导电荷，使它们随气流通过介质表面时，受带异性电荷的介质所吸引而沉降，称为静电吸附作用机理。此外，表面吸附也归属这个范畴，如活性炭的大部分过滤效能应是表面吸附的作用。12.1 12.1 空气净化除菌的方法与原理空气净化除菌的方法与原理 当空气流过介质时，惯性撞击、拦截、布朗扩散、重力沉降和静电吸附这五种机理同时在起作用。当气流速度较大时，除菌效率随空气流速的增加而增加，这是由于惯性冲
10、击起主要作用；当气流速度较小时，除菌效率随气流速度的增加而降低，这是由于扩散起主要作用；当气流速度中等时，可能是拦截起主要作用。如果空气流速很大，除菌效率却下降，则是由于已被捕集的微粒又被湍动的气流夹带返回到空气中。如图12-1表示了单纤维除菌效率与气流速度的关系。其中虚线段表示空气流速高时，会引起除菌效率的急速下降。12.1 12.1 空气净化除菌的方法与原理空气净化除菌的方法与原理图12-1 单纤维除菌效率与气流速度的关系 返回 12.2 12.2 空气介质过滤除菌设备空气介质过滤除菌设备 12.2.1 12.2.1 空气介质过滤除菌流程空气介质过滤除菌流程1对空气过滤除菌流程的要求 空气
11、除菌流程是根据生物工业生产中对无菌空气的要求（无菌程度、空气压力、温度和湿度）和空气的性质，并结合采气环境的空气条件和所用除菌设备的特性而制定的。对于风压要求低、输送距离短、无菌程度也不很高的无菌空气，可直接采用离心式鼓风机增压后经一、二级过滤除菌而制备。12.2 12.2 空气介质过滤除菌设备空气介质过滤除菌设备 要制备无菌程度高，且具有较高压强的空气，流程就复杂一些。需根据所在地的地理、气候环境和设备条件综合考虑。如在环境污染比较严重的地方，可改变吸风的条件，以吸取相对洁净的空气；在温暖潮湿的南方，可加强除水设施。要保证过滤器有较高的过滤效率，应维持一定的气流速度和不受油、水的干扰。气流速
12、度可由操作来控制；不受油、水的干扰则要采用一系列冷却、分离、加热设备以保证空气的相对湿度在5060%时通过过滤器。12.2 12.2 空气介质过滤除菌设备空气介质过滤除菌设备 2空气过滤除菌流程（1）两级冷却、分离、加热的空气除菌流程 如图12-2所示，这是一个比较完善的空气除菌流程。其特点是：两次冷却、两次分离和适当加热。两次冷却、两次分离油水的主要优点是可节约冷却用水，油水分离比较完全，保证干过滤。压缩空气经第一次冷却后，大部分的水、油结成颗粒较大、浓度较高的雾粒，可用旋风分离器分离；第二次冷却，使空气进一步析出其中的油和水，形成较小的雾粒，可用丝网分离器分离。此时，空气的相对湿度还是10
13、0%，可用加热的方法把空气的相对湿度降到5060%。12.2 12.2 空气介质过滤除菌设备空气介质过滤除菌设备 图12-2 两极冷却、分离、加热除菌流程 1粗过滤器；2空压机；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过滤器 12.2 12.2 空气介质过滤除菌设备空气介质过滤除菌设备（2）冷热空气直接混合式空气除菌流程 该流程适应于中等湿含量的地区，特点是：可省去第二次冷却分离设备和空气再加热设备，流程简单，冷却水用量少，利用压缩空气的热量提高空气温度。压缩空气从贮罐分成两部分流出，一部分进入冷却器，冷却到较低温度，经分离器分离水、油雾后与另一部分未处理的高温高压空气混
