发酵工业的无菌技术

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1、本章内容本章内容一、一、概念概念 二、二、发酵工业污染的防治策略发酵工业污染的防治策略三、三、发酵工业的无菌技术发酵工业的无菌技术四、四、培养基及设备灭菌培养基及设备灭菌 五、五、空气除菌空气除菌一、概念一、概念:灭菌、消毒、除菌、灭菌、消毒、除菌、防腐防腐n灭菌灭菌(sterilization):用化学或物理方法杀死物料或设备中所有有生命用化学或物理方法杀死物料或设备中所有有生命物质的过程。物质的过程。消毒消毒(disinfection):用物理或化学方法杀死空气、地表以及容器和器用物理或化学方法杀死空气、地表以及容器和器具表面的微生物。具表面的微生物。除菌除菌(degermation):用

2、过滤方法除去空气或液体中的微生物及其孢子。用过滤方法除去空气或液体中的微生物及其孢子。防腐防腐(antisepsis):用物理或化学方法杀死或抑制微生物的生长和繁殖用物理或化学方法杀死或抑制微生物的生长和繁殖。n消毒与灭菌的区别消毒与灭菌的区别n消毒与灭菌在发酵工业中的应用消毒与灭菌在发酵工业中的应用二、发酵工业污染的防治策略二、发酵工业污染的防治策略（一）（一）污染的危害污染的危害（二）（二）污染的防治污染的防治 1.1.染菌的不良后果染菌的不良后果 n消耗营养消耗营养n合成新产物；菌体自溶、发粘等造成分离困难合成新产物；菌体自溶、发粘等造成分离困难n改变改变pHn分解产物分解产物n噬菌体破

3、坏极大噬菌体破坏极大2.染菌危害的具体分析染菌危害的具体分析（1 1）染菌对不同菌种发酵的影响）染菌对不同菌种发酵的影响A细菌细菌n谷氨酸谷氨酸(棒状杆菌棒状杆菌)：发酵周期短，培养基：发酵周期短，培养基不太丰富，较少染杂菌，但噬菌体威胁大。不太丰富，较少染杂菌，但噬菌体威胁大。n肌苷（枯草杆菌）：缺陷型生产菌，培养肌苷（枯草杆菌）：缺陷型生产菌，培养基丰富，易染菌，营养成分迅速被消耗，基丰富，易染菌，营养成分迅速被消耗，严重抑制菌生长和合成代谢产物。严重抑制菌生长和合成代谢产物。B.霉菌霉菌nPenG：青霉素水解酶上升，：青霉素水解酶上升，PenG迅速破坏，迅速破坏，发酵一无所获。发酵一无所

4、获。n柠檬酸：柠檬酸：pH2.0，不易染菌，主要防止前期染，不易染菌，主要防止前期染菌。菌。C.酵母菌酵母菌:易污染细菌以及野生酵母菌易污染细菌以及野生酵母菌 D.疫苗：无论污染的是活菌、死菌或内外毒素，疫苗：无论污染的是活菌、死菌或内外毒素，都应全部废弃。都应全部废弃。（1）染菌对不同菌种发酵的影响染菌对不同菌种发酵的影响（2）染菌种类对发酵的影响染菌种类对发酵的影响n青霉素：青霉素：怕染细短产气杆菌怕染细短产气杆菌n链霉素：怕染细短杆菌、假单孢杆菌和产气杆菌链霉素：怕染细短杆菌、假单孢杆菌和产气杆菌n四环素：怕染双球菌、芽孢杆菌和荚膜杆菌四环素：怕染双球菌、芽孢杆菌和荚膜杆菌n柠檬酸：怕染

5、青霉菌柠檬酸：怕染青霉菌n肌苷（酸）：怕染芽孢杆菌肌苷（酸）：怕染芽孢杆菌n谷氨酸：怕染噬菌体，易造成连续污染谷氨酸：怕染噬菌体，易造成连续污染（3）不同发酵时期染菌对发酵的影响）不同发酵时期染菌对发酵的影响n种子扩大时期染菌种子扩大时期染菌:n发酵前期染菌发酵前期染菌：n发酵中期染菌：挽救困难，应早发现，快处理发酵中期染菌：挽救困难，应早发现，快处理 ，处理方，处理方法应根据各种发酵的特点和具体情况来决定法应根据各种发酵的特点和具体情况来决定 抗生素发酵抗生素发酵 柠檬酸发酵柠檬酸发酵 a.污染细菌：加大通风，加速产酸，调污染细菌：加大通风，加速产酸，调pH3.0，抑制，抑制细菌细菌 b.污

