Тема 10. Механизмы фильтрации газов

Важным технологическим процессом в биологических производствах является очистка от механических включений и стерилизация воздуха, используемого для вентиляции цехов и боксов, передачи под давлением стерильных культуральных жидкостей и растворов, поддержания избыточного давления в стерильных емкостях. В значительных количествах стерильный воздух используют для аэрации процесса культивирования. Отводимый из лабораторных и производственных помещений отработанный воздух также подвергается очистке от присутствующих в нем микроорганизмов и контролируется на чистоту.

Основным требованием к техническим системам очистки и сте­рилизации воздуха является очистка его от микрофлоры и других примесей. Кроме обеспечения этого требования, рассматриваемые системы должны обеспечивать получение воздуха с определенными термодинамическими характеристиками.

Необходимость обеспечения высокой степени очистки воздуха (99,9999999%) обусловила, по опыту отечественных и зарубежных смежных отраслей промышленности, использование метода удаления аэрозольных частиц из газа путем пропускания его через различные материалы - волокнистые (бумаги, картон) или пористые (полимеры, металлы, керамика) и т.д.

При выращивании микроорганизмов, клеток животных и вирусов в глубинных условиях требуется подача стерильного воздуха или других газов в биореактор на аэрацию культуральной жидкости. Воздух или др. газы, подаваемые в биореактор, не только снабжают растущую культуру кислородом, азотом, углекислым газом и др., но и отводят продукты газообмена и физиологическое тепло, выделяемое микроорганизмами в процессе биосинтеза, способствуют гомогенизации суспензии, увеличивают скорость процессов массо- и теплообмена.

Расчетные критерии газовых фильтров должны прежде всего соблюдаться для производственных биореакторов с большим расходом газа на аэрацию, а не для лабораторных установок, где не нужен значительный запас надежности. Энергию также нужно учитывать, поскольку всегда происходит падение давления по сечению фильтра (в лабораторных условиях этот фактор обычно не принимают во внимание).

Большое значение также имеет относительная влажность газа, и если она слишком высока, то работа фильтра становится неустойчивой. На больших фильтрах опасность представляет краевой эффект.

Вату в качестве набивочного материала использовать не рекомен­дуется, т.к. она не является эффективным материалом по сравнению даже со стекловолокном из-за большого диаметра волокон и предрасположенности к быстрому увлажнению.

Эффективность работы фильтров для стерилизации воздуха оп­ределяется следующими факторами: эффективностью и механической прочностью фильтрующего материала, герметичностью его крепления в корпусе фильтра, удобством и быстротой перезарядки. По конструкции фильтры для стерилизации воздуха делятся на две группы: глубинного типа с применением волокнистых фильтрующих материалов и с отдельными фильтрующими элементами.

Достоинствами глубинных фильтров являются большая пылеемкость (способность удерживать большое количество пыли на поверхности фильтра), простота и малая стоимость. К недостаткам этих фильтров следует отнести невоспроизводимость укладки фильтрующего материала и уплотнение его в процессе эксплуатации, каналообразование, неопределенную эффективность, контакт работников, обслуживающих фильтр, с минеральным волокном. Вследствие перечисленных недостатков эти фильтры ненадежны и нестабильны в работе. Очевидно, что недостаточная стабильность и надежность способа получения стерильного воздуха окупаются дешевизной и простотой применяемого оборудования и обусловливаются невысокими требованиями к продукту, для получения которого используется такой стерильный воздух.

Фильтры с готовыми фильтрующими элементами характеризуются большой надежностью в работе. Фильтрующие элементы изготавливают из высокоэффективных, механически прочных фильтрующих материалов. Форма и размер фильтрующих элементов зависит от характера фильтрующего материала. Фильтры с готовыми фильтрующими элементами обеспечивают возможность длительной и эффективной работы.