【正文】 1)21()21l n ()21(2R e )(21313?????????????????????????區(qū)內(nèi)。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：氣流的雷諾準(zhǔn)數(shù)。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。當(dāng)微粒重力超過(guò)空氣作用于其上的浮力時(shí)，即發(fā)生一種沉降加速 度。 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。 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。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。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(shuō)明有另一種機(jī)理在起作用，這就是攔截捕集作用。 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。 臨界速度 vc的值隨纖維直徑和微粒直徑而變化。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(guò)纖維前進(jìn)，即 b＝ o 時(shí)，慣性力無(wú)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。同時(shí)，實(shí)踐證明，捕集效率是微粒慣性力的無(wú)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(jiàn)，空氣流速 v0是影響捕集效率的重要參數(shù)。 b 的大小由微粒的運(yùn)動(dòng)慣性所決定。慣性力與氣流流速成正比，當(dāng)流速過(guò)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。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。慣性使它離開主導(dǎo)氣流；走的是圖中虛線的軌跡。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(guò)濾層。 一、慣性捕集作用 在過(guò)濾器中的濾層交錯(cuò)著無(wú)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。因?yàn)檫^(guò)濾層是 無(wú)數(shù)層單纖維組成的，所以就增朗了捕獲的機(jī)會(huì)。這是帶顆粒的氣流流過(guò)纖維截面的假想模型。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。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(guò)濾效果 空氣溶膠的過(guò)濾除菌原理與通常的過(guò)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(jiàn)懸浮于空氣中的微生物粒子在 0． 5~2μm 之間，深層過(guò)濾所用的過(guò)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。而且過(guò)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。由于被過(guò)濾的氣溶膠中微生物的粒子很小，一般只有 ~2μm，而過(guò)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(guò)濾機(jī)理比較復(fù)雜。它采用定期滅菌的干燥介質(zhì)來(lái)阻截流過(guò)的空氣中所含的微生物，從而制得無(wú)菌空氣。 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(lái)說(shuō)， — 其捕集率尚嫌不夠，需要采取其它措施。 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。 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)。懸浮于空氣中的微生物，其孢子大多帶有不同的電荷，沒(méi)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)設(shè)備維護(hù)和安全技術(shù)措施要 求較高。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 ~。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(guò)濾器。圖 71(b)是一個(gè)用于石油發(fā)酵的無(wú)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。為防止空氣在貯罐中走短路，最好在罐內(nèi)加裝導(dǎo)筒。C，壓力為 ?？諝膺M(jìn)口溫度為 21176。利用空氣壓縮時(shí)產(chǎn)生的熱進(jìn)行滅菌對(duì)于無(wú)菌要求不高的發(fā)酵來(lái)說(shuō)則 是一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的方法。