第四篇其他設備第九章空氣供給工程設備內容空氣中微生物的分布發酵工業對空氣無菌程度的要求空氣除菌的方法介質過濾除菌的機理介質過濾除菌的工藝介質過濾除菌的設備及計算空氣調節的方法空氣調節的工藝設備及計算概述需氧微生物的純培養：生長及代謝需要氧氣的參與直接通空氣會導致染菌，工業上通純O2成本太高。空氣中微生物對發酵等具有很大破壞性生物反應或者保藏生物細胞和生物制品，需要潔凈的環境、合適的空氣溫度、濕度和空氣壓力。關于抗生素生產企業發酵染菌的分析及資料統計染菌原因比例/%染菌原因比例/%種子染菌或懷疑種子帶菌9.64接種管道滲漏0.39接種子罐壓跌零0.19閥門泄露1.45培養基滅菌不徹底0.79攪拌軸封泄露2.09總空氣系統帶菌19.96罐蓋泄露1.54泡沫升至罐頂0.48其他設備泄露10.15夾套穿孔12.36操作問題10.15蛇管穿孔滲漏5.89原因不明24.91GMP生物工程技術生產藥品時，要符合《藥品生產和質量管理規范》（GoodManufacturingPractice，GMP)潔凈級別：根據國家藥品生產質量管理規范（GMP）的要求，生物制品、藥品的生產場地也需符合空氣潔凈度要求并有相應的管理手段。

第一節

空氣除菌過程與設備一、空氣除菌和滅菌方法二、空氣過濾除菌流程三、空氣預處理過程設備四、介質過濾除菌

一、空氣除菌和滅菌方法1.空氣中微生物的分布2.發酵對空氣無菌程度的要求3.空氣除菌及方法1.空氣中微生物的分布空氣的組成：各種氣體及顆粒空氣中的微生物：細菌及其芽孢、酵母、真菌和病毒分布方式：依附在塵埃上的，空氣中的塵埃數與細菌數的關系如下式數量：103~104個/m3

空氣中微生物的含量和種類隨地區，季節和空氣中灰塵粒子多少，以及人們的活動情況而異。空氣中的微生物種類以細菌和細菌芽胞較多，也有酵母，霉菌和病毒。這些微生物一般附著在空氣中的灰塵上或霧滴上。空氣中微生物如何檢測？檢測：培養法或光學法測定其近似值？空氣微生物采樣器2.發酵對空氣無菌程度的要求

好氣性發酵過程中需要大量的無菌空氣，空氣要作到絕對無菌在目前是不可能的，也是不經濟的。發酵對無菌空氣的要求是：無菌，無灰塵，無雜質，無水，無油，正壓等幾項指標；發酵對無菌空氣的無菌程度要求因菌種的生產能力的強弱、生長速度的快慢、發酵周期的長短等的不同而異而異，其要求為：只要在發酵過程中不因無菌空氣染菌，而造成損失即可。“無菌空氣”：是指通過除菌處理使空氣中的含菌量降低到某一個水平，從而使污染的可能性降至極小。根據生物產品的不同，可以按染菌概率10-3~10-6來表示無菌程度，10-3染菌率表示1000次培養所用的無菌空氣只允許1次染菌。空氣除菌流程是按生產對無菌空氣要求具備的參數，根據空氣的性質而制定的，同時還要結合吸氣環境的空氣條件和所用設備的特性進行考慮。發酵用無菌空氣的質量標準（1）連續提供一定流量的壓縮空氣；（2）空氣的壓強（表壓）0.2-0.4MPa；（3）進入過濾器之前，空氣的相對濕度小于70％；（4）進入發酵罐的空氣溫度可比培養溫度高10－30℃；（5）壓縮空氣的潔凈度，取失敗率為10-3，也可以把100級作為無菌空氣的潔凈指標。100級：每立方米空氣中，塵埃粒子數最大允許值≥0.5μm的為3500，≥5μm為0；微生物最大允許數為5個浮游菌/m3，1個沉降菌/m3

。美國國家航空和宇宙航行局（NASA）標準：≥0.5μm的微粒數≤100個/ft3生物微粒0.1個/ft3沉降量1200個/（ft3*周）3.空氣除菌及方法定義：除去或殺滅空氣中的微生物。常用的除菌方法有介質過濾、輻射、化學藥品、加熱、靜電吸附等。輻射殺菌、化學藥品殺菌、干熱殺菌等都是將有機體蛋白質變性而破壞其活力，從而殺滅空氣中的微生物。介質過濾和靜電吸附方法則是利用分離方法將微生物粒子除去。（1）輻射殺菌超聲波、高能陰極射線、X射線、γ射線、β射線、紫外線，殺菌機理不詳紫外線。253.7~265nm時殺菌效力最強，它的殺菌力與紫外線的強度成正比，與距離的平方成反比。輻射滅菌：一些表面的以及對流不強情況下有限空間內空氣的滅菌應用范圍與缺點通常用于無菌室和醫院手術室。殺菌效率較低，殺菌時間較長。一般要結合甲醛蒸汽等來保證無菌室的無菌程度。（2）熱滅菌法

