第十章 空气供给设备

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1、第十一章第十一章 空气供给工程设备空气供给工程设备1 1、空气除菌设备、空气除菌设备2 2、生物加工过程的空气调节、生物加工过程的空气调节第一节 空气除菌设备空气除菌的意义空气除菌的意义好气性微生物的生长和合成代谢产物都需要消好气性微生物的生长和合成代谢产物都需要消耗氧气。工业生产上均采用空气作为氧气来源。耗氧气。工业生产上均采用空气作为氧气来源。然而，空气中有各种各样的微生物，为保证纯然而，空气中有各种各样的微生物，为保证纯种培养，必须将空气中的微生物除去或杀死。种培养，必须将空气中的微生物除去或杀死。空气除菌就是除去或杀灭空气中的微生物。空气除菌就是除去或杀灭空气中的微生物。 一、空气除菌

2、的方法一、空气除菌的方法1.1.辐射杀菌辐射杀菌 高能阴极射线、高能阴极射线、X X射线、射线、射线、紫外线都能破射线、紫外线都能破坏蛋白质活性而起到杀菌作用。坏蛋白质活性而起到杀菌作用。2. 2. 热灭菌法热灭菌法 空气干热杀菌是依靠加热后使微生物体内蛋白质空气干热杀菌是依靠加热后使微生物体内蛋白质（酶）氧化而致死亡，与培养基灭菌利用蛋白质（酶）（酶）氧化而致死亡，与培养基灭菌利用蛋白质（酶）的凝固破坏而致菌体死亡在机理上大不相同。的凝固破坏而致菌体死亡在机理上大不相同。3. 3. 静电除菌静电除菌 静电除尘是利用静电引力来吸附带电离子而达到除静电除尘是利用静电引力来吸附带电离子而达到除尘灭

3、菌的目的。尘灭菌的目的。 3.1 静电除尘装置 空气通过电离区后，它所带的细菌微粒被电离而空气通过电离区后，它所带的细菌微粒被电离而带正电荷。捕集区由一系列交替排列的高压电极板带正电荷。捕集区由一系列交替排列的高压电极板与接地电极板组成，它们间隔很窄，且平行于气流与接地电极板组成，它们间隔很窄，且平行于气流方向。在高压电极板上加上方向。在高压电极板上加上5kV5kV的直流电压，极板的直流电压，极板间形成一均匀电场，当气流与被电离的微粒流过时，间形成一均匀电场，当气流与被电离的微粒流过时，带正电荷的微粒受静电场库仑力的作用，产生一个带正电荷的微粒受静电场库仑力的作用，产生一个向负极的合速度向极板

4、移动，最后吸附在极板上。向负极的合速度向极板移动，最后吸附在极板上。-带微粒的空气电离部分除尘部分清洁空气5000v10000v图4-2 静电除尘器装置图4. 介质过滤除菌过滤除菌法是使含菌空气通过过滤介质，以阻截空气过滤除菌法是使含菌空气通过过滤介质，以阻截空气流中所含微生物，从而取得无菌空气的方法。流中所含微生物，从而取得无菌空气的方法。常用的过滤介质按孔隙的大小可分为两大类：一类是常用的过滤介质按孔隙的大小可分为两大类：一类是介质间孔隙大于微生物直径，故必须有一定厚度的介介质间孔隙大于微生物直径，故必须有一定厚度的介质滤层才能达到过滤除菌的目的，这类过滤介质有棉质滤层才能达到过滤除菌的目

5、的，这类过滤介质有棉花、活性炭、玻璃纤维、有机合成纤维、烧结材料花、活性炭、玻璃纤维、有机合成纤维、烧结材料（烧结金属、烧结陶瓷、烧结塑料）；而另一类介质（烧结金属、烧结陶瓷、烧结塑料）；而另一类介质的孔隙小于细菌，含细菌等微生物的空气通过介质，的孔隙小于细菌，含细菌等微生物的空气通过介质，微生物就被截留于介质上而实现过滤除菌，有时称之微生物就被截留于介质上而实现过滤除菌，有时称之为绝对过滤为绝对过滤 。二、空气过滤除菌流程二、空气过滤除菌流程（一）两级冷却、加热除菌流程（一）两级冷却、加热除菌流程 该流程的特点是两次冷却、两次分离、适当加热。该流程的特点是两次冷却、两次分离、适当加热。两次加