14、合后进入过滤器过滤。空气的冷却温度和空气分配比的关系随吸取空气的参数而变化。12.2 12.2 空气介质过滤除菌设备空气介质过滤除菌设备（3）前置高效过滤除菌 前置高效过滤除菌流程如图12-3所示。该流程使空气先经中效、高效过滤后，进人空气压缩机。经前置高效过滤器后，空气的无菌程度已达99.99，再经冷却、分离和主过滤器过滤后，空气的无菌程度就更高。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做过滤介质。12.2 12.2 空气介质过滤除菌设备空气介质过滤除菌设备 图12-3 前置高效过滤空气除菌流程 1高效过滤器2空压机3贮罐4冷却器5丝网分离器6加热器7过滤器 12.2 12
15、.2 空气介质过滤除菌设备空气介质过滤除菌设备 12.2.2 12.2.2 空气介质过滤除菌设备空气介质过滤除菌设备 粗过滤器是安装在空气压缩机前的过滤器，主要作用是捕集较大的灰尘颗粒，防止压缩机受磨损，减轻总过滤器的负荷。粗过滤器的过滤效率要高，阻力要小，否则会增加空气压缩机的吸入负荷和降低空气压缩机的排气量。常用的有：布袋过滤器、填料式过滤器、油浴洗涤器和水雾除尘器等。布袋过滤器、填料式过滤器在前面的章节或相关课程已有叙述，这里主要介绍油浴洗涤器和水雾除尘器。12.2 12.2 空气介质过滤除菌设备空气介质过滤除菌设备 油浴洗涤器结构如图12-4所示。空气进人装置后鼓泡通过油箱中的油层，空
16、气中的微粒被油粘附而逐渐沉降于油箱底部而除去。经过油浴的空气会带有油雾，须要经过百叶窗式的圆盘，分离较大粒油雾，再经气液过滤网分离小颗粒油雾后，由中心管吸入压缩机。水雾除尘器工作原理：空气从设备底部进人，与上部喷下的水雾逆流接触，将空气中的灰尘、微生物微粒黏附于水中而沉降，从底部与水一起排出。12.2 12.2 空气介质过滤除菌设备空气介质过滤除菌设备 图12-4 油浴洗涤器 1滤网；2加油斗；3油镜；4油层 12.2 12.2 空气介质过滤除菌设备空气介质过滤除菌设备 2空气压缩机 生物工业生产中常用的空气是压力为0.20.3Mpa的低压压缩空气，提供大量低压空气最理想的设备是涡轮式空气压缩
17、机，但往复式空气压缩机还是广泛应用于生物工业中。蜗轮式空气压缩机由电机直接带动蜗轮旋转，靠涡轮高速旋转时产生的“空穴”现象，吸入空气，空气在蜗轮的带动下获得较高的离心力，然后通过固定的导轮和蜗轮形机壳，使其部分动能转变为静压后输出。12.2 12.2 空气介质过滤除菌设备空气介质过滤除菌设备 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，因此出口压力不稳定，且气缸内要加入润滑活塞用的润滑油，易使空气中带进油雾，导致传热系数降低，给空气冷却带来困难；如果油雾的冷却分离不干净，进人过滤器后又会堵塞过滤介质的纤维间隙，增大空气压力损失；它黏附在纤维表面，能成为微生物微粒穿透滤层的途
18、径，降低过滤效率，严重时会浸润介质而破坏过滤效果。因此改善油雾的污染是一个重要问题。12.2 12.2 空气介质过滤除菌设备空气介质过滤除菌设备 3空气贮罐 空气贮罐的作用是消除压缩机排出空气量的脉冲，维持稳定的空气压力，同时也可以利用重力沉降作用分离部分油雾。大多数情况下，贮罐紧接着压缩机安装。空气贮罐结构简单，是一个装有安全阀、压力表的空罐壳体。12.2 12.2 空气介质过滤除菌设备空气介质过滤除菌设备 4气液分离器 气液分离器能分离空气中被冷凝成雾状的水雾和油雾粒子。其形式很多，常用的有和填料分离器。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
19、气中的水雾或油雾，结构如图12-5所示。分离效率随表面积增大而增大。丝网的表面间隙小，可除去小至5m的雾状微粒，分离效率可达9899，且阻力损失不大，但对于雾沫浓度很大的场合，会堵塞孔隙而增大阻力损失。12.2 12.2 空气介质过滤除菌设备空气介质过滤除菌设备 图12-5 填料分离器 12.2 12.2 空气介质过滤除菌设备空气介质过滤除菌设备 5空气冷却器 空气冷却用的热交换器种类很多，常用的类型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。由于空气的给热系数很低，一般只有420kJ(m2h)，设计时应采用适当的措施来提高它的给热系数，否则将会大大增加传热面积。提高空气给热系数的