機理：加熱后使微生物體內蛋白質（酶）氧化而致死亡

有效、可靠需要消耗大量能源和增設大量的換熱設備，從技術經濟上來看不是很合理。原理空壓機壓縮后空氣溫度升高多變指數m=1.25例題21℃的大氣經空氣壓縮機的壓縮，空壓機空氣出口壓強為表壓0.7MPa，求壓縮后的空氣溫度？℃（3）靜電除菌

利用靜電引力來吸附帶電離子而達到除塵滅菌的目的優點：阻力小，染菌率低，平均低于10-15％，除水、除油的效果好，耗電少，可同時除去水霧、油霧、塵埃缺點：設備龐大、一次性投資較大、捕集率尚嫌不夠，需要采取其它措施。受氣體溫、溫度等的操作條件影響較大。按氣流方向分為立式和臥式，按沉淀極極型式分為板式和管式，按沉淀極板上粉塵的清除方法分為干式濕式等臥式靜電除塵器管式靜電除塵器按氣流方向分為立式和臥式，按沉淀極極型式分為板式和管式，按沉淀極板上粉塵的清除方法分為干式濕式等靜電除塵器簡圖：1-陽極；2-陰極；3-陰極上架4-陽極上部支架；

5-絕緣支座；6-石英絕緣管；7-陰極懸吊管；

8-陰極支撐架；9-頂板；10-陰極振打裝置；

11-陽極振打裝置；12-陰極下架；13-陽極吊錘；14-外殼15-進口第一塊分布板；

16-進口第二塊分布板17-出口分布板；18-排灰裝置

151687654321910121318111714（4）介質過濾除菌

含菌空氣通過過濾介質，以阻截空氣流中所含微生物，從而取得無菌空氣的方法。最常用的獲得大量無菌空氣的常規方法

從經濟性、可操作性、有效性等方面考慮，生物加工過程的無菌空氣基本上采用介質過濾的方法進行。（4）介質過濾除菌1.介質過濾除菌機理2.空氣過濾設備的計算設計3.過濾介質過濾介質分類介質間孔隙大于微生物直徑，有一定厚度的介質濾層才能達到過濾除菌的目的，這類過濾介質有棉花、活性炭、玻璃纖維、燒結材料等而另一類孔隙小于細菌，含細菌等微生物的空氣通過介質，微生物就被截留于介質上而實現過濾除菌，有時稱之為絕對過濾。除去0.2μm左右的粒子，故可以把生物全部過濾除去。過濾器的功能過濾器經常被認為是一種簡單的網或篩子，過濾/分離是在一個平面上進行的。實際上，空氣過濾器的濾材具有深度。“彎曲通道”的結果對于污染物的去除起到了輔助作用

介質過濾除菌機理直接攔截慣性沖擊重力沉降攔截布朗擴散靜電吸附直接攔截流體中的基本過濾機制本質是一種篩分效應，機械攔截顆粒例如：一種簡單的篩網可以攔截尺寸大于其孔徑的顆粒絕對截留：顆粒直徑大于過濾介質間隙-顆粒被捕獲在濾材纖維之間形成的孔中搭橋作用：通過搭橋作用，尺寸小于濾孔的顆粒也可被攔截直接攔截直接攔截直接攔截通過搭橋作用，尺寸小于濾孔的顆粒也可被攔截搭橋機理：不規則形狀的顆粒/方向性多個顆粒同時撞擊到同一個濾孔堆積在過濾器表面的顆粒可以形成濾餅，提高過濾效率攔截在過濾器表面的顆粒堆積成顆粒層當過濾器表面完全被一個厚的顆粒層所覆蓋時，所謂的“濾餅”即已形成了。濾餅顆粒間的孔隙亦如同一種過濾器，對細顆粒的攔截效率通常由此而提高直接攔截不規則形狀的搭橋直接攔截慣性沖擊滯留作用機理空氣通過濾層時，氣流僅能從纖維間的間隙通過，由于纖維縱橫交錯，錯綜復雜，迫使空氣流不斷地改變運動方向和速度。慣性沖擊滯留作用：當微粒以一定的速度垂直纖維方向運動時，空氣受阻即改變方向，繞過纖維前進。而微粒由于運動慣性較大，未能及時改變運動方向，直沖到纖維的表面，由于摩擦黏附就滯留在纖維表面上。慣性撞擊當流經過濾介質時流體必須沿彎曲通道行進。這將增加過濾機制的有效性。慣性撞擊停留的顆粒減小了濾孔孔徑慣性撞擊慣性撞擊當流體改變運動方向時，慣性使顆粒撞擊到濾材表面并由于吸附力而停留單纖維的慣性沖擊捕集效率b-纖維能滯留微粒的寬度區間，m；df-纖維直徑，m；根據實踐，捕集效率是微粒慣性力的無因次準數φ的函數，Φ與纖維的直徑、微粒的直徑、微粒的運動速度的關系為：C-層流滑動修正系數；v0-微粒的流速，m/s；df-纖維直徑，m；dp-

