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 160oC время составляет 60 мин, а стерилизация при 180oC 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 - 800oC со свободной турбины 13 в "горячий контур" теплообменника-доводчика 6, где температура газов доводится до уровня 250 180oC 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 415-385oC 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 720oC. 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.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
КОМПЛЕКС ДЛЯ ХРАНЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ПРОДУКЦИИ | 1993 |
|
RU2060628C1 |
СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ ГРИБОВ КОЛЬЦЕВИК | 1993 |
|
RU2065263C1 |
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАГРУЗКИ И ВЫГРУЗКИ КОРНЕКЛУБНЕПЛОДОВ | 1992 |
|
RU2061352C1 |
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАБОРА СЫПУЧИХ ГРУЗОВ | 1992 |
|
RU2031067C1 |
ТЕПЛИЦА | 2001 |
|
RU2192123C1 |
СОЕДИНЕНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ | 1999 |
|
RU2254423C2 |
ЗИГЗАГООБРАЗНЫЙ ЖЕЛОБ | 1992 |
|
RU2042587C1 |
СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ РАСТЕНИЙ | 1999 |
|
RU2203533C2 |
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАБОРА СЫПУЧИХ ГРУЗОВ | 1992 |
|
RU2042599C1 |
ЗАГРУЗОЧНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЫПУЧЕГО МАТЕРИАЛА | 1990 |
|
RU2029711C1 |
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.
ДЕЗИНФЕКЦИИ ВОЗДУХА | 0 |
|
SU323933A1 |
Устройство для сортировки каменного угля | 1921 |
|
SU61A1 |
Авторы
Даты
1997-08-27—Публикация
1994-01-18—Подача