6、染酵母：加入污染酵母：加入0.0250.035g/L CuSO4抑制酵母；抑制酵母；通风加大，加速产酸。通风加大，加速产酸。灭菌后弃去灭菌后弃去应迅速重新灭菌，补充必要的营养成分，重新接种应迅速重新灭菌，补充必要的营养成分，重新接种（3）不同发酵时期染菌对发酵的影响）不同发酵时期染菌对发酵的影响n柠檬酸发酵柠檬酸发酵c.染黄曲霉：加入另一罐将近发酵成熟的醪液，染黄曲霉：加入另一罐将近发酵成熟的醪液，pH下下降，黄曲霉自溶。降，黄曲霉自溶。d.青霉菌：在青霉菌：在pH很低下能够生长。提前放罐。很低下能够生长。提前放罐。n发酵发酵后期污染后期污染n染菌量不太多，可继续发酵染菌量不太多，可继续发酵n

7、污染严重，则提前放罐污染严重，则提前放罐杀菌剂的添加：杀菌剂的添加：前期无必要，增加成本前期无必要，增加成本；发现后加入，效果要具体评价发现后加入，效果要具体评价（4）杂菌污染对发酵产物提取和产品质量的影响）杂菌污染对发酵产物提取和产品质量的影响n丝状菌发酵被产酸菌污染：丝状菌发酵被产酸菌污染：pH不断下降，菌丝大量自不断下降，菌丝大量自溶，发酵液粘度增加，过滤困难溶，发酵液粘度增加，过滤困难 处理方法：处理方法：将发酵液加热后再加助滤剂；将发酵液加热后再加助滤剂；先加絮先加絮凝剂使蛋白质凝聚后沉淀凝剂使蛋白质凝聚后沉淀n杂菌分泌较多蛋白质杂质时，对发酵后处理过程中采杂菌分泌较多蛋白质杂质时，

8、对发酵后处理过程中采用溶媒萃取的提取工艺非常不利，使水相和溶媒之间用溶媒萃取的提取工艺非常不利，使水相和溶媒之间极易发生乳化极易发生乳化1.染菌的检查与判断染菌的检查与判断n显微镜检查法显微镜检查法 镜检出杂菌需要一定时间镜检出杂菌需要一定时间n平板划线培养或斜面培养检查法：菌落平板划线培养或斜面培养检查法：菌落 噬菌体检查可采用双层平板法：噬菌斑噬菌体检查可采用双层平板法：噬菌斑n肉汤培养检查法肉汤培养检查法 n发酵过程的异常现象判断发酵过程的异常现象判断nDO2水平异常变化水平异常变化npH异常变化异常变化n尾气尾气CO2异常变化异常变化 122.污染原因分析污染原因分析 n主要原因：主要

9、原因：种子带菌种子带菌 无菌空气带菌无菌空气带菌 设备渗漏设备渗漏 灭菌不彻底灭菌不彻底 操作失误操作失误 技术管理不善技术管理不善n n从污染时间看：早期污染可能与从污染时间看：早期污染可能与接种操作接种操作不当有关；后期污染可能与不当有关；后期污染可能与及中间补料有关。及中间补料有关。n从杂菌种类看：从杂菌种类看：n耐热芽孢杆菌：与耐热芽孢杆菌：与有关有关n球菌、无芽孢杆菌：与球菌、无芽孢杆菌：与 有关有关n浅绿色菌落的杂菌：与水有关，即冷却盘管渗漏浅绿色菌落的杂菌：与水有关，即冷却盘管渗漏n霉菌：与霉菌：与有关，即无菌室灭菌不彻底或操作问有关，即无菌室灭菌不彻底或操作问题题n酵母菌：糖液

10、灭菌不彻底或放置时间较长酵母菌：糖液灭菌不彻底或放置时间较长 n从染菌幅度看：各个发酵罐或多数发酵罐染菌，且所从染菌幅度看：各个发酵罐或多数发酵罐染菌，且所污染的是同一种杂菌，一般是空气系统问题，若个别污染的是同一种杂菌，一般是空气系统问题，若个别罐连续染菌，一般是设备问题。罐连续染菌，一般是设备问题。2.污染原因分析污染原因分析 3.预防预防n种子带菌的防治种子带菌的防治 n灭菌彻底灭菌彻底n接种可靠：无菌室及设备可靠，无菌操作可接种可靠：无菌室及设备可靠，无菌操作可靠靠n保藏可靠保藏可靠n过滤空气带菌的防治过滤空气带菌的防治n设备的渗漏或设备的渗漏或“死角死角”造成的染菌及其防治造成的染菌

