生化工程空气除菌

会计学1生化工程生化工程 空气除菌空气除菌第三章第三章 空气除菌空气除菌n n1 1、空气除菌的目的及重要性、空气除菌的目的及重要性n n 在好氧深层培养中，微生物细胞的繁在好氧深层培养中，微生物细胞的繁在好氧深层培养中，微生物细胞的繁在好氧深层培养中，微生物细胞的繁殖代谢需要溶解氧，因为有氧氧化对生物体殖代谢需要溶解氧，因为有氧氧化对生物体殖代谢需要溶解氧，因为有氧氧化对生物体殖代谢需要溶解氧，因为有氧氧化对生物体来说是能量放出最多的途径。来说是能量放出最多的途径。来说是能量放出最多的途径。来说是能量放出最多的途径。n n 在该过程中脱去了很多在该过程中脱去了很多在该过程中脱去了很多在该过程中脱去了很多H H H H，H H H H经电子传递链，经电子传递链，经电子传递链，经电子传递链，最后被最后被最后被最后被O O O O2 2 2 2吸收，所以要提供氧。现在深层培养吸收，所以要提供氧。现在深层培养吸收，所以要提供氧。现在深层培养吸收，所以要提供氧。现在深层培养都是纯种培养，培养基接种之前都经过灭菌，都是纯种培养，培养基接种之前都经过灭菌，都是纯种培养，培养基接种之前都经过灭菌，都是纯种培养，培养基接种之前都经过灭菌，通入的氧气也应是无菌的。通入的氧气也应是无菌的。通入的氧气也应是无菌的。通入的氧气也应是无菌的。第1页/共52页第三章第三章 空气除菌空气除菌通入的氧气（空气）的量有多大？通入的氧气（空气）的量有多大？通入的氧气（空气）的量有多大？通入的氧气（空气）的量有多大？举例：举例：举例：举例：一一一一个个个个50505050m m m m3 3 3 3的的的的发发发发酵酵酵酵罐罐罐罐，装装装装填填填填系系系系数数数数0.70.70.70.7，通通通通气气气气量量量量0.80.80.80.8vvmvvmvvmvvm，170h170h170h170h周期，那么每个培养周期需通入：周期，那么每个培养周期需通入：周期，那么每个培养周期需通入：周期，那么每个培养周期需通入：170600.80.750=2.8610 170600.80.750=2.8610 170600.80.750=2.8610 170600.80.750=2.86105 5 5 5 m m m m3 3 3 3空气空气空气空气 空空空空气气气气中中中中微微微微生生生生物物物物的的的的数数数数量量量量与与与与环环环环境境境境条条条条件件件件有有有有关关关关。城城城城市市市市空空空空气气气气中中中中微微微微生生生生物物物物的的的的密密密密度度度度较较较较高高高高，农农农农村村村村和和和和山山山山区区区区则则则则较较较较低低低低，工工工工厂厂厂厂附附附附近近近近又又又又以以以以主主主主风风风风向向向向上上上上游游游游密密密密度度度度较较较较低低低低。地地地地平平平平面面面面空空空空气气气气含含含含微生物比高空多。微生物比高空多。微生物比高空多。微生物比高空多。第2页/共52页 每每每每m m m m3 3 3 3大大大大气气气气中中中中约约约约含含含含有有有有101010103 3 3 3101010104 4 4 4个个个个微微微微生生生生物物物物，而而而而每每每每提提提提高高高高2.52.52.52.5米米米米,空气中的微粒数可减少一个数量级。空气中的微粒数可减少一个数量级。空气中的微粒数可减少一个数量级。空气中的微粒数可减少一个数量级。101010103 3 3 3101010104 4 4 4个个个个微微微微粒粒粒粒/m m m m3 3 3 3的的的的浓浓浓浓度度度度，与与与与布布布布满满满满工工工工业业业业尘尘尘尘埃埃埃埃的空气相比是小的。