無菌發(fā)酵空氣過濾器原理介紹(缺點(diǎn)、特點(diǎn)、技術(shù))

一、空氣消毒法。

1.加熱消毒法。

加熱消毒效果好且可靠。孢子雖然具有耐熱性，但在218℃下24秒內(nèi)就能被破壞殺死。而用蒸汽或電力加熱大量空氣來達(dá)到殺菌的目的，需要消耗大量的能源和大量的換熱器，不經(jīng)濟(jì)。

2.輻射消毒法。

理論聲波、高能陰極射線、X射線、γ射線、β射線、紫外線均可用于空氣殺菌，其殺菌機(jī)理起到破壞微生物菌體內(nèi)蛋白質(zhì)活性的作用，但設(shè)備投資高，在發(fā)酵工業(yè)中應(yīng)用較少。

目前，無菌室主要采用紫外線、醫(yī)院手術(shù)室等空氣對流小的環(huán)境進(jìn)行消毒，但消毒效果差，消毒時間長。通常需要結(jié)合甲醛蒸汽消毒或苯酚噴灑來保證無菌室的高度無菌。

3.化學(xué)消毒。

溶解少量殺菌劑(如苯酚、環(huán)氧乙烷、重金屬鹽等。)于水中，使空氣能通過消毒液或噴入空氣中，以消滅空氣中的微生物。滅菌后空氣引入的殺菌劑也能殺死或抑制發(fā)酵罐內(nèi)的微生物，從而影響發(fā)酵效果。所以用化學(xué)滅菌法產(chǎn)生無菌空氣后，要除去殺菌劑中的水蒸氣和霧氣，這在發(fā)酵工業(yè)中很少使用。

4.靜電滅菌。

其特點(diǎn)是能耗低，處理1000m3空氣只需0.4-0.8kW的功率，空氣壓頭損失約400-2000Pa。1微米的集塵率可達(dá)99%以上。

缺點(diǎn)是裝置規(guī)模較大，對小于1微米的顆粒效率不明顯。但由于其設(shè)備投資高，在發(fā)酵工業(yè)中應(yīng)用較少。

5.過濾并滅菌。

發(fā)酵法制備的無菌室廣泛應(yīng)用于介質(zhì)過濾滅菌。它利用過濾介質(zhì)定期消毒，阻斷微生物在空氣中流動，從而獲得無菌空氣。

目前，無菌室主要采用紫外線、醫(yī)院手術(shù)室等空氣對流小的環(huán)境進(jìn)行消毒，但消毒效果差，消毒時間長。通常需要結(jié)合甲醛蒸汽消毒或苯酚噴灑來保證無菌室的高度無菌。

普通過濾材料:棉布、活性炭、玻璃纖維、有機(jī)合成纖維、石棉濾板等燒結(jié)材料(燒結(jié)金屬、燒結(jié)陶瓷、燒結(jié)塑料等。).最開始是用棉紗做過濾材料，后來逐漸取代了玻璃纖維。目前，PVA過濾器正逐漸取代常規(guī)過濾器。

第二，過濾殺菌機(jī)制。

1.慣性碰撞的滯留效應(yīng)。

濾網(wǎng)中的過濾層由無數(shù)纖維交織而成。當(dāng)纖維直徑減小時，堆積密度增加，導(dǎo)致具有更多層的致密網(wǎng)格，纖維之間的間隙越小。當(dāng)含有微生物和其他顆粒的空氣通過過濾層時，它只能通過纖維之間的間隙。在過濾層中，由于纖維的交錯排列，空氣被迫不斷改變流向和速度，從而穿過過濾層。當(dāng)顆粒隨氣流以一定速度垂直于纖維方向運(yùn)動時，空氣阻力改變方向，繞過纖維，但由于顆粒的慣性，運(yùn)動方向不能及時改變。當(dāng)顆粒隨主導(dǎo)氣流向前運(yùn)動時，由于摩擦力直接沖到纖維表面并粘附在纖維表面。

2.保留的截取。

在一定的流速下，顆粒不會因慣性碰撞而停留在纖維表面，從而降低殺菌效率。但隨著空氣流量的不斷降低，纖維對顆粒物的去除效率會有所提高。

當(dāng)微粒在低速氣流中緩慢接近纖維時，微粒所在的主氣流被纖維阻擋，流向發(fā)生變化，繞過纖維，在纖維周圍形成邊界滯止區(qū)。滯后區(qū)的氣流速度較慢，進(jìn)入該滯留區(qū)的顆粒緩慢接近并接觸纖維，從而被粘住并滯留。

3.布朗擴(kuò)散效應(yīng)。

當(dāng)空氣流速很小時，直徑很小的顆粒會產(chǎn)生不規(guī)則的直線運(yùn)動，這種運(yùn)動稱為布朗擴(kuò)散。當(dāng)布朗氣速較大，纖維間距較大時，纖維間距較大，但在很小的氣速和很小的纖維間距下，布朗擴(kuò)散使顆粒與纖維之間的接觸滯留大大提高了其吸附效率。

