Технологическая схема очистки и стерилизации воздуха для аэрации.

В настоящее время широко применяется технологическая схема получения, очистки и стерилизации сжатого воздуха, включающая следующие стадии: предварительную (грубую) очистку от механических примесей, сжатие, охлаждение, отделение сконденсированных паров влаги и масла (при поршневых компрессорах), стерилизацию (рис. 2.8). Для защиты компрессора атмосферный воздух предварительно очищают от крупных частиц пыли, а затем сжимают до требуемого давления. При сжатии воздух нагревается до температуры 100-200 °С, поэтому его необходимо охладить до оптимальной температуры культивирования микроорганизма-продуцента. Температура воздуха, подаваемого на аэрацию, оказывает существенное влияние на накопление конечного продукта. Например, микроорганизмы-продуценты антибиотиков снижают продуктивность при температуре воздуха, поступающего в аппарат, выше 40 °С. Оптимальная температура роста этих микроорганизмов 27-28°С.

 

Получение сжатого, очищенного от микроорганизмов воздуха определенной температуры и влажности - сложная технологическая задача, осуществляемая в специальной системе. Система состоит из трех частей, соединенных последовательно: в первой части происходят очистка атмосферного воздуха от пыли и его сжатие, во второй - подготовка и поддержание воздуха в оптимальном термодинамическом состоянии по влажности и температуре, в третьей - окончательная очистка воздуха (в фильтрах тонкой очистки) перед подачей в ферментаторы. Поддержание определенной температуры сжатого воздуха обусловливается не только самой культурой микроорганизма, но и высоким влагосодержанием атмосферного воздуха. При охлаждении сжатого воздуха выпадает 50-70 % исходной влаги, которая увлажняет волокна аэрозольных фильтров, и эффективность их действия резко снижается. Чтобы насадки аэрозольных фильтров не увлажнялись, воздух после компрессора охлаждают до 25-30 °С. После отделения влаги воздух нагревается до температуры культивирования. Окончательное подсушивание воздуха может проводиться в сушилке между головным и индивидуальными фильтрами.

 

На предприятиях микробиологической промышленности очистка и стерилизация воздуха осуществляется с помощью системы различных фильтров: предварительной очистки периодического или непрерывного действия, грубой и тонкой очистки.

 

Фильтры предварительной очистки.

Фильтры такого типа устанавливают на всасывающей линии перед компрессором. Путем инерционного осаждения очищают воздух от крупных частиц размером более 5 мкм. В фильтрующих материалах предусматриваются большие промежутки между улавливающими элементами для максимального снижения сопротивления потоку при высокой скорости фильтрации воздуха - 1,5-3,0 м/с. Чтобы сухие частицы после осаждения при такой скорости потока не выносились из фильтра, слои его промасливают. Фильтры этого класса часто называют масляными, или висциновыми.

 

К фильтрам периодического действия относятся кассетные регенерируемые масляные фильтры и кассетные фильтры сухого типа.

 

Кассетные регенерируемые масляные фильтры различаются по размерам, форме и виду фильтрующей среды. Наибольшее распространение получили сеточные фильтры типа ФЯР. Такие фильтры просты, надежны в эксплуатации, улавливают микроорганизмы и частицы пыли размером более 5 мкм. Кассетные регенерируемые масляные фильтры работают с номинальной производительностью при запыленности воздуха не более о мг/м3. Такой фильтр задерживает на поверхности насадки 92-99 % воздушной пыли. Продолжительность его эксплуатации без регенерации зависит от степени загрязненности воздуха. Если содержание пыли возрастает от 0,5 до 5,0 мг/м3, то длительность работы фильтра сокращается с 800 до 80 ч.

 

Кассетные фильтры сухого типа состоят из 10-15 слоев перфорированных металлических и винипластовых листов. Площадь рабочего сечения 0,22 м2, производительность 0,43 м3/с, скорость фильтрации 117 м/мин, начальное сопротивление фильтра 49 Па, пылеемкость 400-450 г/м2, эффективность очистки 70 %, масса фильтра 5 кг. В кассетных сменных фильтрах сухого типа в качестве фильтрующего материала можно применять пенополиуретан, стеклянное или химическое волокно, маты из нетканых материалов. Эти фильтры свободны от недостатков, которые присущи масляным фильтрам, - запах, унос масла. Эффективность очистки воздуха в таких фильтрах составляет 70-85 %, пылеемкость 200-400 г/м2, производительность 0,43-0,610 м3/с.

 

Фильтры непрерывного действия существуют трех типов: самоочищающиеся масляные с непрерывной регенерацией фильтрующей поверхности в ванне с маслом; рулонные (катушечные), в которых чистый фильтрующий материал непрерывно поступает с одной катушки, а использованный наматывается на другую; волокнистые, промываемые водой из форсунок.

 

Самоочищающийся масляный фильтр. Рулонный автоматический фильтр.