11、及其防治 “死角死角”n发酵罐的发酵罐的“死角死角”法兰、内衬、接口、表头、罐内部件及其支撑件如搅拌法兰、内衬、接口、表头、罐内部件及其支撑件如搅拌轴拉杆、联轴器、冷却盘管、挡板、空气分布管及其支轴拉杆、联轴器、冷却盘管、挡板、空气分布管及其支撑件撑件 口：人孔（或手孔）、排风管接口、灯孔、视镜口、进口：人孔（或手孔）、排风管接口、灯孔、视镜口、进料管口料管口 发酵罐罐底发酵罐罐底脓疱状积垢脓疱状积垢造成造成“死角死角”消除方法：加强清洗并定期铲除污垢；安装消除方法：加强清洗并定期铲除污垢；安装放汽边阀放汽边阀n管道安装不当或配置不合理管道安装不当或配置不合理形成的形成的“死角死角”污水脓疱罐

12、底 发酵罐罐底脓疱状积垢造成发酵罐罐底脓疱状积垢造成“死角死角”法兰连接不当造成的法兰连接不当造成的“死角死角”灭菌时蒸汽不易通达的灭菌时蒸汽不易通达的“死角死角”及其消除方及其消除方法法n培养基与设备灭菌不彻底的防治培养基与设备灭菌不彻底的防治n原料性状：大颗粒的原料过筛除去。原料性状：大颗粒的原料过筛除去。n实罐灭菌时要充分排除罐内冷空气。实罐灭菌时要充分排除罐内冷空气。n灭菌过程中产生的泡沫造成染菌：添加消泡剂灭菌过程中产生的泡沫造成染菌：添加消泡剂 防止泡沫升顶防止泡沫升顶n连消不彻底连消不彻底：最好采用自动控制装置：最好采用自动控制装置 n灭菌后期罐压骤变灭菌后期罐压骤变 n死角死角

13、 n操作不当造成染菌操作不当造成染菌 n噬菌体染菌及其防治噬菌体染菌及其防治 3.预防预防采取哪些措施能够保持无菌发酵？采取哪些措施能够保持无菌发酵？n物料、培养基、中间补料要灭菌；物料、培养基、中间补料要灭菌；n发酵设备及辅助设备（空气过滤装置、各种发发酵设备及辅助设备（空气过滤装置、各种发酵罐进出口连接装置）和管道要灭菌；酵罐进出口连接装置）和管道要灭菌；n好气发酵通入的空气要除菌；好气发酵通入的空气要除菌；n种子无污染；接种无菌操作过关种子无污染；接种无菌操作过关；n为了保持发酵的长期无菌状态，需维持正压。为了保持发酵的长期无菌状态，需维持正压。三、发酵工业的无菌技术三、发酵工业的无菌技

14、术灭菌方法灭菌方法n干热灭菌法干热灭菌法 n湿热灭菌法湿热灭菌法 n射线灭菌法射线灭菌法 n化学药剂灭菌法化学药剂灭菌法n过滤除菌法过滤除菌法n火焰灭菌法火焰灭菌法 四、培养基及设备灭菌四、培养基及设备灭菌（一）湿热灭菌原理（一）湿热灭菌原理(自学自学)（二）（二）分批灭菌（实罐灭菌）分批灭菌（实罐灭菌）（三）（三）连续灭菌（连消）连续灭菌（连消）（四）（四）分批灭菌与连续灭菌的比较分批灭菌与连续灭菌的比较 分空气过滤器灭菌分空气过滤器灭菌并用空气吹干并用空气吹干夹套或蛇管排冷水，开启排夹套或蛇管排冷水，开启排气管阀，空气管通蒸汽，也气管阀，空气管通蒸汽，也可夹套内通蒸汽可夹套内通蒸汽达达70