-微粒直徑，m；ρp-微粒密度，kg/m3；μ-空氣粘度，Pa·s；氣速和纖維直徑均能影響捕集效率，其中尤以空氣流速最為重要。慣性碰撞的臨界氣速以φ＝1/16

氣速達臨界氣速的條件

當df

=1

μm，C=11.46，若μ＝1.86×10-5（帕·秒）（30℃時空氣的粘度），ρp＝1000（千克/米3）（微生物的密度與水接近），則：

攔截滯留作用攔截滯留作用：當微粒隨低速氣流流動慢慢靠近纖維時，微粒所在的主導氣流流線受纖維所阻而改變流動方向，繞過纖維前進，并在纖維的周邊形成一層邊界滯流區。滯流區內的氣流速度更慢，進入其中的微粒慢慢靠近和接觸纖維而被黏附滯留捕集效率是，它與氣流的雷諾準數以及與微粒和纖維直徑之比有關，

R-微粒和纖維的直徑比；df-纖維直徑，m；dp-

-微粒直徑，m；布朗擴散截留作用布朗擴散：直徑很小的微粒在緩慢流動的氣流中能產生一種不規則的直線運動；較大空間、較大氣速時不起作用；緩慢流動的氣流和極小的纖維間隙間：增強了微粒與纖維的接觸和被捕捉擴散攔截擴散攔截被隨機運動的氣體分子碰撞的顆粒撞擊到過濾介質上并被吸附截留擴散攔截當流經過濾介質時流體必須沿彎曲通道行進。這將增加過濾機制的有效性。重力沉降作用機理穩定的分離作用當微粒所受的重力大于氣流對它的拖帶力時，微粒就容易沉降。單一的重力沉降大顆粒比小顆粒作用顯著，小顆粒只有在氣流速度很慢時才起作用。一般與攔截作用相配合的，即在纖維的邊界滯留區內，微粒的沉降作用提高了攔截滯留的捕集效率。靜電吸附作用機理干空氣與非導體物質相對運動產生摩擦時，會產生誘導電荷懸浮在空氣中的微生物微粒大多帶有不同的電荷受帶異性電荷物體的吸引而沉降吸附表面作用過濾除菌機理當空氣流過介質時，上述五種除菌機理同時起作用氣流速度不同，起主要作用的機理也就不同。當氣流速度較大時，除菌效率隨空氣流速的增加而增加，慣性沖擊起主要作用；氣流速度較小，除菌效率隨氣流速度的增加而降低，此時擴散起主要作用；氣流速度中等，可能是截留起主要作用。如果空氣流速過大，除菌效率又下降，則是由于已被捕集的微粒又被湍動的氣流夾帶返回到空氣中。

4、過濾介質的類型表面過濾介質:編織網粉末燒結深度過濾介質:纖維材料結構棉花活性炭或玻璃纖維有機合成纖維澆鑄膜結構1.表面過濾介質所有濾孔在一個平面上依靠直接攔截捕獲顆粒最嚴格的定義:表面過濾表面或篩網過濾的局限主要依靠直接攔截。小于孔徑的顆粒將穿過。慣性撞擊無效.擴散攔截有微效.2.深度過濾介質污染物被介質內部結構捕獲的一種過濾介質，濾孔貫穿于整個介質厚度。調整流道可以獲得高容污能力最嚴格的定義:深度過濾介質第四節介質過濾除菌的工藝空氣過濾除菌流程是按生產對無菌空氣要求具備的參數，根據空氣的性質而制訂的，同時還要結合吸氣環境的空氣條件和所用設備的特性進行考慮。對于一般要求的低壓無菌空氣，可直接采用一般鼓風機增壓后進入過濾器，經一、二次過濾除菌而制得。而一般的深層通氣發酵，除要求無菌空氣具有必要的無菌程度外，還要具有一定的壓力，這就需要比較復雜的空氣除菌流程。二、空氣過濾除菌流程

按生產對無菌空氣要求具備的參數結合吸氣環境的空氣條件和所用除菌設備的特性，根據空氣的性質而制定的。空壓機或鼓風機：提高壓力，克服阻力，（除水除油）風壓要求低，輸送距離短，無菌要求也不高的場合及具有自吸作用的發酵系統離心式鼓風機增壓，低壓發酵廠所使用的空氣除菌流程，隨各地的氣候條件及設備條件不同而有很大的差別。要保持過濾器有比較高的過濾效率，應維持一定的氣流速度和不受油、水的干擾。氣流速度可由操作來控制；要保持不受油、水干擾則要有一系列冷卻、分離、加熱的設備來保證空氣的相對濕度在50~60％的條件下過濾。（一）兩級冷卻、加熱除菌流程兩級冷卻、加熱除菌流程優點適應各種氣候條件，能充分地分離油水，使空氣達到低的相對濕度下進入過濾器，以提高過濾效率兩次冷卻、兩次分離、適當加熱。兩次加熱、兩次分離油水的好處是能提高傳熱系數，節約冷卻水，油水分離得比較完全