6、热、两次分离油水的好处是能提高传热系数，两次加热、两次分离油水的好处是能提高传热系数，节约冷却水，油水分离得比较完全。经第一冷却器节约冷却水，油水分离得比较完全。经第一冷却器冷却后，大部分的水、油都已结成较大的颗粒，且冷却后，大部分的水、油都已结成较大的颗粒，且雾粒浓度较大，故适宜用旋风分离器分离。第二冷雾粒浓度较大，故适宜用旋风分离器分离。第二冷却器使空气进一步冷却后析出一部分较小雾粒，宜却器使空气进一步冷却后析出一部分较小雾粒，宜采用丝网分离器分离，这样发挥丝网能够分离较小采用丝网分离器分离，这样发挥丝网能够分离较小直径的雾粒和分离效率高的作用。直径的雾粒和分离效率高的作用。312图4-3

7、 两极冷却,加热除菌流程1-粗过滤器 2-压缩机 3-贮罐 4,6-冷却器 5-旋风分离器 7-丝网分离器 8-加热器 9-过滤器456789（二）冷热空气直接混合式空气除菌流程 压缩空气从贮罐出来后分成两部分，一部分进入冷却器，冷却到较低温度，经分离器分离水、油雾后与另一部分未处理过的高温压缩空气混合，此时混合空气已达到温度为30-35，相对湿度为50-60%的要求，再进入过滤器过滤。312456图4-4 冷热空气直接混合式空气除菌流程1-粗过滤器 2-压缩机 3-贮罐 4-冷却器 5-丝网分离器 6-过滤器（三）高效前置过滤空气除菌流程 采用了高效率的前置过滤设备，利用压缩机的采用了高效率

8、的前置过滤设备，利用压缩机的抽吸作用，使空气先经中、高效过滤后，再进抽吸作用，使空气先经中、高效过滤后，再进入空气压缩机，这样就降低了主过滤器的负荷。入空气压缩机，这样就降低了主过滤器的负荷。经高效前置过滤后，空气的无菌程度已相当高，经高效前置过滤后，空气的无菌程度已相当高，再经冷却、分离，进入主过滤器过滤，就可获再经冷却、分离，进入主过滤器过滤，就可获得无菌程度很高的空气。此流程的特点是采用得无菌程度很高的空气。此流程的特点是采用了高效率的前置过滤设备，使空气经过多次过了高效率的前置过滤设备，使空气经过多次过滤，因而所得的空气无菌程度比较高。滤，因而所得的空气无菌程度比较高。6571-高效前

9、置过滤器 2-压缩机 3-贮罐 4-冷却器 5-丝网分离器 6-加热器 7-过滤器图4-5 高效前置过滤空气除菌流程1423123457896图4-6 利用热空气加热冷空气的流程示意图1-高空采风 2-粗过滤器 3-压缩机 4-热交换器 5-冷却器 6，7-析水器 8-空气总过滤器 9-空气分过滤器（四）利用热空气加热冷空气的流程（四）利用热空气加热冷空气的流程 利用压缩后热空气和冷却后的冷空气进行交换，使冷利用压缩后热空气和冷却后的冷空气进行交换，使冷空气的温度升高，降低相对湿度。空气的温度升高，降低相对湿度。 三、空气预处理过程设备三、空气预处理过程设备（一）空气预处理的作用与原理（一）空

