空气净化除菌与空气调节
?空气净化除菌的方法与原理
?空气介质过滤除菌设备及计算
?生物工业生产的空气调节
?空气中微生物的分布
空气净化除菌的方法与原理
空气中微生物的含量和种类，随地区，季节和空气中灰尘粒子多少，以及人们的活动情况而异。北方气候干燥，寒冷，
空气中的含菌量较多，离地面越高，含菌量越少；一般每升高 10米，空气中的含菌量就降低一个数量级；城市的空气中
含菌量较多，农村的空气中含菌量较少，一般城市空气中杂菌数为 3000~8000个／米 ３ 。空气中的微生物种类以细菌和细
菌芽胞较多，也有酵母，霉菌和病毒。这些微生物大小不一，一般附着在空气中的灰尘上或雾滴上，空气中微生物的含
量一般为 103~104个／米 3。
空气中微生物的含量和种类，随地区，季节
和空气中灰尘粒子多少，以及人们的活动情况
而异。
一般每升高 10米，空气中的含菌量就降低一
个数量级；城市的空气中含菌量较多，农村的
空气中含菌量较少，一般城市空气中杂菌数为
3000~8000个／米 ３ 。
?生物工业生产对空气质量的要求
生物工业生产中对空气质量的要求是,无菌，
无灰尘，无杂质，无水，无油，温度，湿度，
正压等要求；
生物工业生产中对无菌空气的无菌程度要求
是：一般要求 1000次使用周期中只允许有一个
菌通过，即经过滤后空气的无菌程度为 N=10-3。
?空气含菌量的测定
?空气除菌方法
?热杀菌
?辐射杀菌
?静电除菌
?过滤除菌法
?热杀菌
空气热灭菌流程示意图
1-空气压缩机 2-粗过滤器 3-保温管 4-贮气罐 5-保温罐 6-列管
式冷却器 7-涡轮压缩机 8-预热器 9-粗过滤器 10-空气吸入塔
?静电除菌
电极钢丝
钢管
绝缘瓶
钢板
空气出口
封头
管板
法兰
空气进口
静电除尘器装置图
管式静电除菌器
原理动画演示
介质过滤除菌 是使空气通过经高温灭菌的介
质过滤层，将空气中的微生物等颗粒阻截在介
质层中，而达到除菌的目的。
目前生物工业生产中最常用、适用的空气除
菌方法。
常用的过滤介质有 棉花、活性炭、超细玻璃
纤维、石棉滤纸,PVA烧结材料过滤介质、烧结
金属过滤介质 等。
?过滤除菌法
?介质过滤除菌机理
?惯性冲击滞留作用机理
?拦截滞留作用机理
?布朗扩散作用机理
?重力沉降作用机理
?静电吸附作用机理
(c)扩散
(b)拦截(a)惯性
(d)重力 (e)静电
利用惯性、拦截和扩散作用除去颗粒或液
滴的纤维工作原理
空气 过滤空气
过滤除菌效率 (η)与气速 (vs)的关系
?空气除菌流程的要求
设备要求尽量采用新技术，提高效率，减
少设备，精简设备投资、运转费用和动力消
耗，简便操作。流程的制订就根据所在的地
理、气候环境和设备条件而考虑。
空气介质过滤除菌设备及计算
?空气除菌流程
?空气压缩冷却过滤流程
空气压缩冷却过滤流程
1-粗过滤器 2-空气压缩机 3-贮罐 4-冷却器 5-过滤器
过滤空气
?空气除菌流程
?两级冷却、分离、加热的空气除菌流程
?制备无菌空气的大致过程
空气介质过滤除菌设备及计算
无菌空气
空气 高空取气管 除尘器 空气压缩机
贮气罐 一级冷却器 油水分离器
二级冷却器 除雾器 加热器
过滤器
?空气除菌流程
?前置高效过滤除菌流程
前置高效过滤除菌流程
1-高效过滤器 2-空压机 3-贮罐 4-冷却器 5-丝网分离器
6-加热器 7-过滤器
?空气除菌流程
?冷热空气直接混合式空气除菌流程
?空气除菌流程
?冷热空气直接混合式空气除菌流程
?空气除菌流程
?利用热空气加热冷空气的除菌流程
利用热空气加热冷空气的除菌流程
1-高空采风 2-粗过滤器 3-空压机 4-热交换器 5-冷却器
6,7-旋风分离器 8-空气总过滤器 9-空气分过滤器
?空气介质过滤除菌设备
?粗过滤器
粗过滤器安装在空气压缩机前，主要起捕集
较大的灰尘颗粒，防止压缩机受磨损，同时也
减轻总过滤器的负荷。
