发酵工业的无菌技术

本 章 内 容一 、 概 念 二 、 发 酵 工 业 污 染 的 防 治 策 略三 、 发 酵 工 业 的 无 菌 技 术四 、 培 养 基 及 设 备 灭 菌 五 、 空 气 除 菌 一 、 概 念 :灭 菌 、 消 毒 、 除 菌 、 防 腐n 灭 菌 (sterilization):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 。 消 毒 (disinfection):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 。 除 菌 (degermation): 用 过 滤 方 法 除 去 空 气 或 液 体 中 的 微 生 物 及 其 孢 子 。 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 。 n 消 毒 与 灭 菌 的 区 别n 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（ 一 ） 污 染 的 危 害（ 二 ） 污 染 的 防 治 1.染 菌 的 不 良 后 果 n 消 耗 营 养n 合 成 新 产 物 ； 菌 体 自 溶 、 发 粘 等 造 成 分 离 困 难n 改 变 pHn 分 解 产 物n 噬 菌 体 破 坏 极 大 2.染 菌 危 害 的 具 体 分 析（ 1） 染 菌 对 不 同 菌 种 发 酵 的 影 响A 细 菌n 谷 氨 酸 (棒 状 杆 菌 )： 发 酵 周 期 短 ， 培 养 基不 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 。 B. 霉 菌n PenG ： 青 霉 素 水 解 酶 上 升 ， PenG 迅 速 破 坏 ，发 酵 一 无 所 获 。n 柠 檬 酸 ： pH 2.0， 不 易 染 菌 ， 主 要 防 止 前 期 染菌 。C. 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 ，都 应 全 部 废 弃 。（ 1） 染 菌 对 不 同 菌 种 发 酵 的 影 响 （ 2） 染 菌 种 类 对 发 酵 的 影 响n 青 霉 素 ： 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n 四 环 素 ： 怕 染 双 球 菌 、 芽 孢 杆 菌 和 荚 膜 杆 菌n 柠 檬 酸 ： 怕 染 青 霉 菌n 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 （ 3） 不 同 发 酵 时 期 染 菌 对 发 酵 的 影 响n 种 子 扩 大 时 期 染 菌 :n 发 酵 前 期 染 菌 ：n 发 酵 中 期 染 菌 ： 挽 救 困 难 ， 应 早 发 现 ， 快 处 理 ， 处 理 方法 应 根 据 各 种 发 酵 的 特 点 和 具 体 情 况 来 决 定 抗 生 素 发 酵 柠 檬 酸 发 酵 a. 污 染 细 菌 ： 加 大 通 风 ， 加 速 产 酸 ， 调 pH 3.0， 抑 制细 菌 b. 污 染 酵 母 ： 加 入 0.0250.035g/L CuSO 4抑 制 酵 母 ；通 风 加 大 ， 加 速 产 酸 。 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 （ 3） 不 同 发 酵 时 期 染 菌 对 发 酵 的 影 响n 柠 檬 酸 发 酵c.染 黄 曲 霉 ： 加 入 另 一 罐 将 近 发 酵 成 熟 的 醪 液 ， pH 下降 ， 黄 曲 霉 自 溶 。 d.青 霉 菌 ： 在 pH 很 低 下 能 够 生 长 。 提 前 放 罐 。n 发 酵 后 期 污 染 n 染 菌 量 不 太 多 ， 可 继 续 发 酵n 污 染 严 重 ， 则 提 前 放 罐杀 菌 剂 的 添 加 ： 前 期 无 必 要 ， 增 加 成 本 ； 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n 丝 状 菌 发 酵 被 产 酸 菌 污 染 ： pH 不 断 下 降 ， 菌 丝 大 量 自溶 ， 发 酵 液 粘 度 增 加 ， 过 滤 困 难 处 理 方 法 ： 将 发 酵 液 加 热 后 再 加 助 滤 剂 ； 先 加 絮凝 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 1. 