【文章內(nèi)容簡介】 ? 空氣除菌的方法 ? 介質(zhì)過濾除菌的機理 ? 介質(zhì)過濾除菌的工藝 一、空氣中微生物的分布和發(fā)酵工業(yè)對空氣無菌程度的要求 （一）無菌空氣的概念 ? 發(fā)酵工業(yè)應(yīng)用的“ 無菌空氣 ”是指通過除菌處理使空氣中含菌量降低在一個極低的百分數(shù)，從而能控制發(fā)酵污染至極小機會。此種空氣稱為“無菌空氣”。 （二）空氣中微生物的分布 空氣中的含菌量隨環(huán)境不同而有很大差異： ? 一般干燥寒冷的北方空氣中的含菌量較少，而潮濕溫暖的南方則含菌量較多； ? 人口稠密的城市比人口少的農(nóng)村含菌量多； ? 地面又比高空的空氣含菌量多。 ? 各地空氣中所懸浮的微生物種類及比例各不相同，數(shù)量也隨條件的變化而異，一般設(shè)計時以含量為 103~104個／ m3進行計算。 （三） 發(fā)酵對空氣無菌程度的要求 ? 各種不同的發(fā)酵過程，對空氣無菌程度的要求也不同。影響因素是比較復(fù)雜的，需要根據(jù)具體情況而訂出具體的工藝要求。 ? 一般按染菌機率為 103。來計算，即1000次發(fā)酵周期所用的無菌空氣只允許 1~2次染菌。 二、空氣除菌的方法 ? 輻射滅菌 ? 加熱滅菌 ? 靜電除菌 ? 介質(zhì)過濾 （一）輻射滅菌 ? α射線、 X射線、 β射線、 γ射線、紫外線、超聲波等從理論上講都能破壞蛋白質(zhì)，破壞生物活性物質(zhì)，從而起到殺菌作用。 2. 應(yīng)用范圍 ? 通常用于無菌室和醫(yī)院手術(shù)室。 3. 缺點 ? 殺菌效率較低，殺菌時間較長。一般要結(jié)合甲醛蒸汽等來保證無菌室的無菌程度。 （二）加熱滅菌 ? 空氣進口溫度為 21℃ ，出口溫度為 187~198℃ ，壓力為。 （三）靜電除菌 ? 利用靜電引力來吸附帶電粒子而達到除塵、除菌的目的。 2，優(yōu)點 ? 阻力小，約 104Pa ? 染菌率低，平均低于 1015％ ? 除水、除油的效果好 ? 耗電少 3，缺點 ? 設(shè)備龐大 、一次性投資較大 、捕集率尚嫌不夠，需要采取其它措施。 (四 ) 介質(zhì)過濾 空氣過濾器的功能： 一個空氣過濾器的功能是從氣體中去除污染物（微生物）以使達到所需的 氣體的無菌程度 過濾介質(zhì)的過濾 / 分離效率由于 直接攔截 慣性撞擊 擴散攔截 的共同作用而增強 過濾介質(zhì)的類型 ? 表面過濾介質(zhì) : – 編織網(wǎng)粉末燒結(jié) ? 深度過濾介質(zhì) : – 纖維材料結(jié)構(gòu) ? 棉花 ? 活性炭或玻璃纖維 ? 有機合成纖維 – 澆鑄膜結(jié)構(gòu) 過濾介質(zhì)的基本要求 ? 過濾介質(zhì)是是過濾除菌的關(guān)鍵，直接關(guān)系到介質(zhì)的消耗量、過濾過程動力消耗、設(shè)備的結(jié)構(gòu)、尺寸，更是關(guān)系到運轉(zhuǎn)過程的穩(wěn)定性。對過濾介質(zhì)的總的要求是 吸附性強、阻力小、空氣流量大、能耐干熱。 可將常用的過濾介質(zhì)分為纖維狀或顆粒狀過濾介質(zhì)、過濾紙、微孔過濾膜三大類。 纖維狀或顆粒狀過濾介質(zhì) ? （ 1）棉花 ? 