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生物制药车间的压缩空气系统
2021-06-21 浏览次数：251
发酵生产所用菌种一般为喜氧菌，必须保证培养液中一定的溶解氧，菌种才能正常生长及有效生产。喜氧菌的发酵通常是以空气作为氧源，空气中含大量的各类微生物，如果随空气一同进入培养系统，会在合适的条件下大量繁殖，与目的菌株竞争消耗营养物质，并产生各种副产物，从而干扰或破坏纯种培养过程正常进行，甚至使培养过程彻底失败导致倒罐，所以进入培养液的必须是洁净无菌的空气，同时还要具有一定压力以便克服空气在预处理、过滤除菌及有关设备、管道、阀门、过滤介质等处的压力损失，并在培养过程中能够维持一定的罐压，这就要求对外来的空气通过压缩空气系统进行净化除菌和调节处理。
压缩空气系统工作流程的制订过程根据具体所在地的地理、气候环境和设备条件来考虑。如在环境污染比较严重的地方要改变吸风的条件，以降低过滤器的负荷，提高空气的无菌程度；在温暖潮湿的地方要加强除水设施以确保和发挥过滤器的最大除菌效率和使用寿命；在压缩机耗油严重的流程中要加强油雾的去除力度，否则带入过滤器将会影响过滤效果。为保持过滤器在比较高的效率下进行过滤，并维持一定的气流速度，并不受油、水的干扰，则要有一系列的加热、冷却及分离和除杂设备来保证。
一、两级冷却、加热除菌流程
设计流程：高空空气吸入口→初效过滤器→空气压缩机→空气储罐→一级空气冷却器→旋风分离器→二级空气冷却器→丝网除沫器→空气加热器→空气总过滤器→空气分过滤器→发酵罐。
为减少进入空压机的灰尘和微生物，减轻介质过滤除菌的负荷，该空气净化流程中吸入的空气先通过粗过滤器过滤，然后进入空气压缩机。空气经空压机压缩后压力和温度升高，在后续过程中易产生冷凝水，水分一旦进入过滤器会堵塞过滤介质，增大空气的压力损失，严重时还会浸润介质而破坏过滤效果；空气在压缩过程中可能夹带空压机的润滑油烟雾，油雾会降低空气的给热系数，给空气的冷却过程造成困难。另外也会和冷凝水一样浸润介质破坏过滤效果，故水和油都应设法除去。从空压机出来的空气压力在0.2MPa以上，温度达120℃～160℃，一般先冷却降低空气温度，提高空气相对湿度，使其达到饱和状态并处于露点以下，使其中水分凝结为水滴或雾沫，从而将其除去，油雾滴通过冷却后可以和水滴一起除去。本流程采用二级空气冷却工艺：通常先用25℃左右的水将120℃～160℃的空气冷却到30℃～35℃，再用9℃左右的冷却水或15℃～18℃的地下水把30℃～35℃的空气冷却到20℃～25℃。经第一次冷却过程，大部分的水、油已凝结成较大的雾滴，且雾滴浓度较高，可用旋风分离器分离；第二冷却器使空气进一步冷却后析出一部分较小的雾滴，丝网能够分离较小直径的雾滴且分离效率高，故可采用丝网分离器分离。分离油和水后，空气的相对湿度仍为100%，当温度稍下降时，就会析出水，使过滤介质受潮而影响过滤效率，须用丝网分离器后的空气加热器将空气的相对湿度降低至50%～60%，以保证过滤器正常运行。最后通过总过滤器和分过滤器除菌，从而获得洁净度、压力、温度和流量都符合要求的无菌空气，满足发酵过程对于溶氧的需求。
两级冷却、加热除菌流程是一个比较完善的空气除菌流程，可适应各种气候条件，尤其是潮湿地区，能充分分离油水，使空气在较低的相对湿度下进入过滤器，以提高过滤效率。一些对无菌要求高的微生物发酵过程多使用此流程。
二、冷热空气直接混合式空气除菌流程
设计流程如下：
压缩空气从空气储罐出来后分成两部分，一部分进入冷却器，冷却到较低温度，经丝网分离器分离水、油雾后与另一部分未处理的高温压缩空气混合，此时混合空气已达到温度为30℃～35℃，相对湿度为50%～60%的要求，再进入过滤器过滤。该流程的特点是省去第二次冷却后的分离设备和空气再加热设备，流程简单；利用压缩空气来加热析水后的空气，冷却水用量少。该流程适合中等含湿地区，但不适合空气含湿量高的地区。
除上述两种外，典型的无菌空气制备流程还有高效前置过滤空气除菌流程、利用热空气加热冷空气流程。前者采用高效率的前置过滤设备，利用压缩机的抽吸作用，使空气先经中效、高效过滤后，进入空气压缩机进行压缩，再经冷却器冷却、丝网分离器分离水油、空气加热器加热后进入主过滤器过滤，从而降低主过滤器的负荷，所得的空气无菌程度很高；后者利用压缩后的热空气和冷却后的冷空气进行热交换，使冷空气的温度升高，降低相对湿度。此流程对热能的利用比较合理，热交换器可兼做贮气罐，但由于气-气换热的传热系数很小，加热面积要足够大才能满足要求。