常用的粗过滤器有,布袋过滤、填料式过滤、
油浴洗涤 和 水雾除尘 等。
油浴洗涤空气装置
?空气介质过滤除菌设备
?粗过滤器
水
雾
除
尘
装
置
?空气介质过滤除菌设备
?空气贮罐
作用,消除压缩
机排出空气量的脉
冲，维持稳定的空
气压力，同时也可
以利用重力沉降作
用分离部分油雾。
安全阀
压力表 排气管
人孔进气管
排污口
?空气介质过滤除菌设备
?汽液分离器
作用,将空气中
被冷凝成雾状的水
雾和油雾粒子除去
的设备。
一般常用的有 旋
风式 和 填料式 。
旋风分离器
?空气介质过滤除菌设备
?汽液分离器
填料式分离器是 利
用各种填料如焦炭、
活性炭、磁环、金
属丝网、塑料丝网
等的惯性拦截作用
分离空气中水雾或
油雾。
丝网分离器
?空气介质过滤除菌设备
?汽液分离器
?空气介质过滤除菌设备
?空气冷却器
常用的类型有：立式列管式热交换器、沉浸式
热交换器、喷淋式热交换器和板翘式热交换器等。
?空气介质过滤除菌设备
?空气过滤器
?过滤除菌效率
过滤效率就是滤层所滤去的微粒数与原来微粒数的比
值，它是衡量过滤设备的过滤能力的指标 。
? ? 12121 1 NNNNN ?????
式中 N2/N1 — 过滤前后空气中微粒浓度的比值，即穿透滤
层的微粒浓度与原微粒浓度的比值（穿透率）。
影响过滤效率的因素, 微粒大小、过滤介质的种类、
规格、介质的填充密度、过滤介质层厚度以及所通过的
空气气流速度等。
?空气过滤器
?对数穿透定律
四点假定,
(1)过滤器中过滤介质每一纤维的空气流态并不因
其他邻近纤维的存在而受影响；
(2)空气中的微粒与纤维表面接触后即被吸附，不
再被气流卷起带走；
(3)过滤器的过滤效率与空气中微粒的浓度无关 ；
(4)空气中微粒在滤层中的递减均匀，即每一纤维
薄层除去同样百分率的菌体。
?空气过滤器
?对数穿透定律
根据四点假定有,-dN/dL = KN
此式称为 对数穿透定律,它表示进入滤层的微
粒数与穿透滤层的微粒数之比的对数是滤层厚度
的函数。
LKNN '12 )l g ( ??
为了实验和计算的方便，可采用过滤效率为 0.9
时的滤层厚度作为对比基准：
1)1.0l g ()l g ( 90'9012 ????? LKNN
?空气过滤器
?空气过滤压力降 的计算
f
m
d
v
cLp
?
?? 22
??
式中 L — 过滤层厚度,m；
ρ — 空气密度,kg/m3；
α — 介质填充系数；
v — 空气在介质间隙中的流速,m/s； v ＝ v s / (1- α);
v s — 空截面气速,m/s；
df — 纤维直径,m；
m — 实验指数，对不同的过滤介质，如棉花介质，
m＝ 1.45； 19μm玻璃纤维,m＝ 1.35；
8μm玻璃 纤维,m＝ 1.55；
c — 阻力系数，棉花介质 c≈100/Re;玻璃纤维介质 c≈52/Re。
?空气过滤器
?提高过滤效率的措施
1.减少进口空气的含菌数。可以从以下几个方面着手：
(1)加强生产环境的卫生管理，减少环境空气中的含菌量；
(2)提高空气进口位置（高空采风），减少空气进口含量；
(3)加强压缩前的空气预过滤。
2,设计和安装合理的空气过滤器。
3.降低进入总过滤器空气的相对湿度。主要从以下几个
方面入手：
(1)采用无油润滑空压机；
(2)加强空气的冷却，去油水 ；
(3)提高进入总过滤器的空气温度，降低其相对湿度 。
?过滤介质和过滤器的结构
?过滤介质
1.棉花
2.玻璃纤维
3.活性碳
4.超细玻璃纤维纸
5.石棉滤板
6.烧结材料过滤介质：如 PVA
7.新型过滤介质：如 PVDF,PTFE
?过滤器的结构－纤维介质深层 过滤器
深层纤维介质空气过滤器
进气口
压紧架
出气口
纤维介质
换热夹套
活性炭
纤维介质主要有棉花、
玻璃纤维、超细玻璃纤维。
空气过滤器的尺寸：
s
v
v
q
D
?