棉花是常用的過濾介質(zhì)，最好選用 纖維細長疏松的未脫脂新鮮產(chǎn)品 ，因為脫脂棉花易吸水而使體積變小，而貯藏過久，纖維會發(fā)脆甚至斷裂，增大阻力。棉花的纖維直徑一般為 16~21μm，實重度 1520 kg/m3。使用時要分層均勻鋪砌，最后要壓緊，一般填充密度為 130~ 150 kg/m3，填充率為 %~10%。如果不壓緊或是填裝不均勻，會造成空氣走短路，甚至介質(zhì)翻動而喪失過濾效果。其主要缺點是阻力大，遇油水易結(jié)團，過濾效率不穩(wěn)定，拆裝勞動強度大，不能再生?？捎谜羝麥缇?，但不宜每批發(fā)酵都進行滅菌，因為棉花層經(jīng)多次蒸汽加熱后易板結(jié)，增大空氣阻力，降低過濾效果。 ? （ 2）活性炭 ? 活性炭有非常大的表面積，通過表面的吸附作用而吸附微生物。常用的活性炭是小圓柱體，其大小 φ3 10 5mm，實重度 1140 kg/m3。一般填充密度 500177。 30 kg/m3，故填充率為 44%。要求活性炭質(zhì)地堅硬，不易壓碎顆粒均勻。填裝時要篩去粉末?；钚蕴砍Ｅc纖維狀過濾介質(zhì)聯(lián)合使用。 三、介質(zhì)過濾除菌的工藝 ? 空氣過濾除菌流程是按生產(chǎn)對無菌空氣要求具備的參數(shù)，根據(jù)空氣的性質(zhì)而制訂的，同時還要結(jié)合吸氣環(huán)境的空氣條件和所用設(shè)備的特性進行考慮。 ? 對于一般要求的低壓無菌空氣，可直接采用一般鼓風(fēng)機增壓后進入過濾器，經(jīng)一、二次過濾除菌而制得。 ? 而一般的深層通氣發(fā)酵，除要求無菌空氣具有必要的無菌程度外，還要具有一定的壓力，這就需要比較復(fù)雜的空氣除菌流程。 （一）對空氣除菌流程的要求 ? 流程的設(shè)備： ? 主設(shè)備：空氣壓縮機 ? 附屬設(shè)備：要求盡量采用新技術(shù)，提高效率，減少設(shè)備，精簡設(shè)備流程，降低設(shè)備投資、運轉(zhuǎn)費用和動力捎耗，簡便操作。 ? 流程的制訂應(yīng)考慮： ? 地理、氣候環(huán)境 ? 設(shè)備條件 （二）空氣過濾除菌流程的分析 ? 發(fā)酵廠所使用的空氣除菌流程，隨各地的氣候條件及設(shè)備條件不同而有很大的差別。 ? 要保持過濾器有比較高的過濾效率，應(yīng)維持一定的氣流速度和不受油、水的干擾。 氣流速度可由操作來控制；要保持不受油、水干擾則要有一系列冷卻、分離、加熱的設(shè)備來保證空氣的相對濕度在 50~60％的條件下過濾。 、分離、加熱的空氣過濾除菌流程 ? 流程的特點是：兩次冷卻，兩次分離，適當(dāng)加熱。 312圖43 兩極冷 卻,加熱除菌流程1粗過濾器 2壓縮機 3貯罐 4,6冷卻器 5旋 風(fēng)分離器 7絲 網(wǎng)分離器 8 加熱器 9 過濾器456789第一級冷卻到30~35℃ 第二級冷卻到20~25℃ 相對濕度降低至50~60% 菌流程 ? 特點：可省第二冷卻分離設(shè)備和空氣再加熱設(shè)備，流程比較簡單，冷卻水用量較少，利用壓縮空氣的熱量來提高空氣溫度。 此流程適用于中等混合量的地區(qū)。 312456圖4 4 冷熱空氣直接混合式空氣除菌流程1粗 過濾器 2 壓縮 機 3 貯 罐 4 冷 卻器 5絲 網(wǎng)分離器 6 過 濾器30~35℃ 相對濕度為50~60% ? 