【文章內(nèi)容簡介】 198176。C，壓力為 。壓縮后的空氣用管道或貯氣罐保溫一定時(shí)間以增加空氣的受熱時(shí)間，促使有機(jī)體死亡。為防止空氣在貯罐中走短路，最好在罐內(nèi)加裝導(dǎo)筒。這種滅菌方法已成功地運(yùn)用于丙酮丁醇、淀粉酶等發(fā)酵生產(chǎn)上。圖 71(b)是一個(gè)用于石油發(fā)酵的無菌空氣系統(tǒng)，采用渦輪式空壓機(jī)，空氣進(jìn)機(jī)前利用壓縮后的空氣進(jìn)行預(yù)熱，以提高進(jìn)氣溫度并相應(yīng)提高排氣溫度，壓縮后的空氣用保溫罐維持一定時(shí)間。 采用加熱滅菌法時(shí)， 要根據(jù)具體情況適當(dāng)增加一些輔助措施以確保安全。因?yàn)榭諝獾膶?dǎo)熱系數(shù)低，受熱不很均勻，同時(shí)在壓縮機(jī)與發(fā)酵罐間的管道難免有泄漏，這些因素很難排除，因此通常在進(jìn)發(fā)酵罐前裝一臺(tái)空氣分過濾器。 圖 71 利用空壓機(jī)所產(chǎn)生的熱來進(jìn)行滅菌 三、靜電除菌 近年來一些工廠巳使用靜電除塵器除去空氣中的水霧、油霧和塵埃，同時(shí)也除去了空氣中的微生物。對(duì) Iμm 的微粒去除率達(dá) 99％，消耗能量小，每處理 1000m3 的空氣每小時(shí)只耗電 ~?？諝獾膲毫p失小，一般僅 (3~15) 。但對(duì)設(shè)備維護(hù)和安全技術(shù)措施要 求較高。 靜電防塵是利用靜電引力來吸附帶電粒子而達(dá)到除塵、除菌的目的。懸浮于空氣中的微生物，其孢子大多帶有不同的電荷，沒有帶電荷的微粒進(jìn)入高壓靜電場(chǎng)時(shí)都會(huì)被電離變成帶電微粒。但對(duì)于一些直徑很小的微粒，它所帶的電荷很小，當(dāng)產(chǎn)生的引力等于或小于氣流對(duì)微粒的拖帶力或微粒布朗擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的動(dòng)量時(shí)，則微粒就不能被吸附而沉降，所以靜電除塵對(duì)很小的微粒效率較低。 靜電除菌裝置按其對(duì)菌體微粒的作用可分成電離區(qū)和捕集區(qū)。管式靜電除塵器如圖 72所示。 圖 72 靜電除塵器 1鋼絲（電暈電極）； 2鋼管（沉淀電極）；3高壓 絕緣瓷瓶； 4鋼板； 5空氣出口；6封頭； 7鋼板； 8法蘭； 9空氣出口。 用靜電除菌凈化空氣有如下優(yōu)點(diǎn)： (1)阻力小，約 104Pa； (2)染菌率低，平均低于 10~15％； (3)除水、除油的效果好； (4)耗電少。 缺點(diǎn)是設(shè)備龐大，需要采用高壓電技術(shù)，且一次性投資較大；對(duì)發(fā)酵工業(yè)來說， — 其捕集率尚嫌不夠，需要采取其它措施。 四、介質(zhì)過濾 介質(zhì)過濾是目前發(fā)酵工業(yè)上常使用的空氣除菌方法。它采用定期滅菌的干燥介質(zhì)來阻截流過的空氣中所含的微生物，從而制得無菌空氣。常用的過濾介質(zhì)有棉花； 活性炭或玻璃纖維、有機(jī)合成纖維、有機(jī)和無機(jī)燒結(jié)材料等。由于被過濾的氣溶膠中微生物的粒子很小，一般只有 ~2μm，而過濾介質(zhì)的材料一般孔徑都大于微粒直徑幾倍到幾十倍，因此過濾機(jī)理比較復(fù)雜。 隨著工業(yè)的發(fā)展，過濾介質(zhì)逐漸由天然材料棉花過渡到玻璃纖維、超細(xì)玻璃纖維和石棉板、燒結(jié)材料 (燒結(jié)金屬、燒結(jié)陶瓷、燒結(jié)塑料 )、微孔超濾膜等。而且過濾器的形式也在不斷發(fā)生變化，出現(xiàn)了一些新的形式和新的結(jié)構(gòu)，把發(fā)酵工業(yè)中的染菌控制在極小的范圍。 第三節(jié) 過濾除菌的機(jī)理 目前發(fā)酵工廠采用的空氣過濾設(shè)備大多數(shù)是深層 過濾器和玻璃纖維過濾紙過濾器，所用的過濾介質(zhì)一般是棉花、活性炭，也有用玻璃纖維、焦炭和超細(xì)玻璃纖維、維尼龍等。