Устройство для стерилизации

 

Изобретение может быть использовано как высокодебитный источник горячего стерильного воздуха для стерилизации оборудования, обеспечения кондиционированного аэрирования микроорганизмов в процессах биологического синтеза. Сущность изобретения: устройство содержит источник водно-воздушного аэрозоля, бактерицидного света, термопреобразователи, воздуховоды и побудитель движения воздуха. При этом источник бактерицидного света и термопреобразователь выполнены в виде ДВС, состоящего соответственно из компрессора, снабженного промежуточным выводом и частичным отводом сжатого воздуха и камеры сгорания. Устройство снабжено увлажнителем и регулируемыми эжекторами, размещенными на входе наружного воздуха в ДВС и на выходе выхлопных газов, а также двумя теплообменниками. Рабочая камера устройства выполнена в виде камеры ферментации. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано как источник стерильного воздуха для стерилизации оборудования, обеспечения аэрирования микроорганизмов в процессах биологического синтеза, а также коагуляции белка в отходящем воздухе.

Известно устройство для температурной стабилизации и стерилизации воздуха, содержащее компенсационную камеру, теплообменник, выполненный по типу кожухотрубного и стерилизатор с бактерицидными источниками облучения, смонтированными на поворотном турникете, в нижней части которого имеется дисковый отражатель (авт. свид. СССР N289814, кл. A 61 L 9/00, 1968).

Недостатком этого устройства является неполная стерилизация микроорганизмов, находящихся на пыли воздуха, так как пыль экранирует микроорганизмы.

Известно устройство для стерилизации газов, состоящее из цилиндрического корпуса с коаксиально расположенными в нем каналами для прохода газового потока, электронагревателя, термодатчика, биофильтра, патрубков для входа и выхода газов, дополнительных термодатчиков в виде проволочного термометра сопротивления. Электронагреватель и дополнительный термодатчик расположены на стержне в виде двойной спиральной обмотки бифилярно один по отношению к другому, причем стержень установлен в корпусе соосно и герметично по отношению к каналам (авт. свид. СССР N1549541, кл. A 61 L 9/16, 1987).

Недостатком этого устройства является отсутствие возможности нагреть пыль до температуры более высокой, чем температура воздуха. К тому же биофильтр для спор с размерами 0,3 0,6 мм представляет собой сложное материалоемкое и дорогое устройство.

Известно устройство для стерилизации, содержащее рабочую камеру с полками или транспортирующим механизмом и распределители воздушного потока, а также замкнутую систему циркуляции воздуха, включающую вентилятор, фильтры для грубой и тонкой очистки воздуха, нагреватель и сообщающиеся с атмосферой патрубки. Распределители воздушного потока выполнены в виде перфорированных перегородок и расположены по всему сечению рабочей камеры с обеих сторон от зоны размещения обрабатываемого предмета (авт.св. СССР N372773, кл. A 61 L 3/00, 1970).

Недостатком этого устройства является невозможность одновременной стерилизации входящего в устройство воздуха и воздуха, сбрасывающегося из ферментационного устройства в окружающую среду.

Известно устройство, содержащее факел открытого пламени для стерилизации воздух в местах сопряжения стерильных объектов при их временном вводе в соприкосновение, например, при взятии проб ферментируемых препаратов (Кантаре В. М. Теоретические основы технологии микробиологических производств. М. ВО "Агропромиздат". 1990, с.98, рис. 5.15, с.83, рис.5.4).

Пламя, как источник лучистой и конвективной теплоты коагулирует белки и таким образом стерилизует воздух "сухим жаром". Время стерилизации воздуха зависит от температуры стерилизации. Например, при стерилизации "сухим жаром" с температурой 160^oC время составляет 60 мин, а стерилизация при 180^oC 10мин. Однако повышение температуры нагрева воздуха может быть ограничено снижением прочности материалов, из которых сделаны стерилизаторы и стерилизуемые аппараты.

Таким образом, в режиме снабжения стерильным воздухом асептических объемов ферментаторов необходимо придать воздуху подвижность за счет создания перепада давлений относительно входа, подать воздух в зону "сухого жара", выдержать его в этой зоне достаточное количество времени при определенной температуре, затем провести кондиционирование воздуха.

В режиме стерилизации оборудования могут быть применены газы с высокой температурой, обедненные кислороды, например, выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания, простерилизованные открытым пламенем при сгорании топлива в сжатом воздухе.

