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浅谈压缩空气的无菌处理

   日期:2015-01-16     来源:江西化工    作者:许为民 刘勃    浏览:380    评论:0    
核心提示:采用空气作为氧源。由于空气中含有各种微生物,因此在实际生活中,须对空气进行净化处理。本文结合工程实例,讨论了压缩空气净化处理过程中应注意的几个关键过程。
 (江西省化工设计院南昌)
      采用空气作为氧源。由于空气中含有各种微生物,因此在实际生活中,须对空气进行净化处理。本文结合工程实例,讨论了压缩空气净化处理过程中应注意的几个关键过程。
  相对温度填充率无论是食品发酵还是药品的发酵,其发酵菌在繁殖时均需要氧气,而工业生产中通常采用空气作为氧源。我们知道,空气中含有各式各样的微生物,一旦这些物质(微生物)随空气进入发酵罐并侵入培养液,在一定的生存条件下,也会大量的繁殖并消耗大量营养液和氧气,其产生的排泄物会干扰甚至破坏整个发酵过程的正常进行,使得产品的产量降低,甚至彻底破坏发酵的进程。因此,空气的除菌就成为耗氧发酵工程中的一个重要环节,它关系到整个工艺成败的关键。
  在食品、医药发酵工程中,空气除菌的方法很多,如过滤除菌、静电除菌、热杀菌等,但各种方法杀菌的效果,设备条件,经济指标等都不尽相同,我们既要避免染菌,又要做到尽量简化除菌流程,以减少设备投资和运转的动力消耗。因此,本文着重谈一下过滤除菌的工艺过程。
  工艺对空气质量的要求我们知道,在发酵工程中各种不同的产品,所用的菌种就不同。其菌种的生长和生存能力也就各有不同,它取决于大气环境,发酵周期的长短,培养液的成份和酸碱度差异。对于不同的菌种,对所用的无菌空气的无菌程度就有不同要求。总之,影响因素是复杂的,多方面的,必须据具体情况具体分析,并制定出具体的工艺参数。
  在确定空气含菌量时,一般是须现场采集数据,当今测定空气含菌方法一般是采用培养法或光学测定法确定其数据的近似值,但鉴于目前的技术条件,在工程设计中要准确地测定空气中的含菌量是不容易的,也就是说,要控制经过滤器过滤后的空气含菌量(无菌程度)是非常不易的。在工程设计中,数据采集是一项细致且周期较长的工作,如果等数据采集完毕后再作深入的设计工作是不能满足用户对设计进度的要求,特别是在市场激烈竞争的情况下,靠等就意味着失去市场。由于空气中的初始含菌量无法准确确定,就增加了设备选取和设计的复杂程度,对产品质量也无法做到心中有数。为了解决这个矛盾,各科研单位、大专院校作了很多研究工作,并总结出了一系列近似计算方法。我们在贵溪柠檬酸工程设计中,就采用了这些研究成果。值得一提的是,这些研究成果,由于实验方法不同,观测角度各异,因此所得结论就有差异,但有一点是相同的,就是过滤的基本原理得到了各方的认同,因这个问题超出了本文的范围,故不详细讨论。
  除菌方法与流程江西化工在贵溪柠檬酸工程中,压缩空气的工艺参数要求如下:压力P =2.5kg/cm相对湿度为Υ=50~60 .由于贵溪地处祖国南方地区,因此我们采用了一个比较完善的空气处理系统(如图1),它适合于任何气候条件,特别适合潮湿的南方区域。
  它的工作原理如下:首先,大气状态的空气经过前置的粗滤器(油浴洗涤器)预先过滤掉大颗粒灰尘,以提高压缩机的使用寿命,且可提高除菌的效果,粗滤后的空气被吸入压缩机进入压缩过程。空气被压缩时,由于内能的增加而使空气的温度急剧升高。利用热杀菌原理,将此时的高温空气经管道送入贮气罐,一方面可以稳定气源,另一方面,由于气流进入贮气罐后,流速降低,且在设计贮气罐时考虑气体一定的滞留时间,这样,在高温的作用下,就起到了热杀菌的作用。
