8.2. Методы очистки и стерилизации воздуха. Аппаратурное оформление операций.
Забор воздуха обычно ведут из условно-чистых зон. В процессах микробиологического синтеза воздух, подаваемый на аэрацию, должен быть очищен на 99,999% от примесей и МО, размером до 1 мкм. Эффективность работы систем очистки оценивается коэффициентом проскока МО КП = (Х/Х0)*100% (Х – м/о после очистки, Х0 -до), КП < 10-8.
Воздух снабжает растущую культуру кислородом, отводит продукты обмена, отводит физиологическое тепло, перемешивает жидкость, создает гомогенность среды, увеличивает скорость массообмена.
Методы очистки воздуха: воздействие температурой, антисептиками, ультрафиолет, седиментация, механическое фильтрование, фильтрация через волокнистые и пористые материалы (основное).
Применение электрофильтров позволяет очистить воздух на 85-90%. Наиболее распространен метод ультрафильтрации через волокнистые маты (бумага, картон, пористые материалы – металлокерамика, полимеры; зернистые материалы).
Системы стерилизации воздуха классифицируют по технологическим признакам:
1) Подготовка и подача воздуха непосредственно на аэрацию.
2) Подготовка и подача инертных газов (СО2, N2) для отдувки из культуральной жидкости продуктов при анаэробном культивировании
3) Подготовка и подача транспортного воздуха для передачи микробной суспензии в сепараторы, дозаторы и т.п.
4) Очистка воздуха, отводимого из всех видов технологического оборудования
При подготовке воздуха к аэрации применяют стадии: 1) грубая очистка от мех примесей. 2) сжатие. 3) охлажление). 4) отделение сконденсированы паров влаги и масла. 5) стерилизация.
Фильтры предварительной очистки. Устанавливаются на всасывающей линии перед компрессоромю За счет инерционного осаждения воздух очищается от крупных частиц более 5 мкм. Чтобы осевшие частицы не выносились при скорости воздуха – 1,5-3 м/с слои фильтра промывают.
Фильтры могут быть периодического и непрерывного действия:
Периодические – кассетные регенерирующие масляные фильтры и кассетные сухого типа.
Масляные фильтры различны по размерам, форме, фиду фильтрационной среды, работают с номинальной производительностью при запылении воздуха не более 5 мг/м3, задерживая 92-99% пыли. Наиболее распространены сетчатые фильтры ФЯР.
При увеличении концентрации с 0,5 до 5 продолжительность работы сокращается.
Кассетные фильтры сухого типа состоят из 10-12 слоев перфорированного металла или винипластовых слоев. Скорость фильтрации 110-117 м3/мин(неточно, так как в тетради непонятно написано). Эффективность очистки ниже чем у масляных. В сменных фильтрах можно применять и полипеноуретан, стекло химическое волокно и материалы из нетканых материалов.
Непрерывного действия. 3-х видов – фильтры самоочищающиеся масляные с непрерывной регенерацией. Фильтрующие поверхности в ванне с маслом – степень очищения 80-90%, G – 100-400 тыс. м3/ч, пылеемкость исчерпывается через 300-500 часов работы.
Рулонные автомат. фильтры, G – 20, 40, 80 и 120 тыс. м3/ч, фильтрующие материалы из стеклянных синтетич волокон.
- волокнистые, промываемые водой из форсунок фильтры, из волокон полимеров. Субмикронные единицы улавливания на волокнах за счет электростатического притяжения.
Фильтры грубой очистки. Большой емкости, обслуживают несколько ферментеров и называются головными. Сосуд с решеткой у днища на которую укладываются слой стекловаты, слой актив угля, слой ваты. Могут быть кассетного типа с фильтрующим материалом из стекловолокна. Стерилизуют острым паром в течение 4 часов с давление. Имеют низкое сопротивление и высокую пылеемкость.
Фильтры тонкой очистки. Улавливают пропущенные ранее загрязнения, а также случайно попавшие загрязнения. Напоминают фильтры грубой очистки, меньше по размерам, используют более эффективные материалы (базальтовое супертонкое волокно). Наиболее распространены фильтры со сменными фильтр элементами. Часто используют марку ФТО 60(750) – G по воздуху. Стерилизуются острым паром. ФТО без извлечения фильтр элементов из корпуса фильтра.
Принципиальная схема очистки и стерилизации воздуха
Фильтр предварительной очистки→сжатие (воздуходувка, сжатие до 350-500 кПА) →охлаждение (теплообменник охладитель до 30-40 ºС) →сушка (влагоотделитель) →теплообменник нагреватель→головной фильтр→фильтр тонкой очистки (индивидуальный фильтр) Для оценки эффективности очистки и стерилизации воздуха применяются методы улавливания искусств аэрозолей (масляный туман 0,3 мкм, бихромат калия 0,6 мкм, красители 0,5 мкм).
Стерилизация воздуха. Для стерилизации воздуха используют фильтровальные элементы из микроволокон буросиликатного стекла. 99,9995% - степень очистки.
Стерилизация острым паром. Влагоотделение→стерилизация, чтобы не было высокого гидростатичского давления.
Воздух, подаваемый в ферментер, снабжает растущую культуру кислородом, отводит газообразные продукты обмена и физиологическое тепло, позволяет достигать однородности микробной суспензии, увеличивает скорость массопередачи и перемешивания жидкой среды.
Очистка и стерилизация воздуха достигается несколькими путями, в т.ч.:
очистка или применение антисептиков (фенол, ртутьсодержащие соединения),
повышение и понижение температуры,
УФ облучение,
ионизирующее облучение.
1, 2, 3 пути – ненадежны и применяются очень редко, сложны и малоэффективны (из-за устойчивости спор).
В промышленных процессах микробиологического синтеза воздух, подаваемый на аэрацию, должен быть очищен на 99,9999999%. Это требование заставляет отказаться от многих методов газовой очистки (например, применение электрофильтров позволяет очистить воздух на 85-99%). Поэтому наибольшее распространение получил метод фильтрации через волокнистые (маты, бумага, картон), пористые (полимеры, металлокерамика) и зернистые материалы. Эффективность их достаточно высока.
Система стерилизации воздуха классифицируется по технологическим признакам:
подготовка и подача смеси воздуха на аэрацию при аэробном культивировании;
подготовка и подача инертных газов (CO2, N) для отдувки газообразных продуктов жизнедеятельности микроорганизмов;
подготовка и подача транспортного воздуха и обеспечение вакуума для передавливания (передачи) суспензии из одной емкости в другую;
очистка воздуха, выходящего из ферментеров и другого оборудования.
Технологическая схема очистки и подачи воздуха для аэрации.
1 – фильтр предварительной очистки, 2 – турбокомпрессор, 3- теплообменник-охладитель, 4 – влагоотделитель, 5 – теплоообменник-нагреватель, 6 – головной фильтр, 7 – индивидуальный фильтр (фильтр тонкой очистки). Сжатие воздуха происходит до 350-500 кПа. В результате сжатия воздух нагревается до температуры 100-200˚С, поэтому его необходимо охладить до оптимальной температуры культивирования в теплообменнике (3), с последующим отделением аэрозоля во влагоотделителе (4).
Для оценки эффективности работы схемы очистки воздуха применяется метод искусственных аэрозолей. При этом используются аэрозоли жидкие (масляный туман, диаметром 0,3 мкм) и твердые (К2Cr2O7,бактериальная масса, красители диаметром 0,5 мкм).