20、最好办法是增加空气的流速，当选择列管式热交换器时，若水质条件许可（杂质少，不容易形成积垢），可安排空气走管内，做成多管程流动，提高空气流速。12.2 12.2 空气介质过滤除菌设备空气介质过滤除菌设备 6空气过滤器（1）空气过滤除菌的对数穿透定律过滤除菌效率就是滤层所滤去的微粒数与原空气所含微粒数的比值，它是衡量过滤设备过滤效能的指标，即式中 NI过滤前空气中微粒含量，个m3N2过滤后空气中微粒含量，个m3。我们把过滤前后空气中微粒浓度的比值，即穿透滤层的微粒浓度N2与原微粒浓度NI的比值，称为穿透率。12.2 12.2 空气介质过滤除菌设备空气介质过滤除菌设备 实践证明，空气过滤器的过滤除菌
21、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。如我们假定：流经过滤介质的每一纤维的空气流态并不因其他邻近纤维的存在而受影响；空气中的微粒与纤维表面接触后即被吸附，不再被气流卷起带走；过滤器的过滤效率与空气中微粒的浓度无关；空气中微粒在滤层中的递减均匀，即每一纤维薄层除去同样百分率的微粒数。12.2 12.2 空气介质过滤除菌设备空气介质过滤除菌设备 那么就可得出式中 L过滤介质层厚度，m；K过滤常数，1m。上式即为深层介质过滤除菌的对数穿透定律，它表示进人滤层的微粒浓度与穿透滤层的微粒浓度之值的对数是滤层厚度的函数。其常数K的值与多个因素
22、有关，如纤维的种类、直径、填充密度，空气流速和空气中微粒的直径等。12.2 12.2 空气介质过滤除菌设备空气介质过滤除菌设备（2）过滤介质 常用的过滤介质有棉花（未脱脂）、活性炭、玻璃纤维、超细玻璃纤维纸、化学纤维等。棉花 棉花是传统的过滤介质，其质量随品种和种植条件不同差别较大。作为过滤介质时，最好选用纤维细长疏松的新鲜产品。装填时要分层均匀铺砌，最后要压紧，装填密度达到 150200kgm3为好。如果压不紧或是装填不均匀，会造成空气短路或介质翻动而丧失过滤效果。12.2 12.2 空气介质过滤除菌设备空气介质过滤除菌设备 玻璃纤维 作为散装充填过滤器的玻璃纤维，直径一般为819m，充填系
23、数一般采用610。如果采用硅硼玻璃纤维，则可获得较细直径（0.30.5m）的高强度纤维，制成过滤器后可除去0.01m的微粒，所以它可除去噬菌体和所有的微生物。活性炭 活性炭有非常大的比表面积，主要通过表面物理吸附作用截留微生物。一般采用直径3mm、长510mm的圆柱状活性炭。其粒子间隙大，故对空气的阻力较小，仅为棉花的112，但它的过滤效率比棉花要低得多。12.2 12.2 空气介质过滤除菌设备空气介质过滤除菌设备 超细玻璃纤维纸 超细玻璃纤维是利用质量较好的无碱玻璃，采用喷吹法制成的直径很小的纤维（直径为11.5m）。由于纤维特别细小，故不宜散装充填，而采用造纸的方法做成0.25lmm厚的纤
24、维纸，这种纤维纸的密度为380kgm3（当厚度为0.25mm时，每1kg 纸有 20m2过滤面积），它所形成的网格的孔隙为0.55m，比棉花小1015倍，故它有较高的过滤效率。超细玻璃纤维纸属于高速过滤介质。气流速度越高，效率越高。它虽然有较高的过滤效率，但强度很差，特别是受湿以后，强度大大下降。12.2 12.2 空气介质过滤除菌设备空气介质过滤除菌设备 石棉滤板 石棉滤板是采用20%纤维小而直的蓝石棉和8纸浆纤维混合打浆抄制而成。由于纤维比较粗，间隙比较大，虽然滤板较厚（35mm），但过滤效率还是比较低，只适宜用于分过滤器。烧结材料过滤介质 烧结材料过滤介质种类很多，有烧结金属（蒙乃尔合金