油水分離裝置－兩級冷卻器第一冷卻器冷卻后，大部分的水、油都已結成較大的顆粒，且霧粒濃度較大，故適宜用旋風分離器分離。

第二冷卻器使空氣進一步冷卻后析出一部分較小霧粒，宜采用絲網分離器分離

加熱裝置第一級冷卻到30~35℃，第二級冷卻到20~25℃。除水后，空氣的相對濕度仍較高，須用絲網分離器后的加熱器加熱空氣，使其相對濕度降低至50~60%，以保證過濾器的正常運行。分水后加熱到30～35℃，因為溫度升高，相對濕度下降。兩級冷卻、加熱除菌流程尤其適用潮濕的地區根據上式，空氣濕含量x及溫度t（即ps）不變，空氣壓強P越大，則相對濕度Φ也越大，若含濕量不變（x2=x1），則空氣除菌中水蒸氣含量計算1.大氣溫度為20℃，相對濕度為80%的空氣，當壓縮至2kg/cm2

（表壓）時，溫度為120℃

，求空氣的相對濕度？20℃和120℃時ps分別為0.0238及2.025kg/cm2解：=2.76%2.若將上述壓縮空氣冷卻至40℃（壓力保持不變），相對濕度為多少？40℃時，ps=0.0752kg/cm2=74.3%3.若將上述壓縮空氣繼續冷卻（壓力保持不變）使之開始析出水滴，問需冷卻至幾度？即求其露點。kg/cm2即此時為飽和蒸汽壓根據蒸汽表，飽和蒸汽壓力為0.0558kg/cm2時，水溫為34.5℃4.若將題3壓縮空氣冷卻至25℃（壓力保持不變），求其濕含量x？并求每公斤干空氣將析出多少水分？使之開始析出水滴，問需冷卻至幾度？40℃時，ps=0.0323kg/cm2

。若將題4壓縮空氣加熱至35℃（壓強保持不變），求其相對濕度？35℃時，ps=0.0578kg/cm2

。（二）冷熱空氣直接混合式空氣除菌流程原理：壓縮空氣從貯罐出來后分成兩部分：一部分進入冷卻器，冷卻到較低溫度，經分離器分離水、油霧后與另一部分未處理過的高溫壓縮空氣混合，混合空氣已達到溫度為30~35℃，相對濕度為50~60%的要求，再進入過濾器過濾。優點特點：可省去第二次冷卻后的分離設備和空氣加熱設備，流程比較簡單，利用壓縮空氣來加熱析水后的空氣，冷卻水用量少等此流程適用于中等混合量的地區。

（三）高效前置過濾空氣除菌流程高效前置過濾空氣除菌流程高效率的前置過濾設備，利用壓縮機的抽吸作用，使空氣先經中、高效過濾后，再進入空氣壓縮機

空氣無菌程度比較高

（四）利用熱空氣加熱冷空氣的流程利用熱空氣加熱冷空氣的流程利用壓縮后熱空氣和冷卻后的冷空氣進行交換，使冷空氣的溫度升高，降低相對濕度。此流程對熱能的利用比較合理，熱交換器還可以兼做貯氣罐但由于氣—氣交換的傳熱系數很小，加熱面積要足夠大才能滿足要求

核工業理化工程研究院華核新技術開發公司空氣過濾系統過濾二、過濾器的結構1，深層棉花、活性炭過濾器立式圓筒形，內部填充過濾介質，以達到除菌的目的。填充物的裝填順序如下：

孔板→鐵絲網→麻布→棉花→麻布→活性碳→麻布→棉花→麻布→鐵絲網→孔板

2，濾紙過濾器3，金屬過濾器（1）過濾器外殼圖外殼濾芯接口圖外殼示意圖

（2）預過濾器

氣體預過濾器結構圖（單芯）氣體預過濾器結構圖（多芯）氣體預過濾器外殼圖（3）過濾系統過濾系統由金屬過濾器、預過濾器及蒸汽過濾器組成。預過濾器的作用是將空氣前處理系統中的鐵銹等雜物進行預濾。蒸汽過濾器則是阻擋蒸氣管路中的銹蝕物和鍋爐污垢等雜質。上述二種過濾器的功能是保護金屬過濾器，延長其使用壽命。QJXZG高效蒸汽過濾器工作過程蒸汽消毒過程（4）主要技術參數

過濾效率：99.9%過濾微粒直徑≥0.2μm過濾介質：預過濾器為中空玻璃纖維或高效過濾紙，蒸汽過濾器為聚四氟乙烯,金屬過濾器為金屬粉末鎳冶煉而成。最大工作壓力：0.8MPa工作溫度：預過濾器≤130℃蒸汽過濾器≤130℃金屬過濾器≤130℃氣體阻力：在額定流量下，進口壓力0.1MPa時，初始壓降小于0.01MPa。QJX-A金屬膜過濾器工作過程金屬膜管工作過程5，膜過濾（1）示意圖

