3、布朗扩散作用机理
直径很小的微粒在很慢的气流中能产生一 种不规则的运动，称为布朗扩散。 布朗扩散作用与微粒和纤维直径有关，并 与流速成反比。 布朗扩散运动的距离很短，在较大的气流 速度和较大热纤维间隙中是不起作用的， 但在很慢的气流速度和较小的纤维间隙中， 扩散作用大大增加了微粒与纤维的接触机 会，从而被捕集。
2、空气过滤器直径计算公式 qv D 0.785u 3 式中 qv－空气体积流量，m / s u－空截面气速，m / s D－过滤器直径，m
3、过滤介质



过滤介质是除菌的关键。 对过滤介质的要求：吸附性强；阻力小；空气流 量大；耐干热；成本低；来源充足及便于调换操 作。 常用的过滤介质有：棉花；活性炭；玻璃纤维； 超细玻璃纤维纸；化学纤维;石棉滤板；烧结材 料过滤介质等。 对过滤介质的评价指标：最重要的是看其过滤效 率。 N2 1 1 e－KL N1


图3－1－1 空气加热杀菌流程
2、辐射杀菌
α射线、X射线、β射线、γ射线、紫外 线、超声波等从理论上讲都能起到杀菌作 用。如：紫外线（λ＝253.7~265nm为最 佳）杀菌广泛用于无菌室和医院手术室。 但紫外线杀菌效率低，时间长。一般要 结合甲醛蒸汽或苯酚喷雾来保证无菌室的 高度无菌。故能否将此法用于大规模的发 酵工业生产尚值得进一步的研究。
式中
dN － KN dL N－滤层中空气的微粒浓度，个 / m3 L－过滤介质厚度，m K－过滤常数， m -1
N 2 dN L dN 将上式积分之: －KdL; K dL N 0 1 N N N2 N2 ln KL； ＝e －KL N1 N1
或
lg
N2 K’L; N1
（过滤除菌机理较复杂，下面将专门讨论。）
（二）介质过滤除菌机理
1、惯性冲击滞留 作用机理

捕集时由于微粒直冲 到纤维表面，因摩擦 粘附，微粒就滞留在 纤维表面上，这称为 惯性冲击滞留作用。
2、拦截滞留作用机理
气流速度降低到惯性捕集作用接近于零时， 此时的气流速度为临界速度。 气流速度在临界速度以下时，微粒不能因 惯性滞留于纤维上，捕集效率显著下降。 但实践证明，随着气流速度的继续下降， 纤维对微粒的捕集效率又回升，说明有另 一种机理在起作用——即进到滞流区的微 粒慢慢靠近和接触纤维而被粘附滞留。这 就是拦截捕集作用。
第五章
一、 前言
空气净化除菌
1、通风发酵需要洁净无菌的空气




工业发酵大多是利用好气微生物进行纯种培养； 空气作为氧源（溶解氧 －从空气获得）。通风 发酵需要洁净无菌和一定温度、压力的空气； 但是，空气中含有各种各样的微生物和粉尘； 因此必须对空气进行必要的净化除菌和调节处理。
2、生物工业生产对空气质量的要求
3、静电杀菌
静电除尘法： 利用静电引力吸附带电粒子以达到除菌除 尘目的。 空气中的微生物其孢子带有大多不同的电 荷。没有带电荷的微粒在进入高压静电场 时都会被电离成带电微粒。 静电除菌对很小的微粒的去除效率较低。 静电除菌装置见图3－1－2。

图3－1－2
用静电除菌净化空气有如下优点：

4、重力沉降作用机理
当微粒所受的重力大于气流对它的拖带力 时，微粒就发生沉降现象。 就单一重力沉降而言，大颗粒比小颗粒作 用显著。对于小颗粒只有气流速度很慢时 才起作用。 重力沉降作用一般是与拦截作用相配合， 即在纤维的边界滞留区内，微粒的沉降作 用提高了拦截捕集作用。