染 菌 的 检 查 与 判 断n 显 微 镜 检 查 法 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 噬 菌 体 检 查 可 采 用 双 层 平 板 法 ： 噬 菌 斑n 肉 汤 培 养 检 查 法 n 发 酵 过 程 的 异 常 现 象 判 断 n DO2水 平 异 常 变 化n pH 异 常 变 化n 尾 气 CO2异 常 变 化 1 2 2. 污 染 原 因 分 析 n 主 要 原 因 ： 种 子 带 菌 无 菌 空 气 带 菌 设 备 渗 漏 灭 菌 不 彻 底 操 作 失 误 技 术 管 理 不 善 n n 从 污 染 时 间 看 ： 早 期 污 染 可 能 与 接 种 操 作不 当 有 关 ； 后 期 污 染 可 能 与 及 中 间 补 料 有 关 。n 从 杂 菌 种 类 看 ：n 耐 热 芽 孢 杆 菌 ： 与 有 关n 球 菌 、 无 芽 孢 杆 菌 ： 与 有 关n 浅 绿 色 菌 落 的 杂 菌 ： 与 水 有 关 ， 即 冷 却 盘 管 渗 漏n 霉 菌 ： 与 有 关 ， 即 无 菌 室 灭 菌 不 彻 底 或 操 作 问题n 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 。2. 污 染 原 因 分 析 3. 预 防n 种 子 带 菌 的 防 治 n 灭 菌 彻 底n 接 种 可 靠 ： 无 菌 室 及 设 备 可 靠 ， 无 菌 操 作 可靠n 保 藏 可 靠n 过 滤 空 气 带 菌 的 防 治 n 设 备 的 渗 漏 或 “ 死 角 ” 造 成 的 染 菌 及 其 防 治 “死 角 ” n 发 酵 罐 的 “ 死 角 ” 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 支撑 件 口 ： 人 孔 （ 或 手 孔 ） 、 排 风 管 接 口 、 灯 孔 、 视 镜 口 、 进料 管 口 发 酵 罐 罐 底 脓 疱 状 积 垢 造 成 “ 死 角 ” 消 除 方 法 ： 加 强 清 洗 并 定 期 铲 除 污 垢 ； 安 装 放 汽 边 阀 n 管 道 安 装 不 当 或 配 置 不 合 理 形 成 的 “ 死 角 ” 污 水 脓 疱 罐 底 发 酵 罐 罐 底 脓 疱 状 积 垢 造 成 “ 死 角 ” 法 兰 连 接 不 当 造 成 的 “ 死 角 ” 灭 菌 时 蒸 汽 不 易 通 达 的 “ 死 角 ” 及 其 消 除 方法 n 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 。 n 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 防 止 泡 沫 升 顶n 连 消 不 彻 底 ： 最 好 采 用 自 动 控 制 装 置 n 灭 菌 后 期 罐 压 骤 变 n 死 角 n 操 作 不 当 造 成 染 菌 n 噬 菌 体 染 菌 及 其 防 治 3. 预 防 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 ；n 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 ；n 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 ； n 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 灭 菌 方 法n 干 热 灭 菌 法 n 湿 热 灭 菌 法 n 射 线 灭 菌 法 n 化 学 药 剂 灭 菌 法n 过 滤 除 菌 法n 火 焰 灭 菌 法 四 、 培 养 基 及 设 备 灭 菌 （ 一 ） 湿 热 灭 菌 原 理 (自 学 ) （ 二 ） 分 批 灭 菌 （ 实 罐 灭 菌 ） （ 三 ） 连 续 灭 菌 （ 连 消 ）（ 四 ） 分 批 灭 菌 与 连 续 灭 菌 的 比 较 分 空 气 过 滤 器 灭 菌并 用 空 气 吹 干 夹 套 或 蛇 管 排 冷 水 ， 开 启 排气 管 阀 ， 空 气 管 通 蒸 汽 ， 也可 夹 套 内 通 蒸 汽 达 70 左 右取 样 管放 料 管 通 蒸 汽 120 ， 1 105pa保 温 保 温 阶 段 ， 凡 液 面 以 下 各 管道 都 应 通 蒸 汽 ， 液 面 上 其 余各 管 道 则 应 排 蒸 汽 ， 不 留 死角 ， 维 持 压 力 、 温 度 恒 定罐 压 接 近 空 气 压 力 向 罐 内 通 无 菌 空 气保 温 结 束 ， 依 次 关 闭各 排 汽 、 进 汽 阀 门夹 套 或 蛇 管 中 通 冷 水 培 养 基 降 温 到 所 需 温 度（ 二 ） 分 批 灭 菌 （ 实 罐 灭 菌 ） 1.