Масляные самоочищающиеся фильтры состоят из непрерывно движущейся в вертикальной плоскости фильтрующей бесконечной панели и масляной ванны (рис. 2.9). При прохождении через ванну загрязненные участки отмываются от пыли и вновь промасливаются, а пыль оседает на дне ванны в виде шлака. При начальной концентрации пыли 1-2 мг/м3 степень очистки составляет 90-98 %, пылеемкость фильтра исчерпывается через 300-500 ч работы. Производительность таких фильтров 100-400 тыс. м3/ч.

Рулонные автоматические фильтры имеют производительность 20, 40, 80 и 120 тыс. м3/ч. На рис. 2.10 приведена схема работы такого фильтра. Фильтрующим материалом служат упругие маты из стеклянных синтетических волокон, склеенных связывающими материалами. Срок непрерывной работы одного рулона 1 год.

 

В волокнистых фильтрах используются объемные маты из волокон полимеров. В результате электростатического притяжения на волокнах улавливаются субмикронные частицы. Фильтры получили широкое распространение для предварительной очистки и стерилизации приточного воздуха. Производительность волокнистого фильтра 555 м3/мин.

 

Фильтры грубой очистки.

 

Предназначены для улавливания основной массы загрязнений, попавших в систему после прохождения фильтров предварительной очистки и компрессора, а также для удлинения срока службы фильтров тонкой очистки, выполняющих основной процесс стерилизации на стадии фильтрации. Как правило, это фильтры большой емкости. Они обслуживают несколько ферментаторов и называются головными. Головной фильтр дублирует работу индивидуальных фильтров и повышает степень очистки и стерилизации воздуха.

 

Головной аэрозольный фильтр. Схема аэрозольных фильтров, изготовленных из волокнистых материалов

 

Головной фильтр (рис. 2.11) обычно представляет собой вертикальный сосуд с решеткой у днища. На решетку укладывают слой стекловаты, а затем слой гранулированного активного угля высотой 0,8-1,0 см и еще слой ваты. На микробиологических предприятиях применяют головные фильтры кассетного типа производительностью 110, 380 и 550 м3/мин. В качестве фильтрующего материала используют стекловолокно с волокнами диаметром 6, 12 и 21 мкм. Головные фильтры стерилизуют острым паром в течение 4 ч при давлении 0,12-0,15 кПа, а затем просушивают сухим воздухом. Головные фильтры обычно имеют низкое сопротивление (100-200 Па) и высокую пылеемкость.

 

Фильтры тонкой очистки.

Фильтры тонкой очистки и стерилизации необходимы для улавливания загрязнений, пропущенных другими фильтрами, а также всех возможных загрязнений, попавших в систему по случайным причинам. Работа этих фильтров должна быть особенно надежной, так как это последняя ступень очистки и стерилизации воздуха на пути к ферментатору. Конструктивно фильтры тонкой очистки во многом похожи на фильтры грубой очистки, только они значительно меньше размерами и в них используются более эффективные фильтрующие материалы (табл. 2.2). В настоящее время разработано несколько конструкций фильтров тонкой очистки различной производительности.

 

Характеристика фильтров тонкой очистки с фильтрующими материалами ФП.

 

На рис. 2.12 представлены схемы фильтров со сменными фильтрующими элементами из нетканых материалов. В конструкции фильтра тонкой очистки Ф1 и Ф2 используется готовый сменный фильтрующий элемент из базальтового супертонкого волокна. Наибольшее распространение для очистки и стерилизации воздуха находят конструкции, в которых используются быстро заменяемые готовые стандартные фильтрующие патроны (рис. 2.12, б).

 

Фильтр тонкой очистки ФТО-60.

 

В микробиологической промышленности для очистки и стерилизации воздуха применяют также фильтры марки ФТО. Эти фильтры набиваются особой устойчивой гидрофобной тканью, которая полностью очищает воздух от микроорганизмов. Фильтры выпускаются различных типов - от ФТО-60 до ФТО-1000. Цифры означают производительность по воздуху в м3/ч. Марку фильтра выбирают в зависимости от производительности ферментатора. Фильтрующий элемент фильтра ФТО-750 имеет диаметр 360 мм и высоту 600 мм. При нагрузке 750 м3/ч сопротивление фильтра составляет 274-294 Па. На рис. 2.13 представлена схема фильтра тонкой очистки ФТО-60. В патронных фильтрах могут быть использованы бумага из базальтовых супертонких волокон, гофрированный базальтовый картон и различные фторопластовые элементы. Фильтры тонкой очистки воздуха практически обеспечивают 100%-ную очистку и стерилизацию воздуха.

 

Они стерилизуются острым паром в технологической обвязке с ферментатором без извлечения фильтрующих элементов из корпуса фильтра. Фильтрующие элементы - пластины и цилиндрические патроны - служат 1,5-2 года.