4
?
式中 qv－空气流过滤器时的
体积流量,m3/s;
vs －空截面空气流速,m/s。
?过滤器的结构－纤维介质深层 过滤器
填充物安装顺序：
孔板－铁丝网－麻布－ 棉花 －麻布－ 活性炭 －
麻布－ 棉花 －麻布－铁丝网－孔板
弹簧压紧装置
?过滤器的结构－平板式纤维纸 过滤器
纤维纸平板过滤器
由罐体、顶盖、滤层、夹
层和缓冲层构成。
滤层过滤器
滤层
～ DD
v
q
D
s
v
3.11.1
)m(
4
?
?
?
?过滤器的结构
?管式 过滤器 ?接迭式低速 过滤器
?新型过滤器的结构－ JPF空气过滤器
?过滤器的结构－ YUD-Z空气过滤器
过滤器的计算
例,试设计一台通风量为 10m3/min的棉花过滤器，
空气压力为 392kPa(绝对压力＝表压 +大气压 )，进
入空气过滤器的空气含菌量是 5000个／ m3，要求
因空气原因引起的倒罐率为 0.1%（即 1000次发酵
周期漏进一个杂菌），发酵周期 100h。工作温度为
30℃,当地气压为 98070Pa，当地气温为 20 ℃ 。计
算空气过滤器的尺寸 (过滤介质厚度和过滤器直径 )
及过滤压力损失△ p。
解, 选用棉花纤维直径 df =16μm，填充系数 α= 8%，
空气流度 vs = 0.1m/s；过滤常数 K = 13.5/m。
'
12 )l g (
K
NNL
??
)(85.0
5.13
)10310l g ( 83 mL ?
?
?? ?
（ 1）计算过滤层厚度：
每批发酵通风过滤前含菌总数为：
N1 = 5000× 10× 60× 100 ＝ 3× 108（个）
过滤后含菌数为 N2 = 10-3个
∴ 过滤层厚度 L为：
（ 2） 计算过滤器直径 D
进口空气压强 p1 ＝ 98070Pa
过滤工作压强 p2 ＝ 392000Pa
通气量 V1 = 10m3/min = 0.17 m3/s
过滤器空气流量为：
? ?
? ? ? ?sm
p
T
T
vpqv /044.0
3 9 2 0 0 0
30273
20273
17.098070 3
2
2
1
11
2 ?
??
?
????
故过滤层直径为：
? ?m
v
VD
s
75.0
1.0
044.044 ????
??
（ 3）计算过滤压力损失,p?
据
f
m
d
vcLp
?
??2??,而滤层中空气流速为：
? ? ? ? ? ?smvv s /109.008.01/1.01/ ????? ?
? ? ? ? ? ?320020 /67.4302 7 3/2 7 342 9 3.1/ mkgTpT ?????? ???
sPa ??? ? 6106.18? 436.0106.18 67.4109.01016 6
6
?? ????? ?
?
?
?vDR f
e
∴ 以棉花为过滤介质,c =100/Re=100/0.436=229
m =1.45
∴
P a )(1 1 0 3 2
2
???
f
m
d
v
cLp
?
??
生物工业生产的空气调节
?生物工业生产对空气调节的要求
生物工业生产需要洁净的环境、适宜的空气温
度和空气压强。
洁净空间,指空气中微粒受控制的空间。
洁净度级数 (英制 )：每 1ft3空气中，粒径大于等
于 0.5μm的最大允许粒子数。
洁净度级数 (国际制 )：每 1m3空气中，粒径大于
等于 0.5μm的最大允许粒子数的常数对数值。
空气洁净级数
空气洁净
级数 (英制 )
粒径 ≥0.5μm的最大
微粒数（个 /ft3）
粒径 ≥0.5μm的最大
微粒数（个 /m3）
空气洁净
级数 (国际 )
100 100 3500 M3.5
1000 1000 35000 M4.5
10000 10000 350000 M5.5
100000 100000 3500000 M6.5
?空气调节流程
?湿空气的性质
?湿度
空气湿度 x(湿含量 )：湿空气中所含的水蒸气质量与所
含的干空气质量之比。
?相对湿度
相对湿度：湿空气中水蒸气分压与同温下水的饱和蒸
气压之比。
wt
w
wt
w
g
w
g
w
pp
p
pp
p
M
M
m
mx
?
