【正文】 。 在使用過濾器時，如果發(fā)酵罐的壓力大于過濾器的壓力 (這種情況主要發(fā)生在突然停止進空氣或空氣壓力忽然下降 )，則發(fā)酵液會倒流到過濾器中來。過濾器滅菌后應(yīng)立即引入空氣，以便將介質(zhì)層內(nèi)部的水分吹出，但溫度不宜過高，以免介質(zhì)被烤焦或焚化。 3，空氣過濾器的操作要點 為了使空氣過濾器始終保持干燥狀態(tài)，當過濾器用蒸氣滅菌時，應(yīng)事先將蒸汽管和過濾器內(nèi)部的冷凝水放掉，滅菌蒸汽的壓力應(yīng)保持在 0． 17— 0． 2MPa(表壓 )。目前試用燒結(jié)金屬板、燒結(jié)金屬管作為分過濾器 和總過濾器的過濾介質(zhì)已取得初步效果，還需要進一步試驗。因此，改進空氣凈化的前處理工藝，用超細玻璃纖維紙或其它介質(zhì)來代替棉花、活性炭是有待解決的問題。在空氣預(yù)處理較好的情況下，采用超細玻璃纖維紙作為總過濾器及分過濾器的過濾介質(zhì)，染菌率很低，但在空氣預(yù)處理較差的情況下，其除菌效率往往受影響。常用的空氣過濾介質(zhì)有棉花和活性炭 (總過濾器及分過濾器 )、玻璃棉和活性炭 (一級過濾 )、超細玻璃纖維紙 (一般用于分過濾器 )、石棉濾板 (分過濾器 )等。當使用時間較長，網(wǎng)格堵塞，阻力增大到 40mmHg 時，就應(yīng)該更換新的濾芯。為了提高過濾器的過濾效率和延長濾芯壽命，一般都加中效過濾設(shè)備，或采用靜電除塵配合使用。一般選擇流速在 0． 025m／ s 以下，這時通過的壓力損失約為 20 133． 3Pa。濾框有木制和鋁制兩種規(guī)格，需要反復(fù)殺菌的應(yīng)采用鋁制濾框，使用時將濾框用螺栓固定壓緊在過濾器內(nèi)，底部用墊片密封。超細纖維紙的過濾特性是氣流速度越低，過濾效率越高。為了防止孔管密封的底部死角積水，封管底蓋要緊靠濾孔。若將過濾介質(zhì)卷裝在孔管上，如圖 149 所示，這樣，總的過濾面積要比平板式大很多。 (3)管式過濾器 平板式過濾器過濾面積局限于圓筒的截面積。經(jīng)樹脂處理或混有木漿的濾紙。過濾孔板既要承受壓緊濾層的作用，也要承受濾層兩邊的壓力差，孔板的開孔一般為 5~10mm，孔的中心距為 10~20mm。頂蓋法蘭壓緊過濾孔板并用墊片密封，上下孔板用螺栓連接，以夾緊濾紙和密封周邊?？諝鈴耐采碇胁壳芯€方向進入，空氣中的水霧、油霧沉于筒底，由排污管排出，空氣經(jīng)緩沖層通過下孔板經(jīng)薄層介質(zhì)過濾后，從上孔板進入頂蓋經(jīng)排氣孔排出。 (2)平板式纖維紙分過濾器 這種過濾器是適應(yīng)充填薄層的過濾板或過濾紙，其結(jié)構(gòu)如圖 78 所示。 空氣一般從下部圓筒切線方向通入，從上部圓筒切線方向排出，以減少阻力損失，出口不宜安裝在頂蓋，以免檢修時拆裝管道困難。如果僅作為消毒后吹干的加熱用，則對直徑大的過濾器來說效果很低，熱量很難從周邊傳到過濾器中部。有些工廠為了防止棉花受潮下沉后松動，在壓緊裝置上加裝緩沖彈簧，彈簧的 作用是保持在一定的位移范圍內(nèi)對孔板的 — 定壓力。填充物的裝填順序如下： 孔板 → 鐵絲網(wǎng) → 麻布 → 棉花 → 麻布 → 活性碳 → 麻布 → 棉花 → 麻布 → 鐵絲網(wǎng) → 孔板 裝填介質(zhì)時要求緊密均勻，壓緊一致。這本來是不符合計算 要求的。 過濾器的有效過濾介質(zhì)高度 L 的決定，一般在實驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，按對數(shù)穿透定律進行計算。