Тема 12. Промышленная система очистки и стерилизации воздуха

Подготовка сжатого технологического воздуха, подаваемого в биореакторы для биосинтеза и стерилизуемого методом фильтрации, состоит из нескольких ступеней. Успешная работа системы для каждой ступени подготовки воздуха определяется оптимальным выбором оборудования, фильтрующих материалов, режимов их эксплуатации и методов контроля чистоты получаемого воздуха.

Система очистки и стерилизации газов, в свою очередь, подразделяется по технологическим признакам:

1. Подготовка и подача воздуха или смеси газов на аэрацию культуральной жидкости в биореакторы для аэробного культивирования;

2. Подготовка и подача газов (углекислый газ, азот или их смесь) для продувки культуральной жидкости от газов, ингибирующих рост микроорганизмов или дополнительная подача углекислого газа при лимитировании процесса жизнедеятельности (особенно для культуры клеток и вирусов);

3. Подготовка и подача сжатого воздуха и обеспечение вакуума для передачи суспензий микроорганизмов и стерильных жидкостей из одной емкости в другую или для дальнейшей обработки (центрифуги, сепараторы, фильтры и т.д.);

4. Очистка воздуха и газов, выходящих из всех видов оборудования.

Технологическая схема очистки и стерилизации воздуха осуще­ствляется по следующим стадиям: предварительная (грубая) очистка от механических примесей, сжатие, охлаждение, отделение сконденсированных паров, влаги и масла (при поршневых компрессорах) и собственно стерилизация.

1-й этап - грубая очистка. На входе заборника воздуха или другого газа устанавливают, в зависимости от расхода, висциновый фильтр или фильтр Рекка, которые очищают газ от грубых примесей перед компрессором.

2-й этап - сжатие газа. В настоящее время в различных отраслях промышленности в основном используются поршневые компрессоры (например, марок ТК-350/5, ТК-300/840, ТКК-1/4 и ТЭ и др.).

Однако более рациональным является применение турбовоздуходувок (например, марки 920-33), что позволяет упростить и улучшить схему газоподготовки. При сжатии воздух нагревается от 100 до 200⁰ С, поэтому его необходимо охладить до температуры культивирования.

Из-за высокого влагосодержания атмосферного воздуха при охлаждении выпадает 50 - 70 % исходной влаги, которая может увлажнить фильтрующий материал, поэтому воздух после компрессора охлаждают до 25 - 30°С в охладителе, а после отделения влаги во влагоотделителе нагревают в теплообменнике до температуры культивирования в стерильной сушилке между головным и индивидуальными фильтрами или путем подачи пара в рубашку фильтров, если она предусмотрена.

3-й этап - первичная очистка и фильтрация газа. После подогревателя газ поступает в первую ступень очистки и фильтрации -головной фильтр.

4-й этап - тонкая очистка и фильтрация газа. После головного фильтра газ поступает в индивидуальный фильтр и далее в биореактор.

При использовании турбовоздуходувок схема фильтрации упрощается за счет исключения из нее холодильника и брызгомаслоотделителя.

Для обеспечения эффективности использования нагретого воздуха, следует:

1. Часть воздуха после второй ступени компрессора охладить до температуры ниже точки росы и после влагоотделения в брызгоуловителе поднять его температуру путем смешения с горячим воздухом, отобранным после компрессора (перед воздухоохладителем) до заданного предела.

2. Предусмотреть для автоматического поддержания температуры на заданном уровне регулятор температуры в комплекте с пневматическим клапаном, установленным на линии подачи горячего сжатого воздуха.

3. Учесть, что вариант подогрева воздуха путем его смешения с горячим воздухом можно применить на тех предприятиях, где расстояние от компрессора до головного фильтра не слишком велико (ориентировочно около 100 м), при условии же большей удаленности здания компрессорного цеха от головных фильтров следует производить подогрев воздуха специальным паровым подогревателем, расположенным в непосредственной близости от головного фильтра.

4. Учесть, что в зимний период, когда влагосодержание воздуха незначительно, нет необходимости в применении дополнительного подогрева воздуха и система подогрева можно отключить. Режим охлаждения воздуха в воздухоохладителях следует отрегулировать таким образом, чтобы температура его перед индивидуальным фильтром составляла 45 - 50 °С.

Необходимо отметить, что только при соблюдении всех перечисленных выше условий может быть гарантирована эффективная работа системы фильтрации воздуха.