發(fā)酵無菌空氣過濾器原理介紹(缺點,特點,流程)
一、空氣除菌的方法
1、加熱滅菌法
加熱滅菌是有效、可靠的一種滅菌方法，雖然細(xì)菌芽孢有耐熱性，但在高溫時218℃時24秒內(nèi)可被破壞、被殺死。但采用蒸汽或用電來加熱大量的空氣，以達(dá)到滅菌目的，則需要消耗大量的能源和增加大量的熱交換設(shè)備，這是不經(jīng)濟(jì)的。
2、輻射滅菌法
理論上聲波、高能陰極射線、X射線、γ射線、β射線和紫外線都可用于空氣滅菌，其滅菌的機(jī)理認(rèn)為是破壞微生物菌體內(nèi)的蛋白質(zhì)活性而起作用，但設(shè)備投資較高，因此在發(fā)酵工業(yè)中還很少采用。
現(xiàn)主要采用紫外線用于無菌室、醫(yī)院手術(shù)室等空氣對流不大的環(huán)境，但殺菌效率較低，殺菌時間較長，一般需要結(jié)合甲醛蒸汽消毒或苯酚噴霧等來保證無菌室有較高的無菌度。
3、化學(xué)滅菌法
把少量殺菌劑（如苯酚、環(huán)氧乙烷、重金屬鹽、新潔而滅等）溶于水中，使空氣在殺菌劑溶液中通過或噴灑于空氣中以消滅空氣中的微生物。但殺菌后空氣帶入的殺菌劑對發(fā)酵罐內(nèi)生長的微生物同樣具有殺滅或抑制作用，從而影響發(fā)酵效果。因此，使用化學(xué)滅菌法生產(chǎn)無菌空氣后，必須除去夾帶殺菌劑的水汽和霧，故在發(fā)酵工業(yè)上少用。
4、靜電除菌法
特點是：能量消耗少，處理1000m3的空氣只耗電0.4-0.8kW；空氣壓頭損失小約為400-2000Pa；對于1μm的塵粒捕集效率可達(dá)99%以上。
缺點是：設(shè)備較龐大，對小于1μm微粒效率不是很明顯?；钚远鹱饔?，但設(shè)備投資較高，因此在發(fā)酵工業(yè)中還很少采用。
5、過濾除菌法
介質(zhì)過濾除菌是發(fā)酵制備無菌空氣廣泛采用。是采用定期滅菌的過濾介質(zhì)來阻截流過空氣所含的微生物，從而取得無菌空氣。
現(xiàn)主要采用紫外線用于無菌室、醫(yī)院手術(shù)室等空氣對流不大的環(huán)境，但殺菌效率較低，殺菌時間較長，一般需要結(jié)合甲醛蒸汽消毒或苯酚噴霧等來保證無菌室有較高的無菌度。
常用的過濾介質(zhì)：棉花、活性碳、玻璃纖維、有機(jī)合成纖維、石棉濾板和其他燒結(jié)材料（燒結(jié)金屬、燒結(jié)陶瓷、燒結(jié)塑料等)。初期多采用棉花作為過濾介質(zhì),后來逐漸被玻璃纖維代替?，F(xiàn)正逐漸用聚乙烯醇（PVA）過濾器代替常規(guī)過濾器。
二、過濾除菌的機(jī)理
1、慣性沖撞滯留作用
在過濾器中的介質(zhì)濾層交錯著無數(shù)的纖維，形成層層網(wǎng)格，交錯排列。隨著纖維直徑減小，填充密度增大，形成的網(wǎng)格緊密和層數(shù)多，纖維與纖維間隙越小。當(dāng)帶有微生物等微粒的空氣通過濾層時，僅能從纖維與纖維之間的間隙通過。由于受交錯排列的纖維所阻礙，迫使空氣不斷改變流動方向和運動速度才能通過濾層。當(dāng)微粒隨氣流以一定的速度垂直向纖維方向運動時，空氣受阻即改變運動方向，繞過纖維前進(jìn)，由于微粒的運動慣性，未能及時改變運動方向，隨主導(dǎo)氣流前進(jìn)，于是微粒直沖到纖維的表面，由于摩擦粘附，滯留在纖維表面上。
2、攔截滯留作用