Таким образом, для обеспечения стерилизации воздуха, подаваемого в ферментационные объемы биотехнологического оборудования и для стерилизации этого оборудования перед его запуском необходимо реализовать теплонапряженный процесс в стерилизаторе высокой прочности и достаточной производительности.

Наиболее близкой к предлагаемой является установка для дезинфекции воздуха, содержащая рабочую камеру, вентилятор и воздуховод с размещенным внутри него блоком бактерицидных ламп. Внутри воздуховода, между рабочей камерой и блоком бактерицидных ламп, установлены термопреобразователи, например, кварцевые лампы накаливания с водным циклом (авт.св. СССР N323933, кл. A 61 L 9/00, 1970).

Недостатком этого устройства является использование в термопреобразователе электроэнергии в качестве источника тепла, поскольку КПД выработки электроэнергии составляет 40% а его преобразование в теплоту в лампах накаливания не более 25% т.е. общий КПД составляет 40·0,25 10% Для сравнения, выработка теплоты сжиганием топлива осуществляется с КПД около 98% т.е. более выгодна.

Цель изобретения увеличение степени стерилизации приточного воздуха, механическими воздействиями на пыль, повышение экологической чистоты сбросного отработанного воздуха, снижение материалоемкости.

Цель достигается тем, что в устройстве для стерилизации, включающем источники воздуха, бактерицидного света, термопреобразователи, воздуховоды, заслонки, побудитель движения сред рабочей камеры, побудитель движения сред рабочей камеры 1 (чертеж) снабжен стоками воздуха повышенной стерильности и стерильного газа, на путях следования которых для их перекрещивания через стенки двух теплообменников 2,6 и разновременного направления через рабочую камеру 4 установлен ряд заслонок 9, источник механических воздействий на пыль в воздухе 10, 12, 11, 13, термопреобразователи 10, 12, 11 и 13, источник бактерицидного света 12 выполнены в виде газотурбинной энергоустановки, включающей газотурбинный двигатель 1 с отводом части сжатого воздуха от компрессора 10, размещенного после входных (по воздуху) теплообменника 6 (по холодному контуру), оросителя 7 и эжектора 8 и перед выходными (по холодному контуру) теплообменником 2 и источником водно-воздушного аэрозоля 5 и рабочей камерой 4, а также отводом отработавших газов после свободной турбины 13, размещенного перед входным теплообменником 6 (по горячему контуру) и рабочей камерой 4 или входным теплообменником 6, эжектором 3, выходным теплообменником 2 (по горячему контуру) и выпуском в атмосферу.

Устройство для стерилизации включает газовую турбинную установку 1 (ГТУ), перегреватель сжатого воздуха 2, устройство 3 для ввода в поток выхлопных горячих газов отработавшего в рабочей камере (ферментаторе) 4 сбросного воздуха, устройство подготовки воздуха 5 (водно-воздушный источник аэрозоля), дополнительный к стерилизатору теплообменник 6, увлажнитель 7, эжектор 8, устройство 9 (например, трехходовый клапан или система жалюзи). В ГГУ входят: осевой компрессор 10, газовая турбина высокого давления 11, камера сгорания 12, сводная турбина 13, пусковой двигатель 14, топливный насос 15, электрогенератор 16.

Теплообменник-перегреватель 2 служит для повышения температуры сжатого воздуха и увеличения времени нахождения его при стерилизующей температуре. Эжектор 3 служит для ввода сбросного воздуха в струю горячих выхлопных газов для стерилизации перед выбросом в атмосферу. Устройство 9 служит для переключения с режима стерилизации воздуха на режим стерилизации предметов. Остальные переключающие воздух и газ устройства условно не показаны. Увлажнитель 7 насыщает воздух парами и каплями воды.

Работа термического стерилизатора включает два цикла.

Цикл стерилизации оборудования перед началом эксплуатации рабочей камеры 4 и цикл аэрации ферментируемой культуры в камере 4 для обеспечения культуры кислородом и снятия избытков теплоты ферментации.

В цикле стерилизации оборудования термический стерилизатор работает следующим образом.