的空气相比是小的。的空气相比是小的。的空气相比是小的。例如：铸铁车间的风管空气含尘埃颗粒数约为例如：铸铁车间的风管空气含尘埃颗粒数约为例如：铸铁车间的风管空气含尘埃颗粒数约为例如：铸铁车间的风管空气含尘埃颗粒数约为 7.6 7.6 7.6 7.6 1010101010 10 10 10 微粒微粒微粒微粒/m/m/m/m3 3 3 3 空空空空气气气气中中中中的的的的微微微微粒粒粒粒多多多多为为为为细细细细菌菌菌菌及及及及孢孢孢孢子子子子，也也也也有有有有真真真真菌菌菌菌、酵酵酵酵母母母母和和和和病病病病毒毒毒毒。其其其其大大大大小小小小从从从从几几几几个个个个微微微微米米米米到到到到几几几几百百百百微微微微米米米米不不不不等等等等。小小小小的的的的微微微微生生生生物物物物附附附附在在在在空空空空气气气气中中中中的的的的尘尘尘尘埃埃埃埃上上上上，灰灰灰灰尘尘尘尘的的的的尺尺尺尺寸寸寸寸约约约约为为为为0.60.60.60.6微米。微米。微米。微米。在在在在工工工工程程程程上上上上如如如如何何何何解解解解决决决决向向向向培培培培养养养养液液液液提提提提供供供供大大大大量量量量无无无无菌菌菌菌空空空空气气气气的问题？的问题？的问题？的问题？工工工工业业业业上上上上利利利利用用用用过过过过滤滤滤滤方方方方法法法法制制制制备备备备大大大大量量量量无无无无菌菌菌菌压压压压缩缩缩缩空空空空气气气气，用过滤介质阻隔微生物。用过滤介质阻隔微生物。用过滤介质阻隔微生物。用过滤介质阻隔微生物。第3页/共52页第一节第一节第一节第一节 空气的预处理，空气的预处理，空气的预处理，空气的预处理，1 1 1 1、流程、流程、流程、流程空气贮罐冷却器冷却器加热器粗滤器：高空20-30m空气压缩机Fresh Media FeedDissolve O2 SensorThermocoupleInlet Air FlowExit Gas FlowAcid/baseAntifoampH SensorLevel SensorAgitatorSparserExit Liquid FlowQ，N0 Q，N旋风分离器丝网分离器第4页/共52页第5页/共52页空气预处理流程第6页/共52页旋风分离器旋风分离器旋风分离器旋风分离器丝网除雾器第7页/共52页空气过滤器空气过滤器第8页/共52页第9页/共52页第10页/共52页空气过滤器空气过滤器第11页/共52页第12页/共52页注意提高空气压缩前空气的洁净度注意提高空气压缩前空气的洁净度注意提高空气压缩前空气的洁净度注意提高空气压缩前空气的洁净度n n主要措施：主要措施：n n提高空气吸气口的位置和加强吸提高空气吸气口的位置和加强吸入空气的前过滤。入空气的前过滤。n n20-3020-30米高空采风；米高空采风；n n在吸气口处设置空气粗过滤器：在吸气口处设置空气粗过滤器：常用布袋过滤器。常用布袋过滤器。第13页/共52页第一节第一节第一节第一节 空气的预处理空气的预处理空气的预处理空气的预处理2 2 2 2、空气压缩、冷却、加热过程中状态参数的变化、空气压缩、冷却、加热过程中状态参数的变化、空气压缩、冷却、加热过程中状态参数的变化、空气压缩、冷却、加热过程中状态参数的变化（1 1）压缩）压缩 压缩机的工作循环：压缩机的工作循环：恒压吸气、压缩和恒压排气恒压吸气、压缩和恒压排气过程组成。过程组成。气体经压缩后，分子密度增气体经压缩后，分子密度增大，分子的距离缩短，分子的大，分子的距离缩短，分子的碰撞增加，分子原有的能量转碰撞增加，分子原有的能量转变为热能，若热量没有向外界变为热能，若热量没有向外界传出，则气体温度升高，这种传出，则气体温度升高，这种压缩过程称为绝热压缩过程。