10、气预处理的作用与原理 空气预处理的主要目的是两个：空气预处理的主要目的是两个：1 1提高压缩空气提高压缩空气的洁净度，降低空气过滤器的负荷；的洁净度，降低空气过滤器的负荷；2 2去除压缩去除压缩后空气中所带的油水，以合适的空气湿度和温度进后空气中所带的油水，以合适的空气湿度和温度进入空气过滤器。入空气过滤器。空气中的微生物大多数依附于空气中的尘埃颗粒上。空气中的微生物大多数依附于空气中的尘埃颗粒上。提高压缩前空气的洁净度的主要措施是提高空气吸提高压缩前空气的洁净度的主要措施是提高空气吸气口的位置和加强吸入空气的前过滤。气口的位置和加强吸入空气的前过滤。（二）空气预处理设备 1 1粗过滤器粗过滤

11、器安装在空气压缩机前的粗过滤器，其主要作用是捕集安装在空气压缩机前的粗过滤器，其主要作用是捕集较大的灰尘颗粒，防止压缩机受损，同时也可减轻总较大的灰尘颗粒，防止压缩机受损，同时也可减轻总过滤器负荷。粗过滤器一般要求过滤效率高，阻力小，过滤器负荷。粗过滤器一般要求过滤效率高，阻力小，否则会增加空气压缩机的吸入负荷和降低空气压缩机否则会增加空气压缩机的吸入负荷和降低空气压缩机的排气量。常用的粗过滤器有：布袋过滤、填料式过的排气量。常用的粗过滤器有：布袋过滤、填料式过滤、油浴洗涤和水雾除尘等。滤、油浴洗涤和水雾除尘等。布袋过滤结构最简单，只要将滤布缝制成与骨架相同布袋过滤结构最简单，只要将滤布缝制成

12、与骨架相同形状的布袋，紧套于焊在进气管的骨架上，并缝紧所形状的布袋，紧套于焊在进气管的骨架上，并缝紧所有会造成短路的空隙。它的过滤效率和阻力损失主要有会造成短路的空隙。它的过滤效率和阻力损失主要视所选用的滤布结构情况和过滤面积而定。视所选用的滤布结构情况和过滤面积而定。振动机构含尘气流图4-7 机械振动袋式除尘器滤袋净气121-滤网 2-加油斗 3-油镜 4-油层图4-8 油浴洗涤装置空气出口空气出口 油浴洗涤装置油浴洗涤装置 空气进入装置后通空气进入装置后通过油层洗涤，空气过油层洗涤，空气中的微粒被油黏附中的微粒被油黏附而逐渐沉降于油箱而逐渐沉降于油箱底部而除去。底部而除去。 空气出口图4-

13、9 水雾除尘装置空气入口过滤网高压水入口 水雾除尘装置水雾除尘装置 空气从设备底部进空气从设备底部进口管吸入，经装置口管吸入，经装置上部喷下的水雾洗上部喷下的水雾洗涤，将空气中的灰涤，将空气中的灰尘、微生物颗粒黏尘、微生物颗粒黏附沉降，从装置底附沉降，从装置底部排出，而带有水部排出，而带有水雾的洁净空气，经雾的洁净空气，经上部过滤网过滤后上部过滤网过滤后进入压缩机。进入压缩机。 2空气压缩机离心式空气压缩机一般由电机直接带动涡轮，靠离心式空气压缩机一般由电机直接带动涡轮，靠涡轮高速旋转时所产生的涡轮高速旋转时所产生的“空穴空穴”现象，吸入空现象，吸入空气并使其获得较高的离心力，再通过固定的导轮

14、气并使其获得较高的离心力，再通过固定的导轮和涡轮形成机壳，使部分动能转变为静压后输出。和涡轮形成机壳，使部分动能转变为静压后输出。 往复式空气压缩机是靠活塞在汽缸内的往复运动往复式空气压缩机是靠活塞在汽缸内的往复运动而将空气抽吸和压出的而将空气抽吸和压出的。3空气贮罐消除压缩机排除空气消除压缩机排除空气量的脉冲，维持稳定量的脉冲，维持稳定的空气压力的空气压力利用重力沉降作用除利用重力沉降作用除去部分油雾去部分油雾紧接空气压缩机安装紧接空气压缩机安装有些装有冷却管有些装有冷却管4气液分离器空气压缩后，经过冷却会有大量水蒸汽及油分凝结下空气压缩后，经过冷却会有大量水蒸汽及油分凝结下来，使过滤介质受