Отходящие при работе ГТУ 1 выхлопные газы отводятся с температурой 720 - 800^oC со свободной турбины 13 в "горячий контур" теплообменника-доводчика 6, где температура газов доводится до уровня 250 180^oC потоком холодного воздуха, идущим к компрессору 10 через "холодный" контур теплообменника-доводчика 6. От теплообменника-доводчика 6 выхлопные газы направляются по трубопроводу (на чертеже двойная линия) в рабочую камеру-ферментатор 4, заполненный оборудованием. Пройдя через камеру 4 выхлопные газы сбрасываются с трубопровод за теплообменником-перегревателем сжатого воздуха 2 в окружающую среду.

В цикле аэрации ферментируемой в камере 4 культуры наружный воздух через эжектор 8, "холодный" контур теплообменника-доводчика 6 и насытитель парами влаги 7 по всасывающему тракту поступает в ГТУ 1. Пылинки с микроорганизмами на них движутся между лопатками и направляющими аппаратами компрессора по более резким траекториям, чем воздух и соударяются с ними. Поэтому пылинки нагреваются до более высоких температур, чем воздух и стерилизуются. Воздух отводится от компрессора 10 с температурой в интервале 415-385^oC к "холодному" контуру теплообменника-перегревателя 2. При этом сжатый воздух в "холодном" контуре перегревателя 2 выдерживается до полной стерилизации и через устройство подготовки воздуха 5, например, турбодетандер-формирователь тумана (водного аэрозоля) при нормальном давлении направляется в ферментатор 4. В ферментаторе 4 водный аэрозоль (воздух) охлаждает ферментируемый субстрат и выводится к эжектору 3. В эжекторе 3 отработавший воздух подмешивается в струю выхлопных газов с температурой 800 720^oC. При этом все белки, которые могли быть захвачены отходящими из ферментатора 4 воздухом, денатурализуются (коагулируют) и выбрасываются в атмосферу в виде небольшой пыли.

В ветви стерилизации предметов, например, располагаемых в ферментаторе 4 (на чертеже ветвь обозначена двойной линией) сбросные газы после свободной турбины используются как высокотемпературное рабочее тело. Температура рабочего тела регулируется в теплообменнике-доводчике 6 подачей наружного воздуха через всасывающий тракт компрессора.

Изобретение увеличивает степень стерилизации механическими воздействиями на пыль входящего воздуха и сбросного отработавшего воздуха, снижает материалоемкость. Кроме того, изобретение позволяет использовать нагрев и механические воздействия лопаток и спрямляющих аппаратов компрессора а также сбросное тепло газовой турбины для стерилизации воздуха в цикле использования газотурбинной установки как источника энергии по прямому назначению. Это повышает полезность газовой турбинной установки и КПД всего устройства.

Формула изобретения

1. Устройство для стерилизации, включающее источники водного воздушного аэрозоля, бактерицидного света, термопреобразователи, воздуховоды, побудитель движения воздуха и рабочую камеру, отличающееся тем, что побудитель движения воздуха, размещенный перед источником водно-воздушного аэрозоля, источник бактерицидного света и термопреобразователь выполнены в виде двигателя внутреннего сгорания (ДВС), состоящего соответственно из компрессора, снабженного промежуточным выводом и частичным отводом сжатого воздуха, камеры сгорания и дополнительно снабженного увлажнителем и регулируемыми эжекторами на входе наружного воздуха в ДВС и на выходе выхлопных газов, а также двумя теплообменниками, размещенными на пересечениях раздвоенного тракта для выхлопных газов с трактом для ввода в ДВС подогретого и увлажненного наружного воздуха с трактом для отводимой от компрессора части сжатого воздуха, причем трубопровод тракта для подогретого наружного воздуха от "холодного" контура теплообменника введен в увлажнитель и во всасывающий патрубок эжектора на входе наружного воздуха в ДВС, трубопровод тракта для отводимой от компрессора части сжатого воздуха после "холодного" контура теплообменника введен в источник водно-воздушного аэрозоля и в рабочую камеру, выполненную в виде камеры ферментации, а трубопровод от камеры ферментации введен во всасывающий патрубок эжектора на выходе выхлопных газов, при этом трубопровод тракта для выхлопных газов через "горячий" контур теплообменника или мимо него через запорно-регулирующую заслонку введен в камеру ферментации с размещенным в ней оборудованием, а из нее в окружающую среду.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник механических воздействий на пыль выполнен в виде компрессора, а осевой компрессор, газовая турбина высокого давления, камера сгорания, свободная турбина, пусковой двигатель, топливный насос, электрогенератор в виде газотурбинной установки.

РИСУНКИ

Рисунок 1