GS-Z型蒸汽過濾器（上）及濾芯（下），濾芯材質為聚四氟乙烯（粉末燒結）、鈦金屬或不銹鋼纖維燒結氈蒸汽過濾器結構簡圖金屬濾芯膜過濾芯過濾器(聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯等)（2）系統組成蒸汽過濾器預過濾器（粗）除菌過濾器（精）預過濾器形式：以管式、袋式、折疊式為主，也可以是填充床式、浮動床式的過濾器，以及離心機、真空機等過濾器材。預過濾器一般選用深層過濾器，在使用過程中要求有低的壓降、高的容塵量和變動幅度小的過濾精度和效率。過濾介質：玻璃纖維復合氈（聚丙烯纖維復合氈）。技術參數：過濾精度:0.3-0.5μm過濾效率:95%-99.9%初始壓差:≤0.005MP工作溫度:≤80℃可耐最大壓差:0.08MPa

除菌過濾器形式以板框式、管式、折疊式為主過濾介質：微過濾膜（聚偏氟乙烯膜、聚四氟乙烯膜、聚砜膜、聚酰胺膜等。）除菌過濾應具備的特點：①高的過濾精度;②大的通過量;③能耐反復的消毒操作;④強的親水性或疏水性;⑤足夠的使用強度。

QJX-B折疊膜過濾器過濾過程總過濾器工作過程技術參數過濾精度：0.01μm過濾效率：99.9999%工作溫度：<60°C可耐最大壓差：0.4MPa（25°C，正向）蒸汽滅菌：125°C±2°C，每次30min，可達160次各級過濾的配置各級過濾的配置問題主要有通過量與精度兩個方面，不同的物料處理流程是有區別的。如在無菌空氣的處理中，壓縮機的前置過濾器精度一般為＞5μm，壓縮機后的除油過濾器，出氣含油量要求≤3×10~6mg/ml，總過濾器的過濾精度一般為0.5μm，過濾效率95%左右，預過濾器的過濾精度為0.3μm，過濾效率約99%，除菌過濾器的精度為0.01μm，過濾效率99.9999%以上。消毒問題濾芯（器）消毒是一個日常操作工序。濾芯常見的消毒方法有蒸汽、熱水和化學試劑消毒三種。蒸汽消毒要注意選擇飽和蒸汽，一則是可以可靠殺死細菌，二則是可通過控制壓力來調節溫度。蒸汽消毒對于疏水濾芯來說相對是簡單的，但對親水濾芯特別是膜材料耐溫度不高的濾芯來說，操作方法是至關重要的空氣過濾器的操作要點過濾器蒸氣滅菌時，先將蒸汽管和過濾器內部的冷凝水放掉，滅菌蒸汽的壓力應保持在0．17~0．2MPa(表壓)。開始時先將夾套預熱(若無夾套則不需預熱)，然后將蒸汽直接沖入介質層中：小型過濾器的滅菌時間約為0.5h，蒸汽從上向下沖；大型過濾器的約為lh，蒸汽一般先從下向上沖0.5h，再從上向下沖0.5h。滅菌后應立即引入空氣，以便將介質層內部的水分吹出，但溫度不宜過高，以免介質被烤焦或焚化。蒸汽壓力和排氣速度不宜過大，以避免過濾介質被沖翻而造成短路。在使用過濾器時，如果發酵罐的壓力大于過濾器的壓力(這種情況主要發生在突然停止進空氣或空氣壓力忽然下降)，則發酵液會倒流到過濾器中來。因此，在過濾器通往發酵罐的管道上應安裝單向閥門，操作時必須予以注意。QJX-ZN止逆裝置防止倒罐過程QJX-ZN止逆裝置通氣過程三、空氣預處理過程設備（一）空氣預處理的作用與原理（二）空氣預處理設備（一）空氣預處理的作用與原理目的1．提高壓縮空氣的潔凈度，降低空氣過濾器的負荷；2．去除壓縮后空氣中所帶的油水，以合適的空氣濕度和溫度進入空氣過濾器。如何提高壓縮空氣的潔凈度？提高壓縮前空氣的潔凈度的主要措施是提高空氣吸氣口的位置和加強吸入空氣的前過濾。前過濾：布袋過濾器、填料過濾器、油浴洗滌和水霧除塵裝置