15、潮，从而使过滤器失效，因此尚需来，使过滤介质受潮，从而使过滤器失效，因此尚需用气液分离器进行油水分离。所用设备一般有两类，用气液分离器进行油水分离。所用设备一般有两类，一类是利用离心力进行沉降的旋风分离器，另一类是一类是利用离心力进行沉降的旋风分离器，另一类是利用惯性进行拦截的介质过滤器。利用惯性进行拦截的介质过滤器。旋风分离器是一种结构简单、阻力小、分离效果较高旋风分离器是一种结构简单、阻力小、分离效果较高的气的气- -固或气固或气- -液分离设备。旋风分离器器体上部为圆液分离设备。旋风分离器器体上部为圆筒形，下部为圆锥形。含雾沫的气体从圆筒上侧的进筒形，下部为圆锥形。含雾沫的气体从圆筒上侧

16、的进气管以切线方向进入，获得旋转运动，分离出雾沫后气管以切线方向进入，获得旋转运动，分离出雾沫后从圆筒顶的排气管排出。油水滴自锥底落入集液斗。从圆筒顶的排气管排出。油水滴自锥底落入集液斗。出灰口排气进气图4-11 旋风分离器h空气出口d 1L图4-13 丝网分离器示意图空气进口h 金属丝网排污口Dd 2 填料过滤器是利用块状填料过滤器是利用块状介质、颗粒状介质、网介质、颗粒状介质、网状介质或高分子材料丝状介质或高分子材料丝网的惯性拦截作用来分网的惯性拦截作用来分离空气中的水滴或油滴离空气中的水滴或油滴的方法。目前采用的填的方法。目前采用的填料主要有焦炭、活性炭、料主要有焦炭、活性炭、瓷环、金属

17、车屑、金属瓷环、金属车屑、金属丝网、塑料丝网等。在丝网、塑料丝网等。在各种填料过滤器中丝网各种填料过滤器中丝网分离器具有较高的分离分离器具有较高的分离效率。效率。 5. 5. 过滤介质及过滤器的结构过滤介质及过滤器的结构常用的过滤介质常用的过滤介质1 1纤维状或颗粒状过滤介质纤维状或颗粒状过滤介质 （1 1）棉花）棉花 （2 2）玻璃纤维（）玻璃纤维（3 3）活性炭）活性炭 （4 4）烧结金属）烧结金属 （5 5）多孔陶瓷）多孔陶瓷 （6 6）多孔塑料）多孔塑料5.1 空气介质过滤器的设备构造1)1)纤维状或颗粒介质过滤器纤维状或颗粒介质过滤器 纤维状或颗粒介质过滤器通常是立式圆筒形，内部填充

18、过滤介质，空气由下而上通过过滤介质，以达到除菌的目的。其结构见图4-20。过滤器内有上下孔板，过滤介质置于上下孔板之间，被孔板压紧。介质主要为棉花、玻璃纤维、活性炭，也有用矿渣棉。一般棉花置于上、下层，活性炭在中间，也可全部用纤维状介质。填充物按下面的顺序安装： 孔板铁丝网麻布棉花麻布活性炭麻布棉花麻布铁丝网孔板。上花板纤维介质活性炭颗粒纤维介质下花板进口出口图4-20 棉花（玻璃棉）-活性炭过滤器示意图2)过滤纸类过滤器5.2 无菌空气制备新设备 1 1聚乙烯醇（聚乙烯醇（PVAPVA）过滤器）过滤器 将聚乙烯醇（将聚乙烯醇（PVAPVA）乙酰化并以耐热树脂（如硅氧树）乙酰化并以耐热树脂（如