压缩过程称为绝热压缩过程。气体的压缩程度越大，则气气体的压缩程度越大，则气体温升越高。体温升越高。第14页/共52页第15页/共52页第一节第一节第一节第一节 空气的预处理空气的预处理空气的预处理空气的预处理2 2 2 2、空气压缩、冷却、加热过程中状态参数的变化、空气压缩、冷却、加热过程中状态参数的变化、空气压缩、冷却、加热过程中状态参数的变化、空气压缩、冷却、加热过程中状态参数的变化式中式中式中式中T T T T1 1 1 1、T T T T2 2 2 2是空气压缩前后的绝对温度是空气压缩前后的绝对温度是空气压缩前后的绝对温度是空气压缩前后的绝对温度P P P P1 1 1 1、P P P P2 2 2 2是空气压缩前后的绝对压强是空气压缩前后的绝对压强是空气压缩前后的绝对压强是空气压缩前后的绝对压强C C C CP P P P：定压比热定压比热定压比热定压比热C C C CV V V V：定容比热定容比热定容比热定容比热 K=绝热指数，空气为1.4（1）压缩第16页/共52页n n下面看空气压缩后下面看空气压缩后下面看空气压缩后下面看空气压缩后T T2 2升高的情况升高的情况升高的情况升高的情况 n n例例例例1 15555的空气由的空气由的空气由的空气由1101101101105 5 5 5PaPaPaPa被压缩到被压缩到被压缩到被压缩到3103103103105 5 5 5PaPaPaPa（绝压）绝压）绝压）绝压）n nT T2 2=T=T1 1、=394K=121=394K=121n n如果压缩比更大，压缩空气的温度就更高如果压缩比更大，压缩空气的温度就更高如果压缩比更大，压缩空气的温度就更高如果压缩比更大，压缩空气的温度就更高。n n压缩比压缩比压缩比压缩比 P P P P2 2 2 2/P/P/P/P1 1 1 1 2.0 6.0 8.0 10.02.0 6.0 8.0 10.02.0 6.0 8.0 10.02.0 6.0 8.0 10.0n n绝热压缩气体温度（绝热压缩气体温度（绝热压缩气体温度（绝热压缩气体温度（）85 217 257 29285 217 257 29285 217 257 29285 217 257 292第17页/共52页n n等温压缩过程：等温压缩过程：n n 若压缩过程中气体放出的若压缩过程中气体放出的热量能全部排出外界，使气体热量能全部排出外界，使气体压缩前后的温度相等。压缩前后的温度相等。n n实际压缩的多变过程：实际压缩的多变过程：n n 实际上气体在压缩过程中，实际上气体在压缩过程中，压缩气体产生的热量必然有一压缩气体产生的热量必然有一部分排到外界，不能达到绝热部分排到外界，不能达到绝热压缩；也不可能全部排到外界压缩；也不可能全部排到外界而达到等温过程，实际的压缩而达到等温过程，实际的压缩过程称之为多变过程，它介于过程称之为多变过程，它介于绝热过程与等温过程之间。绝热过程与等温过程之间。第18页/共52页n n高高温温压压缩缩空空气气直直接接通通入入空空气气过过滤滤器的后果：器的后果：n n（1 1）引起过滤介质的炭化或燃烧。）引起过滤介质的炭化或燃烧。n n（2 2）增增大大反反应应罐罐的的降降温温负负荷荷，给给培养温度的培养温度的n n 控制带来困难。控制带来困难。n n措施：用列管式冷却器进行冷却。措施：用列管式冷却器进行冷却。