大学课件生物工程设备空气除菌设备.ppt
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1、第2章 空气净化除菌设备n n好氧微生物在培养过程中需要消耗大量的氧气,这些空气通常由空气提供。根据国家药品生产质量管理规范(GMP)的要求,生物制品、药品的生产场地也需符合空气洁净度要求并有相应的管理手段。2.1 空气净化除菌的方法与原理n n2.1.1 发酵工程对空气无菌程度的要求n n1 .空气组成及主要杂质n n地域(南方与北方、城市与乡村)n n季节n n2 发酵用无菌空气的质量标准发酵用无菌空气的质量标准n n1)1)保证连续提供足量的无菌压缩空气保证连续提供足量的无菌压缩空气; ;n n2)2)空气的压强空气的压强( (表压表压)0.20.4MPa;)0.20.4MPa;n n3
2、)3)进入过滤器之前进入过滤器之前, ,空气的相对湿度小于空气的相对湿度小于70%;70%;n n4)4)进入发酵罐的空气温度可比培养温度高进入发酵罐的空气温度可比培养温度高10301030; ;n n5)5)压缩空气的洁净度压缩空气的洁净度, ,取失败率取失败率( (染菌率染菌率) )为为1010-3-3。n n1010-3-3失败率表示失败率表示10001000次培养所用的无菌空气只允许次培养所用的无菌空气只允许1 1次次染菌机会。对于无菌度要求稍低的发酵品种染菌机会。对于无菌度要求稍低的发酵品种, ,也可以把也可以把100100级作为发酵生产无菌空气的洁净指标。级作为发酵生产无菌空气的洁
3、净指标。100100级为每级为每立方米空气中立方米空气中, ,尘埃粒子数最大允许值尘埃粒子数最大允许值0.5m 0.5m 的为的为3500,5m 3500,5m 为为0;0;微生物最大允许数为微生物最大允许数为5 5个浮游菌个浮游菌/m/m3 3,1,1个沉降菌个沉降菌/m/m3 32.1.2 空气除菌的常用方法n n1 辐射杀菌n n射线、射线、射线、射线、紫外线、超声波等从理论上都能破坏蛋白质等生物活性物质,从而起到杀菌的作用。目前仅用于表面灭菌及有限空间内空气的灭菌,对于大规模空气的灭菌还无法应用。n n2 热杀菌n n空气进入发酵罐之前,一般匀需用压缩机压缩,提高压力。利用空气压缩时放
4、出的热量进行保温灭菌。图2-1 利用空压机所产生的热来进行灭菌流程示意图n n3 静电除菌n n利用静电引力吸附带电粒子而达到除尘灭菌的目的。悬浮于空气中的微生物,大多数带有不同的电荷,没有带电荷的微粒进入高压静电场时都会被电离成带电微粒,但对于一些直径小的微粒,所带的电荷很小,当产生的引力等于或小于气流对微粒布朗扩散运动的动量时,微粒不能被吸附而沉降,因此静电除尘对很小的微粒效率较低。n n4 介质过滤除菌图2-2 静电除尘器及除尘机理图示2.1.3 空气介质相对过滤除菌基本原理n n依靠气流通过滤层时,基于滤层纤维的层层阻碍,迫使空气在流动过程中出现无数次改变气速大小和方向的绕流运动,从而
5、导致微粒与滤层纤维间产生撞击、拦截、布朗扩散、重力和静电引力等作用,从而把微生物截留、捕集在纤维表面上,实现过滤目的。n n1 1 惯性冲击惯性冲击n n当含有微生物颗粒的空气当含有微生物颗粒的空气通过滤层时,空气流仅能通过滤层时,空气流仅能从纤维间的间隙通过,由从纤维间的间隙通过,由于纤维纵横交错,层层叠于纤维纵横交错,层层叠叠,迫使空气流不断改变叠,迫使空气流不断改变运动方向和速度。由于微运动方向和速度。由于微生物颗粒的惯性大于空气,生物颗粒的惯性大于空气,因而当空气流遇阻而绕道因而当空气流遇阻而绕道前进时,微生物颗粒未能前进时,微生物颗粒未能及时改变它的运动方向,及时改变它的运动方向,而
6、撞击并被截留于纤维的而撞击并被截留于纤维的表面。表面。n n2 2 拦截作用拦截作用n n当微粒直径小、质量轻,它随气流运动慢慢靠近纤维时,当微粒直径小、质量轻,它随气流运动慢慢靠近纤维时,微粒所在主导气流流线受纤维所阻改变流动方向,绕过微粒所在主导气流流线受纤维所阻改变流动方向,绕过纤维前进,并在纤维的周围形成一层边界滞留区,滞留纤维前进,并在纤维的周围形成一层边界滞留区,滞留区的气流流速更慢,进到滞留区的微粒慢慢靠近和接触区的气流流速更慢,进到滞留区的微粒慢慢靠近和接触纤维而被黏附截留。拦截截留的截留效率与气流的雷诺纤维而被黏附截留。拦截截留的截留效率与气流的雷诺准数和微粒同纤维的直径比有
7、关。准数和微粒同纤维的直径比有关。n n3 3 布朗扩散布朗扩散 n n布朗扩散的运动距离短,在较大的气速、较大的纤维间布朗扩散的运动距离短,在较大的气速、较大的纤维间隙中不起作用,但在很慢的气流速度和较小的纤维间隙隙中不起作用,但在很慢的气流速度和较小的纤维间隙中布朗扩散作用增加了微粒与纤维的接触滞留机会。中布朗扩散作用增加了微粒与纤维的接触滞留机会。n n4 重力沉降n n5 静电吸引力n n惯性截留、拦截和布朗扩散的除菌作用较大,重力和静电引力的作用较小。n n当气流速度较大时,除菌效率随空气流速的增加而增加,当气流速度较大时,除菌效率随空气流速的增加而增加,惯性冲击起主要作用;当气流速
8、度较小时,除菌效率随惯性冲击起主要作用;当气流速度较小时,除菌效率随气流速度的增加而降低,扩散起主要作用;当气流速度气流速度的增加而降低,扩散起主要作用;当气流速度中等时,可能截流起主要作用。中等时,可能截流起主要作用。2.1.4 介质过滤除菌的计算n n过滤效率:滤层所滤去的微粒与原来微粒数的比值。n n(N1-N2)/N1=1-N2/N1n nN1过滤前空气的微粒数;N2过滤后空气的微粒数;N2/N1穿透滤n n空气过滤器的过滤效率与微粒的大小,过滤介质的种类和规格,介质的填充密度,过滤介质厚度及所通过的空气气流速度有关。n n1.对数穿透定律n n空气通过单位滤层后,微粒浓度下降量与进入
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