特點：無菌程度高 65 71 高效前置過濾器 2 壓縮機 3 貯罐 4 冷卻器 5 絲網(wǎng)分離器 6 加熱器 7 過濾器圖4 5 高效前置過濾空氣除菌流程1 4234 利用熱空氣加熱冷空氣的流程 ? 它利用壓縮后熱空氣和冷卻后的冷空氣進行交換，使冷空氣的溫度升高，降低相對濕度。此流程對熱能的利用比較合理，熱交換還可以兼做貯氣罐，但由于氣 —氣交換的傳熱系數(shù)很小，加熱面積要足夠大才能滿足要求。 123 457896圖46 利 用熱空氣加熱冷空氣的流程示意圖1高空 采風(fēng) 2粗過 濾器 3壓縮 機 4熱 交換器 5冷 卻器 6，7析 水器 8空氣 總過濾器 9空氣 分過濾器（三）介質(zhì)過濾除菌的設(shè)備及計算 ? 過濾效率 ：就是濾層所濾去的微粒數(shù)與原來微粒數(shù)的比值，它是衡量過濾器過濾能力的指標(biāo)。 12121 1 NNN NN ??? ?? 對數(shù)穿透定律 ? 研究過濾器的過濾規(guī)律時，先排除一些復(fù)雜的因素，假定： – 過濾器中過濾介質(zhì)每一纖維的空氣流態(tài)并不因其它鄰近纖維的存在而受影響； – 空氣中的微粒與纖維表面接觸后即被吸附，不再被氣流帶走； – 過濾器的過濾效率與空氣中微粒的濃度無關(guān)； – 空氣中的微粒在濾層中遞減均勻，即每一纖維薄層除去同樣百分率的菌體。 ? 空氣通過單位濾層后，微粒濃度下降量與進入此介質(zhì)的空氣中的微粒濃度成正比，即： （ 1） 1KNdLdN ??深層過濾的對數(shù)穿透定律 ? 將（ 1）整理，積分 ? （ 2） ? 或 （ 3） K d lNdN ?? 1?? ?? LNN NdN dlK 021 1KLNN ??12lnLKNN 39。lo g 12 ?? 介質(zhì)層厚度的計算 ? 由（ 2）或（ 3）得 ? （ 4） ? 或 （ 5） ? 式中的 N1可根據(jù)進口空氣的菌體濃度、空氣流量及持續(xù)使用時間算出。如空氣中的原始菌濃度為 10000個／m3，空氣流量為 200m3／ min，持續(xù)使用 2022h，則 N1為 1011個菌， N2一般可假定為 103個菌。于是 N2／N1＝ 1014，在設(shè)計空氣過濾器時，我們常把 N2／N1 ＝ 1015作為設(shè)計指標(biāo)。 ? K值與纖維介質(zhì)的性質(zhì)、直徑、填充率、氣流速度以及菌體大小有關(guān)。 21ln1 NNKL ?21lo g39。1 NNKL ?2 過濾器的結(jié)構(gòu) 、活性炭過濾器 立式圓筒形，內(nèi)部填充過濾介質(zhì)，以達到除菌的目的。 上花板纖維介質(zhì)活性炭顆粒纖維介質(zhì)下花板進口出口圖4 20 棉 花（玻璃棉）活 性炭過濾器示意圖? 過濾器的尺寸主要是確定過濾器的內(nèi)徑 D和有效過濾的高度，最后定出整個過濾器的高度尺寸。過濾器的內(nèi)徑 D可以根據(jù)空氣量及流速求出： 濾紙過濾器 空氣出口套管金屬絲網(wǎng)層多孔篩板排水口空氣進口進口出口上花板濾紙下花板（a ）旋風(fēng)式濾紙過濾器示意圖 （b ） 套管式空氣過濾器圖4 21 過 濾紙類過濾器3 附屬設(shè)備 粗過濾器 ? 