當(dāng)氣流速度降到臨界速度以下，微粒不能因慣性碰撞而滯留于纖維上，使除菌效率顯著下降，但隨著氣流速度的繼續(xù)下降，纖維對微粒的除菌效率又有回升。
微生物微粒直徑很細(xì)，質(zhì)量很輕，它隨低速氣流流動慢慢靠近纖維時，微粒所在的主導(dǎo)氣流流線受纖維所阻，而改變流動方向，繞過纖維前進(jìn)，并在纖維的周邊形成邊界滯流區(qū)。滯流區(qū)的氣流速度更慢，進(jìn)到這滯留區(qū)的微粒慢慢靠近和接觸纖維而被粘附滯留。
3、布朗擴(kuò)散作用
直徑很小的微粒在氣流流速很小的氣流中能產(chǎn)生一種不規(guī)則的直線運動，稱為布朗擴(kuò)散。布朗擴(kuò)散的運動距離很短，在較大的氣速、較大的纖維間隙中是不起作用的，但在很小的氣流速度和較小的纖維間隙中，布朗擴(kuò)散作用大大增加了微粒與纖維的接觸滯留機(jī)，從而增加纖維的捕集效率。
4、重力沉降作用
重力沉降是一個穩(wěn)定的分離作用，當(dāng)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，就單一的重力沉降情況下，大顆粒比小顆粒作用顯著，對于小顆粒只有在氣流速度很慢時才起作用。一般它是與攔截作用相配合，即在纖維的邊界滯留區(qū)內(nèi)，微粒的沉降作用可提高攔截滯留的捕集效率。
5、靜電吸附作用
干空氣對非導(dǎo)體的物質(zhì)相對運動摩擦?xí)r，產(chǎn)生誘導(dǎo)電荷，處理過纖維和樹脂，尤其是一些合成纖維更為顯著。懸浮在空氣中的微生物微粒大多帶有不同的電荷，這些帶電的微粒會受帶異性電荷的物體所吸引而沉降。此外，表面吸附也歸屬這個范疇，如活性炭的大部分過濾效能應(yīng)是表面吸附的作用。
三、空氣過濾除菌的工藝流程
1、兩級冷卻、加熱除菌流程
該流程是一個比較完善的空氣除菌流程，可適應(yīng)各種氣候條件，能充分地分離油水，使空氣達(dá)到低的相對濕度下進(jìn)入過濾器，以提高過濾效率。
特點：兩次冷卻、兩次分離、適當(dāng)加熱。尤其適用潮濕的地區(qū)，其他地區(qū)可根據(jù)當(dāng)?shù)氐那闆r，對流程中的設(shè)備作適當(dāng)?shù)脑鰷p。
2、冷熱空氣直接混合式空氣除菌流程
壓縮空氣從貯罐出來后分成兩部分，一部分進(jìn)入冷卻器，冷卻到較低溫度，經(jīng)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。
特點：可省去第二次冷卻后的分離設(shè)備和空氣加熱設(shè)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。適用于中等含濕地區(qū)，但不適合于空氣含濕量高的地區(qū)
利用壓縮機(jī)的抽吸作用，使空氣先經(jīng)
中效過濾器、
高效過濾器過濾后，再進(jìn)入空氣壓縮機(jī)，這樣就降低了主過濾器的負(fù)荷以及空壓機(jī)的磨損。
特點：采用了高效率的前置過濾設(shè)備，使空氣經(jīng)過多次過濾，因而所得的空氣無菌程度比較高，達(dá)99.99%。
高效前置過濾器采用泡沫塑料（靜電除菌）和超細(xì)纖維紙串聯(lián)使用作為過濾介質(zhì)。
