淺談壓縮空氣的無菌處理

　　江西化工淺談壓縮空氣的無菌處理許為民劉勃（江西省化工設(shè)計(jì)院南昌采用空氣作為氧源。由于空氣中含有各種微生物，因此在實(shí)際生活中，須對(duì)空氣進(jìn)行凈化處理。本文結(jié)合工程實(shí)例，討論了壓縮空氣凈化處理過程中應(yīng)注意的幾個(gè)關(guān)鍵過程。
　　相對(duì)溫度（temperature)填充率無論是食品發(fā)酵還是藥品(drug)的發(fā)酵，其發(fā)酵菌（fungus)在繁殖時(shí)均需要氧氣，而工業(yè)生產(chǎn)中通常采用空氣(Basin air)作為氧源。我們知道，空氣中含有各式各樣的微生物，一旦這些物質(zhì)（微生物）隨空氣進(jìn)入發(fā)酵罐并侵入培養(yǎng)液，在一定的生存條件(tiáo jiàn)下，也會(huì)大量的繁殖并消耗大量營(yíng)養(yǎng)液和氧氣，其產(chǎn)生的排泄物會(huì)干擾甚至破壞整個(gè)發(fā)酵過程的正常進(jìn)行，使得產(chǎn)品的產(chǎn)量(Yield)降低，甚至徹底破壞發(fā)酵的進(jìn)程。因此，空氣的除菌就成為耗氧發(fā)酵工程(Engineering)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它關(guān)系到整個(gè)工藝成敗的關(guān)鍵。
　　在食品、醫(yī)藥(medicine)發(fā)酵工程中，空氣除菌（fungus)的方法很多，如過濾除菌、靜電除菌、熱殺菌等，但各種方法殺菌的效果，設(shè)備條件，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等都不盡相同，我們既要避免染菌，又要做到盡量簡(jiǎn)化除菌流程，以最大化減少設(shè)備投資和運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力消耗。因此，本文著重談一下過濾除菌的工藝過程。
　　工藝對(duì)空氣質(zhì)量(quality)的要求我們知道，在發(fā)酵又稱酦酵工程中各種不同的產(chǎn)品，所用的菌種就不同。其菌種的生長(zhǎng)和生存能力也就各有不同，它取決于大氣環(huán)境，發(fā)酵周期的長(zhǎng)短，培養(yǎng)液的成份和酸堿度差異。對(duì)于不同的菌種，對(duì)所用的無菌(意思：沒有活菌)空氣的無菌程度就有不同要求?？傊?，影響因素是復(fù)雜的，多方面的，必須據(jù)具體情況具體分析，并制定出具體的工藝參數(shù)。
　　在確定空氣含菌量時(shí)，一般是須現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)，當(dāng)今測(cè)定空氣含菌方法一般是采用培養(yǎng)法或光學(xué)測(cè)定法確定其數(shù)據(jù)的近似值，但鑒于目前的技術(shù)條件，在工程設(shè)計(jì)(design)中要準(zhǔn)確地測(cè)定空氣中的含菌量是不容易的，也就是說，要控制經(jīng)過濾器過濾后的空氣含菌量（無菌程度）是非常不易的。昆山空壓機(jī)是一種用以壓縮氣體的設(shè)備。空氣壓縮機(jī)與水泵構(gòu)造類似。大多數(shù)空氣壓縮機(jī)是往復(fù)活塞式，旋轉(zhuǎn)葉片或旋轉(zhuǎn)螺桿。離心式壓縮機(jī)是非常大的應(yīng)用程序。昆山空壓機(jī)保養(yǎng)主要噪聲源是進(jìn)、排氣口，應(yīng)選用適宜的進(jìn)排氣消聲器?？諌簷C(jī)進(jìn)氣噪聲的頻譜呈低頻特性，進(jìn)氣消聲器應(yīng)選用抗性結(jié)構(gòu)或以個(gè)、抗性為主的阻抗復(fù)合式結(jié)構(gòu)?？諌簷C(jī)的排氣氣壓大，氣流速度高，應(yīng)在空壓機(jī)排氣口使用小孔消聲器在工程設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)采集是一項(xiàng)精細(xì)且周期較長(zhǎng)的工作，如果等數(shù)據(jù)采集完畢后再作深入的設(shè)計(jì)工作是不能滿足用戶對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)度的要求，特別是在市場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng)的情況下，靠等就意味著失去市場(chǎng)。