25、、青铜等）、烧结陶瓷、烧结塑料等。制造时用这些材料微粒粉末加压成型后，处于熔点温度下黏结固定，但只是粉末表面熔融黏结而保持粒子间的间隙，形成了微孔通道，具有微孔过滤的作用。12.2 12.2 空气介质过滤除菌设备空气介质过滤除菌设备 新型过滤介质 随着科学技术的发展和严格发酵条件的需求，已研究出一些新的过滤介质，它的微孔直径只有0.10.22m，小于细菌直径，故菌体粒子不能通过，称之为绝对过滤。总之，过滤介质的性能还很不完善，有待进一步研究改进，研制出更多新的效率更高的过滤介质。要评价一种过滤介质是否优越，最主要是看它的过滤效率，而过滤效率是过滤常数K和滤层厚度L的函数，K值越大，滤层厚度L可
26、越小；同时阻力降P越小越好，因此把KLp值作为过滤介质综合性能评价指标。12.2 12.2 空气介质过滤除菌设备空气介质过滤除菌设备（3）过滤器的结构 纤维介质深层过滤器 纤维介质深层过滤器结构如图12-6所示。纤维介质主要有棉花、玻璃纤维、超细玻璃纤维等。空气过滤器的尺寸主要包括直径D和有效滤层高度L。其中，D可由下式求出式中 q空气流经过滤器时的体积流量，m3s；s空截面空气速度，ms。空截面空气速度一般取0.10.3ms，按操作工艺而定，原则是应使过滤器在较高过滤效率的气流速度区运行。12.2 12.2 空气介质过滤除菌设备空气介质过滤除菌设备 图12-6 纤维介质深层过滤器 1.进气口
27、；2.压紧板；3.出气口；4.纤维介质；5.换热器；6.活性炭 12.2 12.2 空气介质过滤除菌设备空气介质过滤除菌设备 过滤器有效过滤介质高度L的决定，通常在实验数据的基础上，按对数穿透定律进行计算。这本来是不符合计算要求的。通常总的高度中，上下棉花层厚度各为总过滤层的1/41/3，中间活性炭层占1/31/2。在铺棉花层之前，先在下孔板铺一层3040目的金属丝网和织物（如麻布等）、有助于空气均匀进入棉花过滤层。填充物按下面顺序安装：孔板一铁丝网一麻布一棉花一麻布一活性炭一麻布棉花一麻布铁丝网一孔板 12.2 12.2 空气介质过滤除菌设备空气介质过滤除菌设备 安装介质时要求紧密均匀，压紧
28、一致。压紧装置有多种形式，可以在周边固定螺栓压紧，也可以用中央螺栓压紧，也可以利用顶盖的密封螺栓压紧，其中顶盖压紧比较简便。有些工厂为了防止棉花受潮下沉后松动，在压紧装置上加装缓冲弹簧，。在充填介质区间的过滤器圆筒外部通常装设夹套，其作用是在消毒时对过滤介质间接加热，对过滤器进行加热灭菌时，一般是自上而下通人0.20.4MPa（表压）的干燥蒸汽，维持45min，然后用压缩空气吹干备用。总过滤器约每月灭菌1次，而分过滤器则每批发酵前均进行灭菌。12.2 12.2 空气介质过滤除菌设备空气介质过滤除菌设备 平板式纤维纸分过滤器 这种过滤器适合充填薄层的过滤板或过滤纸，其结构如图12-7所示。它由罐
29、体、顶盖、滤层、夹板和缓冲层构成，空气从罐体中部切线方向进人，空气中的水雾、油雾沉于底部，由排污管排出；空气经缓冲层通过下孔板经薄层介质过滤后，从上孔板进人顶盖排气孔排出。缓冲层可装填棉花、玻璃纤维或金属丝网等。用顶盖法兰压紧过滤孔板并用垫片密封，上下孔板用螺栓连接，以夹紧滤纸和密封周边。12.2 12.2 空气介质过滤除菌设备空气介质过滤除菌设备 图12-7 平板式纤维纸过滤器 12.2 12.2 空气介质过滤除菌设备空气介质过滤除菌设备 过滤器的直径可由过滤面积决定。过滤面积按通过过滤器的空气体积流量V（m3s）和空气流过该介质时的视过滤速度s（ms）计算 s为通过过滤介质截面时的空气流速