?
?
??? 6 2 2.0
%100??
s
w
p
p?
?
?空气的增减湿原理
水 M
N
空气
xi x
水分
t
tw ti 潜热
显热
空气增湿机理
水 M
N
空气
xi x
水分
t
tw ti
潜热
显热
空气减湿机理
显热
?空气的增湿和减湿方法
? 增湿方法
1.往空气中通入直接蒸汽；
2.喷水；
3.空气混合增湿；
? 增湿方法
1.喷淋低于该空气露点温度的冷水；
2.使用热交换器把空气冷却至其露点以下；
3.空气经压缩后冷却至初温，使空气减湿；
4.用吸收或吸附法除掉水气，使空气减湿；
5.通入干燥空气。
?空气调节设备
卧式空调室
立式空调室
小 结
?空气除菌的方法及原理
?过滤除菌流程及设备
?空气调节
课 外 作 业
1.分析过滤除菌过程中可能存在的过滤机
理，指出影响介质过滤效率的主要因素。
2.列出 提高过滤除菌效率的措施 。
3.比较两级冷却加热除菌流程、高效前置
过滤除菌流程、空气压缩冷却过滤流程等
常用除菌流程的优缺点和适用场合。
4.试设计一台通风量为 20m3/min（标准状态）的玻
璃纤维空气过滤器，空气压力为 3大气压 (表压 )，
进入空气过滤器的空气含菌量是 5000个／ m3，要
求因空气原因引起的倒罐率为 0.1%，发酵周期
150h。工作温度为 30℃,计算空气过滤器的尺寸
(过滤介质厚度和过滤器直径 )及过滤压力损失△ p。
(注：采用玻璃纤维直径 df =10μm，填充系数 α= 8%，
空气线速度 vs = 0.166m/s；过滤常数 K = 45/m；实
验指数 m＝ 1.55；标准状态下空气密度 ρ0＝
1.293kg/m3,μ＝ 18.6× 10-6。 )
?空气净化除菌的方法与原理
?空气介质过滤除菌设备及计算
?生物工业生产的空气调节
?空气中微生物的分布
空气净化除菌的方法与原理
空气中微生物的含量和种类，随地区，季节和空气中灰尘粒子多少，以及人们的活动情况而异。北方气候干燥，寒冷，
空气中的含菌量较多，离地面越高，含菌量越少；一般每升高 10米，空气中的含菌量就降低一个数量级；城市的空气中
含菌量较多，农村的空气中含菌量较少，一般城市空气中杂菌数为 3000~8000个／米 ３ 。空气中的微生物种类以细菌和细
菌芽胞较多，也有酵母，霉菌和病毒。这些微生物大小不一，一般附着在空气中的灰尘上或雾滴上，空气中微生物的含
量一般为 103~104个／米 3。
空气中微生物的含量和种类，随地区，季节
和空气中灰尘粒子多少，以及人们的活动情况
而异。
一般每升高 10米，空气中的含菌量就降低一
个数量级；城市的空气中含菌量较多，农村的
空气中含菌量较少，一般城市空气中杂菌数为
3000~8000个／米 ３ 。
?生物工业生产对空气质量的要求
生物工业生产中对空气质量的要求是,无菌，
无灰尘，无杂质，无水，无油，温度，湿度，
正压等要求；
生物工业生产中对无菌空气的无菌程度要求
是：一般要求 1000次使用周期中只允许有一个
菌通过，即经过滤后空气的无菌程度为 N=10-3。
?空气含菌量的测定
?空气除菌方法
?热杀菌
?辐射杀菌
?静电除菌
?过滤除菌法
?热杀菌
空气热灭菌流程示意图
1-空气压缩机 2-粗过滤器 3-保温管 4-贮气罐 5-保温罐 6-列管
式冷却器 7-涡轮压缩机 8-预热器 9-粗过滤器 10-空气吸入塔
?静电除菌