由于空氣中的初始含菌量無法準(zhǔn)確確定，就增加了設(shè)備選取和設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量也無法做到心中有數(shù)。為了解決這個(gè)矛盾（事物屬性的對(duì)立)，各科研單位、大專院校作了非常多研究工作，并總結(jié)出了一系列近似計(jì)算方法。我們?cè)谫F溪檸檬酸工程設(shè)計(jì)中，就采用了這些研究成果。值得一提的是，這些研究成果，由于實(shí)驗(yàn)方法不同，觀測(cè)角度各異，因此所得結(jié)論就有差異，但有一點(diǎn)是相同的，就是過濾的基本原理得到了各方的認(rèn)同，因這個(gè)問題超出了本文的范圍，故不詳細(xì)討論。
　　除菌方法與流程(liú chéng)江西化工在貴溪檸檬酸工程中，壓縮空氣的工藝參數(shù)要求如下：壓力(pressure)P =2.5kg/cm相對(duì)濕度為Υ=50～60 .由于貴溪地處祖國(guó)南方地區(qū)，因此我們采用了一個(gè)比較完善的空氣處理系統(tǒng)（如圖1），它適合于任何氣候條件，特別適合潮濕的南方區(qū)域。
　　它的工作原理如下：首先，大氣狀態(tài)的空氣經(jīng)過前置的粗濾器（油浴洗滌器）預(yù)先過濾掉大顆?；覊m，以提高壓縮機(jī)的使用壽命，且可提高除菌的效果，粗濾后的空氣被吸入壓縮機(jī)進(jìn)入壓縮過程?？諝獗粔嚎s時(shí)，由于內(nèi)能的增加而使空氣的溫度急劇升高。利用熱殺菌原理，將此時(shí)的高溫空氣經(jīng)管道(Conduit)送入貯氣罐，一方面可以穩(wěn)定氣源，另一方面，由于氣流進(jìn)入貯氣罐后，流速降低，且在設(shè)計(jì)貯氣罐時(shí)考慮（consider)氣體一定的滯留時(shí)間，這樣，在高溫的作用下，就起到了熱殺菌的作用。
　　經(jīng)過了熱殺菌過程并穩(wěn)定了的氣體(gas)由貯氣罐送入一級(jí)冷卻(cooling)器進(jìn)行冷卻，經(jīng)過此次冷卻后，大部分的水、油都結(jié)成較大的霧粒，由于壓縮空氣中此種霧粒包含比重較大，故選用旋風(fēng)分離器進(jìn)行分離。為了進(jìn)一步將空氣中的水份析出，將空氣送入第二級(jí)冷卻器繼續(xù)進(jìn)行冷卻，此次冷卻后的壓縮空氣中含有大量的霧狀水蒸汽，要攔截這些水份，須采用絲網(wǎng)分離器。
　　由于經(jīng)過冷卻后的空氣其相對(duì)濕度為100 ，此時(shí)，如果將空氣通入過濾(filter)裝置，將會(huì)使過濾介質(zhì)變潮，繼之發(fā)生結(jié)團(tuán)變形，甚至霉變現(xiàn)象，且也不合工藝(Technology)對(duì)空氣的質(zhì)量(quality)要求。因此在流程上，必須考慮降低相對(duì)濕度的設(shè)備―――加熱(heating)器。將加熱器加熱空氣至工藝要求的參數(shù)，然后就可送入無菌（fungus)過濾設(shè)備，供給發(fā)酵裝置使用。
　　實(shí)現(xiàn)上述流程有三個(gè)關(guān)鍵（解釋:比喻事物的重要組成部分)。第一，
　　一、二級(jí)冷卻器(cooler)應(yīng)將空氣冷卻至什么樣的程度為好呢如果空氣冷卻的過低，對(duì)于節(jié)省能源是不利的。昆山空壓機(jī)是一種用以壓縮氣體的設(shè)備?？諝鈮嚎s機(jī)與水泵構(gòu)造類似。大多數(shù)空氣壓縮機(jī)是往復(fù)活塞式，旋轉(zhuǎn)葉片或旋轉(zhuǎn)螺桿。離心式壓縮機(jī)是非常大的應(yīng)用程序。一方面，并不是說空氣溫度越低越好，這是因?yàn)榭諝夂瑵窳恳欢ǖ那闆r下，當(dāng)空氣溫度低至一定的情況時(shí)，就很難析出水份了，即使將水溫降低很多，其析出水份的效果也不明顯，而從經(jīng)濟(jì)效益(benefit)，節(jié)省能源等方面看，都是不合算的。另一方面，要將空氣溫度降低，取決于水溫，而水源的選擇(xuanze)必須考慮建設(shè)地點(diǎn)的地理結(jié)構(gòu)和冷凍水系統(tǒng)(system)的能力。如果溫度選擇的過低，勢(shì)必就需要較低水溫的水源，而對(duì)水溫的要求每降低一度，都將增加設(shè)備的投資（意義：是未來收益的累積），且增加了設(shè)備運(yùn)行管理費(fèi)用。