4.重力沉降效應(yīng)。

重力沉降是一個穩(wěn)定的分離過程。當(dāng)顆粒的重力大于氣流的牽引力時，顆粒容易沉降。在單次沉降的情況下，大顆粒比小顆粒起的作用明顯，而小顆粒只有在氣流速度很慢的情況下才起作用。通常配合攔截，即在纖維的邊界滯留區(qū)，顆粒的沉降可以提高攔截效果。

5.靜電吸附。

干氣與非導(dǎo)體材料的相對運(yùn)動摩擦?xí)a(chǎn)生感應(yīng)電荷，對纖維和樹脂，尤其是某些合成纖維產(chǎn)生處理作用。大部分微生物粒子都帶不同的電荷，這些帶電粒子會被帶相反電荷的物體吸引而下沉。另外，表面吸附屬于這一類。比如活性炭的過濾效率大多是表面吸附。

3.空氣過濾滅菌過程。

1.兩段冷卻加熱滅菌工藝。

這是一個比較完善的空氣殺菌工藝，適用于各種氣候條件，能充分分離油水，使空氣達(dá)到較低的相對濕度，從而提高過濾效率。

特點(diǎn):二次冷卻，二次分離，適當(dāng)加熱。特別是潮濕地區(qū)，其他地區(qū)可以因地制宜，在加工過程中適當(dāng)增加或減少設(shè)備。

2.冷熱空氣直接混合空氣殺菌工藝。

從儲罐出來后，壓縮機(jī)分為兩部分。一部分進(jìn)入冷卻器，冷卻到低溫，經(jīng)分離器分離，再與另一部分未經(jīng)處理的高溫壓縮空氣混合。

特點(diǎn):可以省去二次冷卻分離設(shè)備和空氣加熱裝置，工藝比較簡單，用壓縮空氣加熱分水后的空氣，冷卻水量少。在中濕地區(qū)可以使用，但不適用于空氣濕度大的地方。

3.高效過濾網(wǎng)空氣殺菌工藝。

通過壓縮機(jī)的吸入，空氣在進(jìn)入空壓機(jī)前經(jīng)過中效過濾器和高效過濾器的過濾，從而降低了主過濾器的負(fù)荷和空壓機(jī)的磨損。

特點(diǎn):高效預(yù)過濾設(shè)備可對空氣進(jìn)行多次過濾，從而獲得較高的無菌度，達(dá)到99.99%。

高效預(yù)濾器采用泡沫(靜電殺菌)和超細(xì)纖維紙串聯(lián)作為過濾介質(zhì)。

4.用熱空氣加熱冷空氣的過程。

通過壓縮熱空氣和冷空氣的交換，冷空氣的溫度升高，相對濕度降低。最好使用渦旋空壓機(jī)或無油潤滑空壓機(jī)，但使用普通空壓機(jī)時，油霧會污染過濾網(wǎng)。此時，應(yīng)安裝一個篩網(wǎng)分離器，以在油霧進(jìn)入過濾器之前將其清除。

4.空氣凈化處理裝置。

1.抽吸塔。

高空作業(yè)時，含塵量小于1mg/m3，故高度≥10，吸入室內(nèi)裝有泡沫介質(zhì)的粗濾器。

2.預(yù)過濾。

初級過濾裝置位于空氣壓縮機(jī)的前面，其作用是吸收較大的塵粒，防止壓縮機(jī)損壞，減少過濾網(wǎng)的總負(fù)荷。過濾器一般要求過濾效率高，阻力小，否則會增加空壓機(jī)的吸入量，減少空壓機(jī)的排放量。

它看起來像一個容器，里面有兩層過濾介質(zhì)。前通道為粗過濾層，后通道為次高效過濾層。常見的有:袋式過濾器、填料過濾器、水霧除塵、油浴清洗等。油浴清洗除塵因為油泡沫過多影響了空氣質(zhì)量，已經(jīng)不再使用。

3.空氣壓縮機(jī)。

往復(fù)式空氣壓縮機(jī):抽吸并壓縮空氣，使氣缸內(nèi)的活塞往復(fù)運(yùn)動。缺陷、壓力波動、油污染。

渦輪式空氣壓縮機(jī):由電動或蒸汽渦輪驅(qū)動，渦輪的速度產(chǎn)生空腔吸力。排氣均勻，無油污。不需要安裝儲氣罐。但是技術(shù)上對安裝維護(hù)的要求非常高。

螺桿式空氣壓縮機(jī):利用高速旋轉(zhuǎn)的螺桿在氣缸內(nèi)瞬間形成一個氣腔，氣腔內(nèi)的空氣通過螺旋運(yùn)動被壓縮輸出。安裝占用空間小，壓縮空氣無油霧，氣流穩(wěn)定。但是對維護(hù)的技術(shù)要求比較高。

4.儲氣罐。

儲氣罐的功能:

(1)消除脈動，保持罐內(nèi)壓力穩(wěn)定；

(2)在罐中沉淀一些顆粒；

3)保溫消毒。

5.空氣冷卻器。

豎管換熱器:冷卻水可在管道內(nèi)或管道外運(yùn)行，可采用2-4程換熱器。冷卻水流速為0.5-3米/秒，空氣流速為2-15米/秒..

噴淋熱交換器:空氣速度5-

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