第19页/共52页第一节第一节第一节第一节 空气的预处理空气的预处理空气的预处理空气的预处理2 2 2 2、空气压缩、冷却、加热过程中状态参数的变化、空气压缩、冷却、加热过程中状态参数的变化、空气压缩、冷却、加热过程中状态参数的变化、空气压缩、冷却、加热过程中状态参数的变化n n（2 2 2 2）、压缩空气的冷却及除水除油）、压缩空气的冷却及除水除油）、压缩空气的冷却及除水除油）、压缩空气的冷却及除水除油n n复习概念：相对湿度复习概念：相对湿度复习概念：相对湿度复习概念：相对湿度，湿含量湿含量湿含量湿含量X X X X（湿度）湿度）湿度）湿度）n n空空空空气气气气中中中中水水水水蒸蒸蒸蒸汽汽汽汽分分分分压压压压与与与与同同同同温温温温度度度度时时时时的的的的饱饱饱饱和和和和水水水水蒸蒸蒸蒸汽汽汽汽压压压压力力力力之比称为相对湿度之比称为相对湿度之比称为相对湿度之比称为相对湿度。n nP P P PW W W W：空气中水蒸汽的分压空气中水蒸汽的分压空气中水蒸汽的分压空气中水蒸汽的分压n nP P P PS S S S：同温度下水蒸汽的饱和蒸汽压同温度下水蒸汽的饱和蒸汽压同温度下水蒸汽的饱和蒸汽压同温度下水蒸汽的饱和蒸汽压n n每每每每1 1 1 1kgkgkgkg干空气中所含有的水蒸汽的干空气中所含有的水蒸汽的干空气中所含有的水蒸汽的干空气中所含有的水蒸汽的kgkgkgkg数称为空气数称为空气数称为空气数称为空气的湿含量。的湿含量。的湿含量。的湿含量。n n湿含量（湿度）湿含量（湿度）湿含量（湿度）湿含量（湿度）=第20页/共52页（2 2 2 2）、压缩空气的冷却及除水除油）、压缩空气的冷却及除水除油）、压缩空气的冷却及除水除油）、压缩空气的冷却及除水除油n n=n n 如果将如果将如果将如果将1111的湿空气冷却，开始一段时间的湿空气冷却，开始一段时间的湿空气冷却，开始一段时间的湿空气冷却，开始一段时间X X X X不变，则不变，则不变，则不变，则P P P PW W W W也不变，但由于饱和水蒸汽压也不变，但由于饱和水蒸汽压也不变，但由于饱和水蒸汽压也不变，但由于饱和水蒸汽压P P P PS S S S随空气温度下降而下降，因此相对湿度逐渐随空气温度下降而下降，因此相对湿度逐渐随空气温度下降而下降，因此相对湿度逐渐随空气温度下降而下降，因此相对湿度逐渐增大。当相对湿度增大。当相对湿度增大。当相对湿度增大。当相对湿度下降为下降为下降为下降为1 1 1 1时，空气中的水时，空气中的水时，空气中的水时，空气中的水蒸汽已饱和，这时的温度称为蒸汽已饱和，这时的温度称为蒸汽已饱和，这时的温度称为蒸汽已饱和，这时的温度称为:n n 露点。露点。露点。露点。n n 如如如如果果果果气气气气体体体体温温温温度度度度继继继继续续续续下下下下降降降降，空空空空气气气气中中中中的的的的水水水水蒸蒸蒸蒸汽汽汽汽开开开开始始始始冷冷冷冷凝凝凝凝成成成成水水水水，空空空空气气气气的的的的相相相相对对对对湿湿湿湿度度度度保保保保持持持持为为为为1 1 1 1，湿湿湿湿含量含量含量含量X X X X则开始下降，所以冷却过程可分为二段。则开始下降，所以冷却过程可分为二段。则开始下降，所以冷却过程可分为二段。则开始下降，所以冷却过程可分为二段。n n 第21页/共52页n n 第一段第一段第一段第一段 T T T T 第二段第二段第二段第二段 ：TTTTn n =1 =1 =1 =1 =1=1=1=1n n X X X X不变不变不变不变 X X X X下降下降下降下降n n 等湿冷却等湿冷却等湿冷却等湿冷却 减湿冷却减湿冷却减湿冷却减湿冷却n n 压压压压缩缩缩缩空空空空气气气气经经经经冷冷冷冷却却却却会会会会有有有有水水水水析析析析出出出出，混混混混在在在在空空空空气气气气中中中中，如如如如果果果果使使使使用用用用活活活活塞塞塞塞式式式式空空空空气气气气压压压压缩缩缩缩机机机机，空空空空气气气气中中中中还还还还混混混混杂杂杂杂有有有有油油油油滴滴滴滴（油油油油作作作作润润润润滑滑滑滑作作作作用用用用），为为为为了了了了保保保保证证证证空空空空气气气气过过过过滤滤滤滤器器器器的的的的效效效效能能能能，必必必必须须须须除除除除去去去去空气中的水分和油滴。