對(duì)不同的材料、不同規(guī)格、不同填充情況，都會(huì)得到不同的過濾效果 空氣溶膠的過濾除菌原理與通常的過濾原理不一樣，一方面是由于空氣溶膠中氣體引力較小，且微粒很小，常見懸浮于空氣中的微生物粒子在 0． 5~2μm 之間，深層過濾所用的過濾介質(zhì) 棉花的纖維直徑一般為 16~ 20μm，填充系數(shù)為 8％時(shí)，棉花纖維所形成的孔隙為 20~50μm；超細(xì)玻璃纖維濾板因纖維直徑很小，為 1~1． 5μm，濕法抄制緊密度較大，所形成的網(wǎng)格孔隙為 0． 5~5μm。微粒隨氣流通過濾層時(shí)，濾層纖維所形成的網(wǎng)格阻礙氣流直線前進(jìn)，使氣流無數(shù)次改變運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)方向，繞過纖維前進(jìn)。這些改變引起微粒對(duì)濾層纖維產(chǎn)生慣性沖擊、重力沉降、阻攔、布朗擴(kuò)散、靜電吸引等作用而將微粒滯留在纖維表面上。 圖 73 單纖維空氣流程圖 圖 73 為一單纖維的流動(dòng)模型。這是帶顆粒的氣流流過纖維截面的假想模型。當(dāng)氣流為層流時(shí)，氣體中的顆粒隨氣流作平行運(yùn)動(dòng)，接近纖維表面的顆粒 (即氣流寬度為 b 中的顆粒 )；被纖維捕獲，而大于 b 的氣流中的顆粒繞過纖維繼續(xù)前進(jìn)。因?yàn)檫^濾層是 無數(shù)層單纖維組成的，所以就增朗了捕獲的機(jī)會(huì)。下面分述顆粒被捕獲的作用機(jī)理以及它們的大小和關(guān)系。 一、慣性捕集作用 在過濾器中的濾層交錯(cuò)著無數(shù)的纖維，好像形成層層的網(wǎng)格，隨著纖維直徑減小，充填密度的增大，所形成的網(wǎng)格就越緊密，網(wǎng)格的層數(shù)也就越多，纖維間的間隙就越小。當(dāng)帶有微生物的空氣通過濾層時(shí)，無論順纖維方向流動(dòng)或是垂直于纖維方向流動(dòng)，僅能從纖維的間隙通過。由于纖維交錯(cuò)所阻迫，使空氣要不斷改變運(yùn)動(dòng)方向和速度才能通過濾層。圖 143中的 df為纖維斷面的直徑，當(dāng)微粒隨氣流以一定速度垂直向纖維方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，因障礙物 (介質(zhì) )的出現(xiàn)，空氣流線由直線變成曲線，即當(dāng)氣流突然改變方向時(shí)，沿空氣流線運(yùn)動(dòng)的微粒由于慣性作用仍然繼續(xù)以直線前進(jìn)。慣性使它離開主導(dǎo)氣流；走的是圖中虛線的軌跡。氣流寬度 b 以內(nèi)的粒子，與介質(zhì)碰撞而被捕集。這種捕集由于微粒直沖到纖維表面，因摩擦粘附，微粒就滯留在纖維表面上，這稱為慣性沖擊滯留作用。 慣性捕集是空氣過濾器除菌的重要作用，其大小取決于顆粒的動(dòng)能和纖維的阻力，也就是取決于氣流的流速。慣性力與氣流流速成正比，當(dāng)流速過低時(shí)，慣性捕集作用很小，甚至接近于零；當(dāng)空氣流速增至足夠大時(shí)，慣性捕集則起主導(dǎo)作用。 纖維能滯留微粒的寬度區(qū)間 b 與纖維直徑 df之比，稱為單纖維的慣性沖擊捕集效率 ηl。 b 的大小由微粒的運(yùn)動(dòng)慣性所決定。微粒的運(yùn)動(dòng)慣性越大，它受氣流換向干擾越小， b值就越大。同時(shí)，實(shí)踐證明，捕集效率是微粒慣性力的無因次準(zhǔn)數(shù) φ的函數(shù)： ηl=f（ φ） fdb?1?準(zhǔn)數(shù) φ與纖維的直徑、微粒的直徑、微粒的運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系為： 由上式可見，空氣流速 v0是影響捕集效率的重要參數(shù)。在一定條件下 (微生物微粒直徑、纖維直徑、空氣溫度 )，改變氣流的流速就是改變微粒的運(yùn)動(dòng)慣性力；當(dāng)氣流速度下降時(shí)，微粒的運(yùn)動(dòng)速度隨之下降，微粒的動(dòng)量減少，慣性力減弱，微粒脫離主導(dǎo)氣流的可能性也減少，相應(yīng)纖維滯留微粒的寬度 b 減小，即捕集效率下降。