  经过了热杀菌过程并稳定了的气体由贮气罐送入一级冷却器进行冷却,经过此次冷却后,大部分的水、油都结成较大的雾粒,由于压缩空气中此种雾粒含量较大,故选用旋风分离器进行分离。为了进一步将空气中的水份析出,将空气送入第二级冷却器继续进行冷却,此次冷却后的压缩空气中含有大量的雾状水蒸汽,要拦截这些水份,须采用丝网分离器。
  由于经过冷却后的空气其相对湿度为100 ,此时,如果将空气通入过滤装置,将会使过滤介质变潮,继之发生结团变形,甚至霉变现象,且也不合工艺对空气的质量要求。因此在流程上,必须考虑降低相对湿度的设备―――加热器。将加热器加热空气至工艺要求的参数,然后就可送入无菌过滤设备,供给发酵装置使用。
  实现上述流程有三个关键。第一,一、二级冷却器应将空气冷却至什么样的程度为好呢如果空气冷却的过低,对于节省能源是不利的。一方面,并不是说空气温度越低越好,这是因为空气含湿量一定的情况下,当空气温度低至一定的情况时,就很难析出水份了,即使将水温降低很多,其析出水份的效果也不明显,而从经济效益,节省能源等方面看,都是不合算的。另一方面,要将空气温度降低,取决于水温,而水源的选择必须考虑建设地点的地理结构和冷冻水系统的能力。如果温度选择的过低,势必就需要较低水温的水源,而对水温的要求每降低一度,都将增加设备的投资,且增加了设备运行管理费用。
  原则上,较高的空气温度,对于节省投资和节约能源是有利的。但这必须以满足工艺要求为前提。同样,空气温度不能选择过高,虽然高温的压缩空气能把有害的细菌杀死,但过高的空气温度,亦会把培养液中的发酵菌消灭,温度高的压缩空气无法析出水份,而含水量过高的空气正是病菌的温床,如果进入发酵罐是很危险的,将会破坏发酵菌的生长,同时也将减缓发酵周期,以致产量降低,最终导致发酵工艺的失败。
  总之,选取合适的空气湿度对发酵工艺是致关重要的,在理论上,可通过公式计算得压缩空气无菌处理系统江西化工出其值,公式如下:X :空气的含湿量(Kg水蒸汽/Kg干空气)Ф:空气的相对湿度()P :空气压力(Pa)Pb :空气中的饱和水蒸汽分压(Pa)第二,水源温度的选择一般水源有三种,河水、深井水、冷冻水。南方地区的水资源相对北方地区来说是丰富的,所以在采用水源时应充分利用天然水资源,而后考虑人工冷却水。同时,为了合理使用和节省水资源,应采用循环水系统。
  在贵溪柠檬酸工程中,水源水温择取值如下:一级冷却器进口水温t二级冷却器进口水温t因此水源的选择原则为,一级冷却器采用天然河水,二级冷却器采用人工冷却水源既冷冻水。
  在贵溪柠檬酸工程中,空气温度的选取如下:一级冷却器进口气温t二级冷却器进口气温t加热器进口气温t第三,空气过滤器的过滤介质的选取,过滤介质是过滤除菌的关键,它直接影响到介质的消耗量,除菌过程的动力消耗,以及劳动强度、维护管理等。同时,介质的不同,对除菌设备的结构、尺寸亦有影响。目前,工厂均采用棉花纤维或玻璃纤维结合活性炭。
  理论上,纤维介质的直径越小,除菌效果就越好。所以,玻璃纤维比棉花的除菌效果更理想。但是,由于玻璃纤维的直径小,其强度就低,很容易被压缩空气冲击坏。更重要的是,在食品与医药工业中,其产品直接影响人的生命与健康,而在发酵除菌过程中,如果空气中夹杂一丝玻璃纤维都是不利的。在维护方面,当更换介质时。玻璃纤维易造成人体的皮肤过敏。
  在贵溪柠檬酸工程中,我们采用了棉花作为过滤介质(必须是未脱脂棉),在设计时,考虑到实际应用时,方便以后的维护以及介质的更换,棉花的填充率取值为0.09(此时的填充率取值不宜过小,太小就有可能压不紧介质,造成介质翻动而丧失过滤效果。但也不亦太大。如果填充率取值过大,将会造成介质更换后,设备无法封盖,且设备阻力增大,增加动力消耗。
  综上所述,如果能协调几个关键点,就不难设计出符合实际且又合理的无菌空气系统。
 
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