15、左右左右取样管取样管放料管放料管通蒸汽通蒸汽120，1105pa保温保温保温阶段，凡液面以下各管保温阶段，凡液面以下各管道都应通蒸汽，液面上其余道都应通蒸汽，液面上其余各管道则应排蒸汽，不留死各管道则应排蒸汽，不留死角，维持压力、温度恒定角，维持压力、温度恒定罐压接近空气压力罐压接近空气压力向罐内通无菌空气向罐内通无菌空气保温结束，依次关闭保温结束，依次关闭各排汽、进汽阀门各排汽、进汽阀门夹套或蛇管中通冷水夹套或蛇管中通冷水 培养基降温到所需温度培养基降温到所需温度（二）分批灭菌（实罐灭菌）（二）分批灭菌（实罐灭菌）1.灭菌工艺过程灭菌工艺过程将配置好的培养基放入发酵罐或其它装置中，通入蒸汽将

16、培养将配置好的培养基放入发酵罐或其它装置中，通入蒸汽将培养基和所用设备一起进行灭菌的操作过程。基和所用设备一起进行灭菌的操作过程。n升温、冷却两阶段也有一定的灭菌效果，考虑升温、冷却两阶段也有一定的灭菌效果，考虑到灭菌的可靠性主要在保温阶段进行，故可以到灭菌的可靠性主要在保温阶段进行，故可以简单地利用式简单地利用式 (N/N0)=-kt 来粗略估算灭菌所需时间。来粗略估算灭菌所需时间。2.灭菌时间的估算灭菌时间的估算2.灭菌时间的估算灭菌时间的估算n例例1：有一发酵罐内装：有一发酵罐内装40m3培养基，在培养基，在1210C温度下实温度下实罐灭菌，原污染程度为每罐灭菌，原污染程度为每1ml有有

17、2105个耐热细菌芽孢，个耐热细菌芽孢，已知已知1210C时灭菌速度常数时灭菌速度常数k=1.8min-1，求灭菌失败机，求灭菌失败机率为率为0.001时所需时间。时所需时间。解解：N0=401062105=81012(个)Nt=0.001(个)k=1.8(min-1)(Nt/N0)=-kt t=2.303/klg(N0/Nt)=2.303/1.8lg(81015)=20.34(min)由于升温阶段就有部分菌被杀灭，特别是当培由于升温阶段就有部分菌被杀灭，特别是当培 养基加热至养基加热至1000C以上，这个作用较为显著，以上，这个作用较为显著，故实际保温阶段时间比计算值要短。故实际保温阶段时间

18、比计算值要短。n（三）连续灭菌（连消）（三）连续灭菌（连消）n工艺流程工艺流程n喷淋冷却连续灭菌流程喷淋冷却连续灭菌流程n喷射加热连续灭菌流程喷射加热连续灭菌流程 n薄板式换热器连续灭菌流程薄板式换热器连续灭菌流程 n灭菌时间的计算灭菌时间的计算 (Ct/C0)=kt t=2.303/klg(C0/Ct)式中：式中：C0、Ct分别为单位体积培养基灭菌前、后分别为单位体积培养基灭菌前、后 的含菌数。的含菌数。将配置好的培养基向发酵罐等培养装置输送的同时进行加热、将配置好的培养基向发酵罐等培养装置输送的同时进行加热、保温和冷却等灭菌过程。保温和冷却等灭菌过程。高温短时高温短时n例例2某发酵罐内装某

19、发酵罐内装40m3培养基，采用连续灭菌，培养基，采用连续灭菌，灭菌温度为灭菌温度为1310C，原污染程度为每，原污染程度为每1ml含有含有2105个杂菌，已知个杂菌，已知1310C时灭菌速度常数为时灭菌速度常数为15min-1，求灭菌所需的维持时间。，求灭菌所需的维持时间。连续灭菌时间的估算连续灭菌时间的估算解：解：C0=2105(个/ml)Ct=0.001/(40106)=2.510-11(个/ml)t=2.303/klg(C0/Ct)=2.303/15lg(2105)/(2.510-11)=2.37 min 配料罐 连消泵 连消塔 维持罐 冷却罐 蒸汽 蒸汽 放汽 冷却水 无菌培养基 进发

20、酵罐 喷淋冷却连续灭菌流程喷淋冷却连续灭菌流程生培养基生培养基真空冷却器真空冷却器无菌培养基进发酵罐无菌培养基进发酵罐分批灭菌与连续灭菌的比较分批灭菌与连续灭菌的比较 n连续灭菌的优点：（适用于大型罐）连续灭菌的优点：（适用于大型罐）n可采用高温短时灭菌，营养成分破坏少，有可采用高温短时灭菌，营养成分破坏少，有利于提高发酵产率；利于提高发酵产率；n发酵罐利用率高；发酵罐利用率高；n蒸汽负荷均衡；蒸汽负荷均衡；n采用板式换热器时，可节约大量能量；采用板式换热器时，可节约大量能量；n适宜采用自动控制，劳动强度小；适宜采用自动控制，劳动强度小；n可实现将耐热性物料和不耐热性物料在不同可实现将耐热性物