5、静电吸附作用机理

三、 空气介质过滤除菌流程
（一）介质过滤除菌流程
空气除菌流程的要求 按生产工艺条件， 提出对无菌空气 的要求，如 无菌程度、 压力、 温度、 湿度等。
发酵车间的空气过滤器
1、空气压缩冷却过滤流程



由压缩机－贮罐－空气冷却器－过滤器组成 仅适合于寒冷。相对湿度很低的地区。 若使用普通压缩机可能会引起油雾污染。
影响因素较复杂。需要根据具体的工艺情况来决定所 需的空气质量。
粒径/μm μm
二、空气除菌方法及原理
（一）空气除菌方法


1、热杀菌:
⑴虽然空气中的细菌芽孢是耐热的，但温度足够高 也能将它破坏。（例如悬浮在空气中的细菌芽孢在 218℃下24s就被杀死。） ⑵可用蒸汽或电来加热空气，以达到杀菌的目的， 但是很不经济。 ⑶而利用空气被压缩时所产生的热量对空气进行加 热保温杀菌，在生产上具有重要意义。见图3－1－ 1。四、纤维介质深源自过滤器1、结构
以纤维状或颗粒状介质层为滤床的过滤器。为立 式圆筒形，内部填充过滤介质，以达到除菌的目 的。 纤维介质有棉花、玻璃纤维、超细玻璃纤维等。 填充物的装填顺序如下： 孔板→铁丝网→麻布→棉花→麻布→活性碳→麻 布→棉花→麻布→铁丝网→孔板 装填介质时要求紧密均匀，压紧一致
思考题
1. 生物制药工业对空气质量有何要求？ 2. 空气除菌有几种方法？ 3. 请具体说明介质过滤除菌的机理。 4. 空气过滤除菌（深层过滤）的对数穿透 定律公式的推导和应用。 5. 简述两级冷却、分离、加热的空气除菌 流程。

贮 罐
2、两级冷却、分离、加热的空气除菌流程
贮 罐
3、前置高效过滤除菌流程
高效过 滤器
贮 罐
过滤除菌的对数穿透定律



假定条件： ①空气流态恒定（不受邻近纤维的影响）； ②微粒吸附后不被气流卷走； ③过滤除菌效率η与空气中的微粒浓度N无关； ④每一纤维薄层除去同样百分率的微粒数。 在上述条件下，空气通过滤层后，微粒浓度N随 介质厚度L的（下降）变化率与空气中的微粒浓 度N成正比。

⑴阻力小，约1.013×104Pa； ⑵染菌率低，平均低于10~15％； ⑶除水、除油的效果好； ⑷耗电少。 ⑴设备庞大； ⑵需要采用高压电技术； ⑶一次性投资较大； ⑷捕集率尚嫌不够。
静电除菌净化空气的缺点：
4、介质过滤除菌法
此法是目前工业上最常用的方法。 它采用定期灭菌的干燥介质来阻截流过空 气所含的微生物，从而获得无菌空气。 常用的过滤介质分为两类： ⑴孔隙大于细菌（需有一定的厚度才行） ⑵孔隙小于细菌（绝对过滤）
干空气对某些非导体的物质——如纤维和 树脂处理过的纤维，作相对运动摩擦时， 会产生静电现象。 悬浮在空气中的微生物大多带有不同的电 荷。这些带电荷的微粒会被带相反电荷的 介质所吸附。 此外，表面吸附也属这个范畴，如活性炭 的大部分过滤效能就是表面吸附作用。

上述机理中，有时很难分辨是哪一种 单独起作用。 以上几种作用机理在整个过程中，随 着参数变化有着复杂的关系。
N2 10 N1
－K ' L
上式即为深层过滤除菌的对数穿透定律。 常数K 与多个因素有关（通过实验测得）。
当过滤效率η为90％时
N1 N 2 N2 90＝ 1 ＝0.90 N1 N1 即 N2 0.1 N1 90
N2 lg K ' L N1 N2 lg K ' L90 lg 0.1 1 N1 90 可以把K’ 理解为过滤效率η为 1 则 K' 90％时所需滤层厚度的倒数。 L90