电极钢丝
钢管
绝缘瓶
钢板
空气出口
封头
管板
法兰
空气进口
静电除尘器装置图
管式静电除菌器
原理动画演示
介质过滤除菌 是使空气通过经高温灭菌的介
质过滤层，将空气中的微生物等颗粒阻截在介
质层中，而达到除菌的目的。
目前生物工业生产中最常用、适用的空气除
菌方法。
常用的过滤介质有 棉花、活性炭、超细玻璃
纤维、石棉滤纸,PVA烧结材料过滤介质、烧结
金属过滤介质 等。
?过滤除菌法
?介质过滤除菌机理
?惯性冲击滞留作用机理
?拦截滞留作用机理
?布朗扩散作用机理
?重力沉降作用机理
?静电吸附作用机理
(c)扩散
(b)拦截(a)惯性
(d)重力 (e)静电
利用惯性、拦截和扩散作用除去颗粒或液
滴的纤维工作原理
空气 过滤空气
过滤除菌效率 (η)与气速 (vs)的关系
?空气除菌流程的要求
设备要求尽量采用新技术，提高效率，减
少设备，精简设备投资、运转费用和动力消
耗，简便操作。流程的制订就根据所在的地
理、气候环境和设备条件而考虑。
空气介质过滤除菌设备及计算
?空气除菌流程
?空气压缩冷却过滤流程
空气压缩冷却过滤流程
1-粗过滤器 2-空气压缩机 3-贮罐 4-冷却器 5-过滤器
过滤空气
?空气除菌流程
?两级冷却、分离、加热的空气除菌流程
?制备无菌空气的大致过程
空气介质过滤除菌设备及计算
无菌空气
空气 高空取气管 除尘器 空气压缩机
贮气罐 一级冷却器 油水分离器
二级冷却器 除雾器 加热器
过滤器
?空气除菌流程
?前置高效过滤除菌流程
前置高效过滤除菌流程
1-高效过滤器 2-空压机 3-贮罐 4-冷却器 5-丝网分离器
6-加热器 7-过滤器
?空气除菌流程
?冷热空气直接混合式空气除菌流程
?空气除菌流程
?冷热空气直接混合式空气除菌流程
?空气除菌流程
?利用热空气加热冷空气的除菌流程
利用热空气加热冷空气的除菌流程
1-高空采风 2-粗过滤器 3-空压机 4-热交换器 5-冷却器
6,7-旋风分离器 8-空气总过滤器 9-空气分过滤器
?空气介质过滤除菌设备
?粗过滤器
粗过滤器安装在空气压缩机前，主要起捕集
较大的灰尘颗粒，防止压缩机受磨损，同时也
减轻总过滤器的负荷。
常用的粗过滤器有,布袋过滤、填料式过滤、
油浴洗涤 和 水雾除尘 等。
油浴洗涤空气装置
?空气介质过滤除菌设备
?粗过滤器
水
雾
除
尘
装
置
?空气介质过滤除菌设备
?空气贮罐
作用,消除压缩
机排出空气量的脉
冲，维持稳定的空
气压力，同时也可
以利用重力沉降作
用分离部分油雾。
安全阀
压力表 排气管
人孔进气管
排污口
?空气介质过滤除菌设备
?汽液分离器
作用,将空气中
被冷凝成雾状的水
雾和油雾粒子除去
的设备。
一般常用的有 旋
风式 和 填料式 。
旋风分离器
?空气介质过滤除菌设备
?汽液分离器
填料式分离器是 利
用各种填料如焦炭、
活性炭、磁环、金
属丝网、塑料丝网
等的惯性拦截作用
分离空气中水雾或
油雾。
丝网分离器
?空气介质过滤除菌设备
?汽液分离器
?空气介质过滤除菌设备
?空气冷却器
常用的类型有：立式列管式热交换器、沉浸式
热交换器、喷淋式热交换器和板翘式热交换器等。
?空气介质过滤除菌设备
?空气过滤器
?过滤除菌效率
过滤效率就是滤层所滤去的微粒数与原来微粒数的比
值，它是衡量过滤设备的过滤能力的指标 。
? ? 12121 1 NNNNN ?????