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 培 养基 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 (N/N0) =-kt 来 粗 略 估 算 灭 菌 所 需 时 间 。2. 灭 菌 时 间 的 估 算 2. 灭 菌 时 间 的 估 算n 例 1： 有 一 发 酵 罐 内 装 40m3培 养 基 ， 在 1210C温 度 下 实罐 灭 菌 ， 原 污 染 程 度 为 每 1ml有 2 105个 耐 热 细 菌 芽 孢 ，已 知 1210C时 灭 菌 速 度 常 数 k=1.8min-1， 求 灭 菌 失 败 机率 为 0.001时 所 需 时 间 。 解 ： N0=40 106 2 105=8 1012(个 ) Nt=0.001(个 ) k=1.8(min-1) (Nt/N0)=-kt t=2.303/klg(N0/Nt)=2.303/1.8lg(8 1015) =20.34(min) 由 于 升 温 阶 段 就 有 部 分 菌 被 杀 灭 ， 特 别 是 当 培 养 基 加 热 至 100 0C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 。n （ 三 ） 连 续 灭 菌 （ 连 消 ）n 工 艺 流 程n 喷 淋 冷 却 连 续 灭 菌 流 程n 喷 射 加 热 连 续 灭 菌 流 程 n 薄 板 式 换 热 器 连 续 灭 菌 流 程 n 灭 菌 时 间 的 计 算 (Ct/C0)= kt t=2.303/klg(C0/Ct) 式 中 ： C0、 Ct分 别 为 单 位 体 积 培 养 基 灭 菌 前 、 后 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 、保 温 和 冷 却 等 灭 菌 过 程 。 高 温 短 时 n 例 2 某 发 酵 罐 内 装 40m3培 养 基 ， 采 用 连 续 灭 菌 ，灭 菌 温 度 为 1310C， 原 污 染 程 度 为 每 1ml含 有2 105个 杂 菌 ， 已 知 1310C时 灭 菌 速 度 常 数 为15min-1， 求 灭 菌 所 需 的 维 持 时 间 。连 续 灭 菌 时 间 的 估 算解 ： C0=2 105(个 /ml) Ct=0.001/(40 106)=2.5 10-11(个 /ml) t=2.303/klg(C0/Ct)=2.303/15 lg(2 105)/(2.5 10-11) =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 酵 罐 喷 淋 冷 却 连 续 灭 菌 流 程 生 培 养 基 真 空 冷 却 器无 菌 培 养 基 进 发 酵 罐 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 ） n 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 ；n 发 酵 罐 利 用 率 高 ； n 蒸 汽 负 荷 均 衡 ； n 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 ；n 可 实 现 将 耐 热 性 物 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 。 n 缺 点 ：n 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 ；n 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 。 