空气中的水分和油滴。空气中的水分和油滴。空气中的水分和油滴。n n 分水的方法：分水的方法：分水的方法：分水的方法：n n（1 1 1 1）旋风分离器分离：较大的水滴）旋风分离器分离：较大的水滴）旋风分离器分离：较大的水滴）旋风分离器分离：较大的水滴n n（2 2 2 2）丝网除雾器：小的水滴（直径）丝网除雾器：小的水滴（直径）丝网除雾器：小的水滴（直径）丝网除雾器：小的水滴（直径5 5 5 5m m m m）n n 用不锈钢丝网、铜网或塑料网填充。用不锈钢丝网、铜网或塑料网填充。用不锈钢丝网、铜网或塑料网填充。用不锈钢丝网、铜网或塑料网填充。第22页/共52页旋风分离器旋风分离器旋风分离器旋风分离器丝网除雾器第23页/共52页第一节第一节第一节第一节 空气的预处理空气的预处理空气的预处理空气的预处理2 2 2 2、空气压缩、冷却、加热过程中状态参数的变化、空气压缩、冷却、加热过程中状态参数的变化、空气压缩、冷却、加热过程中状态参数的变化、空气压缩、冷却、加热过程中状态参数的变化n n(3)(3)、空气的加热、空气的加热 n n 目目的的：降降低低空空气气相相对对湿湿度，防止过滤介质被打湿。度，防止过滤介质被打湿。n n控制空气状态参数：控制空气状态参数：n n 下降到下降到505060%60%，n n T T升高到发酵温度升高到发酵温度 X X不变不变第24页/共52页第二节第二节第二节第二节 典型空气除菌流程典型空气除菌流程典型空气除菌流程典型空气除菌流程（1）一级压缩，二次冷却，一次加热流程 第25页/共52页n n（2 2）一级压缩，一次冷却流程）一级压缩，一次冷却流程n n空气（t0、x0、0）（t1、x1、1）n n（t2=35、x2、2=60%）n nx0=x1=x2 x0=x1=x2，这样的流程是否可行？这样的流程是否可行？n n 在在北北方方的的冬冬天天，空空气气的的湿湿含含量量低低，可可以以进进行行一一级级压压缩缩，一一级级冷冷却却的的流流程程，可可以以节节约约大大量量冷冷却却水水和和加加热热蒸蒸汽。汽。第26页/共52页第27页/共52页n n（3 3）节能流程）节能流程 n n 为为为为达达达达到到到到节节节节约约约约能能能能源源源源的的的的目目目目的的的的，将将将将一一一一部部部部分分分分压压压压缩缩缩缩后后后后的的的的空空空空气气气气冷冷冷冷却却却却到到到到相相相相对对对对湿湿湿湿度度度度100%100%100%100%，然然然然后后后后用用用用部部部部分分分分未未未未冷冷冷冷却却却却的的的的热热热热空空空空气气气气混混混混合合合合，达达达达到到到到要要要要求求求求的的的的湿湿湿湿度度度度和和和和温温温温度。度。度。度。T0 X00压缩T1 X11T2 X22T3X33减X冷却35-5060%100%采用这个流程时，要进行物料平衡和热量平衡计算，合理控制这两部分的比例，比例还要随气候条件进行调节。第28页/共52页第29页/共52页第三节第三节第三节第三节空气过滤设计空气过滤设计空气过滤设计空气过滤设计n n空空气气过过滤滤器器使使用用的的过过滤滤介介质质，按按其孔径大小可分为二类：其孔径大小可分为二类：n n1)1)绝对过滤介质：绝对过滤介质：n n 绝绝对对过过滤滤介介质质的的孔孔隙隙小小于于细细菌菌和和孢孢子子，当当空空气气通通过过时时微微生生物物被阻留在介质的一侧。