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《生物化工基础》第六次作业 化23 张猛 2012011916 《生物化工基础》第六次作业 灭菌动力学 化23 张猛 2012011916 1) 简述空气过滤除菌的原理，请试着画出形象的原理图。 答： 过滤除菌法是对空气进行灭菌时最常采用的方法，基本原理是通过让含菌空 气通过过滤介质，阻截空气中所含微生物，从而获得无菌的空气。根据过滤介质 孔径与固体颗粒的相对大小，可分为绝对过滤和深层过滤。 绝对过滤：过滤介质的滤孔小于固体颗粒，颗粒被过滤介质截留。 深层过滤：过滤介质的滤孔不一定小于固体颗粒，而是通过滤层内的曲折通 道，把颗粒截留。该方法是普遍采用的空气过滤除菌法。 当滤孔大于固体颗粒直径时，如何实现对颗粒的截留？实际上，过滤介质常 是许多层紧密堆积的滤层纤维，由于过滤介质的层层阻碍，空气在流动过程中会 频繁地改变流速和方向，其中夹杂的微生物微粒将会由于惯性、布朗运动、重力、 静电引力等多种因素，与滤层纤维间产生撞击，被滤层吸引或截留，从而把微生 物微粒捕集在纤维表面上，实现过滤的目的。截留作用的类型可大致分为以下五 [1] 种 ： 1 《生物化工基础》第六次作业 化23 张猛 2012011916 a. 惯性撞击截留作用 当含有微生物颗粒的空气通过滤层时，由于过滤介质纵横交错，层层堆 积，使得空气的流速和方向不断发生改变。由于微生物的惯性远大于空气分 子，因而当空气流遇阻而绕道前进时，微生物颗粒未能及时改变它的运动方 向，便将撞击纤维并被截留于纤维的表面。 可用下图进行简单地表示： b. 拦截截留作用 改变气流的流速可以改变微粒的运动惯性力，通过降低气流速度，可以 使惯性截留作用接近于零，此时的气流流速称为临界气流速度。气流速度在 临界速度以下时，微粒不能因惯性作用而被截留于纤维上，截留效率显著下 降。 但已有实验表明，随着气流速度的继续下降，纤维对微粒的截留效率又 会出现回升，这种现象说明当流速较小时，会有另一种机理起作用，这就是 拦截截留作用。 当流速很小时，气体会在在纤维的周边形成一层边界滞留区。类似流体 在管道中流动时的边界层的产生机制。滞留区的流速更慢，由于微生物很小 很轻，滞留区内的小微粒将会慢慢靠近纤维而被黏附截留。 2 《生物化工基础》第六次作业 化23 张猛 2012011916 可用下图进行简单地表示： c. 布朗扩散截留作用 直径很小的微粒在很慢的气流中能产生一种不规则的直线运动，称为 “布朗扩散”。布朗扩散的运动距离很短，在较大的气流、较大的纤维间隙 中起不到明显的作用，但在很慢的气流速度和较小的纤