21、料和不耐热性物料在不同温度下分开灭菌，减少营养成分的破坏。温度下分开灭菌，减少营养成分的破坏。n缺点：缺点：n对小型罐无优势，不方便，对设备要求高；对小型罐无优势，不方便，对设备要求高；n蒸汽波动时灭菌不彻底；蒸汽波动时灭菌不彻底；n当培养基中含有固体颗粒或有较多泡沫时，当培养基中含有固体颗粒或有较多泡沫时，以分批灭菌好，防止灭菌不彻底。以分批灭菌好，防止灭菌不彻底。分批灭菌与连续灭菌的比较分批灭菌与连续灭菌的比较 五、空气除菌五、空气除菌（一）（一）概述概述（二）（二）空气过滤除菌流程空气过滤除菌流程（三）（三）空气预处理空气预处理（四）（四）空气预处理流程设计应用举例空气预处理流程设计应用

22、举例（五）（五）空气过滤介质空气过滤介质（六）（六）空气过滤除菌原理空气过滤除菌原理（七）（七）提高过滤除菌效率的措施提高过滤除菌效率的措施（一）概述（一）概述n空气除菌的必要性空气除菌的必要性 以一个以一个50m3的发酵罐为例，若装料系数为的发酵罐为例，若装料系数为0.7，要，要求每立方米发酵液每分钟通气求每立方米发酵液每分钟通气0.8m3，培养周期，培养周期170h，那么每个周期需通气量，那么每个周期需通气量2.86105 m3(500.7 0.8 170 60)，而每，而每立方米大气立方米大气中约有中约有103-104个微生物。个微生物。n空气除菌方法空气除菌方法n辐射杀菌：超声波、高能

23、阴极射线，辐射杀菌：超声波、高能阴极射线，x射线、射线、射线、射线、射线、紫外线射线、紫外线(2265 3287)n加热杀菌：加热方法可用蒸汽、电和加热杀菌：加热方法可用蒸汽、电和空气压缩机空气压缩机产产生的热量生的热量 n静电除菌静电除菌：常用于洁净工作台、洁净工作室所需无：常用于洁净工作台、洁净工作室所需无菌无尘空气的第一次除尘，配合高效过滤器使用。菌无尘空气的第一次除尘，配合高效过滤器使用。n过滤除菌：采用定期灭菌的介质来阻截流过的空气过滤除菌：采用定期灭菌的介质来阻截流过的空气所含的微生物而取得无菌空气。常用的过滤介质有所含的微生物而取得无菌空气。常用的过滤介质有棉花、活性炭、玻璃纤维

24、、有机合成纤维、有机和棉花、活性炭、玻璃纤维、有机合成纤维、有机和无机烧结材料等等。无机烧结材料等等。（一）概述（一）概述1.对空气过滤除菌流程的要求对空气过滤除菌流程的要求n流程主要设备：流程主要设备：空气压缩机空气压缩机、空气过滤器空气过滤器 附属设备：粗过滤器、气液分离器、空气贮罐、空气冷却器附属设备：粗过滤器、气液分离器、空气贮罐、空气冷却器 n流程的制定应根据所在地的地理、气候环境和设备条流程的制定应根据所在地的地理、气候环境和设备条件综合考虑件综合考虑 n环境污染比较严重的地方，要考虑改变吸风的条件；环境污染比较严重的地方，要考虑改变吸风的条件；n在温暖潮湿的南方，要加强除水设施在

25、温暖潮湿的南方，要加强除水设施；n压缩机耗油严重的设备流程中则要加强消除油雾的压缩机耗油严重的设备流程中则要加强消除油雾的污染污染，也可采用无油润滑的往复式压缩机；也可采用无油润滑的往复式压缩机；n往复式压缩机，要配备前置往复式压缩机，要配备前置粗过滤器及空气贮罐粗过滤器及空气贮罐。n通常要求压缩空气的相对湿度通常要求压缩空气的相对湿度=50%60%时通过过时通过过滤器为好。滤器为好。1.对空气过滤除菌流程的要求对空气过滤除菌流程的要求2.空气除菌流程的分析空气除菌流程的分析n空气过滤除菌流程包括：空气过滤除菌流程包括：高位吸风塔吸入空气、高位吸风塔吸入空气、粗过滤、压缩、冷却、分离油水、加热