30、，超细纤维纸可取1.01.5ms，石棉过滤板取0.81.0ms。12.2 12.2 空气介质过滤除菌设备空气介质过滤除菌设备 管式过滤器 平板式过滤器过滤面积局限于圆筒的截面积，当过滤面积要求较大时，则设备直径很大。若将过滤介质卷装在孔管上，如图12-8所示，这样，单位体积的过滤面积比平板式大得多，但卷装滤纸时要防止空气从纸缝走短路。这种过滤器的安装和检查比较困难。为了防止孔管密封的底部死角积水，封管底盖紧靠滤孔。12.2 12.2 空气介质过滤除菌设备空气介质过滤除菌设备 图12-8 管式过滤器 1铜丝网；2试布；3滤纸；4扎紧带；5滤筒；6空气出口；7空气进口 12.2 12.2 空气介质
31、过滤除菌设备空气介质过滤除菌设备 接叠式低速过滤器 在一些要求过滤阻力很小而过滤效率比较高的场合，如洁净工作台、洁净工作室或自吸式发酵罐等，都需要低速过滤器以满足其低阻力损失的要求。超细玻璃纤维纸的过滤特性是气流速度越低、过滤效率越高，所以我们可设计一种过滤面积很大的过滤器，其滤框（滤芯）和过滤器结构如图12-9所示。为了能在较小的设备内装设很大的过滤面积，可将长长的滤纸折叠成瓦楞状，安装在楞条支撑的过滤框内，滤纸的周边用环氧树脂与滤框黏结密封。12.2 12.2 空气介质过滤除菌设备空气介质过滤除菌设备 图12-9 接迭式低速过滤器 1蒸汽进口；2排废水；3空气出口；4滤芯 12.2 12.
32、2 空气介质过滤除菌设备空气介质过滤除菌设备 在选择过滤器时，应根据需处理空气的体积流量和流速进行计算。一般选择流速在0.025m/s以下，这时空气通过的压力损失约为200Pa。超细纤维易被微粒堵塞孔隙而增大压力损失。为了提高过滤器的过滤效率和延长使用寿命，一般都加设粗过滤设备，如静电除尘器和采用玻璃纤维或泡沫塑料作过滤介质的中效过滤器。这样，较大的微粒和部分小微粒被粗过滤器除去，以减少高效过滤器表面微粒的堆积和堵塞过滤网格现象。返回 12.3 12.3 空气调节设备空气调节设备 12.3.1 12.3.1 空气增减湿的原理空气增减湿的原理1湿空气的性质（1）湿度 湿空气中所含的水蒸气质量与所
33、含的绝干空气质量之比，称为空气的湿度，也称湿含量，以x表示，单位为Kg水蒸气/Kg干空气。若湿空气中水蒸气的分压强等于该空气湿度下水的饱和蒸气压，这空气就称为被水蒸气所饱和，空气的饱和湿度用xs表示。由于水的饱和蒸气压只与温度有关，故饱和湿度xs决定于它的温度和总压。12.3 12.3 空气调节设备空气调节设备（2）相对湿度 相对湿度是表示湿空气饱和程度的一个量，它是湿空气里水蒸气分压与同温度下水的饱和蒸气压之比（通常以百分数表示）。（3）热含量I 湿空气的热含量（或简秒焓）就是其中绝干空气的热含量与水蒸气热含量之和。为了便于计算，以1Kg绝干空气为基准，以0为基温（起点），取0时空气的热含量
34、和液体水的热含量都为零，所以空气的热含量只计算其显热部分，而水蒸气的热含量则包括水在0时的汽化潜热和水蒸气在0以上的显热。12.3 12.3 空气调节设备空气调节设备 2空气增减湿的原理 空气增湿机理，如图12-10所示，MN是水与空气的两相界面，在界面上空气的湿含量为xi，空气主体湿含量为x，湿球温度为ti，所以xi就是ti下饱和空气的湿含量。由于xi大于x，故在湿含量差xxi-x的作用下，空气不断增湿，也就是说，在湿度差推动力的作用下，水分不断由两相界面扩散到空气中去，进行传质。与此同时也进行着传热过程。由于空气的温度高于水的温度，借助对流给热，空气把热量传给水，放出显热而使自身温度降低，