分 批 灭 菌 与 连 续 灭 菌 的 比 较 五 、 空 气 除 菌（ 一 ） 概 述（ 二 ） 空 气 过 滤 除 菌 流 程（ 三 ） 空 气 预 处 理（ 四 ） 空 气 预 处 理 流 程 设 计 应 用 举 例（ 五 ） 空 气 过 滤 介 质（ 六 ） 空 气 过 滤 除 菌 原 理（ 七 ） 提 高 过 滤 除 菌 效 率 的 措 施 （ 一 ） 概 述n 空 气 除 菌 的 必 要 性 以 一 个 50m3的 发 酵 罐 为 例 ， 若 装 料 系 数 为 0.7， 要求 每 立 方 米 发 酵 液 每 分 钟 通 气 0.8m3， 培 养 周 期170h， 那 么 每 个 周 期 需 通 气 量 2.86 105 m3(50 0.7 0.8 170 60)， 而 每 立 方 米 大 气中 约 有 103-104个 微 生 物 。 n 空 气 除 菌 方 法n 辐 射 杀 菌 ： 超 声 波 、 高 能 阴 极 射 线 ， x射 线 、 射 线 、射 线 、 紫 外 线 (2265 3287 )n 加 热 杀 菌 ： 加 热 方 法 可 用 蒸 汽 、 电 和 空 气 压 缩 机 产生 的 热 量 n 静 电 除 菌 ： 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 。n 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 。 （ 一 ） 概 述 1. 对 空 气 过 滤 除 菌 流 程 的 要 求n 流 程 主 要 设 备 ： 空 气 压 缩 机 、 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 n 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 n 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 ；n 压 缩 机 耗 油 严 重 的 设 备 流 程 中 则 要 加 强 消 除 油 雾 的污 染 ， 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 粗 过 滤 器 及 空 气 贮 罐 。n 通 常 要 求 压 缩 空 气 的 相 对 湿 度 =50%60%时 通 过 过滤 器 为 好 。1. 对 空 气 过 滤 除 菌 流 程 的 要 求 2. 空 气 除 菌 流 程 的 分 析n 空 气 过 滤 除 菌 流 程 包 括 ： 高 位 吸 风 塔 吸 入 空 气 、粗 过 滤 、 压 缩 、 冷 却 、 分 离 油 水 、 加 热 、 过 滤n 几 种 典 型 的 设 备 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 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 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 （ 三 ） 空 气 预 处 理1. 原 理 ：n 除 尘 (外 源 空 气 的 前 处 理 )： 防 塞 ， 提 高 过 滤 效 率 和 滤器 寿 命 ；n 降 温 ： 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 堵塞 （ 因 水 滴 ）n 加 热 ： 保 持 相 对 湿 度n 稳 压 ： 防 止 压 力 波 动 ， 贮 罐2. 预 处 理 流 程 设 计 的 简 繁 关 键 ： 去 湿 问 题措 施 ： 建 吸 风 塔 、 粗 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 ） 、高 效 前 置 过 滤 器 两 级 冷 却 、 加 热 除 菌 流 程 图 (南 方 潮 湿 地 区 )1-粗 过 滤 器 ； 2-空 压 机 ； 3-贮 罐 ； 4， 6-冷 却 器 ； 5-旋 风 分 离 器 ； 7-丝 网 分 离 器 ；8-加 热 器 ； 9-过 滤 器 冷 热 空 气 直 接 混 合 式 空 气 除 菌 流 程 图 (中 等 湿 含 量 地 区 )1-粗 过 滤 器 ； 2-压 缩 机 ； 3-贮 罐 ； 4-冷 却 器 ； 5-丝 网 分 离 器 ； 6-过 滤 器 利 用 热 空 气 加 热 冷 空 气 的 流 程 示 意 图 (中 等 湿 含 量 地 区 )1-高 空 采 风 ； 2-粗 过 滤 器 ； 3-压 缩 机 ； 4-热 交 换 器 ； 5-冷 却 器 ； 6， 7-析 水 器 ；8-空 气 总 过 滤 器 ； 9-空 气 分 过 滤 器 将 空 气 冷 却 至 露 点 以 