26、、粗过滤、压缩、冷却、分离油水、加热、过滤过滤n几种典型的设备流程几种典型的设备流程 两级冷却、加热除菌流程两级冷却、加热除菌流程 冷热空气直接混合式空气除菌流程冷热空气直接混合式空气除菌流程高效前置过滤空气除菌流程高效前置过滤空气除菌流程将空气冷却至露点以上的流程将空气冷却至露点以上的流程利用热空气加热冷空气流程利用热空气加热冷空气流程一次冷却和析水的空气过滤流程一次冷却和析水的空气过滤流程 （三）空气预处理（三）空气预处理1.原理：原理：n除尘除尘(外源空气的前处理外源空气的前处理)：防塞，提高过滤效率和滤：防塞，提高过滤效率和滤器寿命；器寿命；n降温降温：防烧伤介质及水分蒸发严重，对发酵

27、不利：防烧伤介质及水分蒸发严重，对发酵不利n除油、除水：防塞（因油膜堵），防止过滤器长菌堵除油、除水：防塞（因油膜堵），防止过滤器长菌堵塞（因水滴）塞（因水滴）n加热：保持相对湿度加热：保持相对湿度n稳压：防止压力波动，贮罐稳压：防止压力波动，贮罐2.预处理流程设计预处理流程设计的简繁关键：去湿问题的简繁关键：去湿问题措施：建吸风塔、粗过滤器措施：建吸风塔、粗过滤器（布袋过滤器、布袋过滤器、填料过滤器、油浴洗涤和水雾除尘装置等）、填料过滤器、油浴洗涤和水雾除尘装置等）、高效前置过滤器高效前置过滤器 两级冷却、加热除菌流程图两级冷却、加热除菌流程图(南方潮湿地区南方潮湿地区)1-粗过滤器；粗过滤

28、器；2-空压机；空压机；3-贮罐；贮罐；4，6-冷却器；冷却器；5-旋风分离器；旋风分离器；7-丝网分离器；丝网分离器；8-加热器；加热器；9-过滤器过滤器 冷热空气直接混合式空气除菌流程图冷热空气直接混合式空气除菌流程图(中等湿含量地区中等湿含量地区)1-粗过滤器；粗过滤器；2-压缩机；压缩机；3-贮罐；贮罐；4-冷却器；冷却器；5-丝网分离器；丝网分离器；6-过滤器过滤器 利用热空气加热冷空气的流程示意图利用热空气加热冷空气的流程示意图(中等湿含量地区中等湿含量地区)1-高空采风；高空采风；2-粗过滤器；粗过滤器；3-压缩机；压缩机；4-热交换器热交换器；5-冷却器；冷却器；6，7-析水器

29、；析水器；8-空气总过滤器；空气总过滤器；9-空气分过滤器空气分过滤器 将空气冷却至露点以上的流程将空气冷却至露点以上的流程(干燥地区干燥地区)1高空采风；高空采风；2粗过滤器；粗过滤器；3压缩机；压缩机；4冷却器；冷却器；5析水器；析水器；6空气空气总过滤器；总过滤器；7空气分过滤器空气分过滤器 高效前置过滤空气除菌流程图高效前置过滤空气除菌流程图1高效前置过滤器；高效前置过滤器；2压缩机；压缩机；3贮罐；贮罐；4冷却器；冷却器；5丝网分离器；丝网分离器；6加热器；加热器；7过滤器过滤器 一次冷却和析水的空气过滤流程示意图一次冷却和析水的空气过滤流程示意图1高空采风；高空采风；2粗过滤器；粗

30、过滤器；3压缩机；压缩机；4冷却器；冷却器；5，6析水器；析水器；7贮罐；贮罐；8加热器；加热器；9空气总过滤器；空气总过滤器；10空气分过滤器空气分过滤器空气压缩和压缩空气的冷却空气压缩和压缩空气的冷却 n空气的压缩过程可看作绝热过程，故压缩后的空气温度空气的压缩过程可看作绝热过程，故压缩后的空气温度与被压缩的程度有关：与被压缩的程度有关：T2=T1(P2/P1)(k-1)/k 式式中中 T1,T2压缩前后空气的绝对温度，压缩前后空气的绝对温度，K P1,P2 压缩前后空气的绝对压强，压缩前后空气的绝对压强，Pa k绝热指数，空气为绝热指数，空气为1.4 若压缩为多变过程，则可用多变指数若压