（二）空氣預處理設備1．粗過濾器：捕集較大的灰塵顆粒，防止壓縮機受損，同時也可減輕總過濾器負荷。粗過濾器一般要求過濾效率高，阻力小，否則會增加空氣壓縮機的吸入負荷和降低空氣壓縮機的排氣量。常用的粗過濾器：布袋過濾；填料過濾；油浴洗滌；水霧除塵。袋式過濾器是應用廣泛的一種除塵器，對細塵粒（1~5μm）的效率達到99％以上。其適應性較強，不受粉塵比電阻的影響，也不存在其它污染問題。袋式除塵器早期布袋除塵器用人工或機械振打清灰，應用受限。1950年以來，隨著逆向噴吹型（反吹風）和脈沖型技術的發明與應用，使除塵能夠連續進行，由于阻力穩定，氣流速度高，以及新型、耐用、耐腐蝕濾材的應用，尤其是非織物的聚合物濾材和金屬織物混合物濾材的發展，其應用日益廣泛。布袋除塵器除塵原理：重力沉降；篩濾；慣性沖擊；布朗擴散；集灰方式：振動濾袋法；反吹風法；脈沖噴氣法；聲波清灰法。濾材：天然纖維：棉纖維、毛纖維等；無機纖維：玻璃纖維等；合成纖維：尼龍纖維等。新技術：聚四氟乙烯覆膜技術，耐高溫，可以阻擋粉塵透過聚四氟乙烯膜，不會在濾料內形成塵餅，及時剝離表層塵粒，濾料透氣性降低有限，壓力降小。脈沖布袋除塵器脈沖袋式除塵器油浴洗滌裝置

效果好阻力小費油壓縮機空氣過濾器（油浴式）水霧除塵裝置

空氣流速1-2米/秒2．空氣壓縮機

克服阻力

:管道、過濾介質0.2~0.3MPa的低壓壓縮空氣。離心式空氣壓縮機、往復式空氣壓縮機離心式空氣壓縮機電機直接帶動渦輪，靠渦輪高速旋轉時所產生的“空穴”現象，吸入空氣并使其獲得較高的離心力，再通過固定的導輪和渦輪形成機殼，使部分動能轉變為靜壓后輸出離心式空氣壓縮機具有體積和重量都小而流量很大、供氣均勻、運轉平穩、易損部件少、維護方便、獲得的空氣不帶油霧等特點，是非常理想的生物加工過程供氣設備。離心式空氣壓縮機適用于生物加工過程的離心式空氣壓縮機是低壓渦輪空氣壓縮機，出口壓力一般為0.25~0.5MPa。低壓離心空氣壓縮機有單級和多級，后者還可以分段。段與段間有中間冷卻設備。輸氣量一般在100m3/min以上，最大的可達12000m3/min。往復式空氣壓縮機活塞在汽缸內的往復運動而將空氣抽吸和壓出的，出口壓力不夠穩定，產生空氣的脈動。往復式空氣壓縮機油潤滑空氣壓縮機，使空氣中帶入油霧，導致傳熱系數降低，給空氣冷卻帶來困難，如果油霧的冷卻分離不干凈，帶入過濾器會堵塞過濾介質的纖維空隙，增大空氣壓力損失。黏附在纖維表面，可能成為微生物微粒穿透濾層的途徑，降低過濾效率，嚴重時還會浸潤介質而破壞過濾效果

往復式空氣壓縮機單缸和多缸，多缸中又有V形、W形、L形、H形對置式等汽缸排列形式出口壓力：高壓（8~100MPa）、中壓（1~8MPa）、低壓（1MPa以下）低壓小型（1m3/min）是單缸，大多數是雙缸二級壓縮的：空氣先進入第一級（低壓）汽缸經壓縮和冷卻后進入第二級（高壓）汽缸進行壓縮，然后排出，以L形的設計最為普遍，額定出口壓力為0.8MPa，可在0.4~0.8MPa的范圍內進行調節理論功率和實際功率

KT—氣體不同壓力溫度等熵指數；R—氣體常數；Z1、Z2—名義進氣、排氣狀態下壓縮系數；T—氣體溫度；P—氣體壓強實際功率實際功率消耗值為，效率一般為0.6~0.8，同時在配備電機時，一般還需增加5%~15%的安全系數。3．空氣貯罐消除脈動維持罐壓的穩定使部分液滴在罐內沉降利用高溫滅菌圓筒部分高徑比通常為2~2.5。應裝安全閥，底部應裝排污口，空氣在貯罐中的流向應自下而上，若在罐內放置鐵絲網除霧器則更為理想4．氣液分離器壓縮空氣冷卻后會有大量水蒸汽及油分凝結下來，使過濾介質受潮，使過濾器失效油水分離旋風分離器：離心力介質過濾器：利用慣性進行攔截旋風分離器結構簡單、阻力小、分離效果較高的氣—固或氣—液分離設備氣體通過進氣口的速度為10~25m/s，一般采用15~20m/s所產生的離心力可以分離出小到5μm的顆粒及霧沫。排氣口氣流速度為4~8m/s，油水滴在旋風分離器中的徑向速度與氣流速度的平方成正比，但隨回轉半徑的增加而減小填料過濾器利用塊狀介質、顆粒狀介質、網狀介質或高分子材料絲網的慣性攔截作用來分離空氣中的水滴或油滴的方法。填料主要有焦炭、活性炭、瓷環、金屬車屑、金屬絲網、塑料絲網等。絲網分離器具有較高的分離效率，對直徑大于5μm的顆粒的分離效果可達99%，大于10μm的可達99.5%，且能部分除去較細的顆粒，結構簡單，阻力不大等，已被廣泛應用于生產中缺點：在霧沫濃度很大的場合，會因霧沫堵塞空隙而增大阻力損失。絲網除沫器（又名絲網除霧器、捕沫器，：wiremeshdemister、wiremeshmisteliminators）原理：帶霧沫氣體速度上升通過絲網時，由于慣性作用，霧沫與絲網細絲相碰撞而被附著在細絲表面上。細絲表面上霧沫的擴散、霧沫的重力沉降，使霧沫形成較大的液滴沿著細絲流至兩根絲的交接點。細絲的可潤濕性等作用下，液滴越來越大，當液滴大到其自身重力超過氣體的上升力與液體表面張力的合力時，液滴就從細絲上分離下落。各種絲網填料絲網介質層高度最少為100mm，常用的是150mm，分離細霧時可用200~300mm。分離器圓筒直徑按容器的空容器截面氣速進行計算：D-絲網分離器的直徑，m；V-通過分離器的空氣體積流量，m3/s；VS-空容器截面空氣流速，m/s，空容器截面空氣流速約為絲網間隙中空氣實際流速的75%。Vmax-空氣最大流速，m/s；ρL-霧沫液體的密度，kg/m3；ρG-通過空氣的密度，kg/m3；K-經驗系數一般取0.107，當壓力變動較大時取0.08。絲網過濾器的壓力降