作用：是捕集較大的灰塵顆粒，防止壓縮機受磨損，同時也可減輕總過濾器負荷。 ? 要求：過濾效率要高，阻力要小；否則會增加壓縮空氣的吸入負荷和降隱低壓縮空氣機的排氣量。 ? 常用的粗過濾器有： ? 布袋過濾 ? 填料過濾 ? 油浴洗滌 ? 水霧除塵 作用：是消除壓縮機排出空氣量的 脈動，維持穩(wěn)定的空氣壓力， 同時也可以利用重力沉降作用分離部分油霧。 貯罐的大小可按下面的經(jīng)驗公式計算： 空氣貯罐 氣液分離器 旋風(fēng)式 填料式 出灰口排氣進氣圖4 11 旋 風(fēng)分離器h空氣出口d 1L圖4 13 絲 網(wǎng)分離器示意圖空氣進口h 39。金屬絲網(wǎng)排污口Dd 2 第四部分 味精廠水解設(shè)備 ? 一、水解設(shè)備流程 ? 味精廠水解淀粉為糖，一般采用酸水解法。 ? 二、水解鍋的構(gòu)造與計算 ? 淀粉水解的條件是 PH值為 ，壓力為為 (表壓 )。因此，水解鍋必須能耐酸耐壓，鍋體材料為不銹鋼板或內(nèi)襯 鋼板的普通鋼板。 ? 水解鍋的構(gòu)造 糖化常用的方法 ? 酸法處理 ? 雙酶法 ? 酸酶法或者酶酸法 第五部分 通風(fēng)發(fā)酵罐 ? 通風(fēng)發(fā)酵罐有鼓泡式、氣升式、機械攪拌式、自吸式、噴射自吸式、溢流噴射自吸式等多種類型發(fā)酵罐。 ? 通風(fēng)發(fā)酵設(shè)備要將空氣不斷通入發(fā)酵液中，供微生物所需的氧，氣泡越小，氣泡的比表面積越大，氧的溶解速率約快，氧的利用率也越高，產(chǎn)品的產(chǎn)率也越高。 ? 機械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐是發(fā)酵工廠常用類型之一，它是利用機械攪拌器的作用，使空氣和醪液充分混合促使氧在醪液中溶解，以保證供給微生物生長繁殖、發(fā)酵所需要的氧氣。 發(fā)酵罐的基本條件 ? （ 1） 發(fā)酵罐應(yīng)具有適宜的徑高比 。 罐身越高 ，氧的利用率較高 。 ? （ 2） 發(fā)酵罐能承受一定的壓力 。 ? （ 3） 要保證發(fā)酵液必須的溶解氧 。 ? （ 4） 發(fā)酵罐應(yīng)具有足夠的冷卻面積 。 ? （ 5） 發(fā)酵罐內(nèi)應(yīng)盡量減少死角 ， 避免藏垢積污 ， 滅菌能徹底 ， 避免染菌 。 ? （ 6） 攪拌器的軸封應(yīng)嚴密 ， 防病量減少泄漏 。 發(fā)酵罐罐體的尺寸比例 ? Di = (1/31/2)D Ho = 2 Di B/D = 1/81/12 ha = S = (25)Di C = ()Di ? H/D= 1 發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu) ? 罐體 ? 攪拌器和擋板 ? 消泡器 ? 聯(lián)軸器及軸承 ? 變速裝置 ? 空氣分布裝置 ? 軸封 ? 冷卻裝置 1傳動裝置 2電機 3人孔 4攪拌器 5聯(lián)軸器 6取樣管 7進風(fēng)管 8檔板 9溫度計插孔 10冷卻水夾套 發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu) ? 罐體 ：由圓柱體及橢圓形或碟形封頭