上 的 流 程 (干 燥 地 区 )1 高 空 采 风 ； 2 粗 过 滤 器 ； 3 压 缩 机 ； 4 冷 却 器 ； 5 析 水 器 ； 6 空 气总 过 滤 器 ； 7 空 气 分 过 滤 器 高 效 前 置 过 滤 空 气 除 菌 流 程 图1高 效 前 置 过 滤 器 ； 2压 缩 机 ； 3贮 罐 ； 4冷 却 器 ； 5丝 网 分 离 器 ；6加 热 器 ； 7过 滤 器 一 次 冷 却 和 析 水 的 空 气 过 滤 流 程 示 意 图1 高 空 采 风 ； 2 粗 过 滤 器 ； 3 压 缩 机 ； 4 冷 却 器 ； 5， 6析 水 器 ；7贮 罐 ； 8加 热 器 ； 9空 气 总 过 滤 器 ； 10空 气 分 过 滤 器 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 度与 被 压 缩 的 程 度 有 关 ： T2=T1(P2/P1)(k-1)/k 式 中 T1,T2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 ， Pa k绝 热 指 数 ， 空 气 为 1.4 若 压 缩 为 多 变 过 程 ， 则 可 用 多 变 指 数 m（ 对 于 空 气 m=1.2-1.3） 代 替 绝 热 指 数 k。 n 例 3： 20oC的 大 气 被 压 缩 至 表 压 2.5kg/cm2时 温度 是 多 少 ？ 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=293 3.420.3/1.3=389k t2=389-273=116oC 空 气 预 处 理 流 程 设 计 3. 几 个 概 念n 空 气 的 绝 对 湿 度 ： 1m3 湿 空 气 中 含 有 的 水 蒸 气 绝 对 量 (kg)n 空 气 的 相 对 湿 度 （ ） ： 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 饱 和 水 蒸 汽 压 之 比 值 ， 称 为 空 气 的 相 对 湿 度 。 =Pw/Ps 式 中 Pw空 气 中 水 蒸 气 分 压 ， Pa Ps同 温 度 下 水 的 饱 和 蒸 气 压 ， Pa， 它 可 由 各 类 手 册 中 查 到 。 n 空 气 的 湿 含 量 （ X） ： 1kg干 空 气 中 含 有 的 水 汽 量 （ kg/kg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 “ 饱 和 湿 空 气 ” ,与 饱和 湿 空 气 对 应 的 压 力 称 为 “ 饱 和 水 蒸 气 压 力 ” ,用 符 号 Ps表 示 。 水 蒸 气 压 力Pw与 饱 和 水 蒸 气 压 力 Ps的 比 值 称 为 相 对 湿 度 Rh,与 饱 和 水 蒸 气 压 力 Ps对 应着 的 相 对 湿 度 为 :Rh=100% 空 气 的 湿 含 量 （ X） 设 Gg kg干 空 气 中 含 Gw kg水 蒸 汽 时 ， 则 X=Gw/Gg 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 量 ） X=Gw/Gg=(PwMw)/(PgMg)=(18/28.94)(Pw/Pg) =0.622P w/(P-Pw) （ 4-1）P为 湿 空 气 总 压 力 ， P=Pw + Pg （ 1） 与 X的 关 系 将 Ps=Pw代 入 式 4-1中 得 X=0.622Ps/（ P-Ps）所 以 ， 已 知 某 一 温 度 T时 值 ， 便 可 求 得 X。 当 X一 定 时 ， T1T2， 导 致 12 ， 则X1=0.6221Ps1/(P1-1Ps1)X 2=0.6222Ps2/(P2-2Ps2) X1=X2 2=1(PS1/PS2)(P2/P1) （ 式 4-2） 当 X发 生 变 化 ， 即 有 水 析 出 时 ， X降 低 ， 此 时2=100%， 定 义 ： 当 =1时 ， 空 气 中 水 蒸 气 已 饱 和 ， 此 时 温 度 称 为露 点 Td。当 TP1) 压 缩 比 愈 大 ， 露 点 愈 高122112 PPPPss 2 121s12s PPPP 121s1 PPP 111s1 PPP12PP 加 热 后 空 气 的 温 度n 设 析 出 水 后 ， 在 升 温 阶 段 X=0， 根 据 式 4-2可以 求 出 析 水 后 应 升 温 到 多 少 度 才 能 满 足 相 对 湿度 保 持 50-60%。 