氣流速度下降到微粒的慣性力不足以使其脫離主導(dǎo)氣流對(duì)纖維產(chǎn)生碰撞，即在氣流的任一處，微粒也隨氣流改變運(yùn)動(dòng)方向繞過纖維前進(jìn)，即 b＝ o 時(shí)，慣性力無因次準(zhǔn)數(shù) φ＝ 1/16，纖維的碰撞滯留效率等于零，這時(shí)的氣流速度稱為慣性碰撞的臨界速度 vc。 vc是空氣在纖維 網(wǎng)格間隙的真實(shí)速度，它與容器空截面時(shí)空氣速度 vs 的關(guān)系受填充密度 α的影響。 臨界速度 vc的值隨纖維直徑和微粒直徑而變化。圖 14— 4 表示了幾種不同直徑的微粒對(duì)不同直徑纖維的臨界速度。 圖 74 空氣的臨界速度 vc 二、攔截捕集作用 氣流速度降低到慣性捕集作用接近于零時(shí)，此時(shí)的氣流速度為臨界速度。氣流速度在臨界速度以下時(shí)，微粒不能因慣性滯留于纖維上，捕集效率顯著下降。但實(shí)踐證明，隨著氣流sPamkgmdmdsmvcdvdcppffpp??：空氣粘度，；：微粒密度，；：微粒直徑，；：纖維直徑，；速，：微粒（即空氣）的流：層流滑動(dòng)修正系數(shù)；式中?????3003//)1(18速度的繼續(xù)下降，纖維對(duì)微粒的捕集效率又回升，說明有另一種機(jī)理在起作用，這就是攔截捕集作用。 微生物微粒直徑很小，質(zhì)量很輕 ，它隨低速氣流流動(dòng)慢慢靠近纖維時(shí)，微粒所在的主導(dǎo)氣流流線受纖維所阻，從而改變流動(dòng)方向，繞過纖維前進(jìn)，而在纖維的周邊形成一層邊界滯流區(qū)。滯流區(qū)的氣流速度更慢，進(jìn)到滯流區(qū)的微粒慢惕靠近和接觸纖維而被粘附滯留，稱為攔截捕集作用。攔截捕集作用對(duì)微粒的捕集效率與氣流的雷諾準(zhǔn)數(shù)和微粒與纖維直徑比的關(guān)系，可以總結(jié)成下面的經(jīng)驗(yàn)公式： 此公式雖然不能完善地反映各參數(shù)變化過程纖維截留微粒的規(guī)律，但對(duì)氣流速度等于或小于臨界速度時(shí)計(jì)算得的單纖維截留效率還是比較接近實(shí)際的。 3，擴(kuò)散捕集作用 直徑很小的微粒在很慢的氣流中能產(chǎn)生一種不 規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，稱為布朗擴(kuò)散。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的距離很短，在較大的氣流速度和較大熱纖維間隙中是不起作用的，但在狠慢的氣流速度和較小的纖維間隙中，擴(kuò)散作用大大增加了微粒與纖維的接觸機(jī)會(huì)，從而被捕集。 設(shè)微粒擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的最大距離為 2x，則離纖維 2x處氣流中的微粒都可能因擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)與纖維接觸，滯留在纖維上，這就增加了纖維的捕集效率。擴(kuò)散捕集效率的計(jì)算可用攔截捕集的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，但其中微粒的直徑應(yīng)以擴(kuò)散距距離代入計(jì)算，故得下式： 三、重力沉降作用 微粒雖小，但仍具有重力。當(dāng)微粒重力超過空氣作用于其上的浮力時(shí)，即發(fā)生一種沉降加速 度。當(dāng)微粒所受的重力大于氣流對(duì)它的拖帶力時(shí)，微粒就發(fā)生沉降現(xiàn)象。就單一重力沉降而言，大顆粒比小顆粒作用顯著，一般 50μm 以上的顆粒沉降作用才顯著。對(duì)于小顆粒只有氣流速度很慢時(shí)才起作用。重力沉降作用一般是與攔截作用相配合，即在纖維的邊界滯留???vdmdmdddRRRRRRffpfp????????????????ReRe)2(11)1()1l n ()1(2R e )(212：氣流