35、水吸收空气的显热而温度升高。12.3 12.3 空气调节设备空气调节设备 图12-10 空气增湿机理 12.3 12.3 空气调节设备空气调节设备 因此空气的这类增湿过程可近似看作等焓过程。另一部分显热则被水吸收，使水在空调中不断升温。减湿过程与增温过程相反。如图12-11所示，空气的湿含量x超过了界面处的空气湿含量xi，与增湿过程比较，推动力是负值，所以水分扩散的方向，正好与增湿方向相反，空气的湿含量不断减少。空气中水分冷凝放出的潜热和空气降温的显热，通过对流给热传给水，变为水的显热，使水的温度升高。12.3 12.3 空气调节设备空气调节设备 图12-11 空气减湿机理 12.3 12.3
36、 空气调节设备空气调节设备 12.3.2 12.3.2 空气增减湿的方法空气增减湿的方法1空气的增湿方法（1）往空气中通往直接蒸汽。当空气初温较低时，可按计算将一定数量的蒸汽直接加入空气中混合，使空气增湿。其结果是空气的湿含量增加了，但温度也随之升高。在通风式发芽的空气调节中，通常要求进入喷淋室前的空气控制在20左右。因此，当空气温度太低时，可以采用此方法，以达到既增湿又升温的目的。实践表明，1Kg水蒸气足以使100m3空气提高10。12.3 12.3 空气调节设备空气调节设备（2）喷水。使水以雾状喷入不饱和空气中使空气增湿。最常用的方法是将大量水喷洒于不饱和空气中，结果使部分水汽化后进入空气
37、中，得到近乎饱和的湿空气，并使空气降温。（3）空气混合增湿。使待增湿的空气与高湿含量的空气混合而增湿。这种把两种不同状态的空气混合的方法，可以得到未饱和空气、饱和空气或过饱和空气。这种利用两种不同状态的空气进行混合的过程，在通风式发芽的空气调节中获得广泛应用。从麦层中出来的空气，湿含量高，把其中一部分循环，与补充的新鲜空气混合，再送入空调室重新循环使用，循环的空气量可高达8090%。12.3 12.3 空气调节设备空气调节设备 2空气的减湿方法（1）喷淋低于该空气露点温度的冷水。欲达到空气冷却与减湿的调节目的，须向空气中喷洒温度比空气的露点还低的大量冷水，可使空气中水分冷凝析出，使空气减湿降温
38、。（2）使用热交换器把空气冷却至其露点温度以下。这样，原空气中的部分水气，可冷凝析出排掉，使空气减湿。（3）将空气压缩后，再冷却到初温，使空气中的水分部分凝集析出，使空气减湿。（4）用吸收或吸附的方法除掉空气中的水气，使空气减湿。（5）给湿空气中通入干燥空气，使空气减湿。12.3 12.3 空气调节设备空气调节设备 12.3.3 12.3.3 空气调节设备空气调节设备 从鼓风机送出的空气，首先经过换热器进行加热或冷却，使空气在进入到喷淋室前，其温度保持在某一稳定的数值上，以避免外界环境变化的影响，保证操作稳定。空气经调温后，进入喷淋室增湿降温。在喷淋室的进口，装有空气分布板，以保证空气能均匀进
39、入喷淋室内。而在喷淋室出口，则装设挡水板，以防止空气把喷淋水滴带走。空气分布板和挡水板，通常装设于大型卧式空调室中，而在小型立式空调室中多不使用。12.3 12.3 空气调节设备空气调节设备 立式空调室如图12-12所示。在喷淋室的中间设有立式搁板，以便增加空气在喷淋室中的停留时间。并使喷淋时气水的运动方向分为两类：一类为逆喷，一类为顺喷。另一种空调室是卧式的，他的工作原理与立式的相同。卧式空调室是一个很大的长方体房间，如图12-13所示。鼓风机将空气送入空调室中，喷淋室装有若干排对喷的喷嘴，下方水池中装设一溢水管和循环管，水经冷却后可循环使用。卧式空调室生产能力大，多用于大型制麦车间，而且常采用一个空调室供多个发芽箱使用。12.3 12.3 空气调节设备空气调节设备 图12-12 立式空调室1.鼓风机；2.风道；3.喷淋室；4.喷嘴；5.泄水池 12.3 12.3 空气调节设备空气调节设备 图12-13 卧式空调室1.风机2.挡水板3.喷嘴4.挡水板5.循环管6溢流口