式中 N2/N1 — 过滤前后空气中微粒浓度的比值，即穿透滤
层的微粒浓度与原微粒浓度的比值（穿透率）。
影响过滤效率的因素, 微粒大小、过滤介质的种类、
规格、介质的填充密度、过滤介质层厚度以及所通过的
空气气流速度等。
?空气过滤器
?对数穿透定律
四点假定,
(1)过滤器中过滤介质每一纤维的空气流态并不因
其他邻近纤维的存在而受影响；
(2)空气中的微粒与纤维表面接触后即被吸附，不
再被气流卷起带走；
(3)过滤器的过滤效率与空气中微粒的浓度无关 ；
(4)空气中微粒在滤层中的递减均匀，即每一纤维
薄层除去同样百分率的菌体。
?空气过滤器
?对数穿透定律
根据四点假定有,-dN/dL = KN
此式称为 对数穿透定律,它表示进入滤层的微
粒数与穿透滤层的微粒数之比的对数是滤层厚度
的函数。
LKNN '12 )l g ( ??
为了实验和计算的方便，可采用过滤效率为 0.9
时的滤层厚度作为对比基准：
1)1.0l g ()l g ( 90'9012 ????? LKNN
?空气过滤器
?空气过滤压力降 的计算
f
m
d
v
cLp
?
?? 22
??
式中 L — 过滤层厚度,m；
ρ — 空气密度,kg/m3；
α — 介质填充系数；
v — 空气在介质间隙中的流速,m/s； v ＝ v s / (1- α);
v s — 空截面气速,m/s；
df — 纤维直径,m；
m — 实验指数，对不同的过滤介质，如棉花介质，
m＝ 1.45； 19μm玻璃纤维,m＝ 1.35；
8μm玻璃 纤维,m＝ 1.55；
c — 阻力系数，棉花介质 c≈100/Re;玻璃纤维介质 c≈52/Re。
?空气过滤器
?提高过滤效率的措施
1.减少进口空气的含菌数。可以从以下几个方面着手：
(1)加强生产环境的卫生管理，减少环境空气中的含菌量；
(2)提高空气进口位置（高空采风），减少空气进口含量；
(3)加强压缩前的空气预过滤。
2,设计和安装合理的空气过滤器。
3.降低进入总过滤器空气的相对湿度。主要从以下几个
方面入手：
(1)采用无油润滑空压机；
(2)加强空气的冷却，去油水 ；
(3)提高进入总过滤器的空气温度，降低其相对湿度 。
?过滤介质和过滤器的结构
?过滤介质
1.棉花
2.玻璃纤维
3.活性碳
4.超细玻璃纤维纸
5.石棉滤板
6.烧结材料过滤介质：如 PVA
7.新型过滤介质：如 PVDF,PTFE
?过滤器的结构－纤维介质深层 过滤器
深层纤维介质空气过滤器
进气口
压紧架
出气口
纤维介质
换热夹套
活性炭
纤维介质主要有棉花、
玻璃纤维、超细玻璃纤维。
空气过滤器的尺寸：
s
v
v
q
D
?
4
?
式中 qv－空气流过滤器时的
体积流量,m3/s;
vs －空截面空气流速,m/s。
?过滤器的结构－纤维介质深层 过滤器
填充物安装顺序：
孔板－铁丝网－麻布－ 棉花 －麻布－ 活性炭 －
麻布－ 棉花 －麻布－铁丝网－孔板
弹簧压紧装置
?过滤器的结构－平板式纤维纸 过滤器
纤维纸平板过滤器
由罐体、顶盖、滤层、夹
层和缓冲层构成。
滤层过滤器
滤层
～ DD
v
q
D
s
v
3.11.1
)m(
4
?
?
?
?过滤器的结构
?管式 过滤器 ?接迭式低速 过滤器
?新型过滤器的结构－ JPF空气过滤器
?过滤器的结构－ YUD-Z空气过滤器
过滤器的计算
例,试设计一台通风量为 10m3/min的棉花过滤器，
空气压力为 392kPa(绝对压力＝表压 +大气压 )，进
入空气过滤器的空气含菌量是 5000个／ m3，要求
因空气原因引起的倒罐率为 0.1%（即 1000次发酵
周期漏进一个杂菌），发酵周期 100h。工作温度为
30℃,当地气压为 98070Pa，当地气温为 20 ℃ 。计
算空气过滤器的尺寸 (过滤介质厚度和过滤器直径 )
及过滤压力损失△ p。
解, 选用棉花纤维直径 df =16μm，填充系数 α= 8%，
空气流度 vs = 0.1m/s；过滤常数 K = 13.5/m。
'
12 )l g (
K
NNL
??
)(85.0
5.13
)10310l g ( 83 mL ?
?
?? ?