，Paf-摩擦系數，對金屬可取14.2；H-絲網高度，m；ε-絲網的空隙率，0.9~0.98；d-絲網的直徑，m。5．空氣冷卻器立式列管式熱交換器、噴淋式熱交換器等要提高傳熱系數列管式換熱器：冷卻水在管內流動，流速為0.5~3m/s；空氣在殼內流動，流速為2~15m/s。（二）空氣過濾設備的計算設計過濾效率：就是濾層所濾去的微粒數與原來微粒數的比值，它是衡量過濾器過濾能力的指標。微生物在濾層中減少的規律符合對數穿透定律，類似一級衰減規律的形式

對數穿透定律研究過濾器的過濾規律時，先排除一些復雜的因素，假定：過濾器中過濾介質每一纖維的空氣流態并不因其它鄰近纖維的存在而受影響；空氣中的微粒與纖維表面接觸后即被吸附，不再被氣流帶走；過濾器的過濾效率與空氣中微粒的濃度無關；空氣中的微粒在濾層中遞減均勻，即每一纖維薄層除去同樣百分率的菌體。空氣通過單位濾層后，微粒濃度下降量與進入此介質的空氣中的微粒濃度成正比，即：

dN/dL-單位濾層所除去的微粒數，個/cm；K-過濾常數，1/cm微生物的穿透能力與濾層厚度L為對數關系K、K’為過濾常數或阻塞因子（1/cm）、（1/m），表示過濾床阻止微生物穿透的能力，取決于過濾介質的性質和操作如纖維的種類、直徑、填充率、空氣流速及空氣中微粒的直徑等等在設計空氣過濾器時，常把N／N0

＝1015作為設計指標。壓力降

L-濾層厚度，m；ρ-空氣密度，kg/m3；α-介質填充率；v0-空氣在介質間隙的實際流速，m/s；vs-過濾器空罐氣速，m/s；df-纖維直徑，m；m-實驗指數；c-阻力系數；第二節生物加工過程的空氣調節一、空氣調節的方法二、濕空氣焓—濕圖

空氣調節發展史人類改造客觀環境的能力取決于社會生產力和科學技術的發展水平。AC17,-Fans,1831，AC18,-Coolingsystems,1831-AMPerkins(Boiler)，1902－1904，Belfast，1903-Carrier,1920－Effectivetemperaturechart,ASHVEwasfoundedin1894空調發展取決于時代的社會生產力和科學技術的發展水平1902,ACSystemswithairconditionedpartswasbuiltupinapressfactoryinUSA.1919,ACSystemswithairconditionedpartswasbuiltupinacinemainUSA.1931,FirstACSystemswithairconditionedpartswasbuiltupinaShanghaiTextileFactory,China.定義空氣調節是指在一定的空間內對其空氣溫度、濕度、清潔度和空氣流動速度進行調節，達到并保持滿足人體舒適和工藝要求的過程途徑改變空氣的熱焓量和濕含量等狀態參數最常用的是各種濕熱交換設備。熱、濕交換的介質有水、蒸汽、液體吸濕劑和制冷劑。據工作特點可將它們分成兩大類：直接接觸式和表面式。直接接觸式熱、濕交換設備特點是空氣進行熱、濕交換的介質和被處理的空氣接觸，通常是將其噴淋到被處理的空氣中去

表面式熱濕交換設備：與空氣進行熱濕交換的介質不和空氣直接接觸，熱、濕交換是通過處理設備的金屬表面來進行的。二、濕空氣焓—濕圖（一）濕空氣的幾個主要狀態參數（二）濕空氣焓濕圖介紹