31、缩为多变过程，则可用多变指数m（对于（对于 空气空气m=1.2-1.3）代替绝热指数）代替绝热指数k。n例例3：20oC的大气被压缩至表压的大气被压缩至表压 2.5kg/cm2时温时温度是多少？度是多少？解：解：T1=20+273=293k P2/P1=（2.5+1.033）/1.033=3.42 m=1.3 T2=T1(P2/P1)(m-1)/m=2933.420.3/1.3=389k t2=389-273=116oC空气预处理流程设计空气预处理流程设计3.几个概念几个概念n空气的绝对湿度：空气的绝对湿度：1m3 湿空气中含有的水蒸气绝对量湿空气中含有的水蒸气绝对量(kg)n空气的相对湿度（

32、空气的相对湿度（）：）：空气的绝对湿度与同温度下饱空气的绝对湿度与同温度下饱 和绝对湿度之比值或者空气中水蒸汽分压与同温度时的和绝对湿度之比值或者空气中水蒸汽分压与同温度时的 饱和水蒸汽压之比值，称为空气的相对湿度。饱和水蒸汽压之比值，称为空气的相对湿度。=Pw/Ps 式中式中 Pw空气中水蒸气分压，空气中水蒸气分压，Pa Ps同温度下水的饱和蒸气压，同温度下水的饱和蒸气压，Pa，它可由各类手它可由各类手 册中查到。册中查到。n空气的湿含量（空气的湿含量（X）：1kg干空气中含有的水汽量干空气中含有的水汽量 （kg/kg干空气干空气）当空气中所含水蒸气的量达到最大时就称这种空气为当空气中所含水

33、蒸气的量达到最大时就称这种空气为“饱和湿空气饱和湿空气”,与饱与饱和湿空气对应的压力称为和湿空气对应的压力称为“饱和水蒸气压力饱和水蒸气压力”,用符号用符号Ps表示。水蒸气压力表示。水蒸气压力Pw与饱和水蒸气压力与饱和水蒸气压力Ps的比值称为相对湿度的比值称为相对湿度Rh,与饱和水蒸气压力与饱和水蒸气压力Ps对应对应着的相对湿度为着的相对湿度为:Rh=100%空气的湿含量（空气的湿含量（X）设设Gg kg干空气中含干空气中含Gw kg水蒸汽时，则水蒸汽时，则 X=Gw/Gg 又又Pw/Pg=nw/ng=(Gw/Mw)/(Gg/Mg)=(Gw/Gg)(Mg/Mw)（Mw，Mg分别为水和空气的分子

34、量分别为水和空气的分子量）X=Gw/Gg=(PwMw)/(PgMg)=(18/28.94)(Pw/Pg)=0.622Pw/(P-Pw)（4-1）P为湿空气总压力，为湿空气总压力，P=Pw+Pg（1）与与X的关系的关系 将将Ps=Pw代入式代入式4-1中得中得 X=0.622Ps/（P-Ps）所以，已知某一温度所以，已知某一温度T时时值值，便可求得便可求得X。当当X一定时一定时，T1T2，导致导致12，则则X1=0.6221Ps1/(P1-1Ps1)X2=0.6222Ps2/(P2-2Ps2)X1=X2 2=1(PS1/PS2)(P2/P1)（式（式4-2）当当X发生变化，即有水析出时，发生变化

35、，即有水析出时，X降低，此时降低，此时2=100%，定义：当定义：当=1时，空气中水蒸气已饱和，此时温度称为时，空气中水蒸气已饱和，此时温度称为露点露点Td。当当TP1)压缩比压缩比 愈大，露点愈高愈大，露点愈高122112PPPPss2121s12sPPPP121s1PPP111s1PPP12PP加热后空气的温度加热后空气的温度n设析出水后，在升温阶段设析出水后，在升温阶段X=0，根据式根据式4-2可可以求出析水后应升温到多少度才能满足相对湿以求出析水后应升温到多少度才能满足相对湿度保持度保持50-60%。后=dPsd/Ps后 Ps后=dPsd/后 Ps后T后n例例4：温度：温度20、=85