（ 1）计算过滤层厚度：
每批发酵通风过滤前含菌总数为：
N1 = 5000× 10× 60× 100 ＝ 3× 108（个）
过滤后含菌数为 N2 = 10-3个
∴ 过滤层厚度 L为：
（ 2） 计算过滤器直径 D
进口空气压强 p1 ＝ 98070Pa
过滤工作压强 p2 ＝ 392000Pa
通气量 V1 = 10m3/min = 0.17 m3/s
过滤器空气流量为：
? ?
? ? ? ?sm
p
T
T
vpqv /044.0
3 9 2 0 0 0
30273
20273
17.098070 3
2
2
1
11
2 ?
??
?
????
故过滤层直径为：
? ?m
v
VD
s
75.0
1.0
044.044 ????
??
（ 3）计算过滤压力损失,p?
据
f
m
d
vcLp
?
??2??,而滤层中空气流速为：
? ? ? ? ? ?smvv s /109.008.01/1.01/ ????? ?
? ? ? ? ? ?320020 /67.4302 7 3/2 7 342 9 3.1/ mkgTpT ?????? ???
sPa ??? ? 6106.18? 436.0106.18 67.4109.01016 6
6
?? ????? ?
?
?
?vDR f
e
∴ 以棉花为过滤介质,c =100/Re=100/0.436=229
m =1.45
∴
P a )(1 1 0 3 2
2
???
f
m
d
v
cLp
?
??
生物工业生产的空气调节
?生物工业生产对空气调节的要求
生物工业生产需要洁净的环境、适宜的空气温
度和空气压强。
洁净空间,指空气中微粒受控制的空间。
洁净度级数 (英制 )：每 1ft3空气中，粒径大于等
于 0.5μm的最大允许粒子数。
洁净度级数 (国际制 )：每 1m3空气中，粒径大于
等于 0.5μm的最大允许粒子数的常数对数值。
空气洁净级数
空气洁净
级数 (英制 )
粒径 ≥0.5μm的最大
微粒数（个 /ft3）
粒径 ≥0.5μm的最大
微粒数（个 /m3）
空气洁净
级数 (国际 )
100 100 3500 M3.5
1000 1000 35000 M4.5
10000 10000 350000 M5.5
100000 100000 3500000 M6.5
?空气调节流程
?湿空气的性质
?湿度
空气湿度 x(湿含量 )：湿空气中所含的水蒸气质量与所
含的干空气质量之比。
?相对湿度
相对湿度：湿空气中水蒸气分压与同温下水的饱和蒸
气压之比。
wt
w
wt
w
g
w
g
w
pp
p
pp
p
M
M
m
mx
?
?
?
??? 6 2 2.0
%100??
s
w
p
p?
?
?空气的增减湿原理
水 M
N
空气
xi x
水分
t
tw ti 潜热
显热
空气增湿机理
水 M
N
空气
xi x
水分
t
tw ti
潜热
显热
空气减湿机理
显热
?空气的增湿和减湿方法
? 增湿方法
1.往空气中通入直接蒸汽；
2.喷水；
3.空气混合增湿；
? 增湿方法
1.喷淋低于该空气露点温度的冷水；
2.使用热交换器把空气冷却至其露点以下；
3.空气经压缩后冷却至初温，使空气减湿；
4.用吸收或吸附法除掉水气，使空气减湿；
5.通入干燥空气。
?空气调节设备
卧式空调室
立式空调室
小 结
?空气除菌的方法及原理
?过滤除菌流程及设备
?空气调节
课 外 作 业
1.分析过滤除菌过程中可能存在的过滤机
理，指出影响介质过滤效率的主要因素。
2.列出 提高过滤除菌效率的措施 。
3.比较两级冷却加热除菌流程、高效前置
过滤除菌流程、空气压缩冷却过滤流程等
常用除菌流程的优缺点和适用场合。
4.试设计一台通风量为 20m3/min（标准状态）的玻
璃纤维空气过滤器，空气压力为 3大气压 (表压 )，
进入空气过滤器的空气含菌量是 5000个／ m3，要
求因空气原因引起的倒罐率为 0.1%，发酵周期
150h。工作温度为 30℃,计算空气过滤器的尺寸
(过滤介质厚度和过滤器直径 )及过滤压力损失△ p。
(注：采用玻璃纤维直径 df =10μm，填充系数 α= 8%，
空气线速度 vs = 0.166m/s；过滤常数 K = 45/m；实
验指数 m＝ 1.55；标准状态下空气密度 ρ0＝
1.293kg/m3,μ＝ 18.6× 10-6。 )