通過過濾器的壓力降一般為 ~。 空氣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。 1，空氣過濾器 (1)纖維狀及顆粒狀介質(zhì)過濾器 圖 77 是深層棉花、活性炭過濾器的結(jié)構(gòu)。但這種過濾器存在不少缺點：（ l）設(shè)備龐大； (2)介質(zhì)耗量大； (3)阻力大，（ 4）更換拆裝不方便；（ 5）勞動強度大等。 二、計算舉例（自學(xué)） 參見《發(fā)酵工程與設(shè)備》 p98 三、空氣過濾器與過濾介質(zhì) 過濾介質(zhì)是過濾除菌的關(guān)鍵，它的好壞不但影響到介質(zhì)的消耗量、動力消耗 (壓力降 )、勞動強度、維護管理等，而且決定設(shè)備的結(jié)構(gòu)、尺寸，還關(guān)系到運轉(zhuǎn)過程的可靠性。阻力過大，還容易導(dǎo)致介質(zhì)層被吹翻。由此可見，要用一定高度的介質(zhì)過濾器取得較大的除菌效率，應(yīng)選用纖維較細而填 充率較大的介質(zhì)，并采用較大的氣流速度。 3，過濾壓力降 空氣通過過濾層需要克服與介質(zhì)的摩擦而引起的壓力降， ΔP 是一種能量損失，損失隨濾層的厚度、空氣的流速、過濾介質(zhì)的性質(zhì)、填充情況而變化，可用下式計算： 由式 (2)和式 (13)可見，過濾常數(shù)或過濾效率隨介質(zhì)的填充率及單纖維過濾效率的增加而增加，隨纖維直徑的增加而下降。但實際上，當濾層較厚時，遞減就不均勻，即 K’值發(fā)生變化，濾層越厚 ，K’值變化越大。實踐證明，對于較薄的濾層是符合實際的，但隨著濾層的增加，產(chǎn)生的偏差就大。于是 N1/N2＝ 1014，在設(shè)計空氣過濾器時，我們常把 Nl/N2＝ 1015 作為設(shè)計指標。所以式（ 6）也可寫成： 2，介質(zhì)層厚度的計算 根據(jù)對數(shù)定律式（ 6）、式 (7)得： 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。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： 上式稱為對數(shù)穿透定律，它表示進入濾層的微粒數(shù)與穿透濾層的微粒數(shù)之比的對數(shù)是濾層厚度的函數(shù)。 1，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： (1)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； (2)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； (3)過濾器的過濾效率與空氣中微粒的濃度無關(guān)； (4)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。 實踐證明，空氣過濾器的過濾效率主要與微粒的大小、過濾介質(zhì)的種類和規(guī)格 (纖維直含量。 除空氣預(yù)處理外，影響空氣除菌的重要因素還有空氣過濾器的過濾介質(zhì)及操作。 （ 6）空氣加熱器 分離油、水以后的空氣的相對濕 度仍然為 100％，當溫度稍微下降時 (例如冬天或過濾器阻力下降很大時 )就會析出水來，使過濾介質(zhì)受潮。使用絲網(wǎng)除沫器需控制好空氣的流速，并不斷去掉凝結(jié)下來的油水。 （ 4）旋風(fēng)分離器 用以分離 50μm 以上的液滴及部分較小的液滴。冷卻后的空氣，其相對濕度提高到 100%，由于溫度處于露點以下，其中的油、水即凝結(jié)為油滴和水滴。C 的空氣冷卻到 20~25176。C 冷凍水或 15~18176。C 左右。C 或 150176。 （ 1）一級空氣冷卻器 用 30176。如果往復(fù)式壓縮機采用半無油潤滑或無油潤滑，則可以大大降低壓縮空氣的油霧含量。冷卻去水后，再將壓縮空氣加熱，降 低其相對濕度，使其未除去的水分不致凝結(jié)出來，然后進行過濾。但是一般的過濾介質(zhì)耐受不了這樣高的溫度。C(往復(fù)式壓縮機 )或150176。為此，必須設(shè)法使進入過濾器的空氣保持相對濕度在 50~60％左右。因此，空氣進入壓縮機前應(yīng)盡量除去塵埃和霧滴。常用的粗過濾器有油浸鐵絲網(wǎng)、泊浸鐵環(huán)和泡沫塑料等。如果將粗過濾器提高到相當于吸氣口的高度，則不需另設(shè)吸氣口。由于空氣中的微生物數(shù)量因地區(qū)、氣候而不同；因此吸氣口的高度也必須因地制宜，一般以離地面 5~10m 為好。 (1)空氣吸氣口 提高空氣吸氣口的高度可以減少吸入空氣的微生物含量。 在上述工藝過程中，各種設(shè)備系圍繞兩個目的：一是提高壓縮前空氣的質(zhì)量 (潔凈度 )；另一個是去除壓縮空氣中所帶的油和水。C，最后通過總空氣過濾器和分過濾器 (有的不用分過濾器 )除菌，從而獲得潔凈度、壓力、溫度和流量都符合工藝要求的滅菌空氣。C)，先冷卻至適當溫度(20~25176。 二、過濾除菌的一般流程 空氣過濾除菌一般是把吸氣口吸入的空氣先進行壓縮前過濾，然后進入空氣壓縮機。 (4)空氣過濾器 一般采用二臺總過濾器 (交叉使用 )和每個發(fā)酵罐單獨配備分過濾器相結(jié)合的方法。常采用油水分離器與去霧器相結(jié)合的裝置。這樣還有利于空壓機的正常運轉(zhuǎn)，提高空壓機的壽命?？諝庠谶M入空氣過濾器前，要先經(jīng)除塵、除油、除水，再經(jīng)空氣過濾器除菌，制備凈化空氣送入發(fā)酵罐，供菌體生長與代謝的需要?？諝饨?jīng)壓縮，一部分動能轉(zhuǎn)換成熱能，出口空氣的溫度在 120~160176。 供給發(fā)酵用的無菌空氣，需要克服介質(zhì)阻力、發(fā)酵液靜壓力和管道阻力，故一般使用空壓機。自吸式發(fā)酵罐 是由轉(zhuǎn)子的抽吸作用使空氣通過過濾器而除菌的。 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。 以上幾種作用機理在整個過程中，隨著參數(shù)變化有著復(fù)雜的關(guān)系，目前還未能作準確的理論計算。前者的除菌效率隨氣流速度增加而增加，后者則相反?？偟膩碚f，當氣流速度較大時 (約大于 )，慣性捕集是主要的。 上述機理中，有時很難分辨是哪一種單獨起作用。有人測定微生物孢 子帶電情況時發(fā)現(xiàn)，約有 75％的孢子具有 l~60負電荷單位， 15％的孢子帶有 5~14正電荷單位，其余 10％則為中性，這些帶電荷的微粒會被帶相反電荷的介質(zhì)所吸附。 5，靜電吸附作用 圖 75 單纖維除菌總效率和氣流速度的關(guān)系 干空氣對非導(dǎo)體的物質(zhì)作相對運動摩擦?xí)r，會產(chǎn)生靜電現(xiàn)象，對于纖維和樹脂處理過的纖維，尤其是一些合成纖維更為顯著。：絕對溫度，：波爾曼常數(shù)；；：微粒擴散率；式中KTKdc K TBBvdBdxdxdxdxdxpMMfMfffff???3//R e )(2)3(21