被阻留在介质的一侧。n n2)2)深层过滤介质：深层过滤介质：n n 深深层层过过滤滤介介质质的的截截面面孔孔隙隙大大于于微微生生物物，为为了了达达到到所所需需的的除除菌菌效效果果，介介质质必必须须有有一一定定的的厚厚度度，因此称为深层过滤介质。因此称为深层过滤介质。第30页/共52页深层过滤介质第31页/共52页n n深深层层过过滤滤介介质质除除菌菌的的机机理理主主要要是：是：n n（1 1）纤维介质对颗粒的拦截，）纤维介质对颗粒的拦截，n n（2 2）颗粒的惯性冲撞，）颗粒的惯性冲撞，n n（3 3）布朗扩散等因素。）布朗扩散等因素。n n 目目前前在在我我国国的的工工厂厂和和实实验验室室，多多采采用用深深层层过过滤滤介介质质制制备备无菌空气。无菌空气。第32页/共52页一、深层过滤原一、深层过滤原理理n n 深层过滤介质有一定厚度，介质的截面上孔隙深层过滤介质有一定厚度，介质的截面上孔隙深层过滤介质有一定厚度，介质的截面上孔隙深层过滤介质有一定厚度，介质的截面上孔隙比过滤要除去的颗粒大得多。比过滤要除去的颗粒大得多。比过滤要除去的颗粒大得多。比过滤要除去的颗粒大得多。n n尘埃颗粒直径尘埃颗粒直径尘埃颗粒直径尘埃颗粒直径0.520.520.520.52m m m m。细菌细菌细菌细菌0.10.3 0.10.3 0.10.3 0.10.3 m m m m，n n介质的截面纤维孔隙：介质的截面纤维孔隙：介质的截面纤维孔隙：介质的截面纤维孔隙：1625 1625 1625 1625 m m m m（df=16 df=16 df=16 df=16 m m m m，n n 装填装填装填装填 密度为密度为密度为密度为8%8%8%8%。n n为什么能除去杂菌呢？纤维深层随机排列。为什么能除去杂菌呢？纤维深层随机排列。为什么能除去杂菌呢？纤维深层随机排列。为什么能除去杂菌呢？纤维深层随机排列。第33页/共52页一、深层过滤原理一、深层过滤原理第34页/共52页n n 深深层层除除菌菌的的机机理理，有有许许多多学者研究过，现在普遍认为：学者研究过，现在普遍认为：n n惯惯性性碰碰撞撞，拦拦截截和和布布朗朗扩扩散散因因素素是是深深层层过过滤滤能能够够除除菌菌的的主主要要因因素素，总总的的过过滤滤因因素素是是这这三三种种效率之和。效率之和。n n0 0=1 1+2 2+3 3第35页/共52页扩散机制拦截惯性冲撞重力静电外加电场第36页/共52页n n1 1、惯惯性性冲冲撞撞机机制制（1 1 ）（大颗粒）（大颗粒）n n气气气气流流流流中中中中运运运运动动动动的的的的颗颗颗颗粒粒粒粒，质质质质量量量量，速速速速度度度度，具具具具有有有有惯惯惯惯性性性性，当当当当微微微微粒粒粒粒随随随随气气气气流流流流以以以以一一一一定定定定的的的的速速速速度度度度向向向向着着着着纤纤纤纤维维维维垂垂垂垂直直直直运运运运动动动动时时时时，空空空空气气气气受受受受阻阻阻阻改改改改变变变变方方方方向向向向，绕绕绕绕过过过过纤纤纤纤维维维维前前前前进进进进，微微微微粒粒粒粒由由由由于于于于惯惯惯惯性性性性的的的的作作作作用用用用，不不不不能能能能及及及及时时时时改改改改变变变变方方方方向向向向，便冲向纤维表面，并滞留在纤维表面。便冲向纤维表面，并滞留在纤维表面。便冲向纤维表面，并滞留在纤维表面。便冲向纤维表面，并滞留在纤维表面。n n1式中：微粒密度 ：空气粘度 V：微粒流速 dp：微粒直径 df：纤维直径 C：修正系数第37页/共52页n n操操作作参参数数是是V V，1 1随随V V的的增增大大而而增大。