淮 阴 工 学 院
工厂设计概论大作业
作 者: 学 院: 专 业: 题 目:
学 号： 生化学院 生物1101
1101602129
发酵工厂中空气净化工艺
任课教师： 游庆红
摘要 近年来,随着我国经济的飞速发展，工厂也越来越多，越来越密集。随之而来的空气污染问题也越来越严重。如何处理好工厂内空气的净化问题已成为如今工厂建设不可忽略的问题之一。常见的空气污染物有:甲醛、苯、氨等挥发性气体污染物、生物污染物以及颗粒物等。空气污染首先危害呼吸道,除引起“建筑物综合症”外,还会引起或加剧亚慢、慢性呼吸道疾患,如支气管炎、过敏性肺炎、肺癌及其他器官癌症。最近,许多医学科研人员的研究认为,空气中的挥发性有机化合物污染日益严重与当前白血病患者不断增多有密切关系。空气中的细菌微生物是呼吸道传染病的重要致病源,而如果长期吸入细微颗粒物将严重影响人体健康。因此，处理好工厂的空气净化问题不但关系到工厂的日常生产的正常进行、工厂的利益，更关系到工厂工作人员的生命健康。
关键词 空气净化，污染物，过滤，灭菌
1 发酵工厂净化空气的必要性
由于无菌空气是通气发酵过程中的关键流体，细菌的培养、发酵液的搅拌、液体的输送以及通气发酵罐的排气等都涉及到无菌空气。因此在通气发酵过程中,空气系统的染菌一直被列为发酵生产的第一污染源。据报道,由于空气系统纰漏而导致发酵染菌,在总染菌数中比率高达19.96%,而我国的生产现状还远远高出这一数据。为了防止压缩空气染菌给发酵液造成污染,进入发酵罐的空气必须达到(0.5μm)100级净化标准,即每立方英尺空气中含有≥0.5μm的微粒数应≤100个。
目前,空气净化的主要方法是通过介质过滤达到除菌目的。为了保证过滤后的空气达到净化标准,过滤前的空气要进行降温、除水、除油、减湿的预处理。据文献记载,只有当压缩空气的相对湿度φ≤60%,高效过滤器内的过滤介质保持干燥时,空气通过高效过滤方能达到过滤的期望值。因此,发酵空气净化实际上包括两部分:一是空气的预处理;二是选择性能优良的过滤介质和过滤设备。怎样使科学合理、经济实用的工艺与完善的工程设计有机地结合,使空气系统在优化条件下运行,仍需要发酵行业工程设计者不断努力探索。
在发酵过程中，造成染菌的原因很多。根据相关资料分析，造成抗生索发酵染菌的原因中，除“原因不明”外，“空气系统有菌”占19.96％，属首位。由此可见，压缩空气净化系统的可靠性，在发酵生产过程中占有显著重要的位置。空气在引进发酵罐之前进行严格处理，除去其中含有的微生物与其他有毒成分确保发酵正常进行。一是满足生产菌生理代谢对氧的需求；二是在发酵过程中，维持一定罐压，防止杂菌的污染。因此无菌空气的制备需要经过一前期处理过程。构成一个气处理系统，它是发酵工程中的一个重要环节。灭菌的方法很多，但是能够适用于供给发酵需要的大量空气的灭菌和除菌方法主要有。加热灭菌，静电除菌、过滤介质除菌。从经济上、实用上考虑，至今工业上空气除菌几乎都是采用介质过滤除菌。
各种发酵产品对空气净化程度要求有所不同，对于纯种发酵而言。一般认为空气净化程度达到100级(即直径>0.5 m 的粒子含量≤3.5个/L空气)为合格。为了保证压缩空气经过滤后达到净化标准，对于过滤介质而言，压缩空气必须经过去水、去油和降湿，经实践证明，相对湿度低于60％的压缩空气通过过滤器时，才能保证过滤器内的过滤介质干燥而不失效。故发酵用的空气净化设备应包括两个部分。一是压缩空气的预处理装置，第二是性能优起的过滤器及过滤介质。
2 传统的发酵工业压缩空气净化
2.1 传统发酵工艺空气净化一般流程