后 = dPsd/Ps后 Ps后 = dPsd/ 后 P s后 T后 n 例 4： 温 度 20 、 =85%的 空 气 ， 当 压 缩 至 2.0kg/cm2时 ， 温 度 为 120 ， 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 40 后 ， 相 对 湿 度 又是 多 少 ？ 已 知 ： 20 时 ， Ps1=0.0238 kg/cm2,120 时 ， Ps2=2.025 kg/cm2 ， 40 时 ， Ps3=0.0752 kg/cm2 解 ： 120 时 ， 相 对 湿 度 为 40 时 ， 相 对 湿 度 为 %93.2033.1 033.3025.20238.0%85 122112 ppppss %9.780752.0 025.20293.0233223 ppppss n 例 5： 若 将 例 4中 空 气 继 续 冷 却 ， 至 水 析 出 ， 求 露 点 td？（ 假 定 压 力 不 变 ） 解 ： 已 知 4 100%， X一 定 ， P一 定由所 以查 蒸 汽 压 表 ， 0.059 kg/cm 2饱 和 蒸 汽 压 对 应 温 度 td 35 。所 以 ， 当 t35 ， 继 续 冷 却 时 ， 有 水 析 出 。 433344334 ssss pppppp 24334 /059.010752.0%9.78 cmkgpp ss n 例 6： 若 将 例 5中 的 空 气 冷 却 至 28 （ 压 力 不 变 ） ， 求 其湿 含 量 为 多 少 ？ 并 求 每 公 斤 干 空 气 将 析 出 多 少 水 分 ？（ 已 知 ： 28 时 ， Ps5 0.0385 kg/cm2）解 ： 而 最 初 所 以 ， 每 公 斤 干 空 气 将 析 出 水 分 ： X X 1-X5 0.0124-0.0080 0.0044 水 干 空 气水 汽 kgkgpp px ss /0080.00385.01033.3 0385.01622.0622.0 55 555 干 空 气水 汽 kg/kg0124.00238.085.0033.1 0238.085.0622.0pp p622.0 x 1s11s11 n 例 7： 若 将 例 6中 空 气 加 热 至 38 时 ， 求 其 6？ （ 38 时 ， Ps6 0.0675 kg/cm2）解 ： 升 温 时 X不 变 ， 56时 值 下 降 也 可 根 据 X6 X5 0.0080 不 变 ， 由 得 %0.570675.00385.0%100566556 ppppss %0.570080.0622.0 0080.00675.0 033.3622.0 6666 xxpps sspp px 622.0 （ 五 ） 空 气 过 滤 介 质n 棉 花n 玻 璃 纤 维n 活 性 炭 n 超 细 玻 璃 纤 维 纸 n 石 棉 滤 板 n 烧 结 材 料 过 滤 介 质 n 新 型 过 滤 介 质 （ 六 ） 空 气 过 滤 除 菌 原 理 （ 六 ） 空 气 过 滤 除 菌 原 理n 布 朗 扩 散 截 留 作 用n 拦 截 滞 留 作 用n 惯 性 碰 撞 滞 留 作 用 （ 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 择进 风 口 ； 提 高 进 口 空 气 的 采 气 位 置 ； 采 用 粗 过 滤预 处 理 。 n 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 。n 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 。 n 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 ： 使 用无 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 。n 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 本 章 小 结n 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n 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n 掌 握 空 气 除 菌 基 本 原 理 、 流 程 及 空 气 预 处 理设 计