增大。n n当当=1/16=1/16，1 1=0=0n n此此时时的的空空气气流流速速叫临界流速叫临界流速VcVcV1 10-4 10-3 10-2 10-1 VC 第38页/共52页2 2 2 2、阻截（截留）机制（阻截（截留）机制（阻截（截留）机制（阻截（截留）机制（2 2 2 2）（小颗粒）（小颗粒）（小颗粒）（小颗粒）n n阻阻截截机机制制对对阻阻截截小小颗颗粒粒比比较较有有效。效。n n细菌的质量小，紧随空气流的细菌的质量小，紧随空气流的流线前进，当空气流线中所携流线前进，当空气流线中所携带的颗粒和纤维接触时被捕集。带的颗粒和纤维接触时被捕集。n n截留微粒的捕集效率几乎完全截留微粒的捕集效率几乎完全取决于微粒的直径，和气流速取决于微粒的直径，和气流速度关系不大。度关系不大。2=NR=NRe=dfu/第39页/共52页气流雷诺数 2=NR=dp/df，NRe=dfu/V2 10-2 第40页/共52页3 3 3 3、布朗扩散机制、布朗扩散机制、布朗扩散机制、布朗扩散机制碰撞碰撞碰撞碰撞:微小的颗粒之间，颗粒与空气分子之间。微小的颗粒之间，颗粒与空气分子之间。微小的颗粒之间，颗粒与空气分子之间。微小的颗粒之间，颗粒与空气分子之间。碰撞碰撞碰撞碰撞布朗运动布朗运动布朗运动布朗运动与纤维介质相撞与纤维介质相撞与纤维介质相撞与纤维介质相撞被捕集。被捕集。被捕集。被捕集。颗粒直径越小，气流速度越小，扩散捕集效率颗粒直径越小，气流速度越小，扩散捕集效率颗粒直径越小，气流速度越小，扩散捕集效率颗粒直径越小，气流速度越小，扩散捕集效率越高，反之则小。越高，反之则小。越高，反之则小。越高，反之则小。设颗粒位置移动为设颗粒位置移动为设颗粒位置移动为设颗粒位置移动为2 2 2 2X0X0X0X0，那么在那么在那么在那么在2 2 2 2X0X0X0X0范围内都可范围内都可范围内都可范围内都可以碰撞到纤维，用以碰撞到纤维，用以碰撞到纤维，用以碰撞到纤维，用2 2 2 2X0X0X0X0代替阻截效率代替阻截效率代替阻截效率代替阻截效率2222计算式中计算式中计算式中计算式中的的的的dp dp dp dp。第41页/共52页n n那么那么那么那么,2,2,2,2XoXoXoXo怎么求？它是什么值的函数呢怎么求？它是什么值的函数呢怎么求？它是什么值的函数呢怎么求？它是什么值的函数呢?3=DBM：微粒扩散系数 K：Boltzmann波尔曼常数1.4110-24kgm/kT：绝对温度DBM=CKT/3dp C：修正系数=1+第42页/共52页3 3 3 3、布朗扩散机制、布朗扩散机制、布朗扩散机制、布朗扩散机制平均自由程M：气体分子量；：气体密度。V3第43页/共52页n n 还有其它一些还有其它一些还有其它一些还有其它一些机制，象布朗扩机制，象布朗扩机制，象布朗扩机制，象布朗扩散和拦截的联合散和拦截的联合散和拦截的联合散和拦截的联合作用机制，重力作用机制，重力作用机制，重力作用机制，重力沉降机制，但以沉降机制，但以沉降机制，但以沉降机制，但以上三种机制是最上三种机制是最上三种机制是最上三种机制是最重要的。重要的。重要的。重要的。n n 设计深层过设计深层过设计深层过设计深层过滤器时，以滤器时，以滤器时，以滤器时，以0 0 0 0 最低为设计点。最低为设计点。最低为设计点。最低为设计点。