　　原則上，較高的空氣溫度，對(duì)于節(jié)省投資和節(jié)約能源是有利的。但這必須以滿足工藝要求為前提。同樣，空氣溫度不能選擇(xuanze)過高，雖然高溫的壓縮空氣能（別稱：空氣源，空氣源熱水機(jī)）把有害的細(xì)菌殺死，但過高的空氣溫度，亦會(huì)把培養(yǎng)(to cultivate)液中的發(fā)酵菌消滅，溫度高的壓縮空氣無法析出水份，而含水量過高的空氣正是病菌的溫床，如果進(jìn)入發(fā)酵罐是很危險(xiǎn)的，將會(huì)破壞發(fā)酵菌的生長(zhǎng)，同時(shí)也將減緩發(fā)酵周期，以致產(chǎn)量降低，最終導(dǎo)致發(fā)酵工藝的失敗。
　　總之，選取合適的空氣濕度對(duì)發(fā)酵工藝是致關(guān)重要的，在理論上，可通過(tōng guò)公式計(jì)算得壓縮空氣無菌處理系統(tǒng)江西化工出其值，公式如下：X ：空氣的含濕量（Kg水蒸汽/Kg干空氣）Ф：空氣的相對(duì)濕度（）P ：空氣壓力（Pa）Pb ：空氣中的飽和水蒸汽分壓（Pa）第二，水源溫度的選擇一般水源有三種，河水、深井水、冷凍(freezing)水。南方地區(qū)的水資源相對(duì)北方地區(qū)來說是豐富的，所以在采用水源時(shí)應(yīng)充分利用天然水資源，而后考慮人工冷卻水。同時(shí)，為了合理使用和節(jié)省水資源，應(yīng)采用循環(huán)水系統(tǒng)。
　　在貴溪檸檬酸工程中，水源水溫?fù)袢≈等缦拢阂患?jí)冷卻(cooling)器進(jìn)口(import)水溫t二級(jí)冷卻器進(jìn)口水溫t因此水源的選擇原則為，一級(jí)冷卻器采用天然河水，二級(jí)冷卻器采用人工冷卻水源既冷凍水。昆山空壓機(jī)維修在啟動(dòng)前，首先啟動(dòng)油泵控制系統(tǒng)，油泵控制系統(tǒng)啟動(dòng)后保證空壓機(jī)各潤(rùn)滑部件潤(rùn)滑良好，同時(shí)油泵控制系統(tǒng)可通過內(nèi)置的溫控閥來調(diào)節(jié)內(nèi)部油壓和油溫，以滿足系統(tǒng)需要。
　　在貴溪檸檬酸工程中，空氣溫度的選取如下：一級(jí)冷卻器進(jìn)口氣溫t二級(jí)冷卻器進(jìn)口氣溫t加熱器進(jìn)口氣溫t第三，空氣過濾器的過濾介質(zhì)的選取，過濾介質(zhì)是過濾除菌的關(guān)鍵，它直接影響到介質(zhì)的消耗（consume)量，除菌過程的動(dòng)力消耗，以及勞動(dòng)強(qiáng)度、維護(hù)(maintain)管理等。同時(shí)，介質(zhì)的不同，對(duì)除菌設(shè)備的結(jié)構(gòu)、尺寸亦有影響。目前，工廠均采用棉花纖維或玻璃纖維(Glass Fiber)結(jié)合活性炭。
　　理論上，纖維(fiber)介質(zhì)(起決定作用的物質(zhì))的直徑越小，除菌效果就越好。昆山空壓機(jī)保養(yǎng)在空壓機(jī)的進(jìn)、排氣口安裝消聲器或設(shè)置消聲坑道以后，氣流噪聲可以降到80db(a)以下，但空壓機(jī)的機(jī)械噪聲和電機(jī)噪聲仍然很高，因此還應(yīng)在空壓機(jī)的機(jī)組上安裝隔聲罩。4、懸掛空間吸聲體：在佛山凌格風(fēng)空壓機(jī)站，高大空曠的廠房混響很重。所以，玻璃纖維比棉花的除菌效果更理想。但是，由于玻璃纖維的直徑小，其強(qiáng)度就低，很容易被壓縮空氣沖擊壞。更重要的是，在食品與醫(yī)藥工業(yè)中，其產(chǎn)品直接影響人的生命與健康，而在發(fā)酵除菌過程中，如果空氣中夾雜一絲玻璃纖維都是不利的。在維護(hù)方面，當(dāng)更換介質(zhì)時(shí)。玻璃纖維易造成人體的皮膚過敏。
　　在貴溪檸檬酸工程(Engineering)中，我們采用了棉花作為過濾介質(zhì)（必須是未脫脂棉），在設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到實(shí)際應(yīng)用時(shí)，方便以后的維護(hù)以及介質(zhì)的更換，棉花的填充率取值為0.09（此時(shí)的填充率取值不宜過小，太小就有可能壓不緊介質(zhì)，造成介質(zhì)翻動(dòng)而喪失過濾效果。但也不亦太大。如果填充率取值過大，將會(huì)造成介質(zhì)更換后，設(shè)備(shèbèi)沒有辦法封蓋，且設(shè)備阻力增大，增加動(dòng)力消耗。
　　綜上所述，如果能協(xié)調(diào)幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，就不難設(shè)計(jì)出符合實(shí)際且又合理的無菌空氣系統(tǒng)。