Свойства фильтрующих материалов
| Материал | Диаметр волокон или пор, мкм | Масса 1 м3, кг | Термостой-кость, °С | Гидравли-ческое сопротивление, Па | Эффективность по масляному туману, % |
| Стекловолокно | 2,5–3,0 | 0,40 | 98,56 | ||
| Базальтовое супертонкое волокно | 0,56 | 99,92 | |||
| Картон базальтовый | 0,30 | 99,93 | |||
| Картон целлюлозный | 0,36 | 94,10 | |||
| Фторопласт | 3,60 | 99,97 | |||
| Полиэтилен | 2,25 | 94,80 | |||
| Поливиниловый спирт (фильтр «Эко», Япония) | 1,07 | 99,00 |
Рис. 42. Технологическая схема очистки и стерилизации воздуха:
1 – воздухозаборник; 2 – фильтр предварительной очистки;
3 – нагнетатель воздуха; 4 – воздушный холодильник;
5 – влагоотделитель; 6 – ресивер; 7 – подогреватель;
8 – головной фильтр; 9 – индивидуальный фильтр
Атмосферный воздух забирается на высоте 6−20 м и для защиты нагнетателя от преждевременного износа очищается от крупных частиц пыли в фильтре предварительной очистки. Сжимаемый нагнетателем воздух (давление 0,2−0,3 МПа) разогревается до 100−180°С. Часть горячего воздуха охлаждается в воздушном (или водяном) теплообменнике до 30−35°С, в результате чего конденсируются содержащиеся в воздухе водяные пары. Конденсат удаляется из системы, и общее содержание влаги в воздухе уменьшается на 50−70%. Ресивер сглаживает колебания расхода воздуха. В головном фильтре воздух очищается от микробных клеток не менее чем на 98% (число клеток не должно превышать 10 на 1 м3 очищенного в фильтре воздуха). Окончательная стерилизующая очистка воздуха осуществляется в индивидуальных фильтрах тонкой очистки (ФТО), которыми оснащен каждый ферментатор.
Фильтры каждой ступени очистки воздуха имеют различное устройство. На стадии предварительной очистки используют кассетные сухие (или промасленные) фильтры. Единичный фильтр имеет прямоугольный корпус с площадью рабочего сечения 0,22 м2, в котором закреплены 10−15 слоев гофрированной стальной сетки (фильтр Рекке). Пропускная способность фильтра 1540 м3/ч. Из единичных фильтров можно собрать фильтрующие панели на любую производительность по очищаемому воздуху. Пылеемкость и производительность фильтров увеличиваются, если стальные сетки покрывают масляной пленкой. Но регенерация масляных фильтров требует значительных затрат ручного труда. Мельчайшие капельки масла уносятся воздухом в виде тумана, воздух приобретает запах, что часто недопустимо в микробиологических производствах.
На заводах большой мощности отдают предпочтение рулонным автоматическим фильтрам производительностью 20−120 тыс. м3/ч, в которых фильтрующий материал в виде упругого слоя из стекловолокна поступает непрерывно с малой скоростью (или периодически через определенные паузы в автоматическом режиме) с одной катушки, а загрязненный наматывается в таком же режиме на другую катушку. Один рулон может быть рассчитан на работу в течение года.
Головной фильтр представляет собой вертикальную цилиндрическую емкость со съемной крышкой и установленными внутри опорной (нижней) и прижимной (верхней) решетками, между которыми помещается волокнистый фильтрующий материал − стекловолокно или базальтовое волокно (или слои из этих волокон). Базальтовое волокно получают из магматической горной породы, оно отличается более высокой термостойкостью, большей механической прочностью и меньшим раздражающим действием на кожу человека. Производительность типовых головных фильтров по воздуху 110, 380 и 550 м3/мин.
При набивке фильтра используют средства индивидуальной защиты, а фильтрующий материал смачивают водой, чтобы уменьшить пыление. После набивки фильтр стерилизуют острым паром при температуре 125−135°С в течение 1,5−2,0 ч, а затем подсушивают горячим очищенным воздухом в течение 3 ч. В процессе эксплуатации головные фильтры стерилизуют не реже 1 раза в месяц, а перенабивку фильтров производят не реже 1 раза в год (фильтрующий материал не регенерируется). При проектировании обязательно предусматривают резервный головной фильтр.
Фильтры тонкой очистки устанавливают к каждому ферментатору. Они обеспечивают стерильность воздуха. В последние годы получили распространение ФТО со сменными фильтрующими элементами, изготовленными из фторопласта, базальтового картона, многослойной термостойкой ткани.
Перспективно использование фильтрующих патронов из металлокерамики, прессованного металлического порошка (нержавеющая сталь, титан). Конструкция фильтров позволяет быстро заменить фильтрующий элемент, имеющий небольшие размеры (диаметр 200–400 мм, высота 400−800 мм). ФТО стерилизуется острым паром одновременно со стерилизацией ферментатора перед каждой загрузкой аппарата. Типовой ряд фильтров − ФТО-60, ФТО-100, ФТО-500, ФТО-750, ФТО-1000, ФТО-2000, где цифры указывают производительность по воздуху (м3/ч).
Температура воздуха на выходе из ФТО должна составлять 40−60°С. При необходимости очищаемый воздух подогревается в теплообменнике (см. рис. 42). Повышенная температура воздуха в совокупности с операцией по частичному удалению из сжатого воздуха водяных паров должна исключить конденсацию влаги в головных и индивидуальных фильтрах, так как при увлажнении фильтрующего материала резко снижается эффективность очистки воздуха.