10-1 10-2 10-310-4 0 1 2 3 VcV0=1+2+3 第44页/共52页二、深层过滤计算二、深层过滤计算二、深层过滤计算二、深层过滤计算 概念：菌体穿透率概念：菌体穿透率概念：菌体穿透率概念：菌体穿透率 不不不不同同同同的的的的培培培培养养养养过过过过程程程程，鉴鉴鉴鉴于于于于其其其其所所所所使使使使用用用用的的的的菌菌菌菌种种种种不不不不同同同同，生生生生长长长长能能能能力力力力、生生生生长长长长速速速速度度度度、培培培培养养养养周周周周期期期期、培培培培养养养养基基基基组组组组成成成成等等等等的的的的不不不不同同同同，对对对对空空空空气气气气灭灭灭灭菌菌菌菌的的的的要要要要求求求求不不不不同同同同，但但但但一一一一般般般般仍仍仍仍可可可可按按按按1010-3-3的的的的染染染染菌菌菌菌机机机机率率率率，进行设计计算。进行设计计算。进行设计计算。进行设计计算。Q0，N0 Q，N第45页/共52页二、深层过滤计算二、深层过滤计算二、深层过滤计算二、深层过滤计算 n n 要要要要解解解解决决决决的的的的问问问问题题题题是是是是：处处处处理理理理空空空空气气气气量量量量为为为为Q Q Q Q时时时时，含含含含菌菌菌菌个数个数个数个数NoNoNoNo的空气要达到的空气要达到的空气要达到的空气要达到n nN=10N=10N=10N=10-3-3-3-3，需需需需要要要要的的的的介介介介质质质质层层层层厚度厚度厚度厚度L=L=L=L=？Q0，N0 Q，N第46页/共52页 那么那么那么那么 与与与与 L L L L 的关系怎样？的关系怎样？的关系怎样？的关系怎样？有学者作了实验：测定有学者作了实验：测定有学者作了实验：测定有学者作了实验：测定 与与与与L L L L之间的关系。之间的关系。之间的关系。之间的关系。lnLSlope=Kln=-KL对数穿透定律：L：滤床厚度、K：与纤维捕集效 率有关的系数第47页/共52页n n对数穿透定律的四点假设：对数穿透定律的四点假设：n n1)1)过过滤滤器器中中过过滤滤介介质质中中，每每一一根根纤纤维维周周围围的的空空气气流流态态并并不不因因其其它它临临近近纤纤维维的的存存在在而而受受影影响。响。n n2)2)空空气气中中的的微微粒粒与与纤纤维维表表面面接接触触后后即即被被吸吸附附，不不再再被被空空气气带走。带走。n n3)3)过过滤滤器器中中的的过过滤滤效效率率与与空空气中的微粒的浓度无关。气中的微粒的浓度无关。n n4)4)空空气气中中微微粒粒在在滤滤层层中中的的减减递递均均匀匀，即即每每一一纤纤维维薄薄层层除除去去同样百分率的菌体。同样百分率的菌体。第48页/共52页n n式中只要已知，就可以知道。式中只要已知，就可以知道。式中只要已知，就可以知道。式中只要已知，就可以知道。n n和纤维捕集效率和纤维捕集效率和纤维捕集效率和纤维捕集效率有关系：有关系：有关系：有关系：ln=-KL该式为经验公式。：填充率，a1 越大，越大，越小；此外要求空气通过滤层的压降越小越好，因此把P作为综合指标来评价。第49页/共52页第四节第四节第四节第四节 其它空气灭菌方法其它空气灭菌方法其它空气灭菌方法其它空气灭菌方法n n1 1 1 1 热灭菌法热灭菌法热灭菌法热灭菌法n n2 2 2 2 射线杀菌射线杀菌射线杀菌射线杀菌n n3 3 3 3 静电除菌静电除菌静电除菌静电除菌第50页/共52页复习题复习题n n第三章、空气除菌第三章、空气除菌n n1、空气除菌的目的及重要性。空气除菌的目的及重要性。n n2 2、列列出出几几种种常常用用的的空空气气予予处处理理流流程程，分分析析并并评评价价各各流流程程的的优缺点和适用场合。优缺点和适用场合。n n3 3、绝绝对对过过滤滤介介质质和和深深层层过过滤滤介质。介质。n n4 4、说明深层过滤除菌过程中、说明深层过滤除菌过程中主要的过滤机理。主要的过滤机理。第51页/共52页