（三）空氣狀態變化過程及狀態變化過程的表示方法

（一）濕空氣的幾個主要狀態參數1．水蒸汽分壓PW,根據分壓定律，PW與干空氣分壓之比摩爾水汽與摩爾干空氣之比，其中為濕空氣的總壓

2．空氣的濕含量H單位質量干空氣中所含水汽的質量，稱為空氣的濕含量或絕對濕度，簡稱濕度，其單位為kg/kg，增濕或減濕過程中干空氣質量不變Pw-空氣中水汽分壓；Mrw-水汽的相對分子質量，Mra-空氣的相對分子質量3．空氣的相對濕度

表示距離飽和狀態的程度，常用相對濕度來衡量

,相對濕度定義為空氣中水汽分壓與同溫度下飽和水汽壓之比Pw/Ps-空氣中水汽分壓/同溫度下飽和水汽壓

4．露點溫度

td、濕球溫度tw與干球溫度露點溫度

td：空氣在濕含量H不變的情況下冷卻，達到飽和狀態時的溫度稱為露點溫度。濕球溫度tw：溫度計在溫度t、濕度為H的不飽和空氣流中，在絕熱條件下達到平衡所顯示的溫度，稱為空氣的濕球溫度。干球溫度：相對于濕球溫度而言，在空氣流中普通溫度計所測得的溫度。6．濕空氣的焓

I濕空氣的焓等于干空氣的焓與其中所帶水汽的焓之和。以干空氣作為基準，并以0℃作為基準溫度，則濕空氣的焓為

Cw-水汽的質量熱容，kJ/kg·K；CH-濕空氣的質量熱容或簡稱濕質量熱容，單位為kg/（kg·K）。R0-水在0℃的汽化潛熱。

kJ/kg。

空氣增、減濕原理：是空氣與水兩相間傳熱與傳質同時進行的過程。增濕，就是增加空氣的濕含量；減濕則是減少空氣的濕含量。空氣的濕含量為H，熱焓值為I，經調節后的濕含量變化值和熱焓變化值分別為△H和△I

表示單位濕含量的變化所引起的熱焓量變化

空氣和水進行熱、質傳遞的相互關系：

以橫坐標表示垂直于界面的距離，縱坐標表示溫度或濕度，且令：t’-水主體的溫度；ti-界面的溫度；t-空氣主體的溫度，即空氣的干球溫度；H-空氣主體的濕度；Hi-空氣在界面溫度下的飽和濕度。虛線箭頭代表水汽在氣相中的傳遞方向，實線箭頭代表通過空氣和水到界面的傳熱（分顯熱和潛熱）方向

最簡單的情況是空氣的絕熱冷卻過程（增濕）

水分不斷從兩相界面傳遞到空氣中去。與此同時也進行著傳熱過程。由于空氣溫度高于水溫，借助對流給熱，熱量從空氣傳遞到水，放出顯熱而空氣自身的溫度降低，水吸收了顯熱而升溫。但此時，由于水分汽化后把潛熱帶到空氣中，這部分熱量的傳遞方向剛好與上述顯熱的傳遞方向相反。減濕過程與增濕過程相反，空氣的濕含量超過了界面處的空氣濕含量，所以水分擴散的方向正好與增濕相反，空氣的濕含量不斷減少，空氣中水分冷凝放出的潛熱和空氣降溫的顯熱，通過對流傳給水，變為水的顯熱，使水的溫度升高。空氣增濕、減濕方法：增濕向空氣中通入直接蒸汽：空氣初溫較低時可行，增濕的同時，溫度也上升；噴水：使水以霧狀噴入不飽和空氣中，使其增濕；空氣混合增濕：將待增濕的空氣和高濕含量的空氣混合而增濕，經此處理，可以得到未飽和的空氣、飽和的空氣或過飽和的空氣。噴淋低于該空氣露點溫度的冷水：使空氣中水分冷凝析出而降濕減溫；用熱交換器把空氣冷卻至其露點溫度以下：空氣中部分水分冷凝析出而；將空氣壓縮后冷卻至初溫；用吸收或吸附方法除去水分；將濕空氣與干燥空氣混合。空氣增濕、減濕方法：減濕（二）濕空氣焓濕圖介紹

將一定大氣壓力P下的t、H、ψ、I、PW等濕空氣的狀態參數之間關系用線算圖表示出來

以焓為縱坐標，以含濕量為橫坐標的焓濕圖，又稱I-H圖

I-H圖上的每一個點代表了濕空氣的一個狀態，而每一條線則表示了濕空氣的狀態變化過程。因此，I-H圖既能聯系以上講過的狀態參數，又能表達空氣的各種狀態變化過程

1．等焓線和等含濕線確定坐標比例尺之后，就可以在圖上繪出一系列與縱坐標平行的等H線及與橫坐標平行的等I線。T=0和H=0的干