C下 24s 就被殺死。 二、加熱滅菌 雖然空氣中的細(xì)菌芽孢是耐熱的，但溫度足夠高也能將它破壞。但殺菌效率較低，殺菌時(shí)間較長(zhǎng)。生產(chǎn)上使用的空氣量大，要求處理的空氣設(shè)備簡(jiǎn)單，遠(yuǎn)行可靠，操作方便，現(xiàn)就各種除菌方法簡(jiǎn)述如下： 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。 發(fā)酵工業(yè)應(yīng)用的“無(wú)菌空氣”是指通過(guò)除菌處理使空氣中含菌量降低在一個(gè)極低的百分?jǐn)?shù)，從而能控制發(fā)酵污染至極小機(jī)會(huì)。而對(duì)于密 閉式深層好氣發(fā)酵則需要嚴(yán)格的無(wú)菌度，必須經(jīng)過(guò)除菌措施，由于空氣中含有水分和油霧雜質(zhì)，又必須經(jīng)過(guò)冷卻、脫水、脫油等步驟，因此，無(wú)菌空氣的制備須經(jīng)過(guò)一個(gè)復(fù)雜的空氣處理過(guò)程。對(duì)空氣的要求隨發(fā)酵類型不同而導(dǎo)，厚層固體曲需要的空氣量大，壓力不高，無(wú)菌度不嚴(yán)格，一般選用離心式通風(fēng)并經(jīng)適當(dāng)?shù)目照{(diào)處理 (溫、濕 )就可以了。 第二節(jié) 空氣除菌方法 大多數(shù)需氧發(fā)酵是通入空氣進(jìn)行的。前者在微生物學(xué)中已有介紹，后者系用粒子計(jì)數(shù)器通過(guò)微粒對(duì)光線的散射作用來(lái)測(cè)量粒 子的大小和含量。要準(zhǔn)確測(cè)定空氣中的含菌量來(lái)決定過(guò)濾系統(tǒng)或查定過(guò)濾空氣的無(wú)菌程度是比較因難的。一般城市灰塵多于農(nóng)村，夏天多于冬天，特別是氣候溫和濕潤(rùn)地區(qū)，空氣中的菌量較多。 四、空氣含菌量 的測(cè)定 空氣是許多氣態(tài)物質(zhì)的混合物，主要成分是氮?dú)夂脱鯕?，還有惰性氣體及二氧化碳和水蒸汽。一般細(xì)菌繁殖一代僅需 20~30min，如果進(jìn)入一個(gè)細(xì)菌，則繁殖 15h 后，可達(dá) 109個(gè)。 雖然一般懸浮在空氣中的微生物，大多是能耐惡劣環(huán)境的孢子或芽孢，繁殖時(shí)需要較長(zhǎng)的調(diào)整期。一般按染菌機(jī) 率為 103。而氨基酸與抗生素發(fā)酵因周期長(zhǎng)短不同，對(duì)無(wú)菌空氣的要求也不同。 三、發(fā)酵對(duì)空氣無(wú)菌程度的要求 各種不同的發(fā)酵過(guò)程，由于所用菌種的生長(zhǎng)能力、生長(zhǎng)速度、產(chǎn)物性質(zhì)、發(fā)酵周期、基質(zhì)成分及 pH 值的差異，對(duì)空氣無(wú)菌程度的要求也不同。因此，研究空氣中的含菌情況，選擇良好的采風(fēng)位置和提高空氣系統(tǒng)的除菌效率是保證正常生產(chǎn)的重要內(nèi)容。 二、空氣中微生物的分 布 通常微生物在固體或液體培養(yǎng)基中繁殖后，很多細(xì)小而輕的菌體、芽孢或孢子會(huì)隨水分的蒸發(fā)、物料的轉(zhuǎn)移被氣流帶入空氣中或粘附于灰塵上隨風(fēng)飄浮，所以空氣中的含菌量隨環(huán)境不同而有很大差異。 第一節(jié) 空氣中微生物的分布和發(fā)酵工業(yè)對(duì)空氣無(wú)菌程度的要求一、 無(wú)菌空氣的概念 發(fā)酵工業(yè)應(yīng)用的“無(wú)菌空氣”是指通過(guò)除菌處理使空氣中含菌量降低在一個(gè)極低的百分?jǐn)?shù)，從而能控制發(fā)酵污染至極小機(jī)會(huì)。實(shí)際生產(chǎn)中所需的除菌程度根據(jù)發(fā)酵工藝要求而定，、既要避免染茵，又要盡量簡(jiǎn)化除菌流程，以減少設(shè)備投資和正常運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力消耗。因此，無(wú)菌空氣的制備就成為發(fā)酵工程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。 第六章 空氣除菌的工藝及設(shè)備 在發(fā)酵工業(yè)中，絕大多數(shù)是利用好氣性微生物進(jìn)行純種培養(yǎng)，空氣則是微生物生長(zhǎng)和代謝必不可少的條件。補(bǔ)料液的分批滅菌，通常是向盛有物料的容器中直接通入蒸汽。如果補(bǔ)料量較大，而具有連續(xù)性時(shí)，則采用連續(xù)滅菌較為合適。這些料液都必需經(jīng)過(guò)滅菌。在保溫結(jié)束后，關(guān)鍵是隨即通入無(wú)菌空氣，使容器保持正壓，防止形成真空而吸入帶菌的空氣。通常是用蒸汽加熱發(fā)酵罐的夾套或設(shè)管并從空氣分布管中通入蒸汽，充滿整個(gè)容器后，再?gòu)呐菤夤苤芯従徟懦觥?（ 5） 微生物細(xì)胞中水分對(duì)滅菌的影響 細(xì)胞含水越多，蛋白質(zhì)變性的溫度越底 （ 6） 微生物細(xì)胞菌齡對(duì)滅菌的影響 老細(xì)胞水分含量低、低齡細(xì)胞水分含量高 （ 7） 空氣排除情況對(duì)滅菌的影響 （ 8） 攪拌對(duì)滅菌的影響 （ 9） 泡沫對(duì)滅菌的影響 六、發(fā)酵 罐的滅菌 培養(yǎng)基的滅菌如果是采用連續(xù)滅菌法。 （ 2）培養(yǎng)基的物理狀態(tài)對(duì)滅菌的影響 （ 3）培養(yǎng)基中微生物數(shù)量對(duì)滅菌的影響 （ 4）培養(yǎng)基中氫