無菌發酵空氣過濾器原理介紹(缺點、特點、技術)

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秒內就能被破壞殺死。而用蒸汽或電力加熱大量空氣來達到殺菌的目的，需要消耗大量的能源和大量的換熱器，不經濟。

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，其殺菌機理起到破壞微生物菌體內蛋白質活性的作用，但設備投資高，在發酵工業中應用較少。

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

3.化學消毒。

溶解少量殺菌劑(如苯酚、環氧乙烷、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酵罐內的微生物，從而影響發酵效果。所以用化學滅菌法產生無菌空氣后，要除去殺菌劑中的水蒸氣和霧氣，這在發酵工業中很少使用。

4.靜電滅菌。

其特點是能耗低，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99%以上。

缺點是裝置規模較大，對小于1微米的顆粒效率不明顯。但由于其設備投資高，在發酵工業中應用較少。

5.過濾并滅菌。

發酵法制備的無菌室廣泛應用于介質過濾滅菌。它利用過濾介質定期消毒，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、醫院手術室等空氣對流小的環境進行消毒，但消毒效果差，消毒時間長。通常需要結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、有機合成纖維、石棉濾板等燒結材料(燒結金屬、燒結陶瓷、燒結塑料等。).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過濾器。

第二，過濾殺菌機制。

1.慣性碰撞的滯留效應。

濾網中的過濾層由無數纖維交織而成。當纖維直徑減小時，堆積密度增加，導致具有更多層的致密網格，纖維之間的間隙越小。當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。當顆粒隨氣流以一定速度垂直于纖維方向運動時，空氣阻力改變方向，繞過纖維，但由于顆粒的慣性，運動方向不能及時改變。當顆粒隨主導氣流向前運動時，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，流向發生變化，繞過纖維，在纖維周圍形成邊界滯止區。滯后區的氣流速度較慢，進入該滯留區的顆粒緩慢接近并接觸纖維，從而被粘住并滯留。

3.布朗擴散效應。

當空氣流速很小時，直徑很小的顆粒會產生不規則的直線運動，這種運動稱為布朗擴散。當布朗氣速較大，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。

重力沉降是一個穩定的分離過程。當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，顆粒的沉降可以提高攔截效果。

5.靜電吸附。

干氣與非導體材料的相對運動摩擦會產生感應電荷，對纖維和樹脂，尤其是某些合成纖維產生處理作用。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，使空氣達到較低的相對濕度，從而提高過濾效率。

特點:二次冷卻，二次分離，適當加熱。特別是潮濕地區，其他地區可以因地制宜，在加工過程中適當增加或減少設備。

2.冷熱空氣直接混合空氣殺菌工藝。

從儲罐出來后，壓縮機分為兩部分。一部分進入冷卻器，冷卻到低溫，經分離器分離，再與另一部分未經處理的高溫壓縮空氣混合。

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

3.高效過濾網空氣殺菌工藝。

通過壓縮機的吸入，空氣在進入空壓機前經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荷和空壓機的磨損。

特點:高效預過濾設備可對空氣進行多次過濾，從而獲得較高的無菌度，達到99.99%。

高效預濾器采用泡沫(靜電殺菌)和超細纖維紙串聯作為過濾介質。

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或無油潤滑空壓機，但使用普通空壓機時，油霧會污染過濾網。此時，應安裝一個篩網分離器，以在油霧進入過濾器之前將其清除。

4.空氣凈化處理裝置。

1.抽吸塔。

高空作業時，含塵量小于1mg/m3，故高度≥10，吸入室內裝有泡沫介質的粗濾器。

2.預過濾。

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

它看起來像一個容器，里面有兩層過濾介質。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量，已經不再使用。

3.空氣壓縮機。

往復式空氣壓縮機:抽吸并壓縮空氣，使氣缸內的活塞往復運動。缺陷、壓力波動、油污染。

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

螺桿式空氣壓縮機:利用高速旋轉的螺桿在氣缸內瞬間形成一個氣腔，氣腔內的空氣通過螺旋運動被壓縮輸出。安裝占用空間小，壓縮空氣無油霧，氣流穩定。但是對維護的技術要求比較高。

4.儲氣罐。

儲氣罐的功能:

(1)消除脈動，保持罐內壓力穩定；

(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:冷卻水可在管道內或管道外運行，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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