空压机采集自然界的大气，经压缩后高温高湿的压缩空气首先送至贮气罐，贮气罐的作用一是降低流速，使部分油水、尘埃沉降，并经罐底阀排出；二是消除减缓供气系统内气流的脉冲，使后置设备更好的发挥各自的功效。经贮气罐排出的气体进入第一冷却器，降低气体温度，使压缩空气中过饱和的水汽冷凝析出并经油水分离器分离后排出（如下图）。同理，第二冷却器及第二油水分离器进一步使空压气体降温，进一步排出油水。
接下来，排除油水的压缩空气进入除雾器，除雾器的作用是将压缩空气巾油水分离器分离不掉的微细的液态雾滴，在除雾器除雾丝网的作用下，拦截并重新聚集，使细小的颗粒重新团聚变大，并在重力的作用下，沉降排除。此时的空气已排除了绝大多数的液态油水，但此时的空气湿度仍处于饱和状态，因而压缩空
气需经过加热器，经过加热器加热出去空气中的水汽。在压力不变单位体积内含湿量不变的前提下，使空气温度升高。此时相对湿度降低，即不会重新出现雾滴或水滴，使空气在完全干燥的情况下进入高效过滤器。高效过滤器的作用是通过填充在高效过滤器中的纤维性滤材、活性碳等，可滤除空气中的尘埃、杂质、异昧等，其过滤原理有：拦截、碰撞、吸附、静电吸附等。经粗滤器净化后的压缩空气，最后进入除菌精滤器。除菌精滤器内置有超细玻璃纤维过滤介质，使得尘埃粒子的去除率高达99.9％。此时空气中的细菌可吸入颗粒物等污染物已完全消除。
空气吸气口
丝网除沫器 旋风分离器 粗过滤器 空气压缩机 一级空气冷却器 空气储罐 分水器 二级空气冷却器 空气加热器 总空气过滤器 分空气过滤器 无菌空气 2.2 传统发酵工艺空气净化的缺点
根据以上传统空气净化工艺的了解，不难发现传统工艺有流程长、压力损失大、处理效率低和能耗高等缺点，而且传统的活塞式机型容量小,规模生产时需要多台组合,且要用空气贮罐来消除排气产生的脉冲。旋风分离器作为传统的气水分离设备，结构简单，在设计工况运行时，具有较高的效率。但空气流量是个变量，它随发酵进程不同的溶解氧需求而变，上下波动幅度可达100。因此旋风分离器分离效率不稳定，平均仅70 左右。空气中的水分虽经冷却后析出，但在旋风分离器中分而不离，部分仍随出气口带出，加之下部出水口阀门没有自控装置，一般保持微开常态，就只会漏气而不出水。这样虽在较低的温度下，增加分离级数来去除水分，也是事倍而功半。
3 发酵工厂空气净化新工艺
3.1 新工艺的主要流程
随着传统空气净化工艺的成本不断提高，使用复杂，占地面积大等弊端不断显现，越来越多的研究人员开始关注空气净化的新工艺，并找到了一条更为经济效益的空气净化路径，空气净化新工艺的流程大致如下：
在空气净化新工艺流程中，高效旋击分离器替代了传统旋风分离器，分离油水杂质，而使空气净化系统大大简化，空压机出来到总过滤器进口之问，只有一次冷却、一次分离和一次加热，而且冷却和加热的温差比原来可相对减小，一般减幅在10℃左右，综合能耗则大大下降。在湿空气未饱和时，影响膜过滤器瞬时效率的因素是空气的相对湿度。一般国产膜过滤器要求空气相对湿度低于50 一60 ，进口的70 以下即可。综合考虑，空气中水份不是越低越好，应以安全性和经济性并重为原则。新工艺就是以此为原则设计。
3.2 新工艺的优越性
新工艺中高效旋击分离器为关键设备。它是在离心分离的基础上，根据液雾和粉尘撞击凝聚原理，并设有特殊的导稳流分离装置、具有很高分离效率的专利技术产品。高效旋击分离器气液分离效率可达99.99，油水杂质一次性分离，连雾状水汽也可被凝聚分离，且分离效率稳定。处理风量在20m3/h 5-50000m3/h之间，阻力损失一般在0.004MPa左右。其主要的优点有：
（1）换热器传热效果好； （2）气液分离器分离效率高； （3）冷却加热合理组合、直接节能；
发酵工程结课论文