19、硅氧树脂）涂敷，制成片式过滤器。有圆板型和圆筒型两种。脂）涂敷，制成片式过滤器。有圆板型和圆筒型两种。 2 2高流量过滤器高流量过滤器 它结合了深层过滤技术和新的膜折叠技术。、所用材它结合了深层过滤技术和新的膜折叠技术。、所用材料料PTEEPTEE是一种坚韧的疏水性材质，可以做成折叠滤芯，是一种坚韧的疏水性材质，可以做成折叠滤芯，增加了过滤面积增加了过滤面积 。3 3其它膜过滤器其它膜过滤器 聚二氟乙烯膜折叠式过滤器，通过微孔滤膜绝对过滤，聚二氟乙烯膜折叠式过滤器，通过微孔滤膜绝对过滤，过滤精度极高，滤膜采用折叠形式。过滤精度极高，滤膜采用折叠形式。 4 4Bio-xBio-x过滤器过滤器 英

20、国英国DomnickDomnick Hunter Hunter公司用直径为公司用直径为0.5m0.5m玻璃纤维玻璃纤维制成制成1mm1mm厚的滤材，卷成三卷，再以较粗的坚韧的厚的滤材，卷成三卷，再以较粗的坚韧的玻璃无纺布做内外衬，再在内、外以不锈钢网固定，玻璃无纺布做内外衬，再在内、外以不锈钢网固定，作成滤筒状。作成滤筒状。 第二节第二节 生物加工过程的空气调节生物加工过程的空气调节 空气调节是指在一定的空间内对其空气空气调节是指在一定的空间内对其空气温度、湿度、清洁度和空气流动速度进温度、湿度、清洁度和空气流动速度进行调节，达到并保持满足人体舒适和工行调节，达到并保持满足人体舒适和工艺要求的

21、过程。艺要求的过程。 一、用喷水室处理空气 使水以雾状喷入不饱和的空气中，使其增湿。使水以雾状喷入不饱和的空气中，使其增湿。喷水增湿的方法有两大类喷水增湿的方法有两大类其一是使喷洒的水量全部汽化后即能使空气达到要求其一是使喷洒的水量全部汽化后即能使空气达到要求的湿度。的湿度。另一种方法是使大量的水喷洒于不饱和的空气中，结另一种方法是使大量的水喷洒于不饱和的空气中，结果使部分喷水汽化后进入空气中，得到近乎饱和的湿果使部分喷水汽化后进入空气中，得到近乎饱和的湿空气，并使空气降温。最常用的是用喷水室处理空气。空气，并使空气降温。最常用的是用喷水室处理空气。 1. 普通卧式单级喷水室 由许多部件组成。

22、前挡水板的作用是为了挡住可能飞由许多部件组成。前挡水板的作用是为了挡住可能飞溅出来的水滴，并使进入喷水室的空气均匀。因此有溅出来的水滴，并使进入喷水室的空气均匀。因此有时也称其为时也称其为“均风板均风板”。被处理的空气进入喷水室后，。被处理的空气进入喷水室后，与喷嘴喷出的水滴相接触，进行热、湿交换，然后经与喷嘴喷出的水滴相接触，进行热、湿交换，然后经后挡水板流出。后挡水板使夹在空气中的水滴分离出后挡水板流出。后挡水板使夹在空气中的水滴分离出来，以减少空气带走的水量（过水量）。喷嘴安装在来，以减少空气带走的水量（过水量）。喷嘴安装在专门的排管上，通常设置一至三排喷嘴。喷水方向根专门的排管上，通常设置一至三排喷嘴。喷水方向根据与空气流动方向相同与否分为顺喷、逆喷和对喷。据与空气流动方向相同与否分为顺喷、逆喷和对喷。喷嘴喷出的水滴最后落入底池中。喷嘴喷出的水滴最后落入底池中。 141098511431816171213157612新风入口1141215147658910132(a)(b)图4-34 喷水室的构造1-前挡水板 2-喷嘴与排管 3-后排水管 4-底池 5-冷水管 6-滤水器7-循环水管 8-三通混合阀 9-水泵 10-供水管 11-补水管 12-浮球阀13-溢水器 14-溢水管 15-泄水管 16-防水灯 17-检查门 18-外壳 回风空气