4、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(jìn)行交換，使冷空氣的溫度升高，降低相對濕度。這種流程使用渦輪式空壓機(jī)或無油潤滑空壓機(jī)效果是好的，而使用普通空壓機(jī)，會引起油霧污染過濾器，這時應(yīng)安裝絲網(wǎng)分離器除去油霧，再進(jìn)入過濾器。
四、空氣除菌流程設(shè)備
1、吸風(fēng)塔
高空采風(fēng)，含塵量在1mg/m3以下，因此：高度≥10，在吸風(fēng)室內(nèi)設(shè)置泡沫塑料介質(zhì)粗效過濾器。
2、前置過濾器
安裝在空壓機(jī)前的
初效過濾器，其作用：捕集較大的灰塵顆粒，防止壓縮機(jī)受損，同時也可減輕總過濾器負(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)的吸入負(fù)荷和降低空壓機(jī)的排氣量。
外形像集裝箱，內(nèi)設(shè)兩道過濾介質(zhì)層，前道為粗過濾層，后道為亞高效過濾層。常用有：布袋過濾、填料式過濾、水霧除塵和油浴洗滌等。油浴洗滌除塵由于夾帶油沫過多，影響空氣質(zhì)量，現(xiàn)已不再采用。
3、空氣壓縮機(jī)
往復(fù)式空氣壓縮機(jī)：靠活塞在汽缸內(nèi)往復(fù)運動將空氣抽吸和壓出。缺點，有脈動壓力不穩(wěn)，有油污。
渦輪式空氣壓縮機(jī)：采用電動或蒸汽渦輪機(jī)帶動，渦輪轉(zhuǎn)速產(chǎn)生空穴吸氣。出氣量大均勻，不夾帶油污。無需設(shè)置空氣貯罐。但安裝和保養(yǎng)技術(shù)要求較高。
螺桿式空氣壓縮機(jī)：利用高速旋轉(zhuǎn)的螺桿在汽缸內(nèi)瞬時組成空腔，螺桿運動把腔內(nèi)空氣壓縮后輸出。安裝占地少，壓縮氣不含油霧，氣流平穩(wěn)。但保養(yǎng)技術(shù)要求較高。
4、空氣貯罐
貯氣罐的作用：
（1）消除脈動維持罐壓的穩(wěn)定；
（2）使部分顆粒物在罐內(nèi)沉降；
（3）保溫滅菌。
5、空氣冷卻器
立式列管式熱交換器：冷卻水走管內(nèi)或管外，可采用多程（2-4程）熱交換器。冷卻水流速0.5-3m/s，空氣的流速為2-15m/s。
噴淋式熱交換器：空氣流速5-10m/s。
沉浸式熱交換器：空氣流速5-10m/s。
6、氣液分離器
旋風(fēng)分離器：對分離10μm以上的微粒效果高。
絲網(wǎng)分離器：捕捉10μm以下的微粒。絲網(wǎng)20-80目。
7、空氣加熱器
對除去水霧的空氣進(jìn)行加熱，降低相對濕度，使?jié)穸鹊陀?0%，使過濾介質(zhì)保持干燥。
空氣的溫度控制在不超過發(fā)酵溫度的10℃。
熱交換器常用的方法是列管式熱交換器，空氣走管程，蒸汽走殼程。
8、總過濾器
（一）總過濾器的結(jié)構(gòu)
（1）.微孔濾膜過濾器 ：微孔濾膜總過濾器
（2）.深層棉花過濾器：上下棉花層厚度為總過濾層的1/4-1/3，中間活性炭層為1/3-1/2，在鋪棉花層之前先在下孔板鋪上一層30-40目的金屬絲網(wǎng)和織物(如麻布等),使空氣均勻進(jìn)入棉花濾層。填充物按下面順序安裝：孔板→鐵絲網(wǎng)→麻布→棉花→麻布→活性炭→麻布→棉花→麻布 →鐵絲網(wǎng)→孔板。
（二）分過濾器的結(jié)構(gòu)
（1）.微孔濾膜分過濾器
（2）.纖維紙分過濾器
9、分過濾器