36、%的空气，当压缩至的空气，当压缩至2.0kg/cm2时，温度为时，温度为120，求此时空气相对湿度是多少？若在，求此时空气相对湿度是多少？若在压力不变的情况下将温度冷却至压力不变的情况下将温度冷却至40后，相对湿度又后，相对湿度又是多少？是多少？已知：已知：20时时，Ps1=0.0238 kg/cm2,120时时，Ps2=2.025 kg/cm2，40时时，Ps3=0.0752 kg/cm2 解：解：120时，相对湿度为时，相对湿度为 40时，相对湿度为时，相对湿度为%93.2033.1033.3025.20238.0%85122112ppppss%9.780752.0025.20293.02

37、33223ppppssn例例5：若将例：若将例4中空气继续冷却，至水析出，求露点中空气继续冷却，至水析出，求露点td？（假定压力不变）（假定压力不变）解：已知解：已知4100%，X一定一定，P一定一定由由所以所以查蒸汽压表，查蒸汽压表，0.059 kg/cm2饱和蒸汽压对应温度饱和蒸汽压对应温度td35。所以，当所以，当t35，继续冷却时，有水析出继续冷却时，有水析出。433344334sssspppppp24334/059.010752.0%9.78cmkgppssn例例6：若将例：若将例5中的空气冷却至中的空气冷却至28（压力不变），求其（压力不变），求其湿含量为多少？并求每公斤干空气将析

38、出多少水分？湿含量为多少？并求每公斤干空气将析出多少水分？（已知：（已知：28时，时，Ps50.0385 kg/cm2）解：解：而最初而最初 所以，每公斤干空气将析出水分：所以，每公斤干空气将析出水分：XX1-X50.0124-0.00800.0044水水干空气水汽 kgkgpppxss/0080.00385.01033.30385.01622.0622.055555干空气水汽 kg/kg0124.00238.085.0033.10238.085.0622.0ppp622.0 x1s11s11n例例7：若将例：若将例6中空气加热至中空气加热至38 时，求其时，求其6？（38 时时，Ps60.0

39、675 kg/cm2）解：升温时解：升温时X不变，不变，56时时值下降值下降 也可根据也可根据X6X50.0080 不变，由不变，由 得得%0.570675.00385.0%100566556ppppss%0.570080.0622.00080.00675.0033.3622.06666xxppssspppx622.0（五）空气过滤介质（五）空气过滤介质n棉花棉花n玻璃纤维玻璃纤维n活性炭活性炭 n超细玻璃纤维纸超细玻璃纤维纸 n石棉滤板石棉滤板 n烧结材料过滤介质烧结材料过滤介质 n新型过滤介质新型过滤介质 （六）空气过滤除菌原理（六）空气过滤除菌原理（六）空气过滤除菌原理（六）空气过滤除菌

40、原理n布朗扩散截留作用布朗扩散截留作用n拦截滞留作用拦截滞留作用n惯性碰撞滞留作用惯性碰撞滞留作用（七）提高过滤除菌效率的措施（七）提高过滤除菌效率的措施n减少进口空气的含菌数量，主要方法：正确选择减少进口空气的含菌数量，主要方法：正确选择进风口；提高进口空气的采气位置；采用粗过滤进风口；提高进口空气的采气位置；采用粗过滤预处理。预处理。n设计和安装合理的空气过滤器，选用除菌效率高设计和安装合理的空气过滤器，选用除菌效率高的过滤介质。的过滤介质。n针对不同地区，设计合理的空气预处理工艺流程，针对不同地区，设计合理的空气预处理工艺流程，以达到除油、水和杂质的目的以达到除油、水和杂质的目的。n降低

41、进入空气过滤器的空气相对湿度，保证过降低进入空气过滤器的空气相对湿度，保证过滤介质能在干燥状态下工作，主要方法：滤介质能在干燥状态下工作，主要方法：使用使用无油润滑的空气压缩机；加强空气冷却和去除无油润滑的空气压缩机；加强空气冷却和去除油、水；提高进入过滤器的空气温度。油、水；提高进入过滤器的空气温度。n稳定压缩空气的压力，采用合适容量的贮气罐。稳定压缩空气的压力，采用合适容量的贮气罐。（七）提高过滤除菌效率的措施（七）提高过滤除菌效率的措施本章小结本章小结n掌握有关无菌技术的基本概念掌握有关无菌技术的基本概念n了解发酵工业污染的原因及其防治策略了解发酵工业污染的原因及其防治策略n掌握培养基及设备灭菌的基本原理、基本方掌握培养基及设备灭菌的基本原理、基本方法及灭菌时间的估算法及灭菌时间的估算n掌握空气除菌基本原理、流程及空气预处理掌握空气除菌基本原理、流程及空气预处理设计设计