УСТАНОВКА ДЛЯ СТЕРИЛИЗАЦИИ ЖИДКИХ СРЕД Российский патент 2002 года по МПК A61L2/00 

Изобретение относится к устройствам для получения асептически чистых водных растворов с заданной концентрацией минеральных и органических веществ и может быть использовано в микробиологической, медицинской, пищевой промышленности и исследовательской практике.

За прототип выбран "Способ стерилизации питательных сред и ферментационного оборудования и установка для его осуществления", (патент РФ 1578875, А 23 L 3/16, С 12 М 1/00, опубл. БИ 11 от 15.06.94 года).

Установка обеспечивает стерилизацию ферментационного оборудования и питательных сред в условиях замкнутой пароконденсационной рециркуляции водяного пара между стерилизационной камерой и ферментером, выполняющим функцию приемной емкости стерильной среды.

Установка для стерилизации питательных сред и ферментационного оборудования содержит соединенные циркуляционным контуром ферментер, стерилизационную камеру, насос, каплеотделитель и конденсатор паров растворителя, а также блок управления. Каплеотделитель и конденсатор паров растворителя последовательно установлены в циркуляционном контуре между ферментером и насосом на линии возврата паров растворителя из ферментера в стерилизационную камеру. Кроме указанного оборудования установка содержит емкость для растворителя или воды, датчик давления, установленный в стерилизационной камере, датчик температуры, установленный в ферментере, люк для загрузки питательной среды и управляемые клапаны. Установка стерилизует концентрированные питательные среды с разбавлением конденсатом пара, образующимся в процессе нагрева исходной среды до температуры кипения и стабилизации заданной температуры в течение всего цикла стерилизации среды.

Недостатком известной установки является то, что разбавление питательной среды в процессе ее стерилизации происходит в неконтролируемых условиях, вследствие этого, неизвестно, какой объем конденсата образовался в процессе нагрева исходной среды до температуры кипения, в связи с чем значительно затруднены расчеты исходных параметров питательных сред.

Объем разбавления исходной среды в процессе ее нагрева зависит от многих факторов, включающих объем исходной среды, геометрию и объем используемого ферментера, температуру окружающей среды, мощность нагревательного элемента и производительность насоса, перекачивающего конденсат из ферментера в стерилизационную камеру - парогенератор, что требует дополнительных затрат при реализации процессов стерилизации питательных сред.

Известно, что ферментационные установки, как правило, кроме ферментера содержат значительное количество вспомогательного технологического оборудования, подключенного к ферментеру, например устройства титрования растворов для регулирования pH культуральной среды и коррекции компонентов питания или устройства для стерильного отбора проб и слива синтезированных продуктов из ферментера. Все указанные устройства создают разветвленную сеть трубопроводов, подлежащих стерилизации, и не могут быть реализованы по указанному изобретению, что сокращает возможности его использования.

Технический результат изобретения заключается в повышении качества стерилизуемых растворов и расширении области использования установки.

Этот результат достигается тем, что установка для стерилизации жидких сред, содержащая камеру для стерилизации жидких сред, снабженную конденсатором пара, емкость для воды, приемную емкость, датчик температуры и датчик давления пара, сеть трубопроводов с клапанами и блок программного управления, отличающаяся тем, что дополнительно снабжена парогенератором с установленным в нем датчиком температуры и трубкой уровня воды, загрузочной емкостью фиксированного объема для загрузки воды в парогенератор, снабженной конденсатором пара, размещенной над парогенератором и подключенной трубопроводами с клапанами к трубке уровня паровой полости парогенератора и емкости для воды, дозатором исходной среды, подключенным трубопроводами с клапанами к источнику исходной среда, парогенератору, камере для стерилизации жидких сред и дренажному сливу, паростерилизуемым разъемом, выполненным в виде клапанного узла, снабженного штуцером с герметизируемой заглушкой для присоединения к приемной емкости и подключенным посредством трубопровода с клапаном к камере для стерилизации жидких сред, а посредством трубопроводов к парогенератору и дренажному сливу, при этом камера для стерилизации жидких сред выполнена в виде емкости фиксированного объема, снабженной дополнительным датчиком температуры.

На чертеже представлена функциональная схема установки для стерилизации жидких сред паром (далее установка).

Установка содержит парогенератор 1 с нагревателем (на чертеже не показан) с датчиком 2 давления, датчиком 3 температуры и трубкой 4 уровня воды, загрузочную емкость 5 с конденсатором 6 пара, камеру 7 для стерилизации жидких сред с конденсатором 8 пара и датчиком 9 температуры, дозатор 10 исходной среды, паростерилизуемый разъем 11 со штуцером 12 и заглушкой 13, стерильную приемную емкость 14 со шлангом 15 и зажимом 16, закрепленным на консоли указанного шланга, емкость 17 для воды, источник 18 исходной среды, источник 19 холодной воды, дренажный слив 20, управляемые клапаны 21; 22; 23; 24; 25; 26; 27; 28; 29; 30; 31; 32; 33; 34 ;35 и блок 36 программного управления.

Загрузочная емкость 5 с конденсатором 6 пара подключена посредством трубопроводов с клапанами к емкости для воды 17, трубке уровня 4 и паровой полости парогенератора 1.

Дозатор исходной среды 10 выполнен в виде емкости фиксированного объема и посредством трубопроводов с клапанами подключен к источнику 18 исходной среды, парогенератору, к камере 7 для стерилизации растворов и дренажному 20 сливу.

Паростерилизуемый разъем выполнен в виде клапанного узла, подключенного посредством трубопроводов к парогенератору 1, дренажному сливу 20 посредством трубопровода с клапаном к камере стерилизации жидких сред 7, и снабжен штуцером 12 для слива стерильной среды, конденсата или пара потребителю.

Датчики давления 2, температуры 3 и управляемые клапаны 21; 22; 23; 24; 25; 26; 27; 28; 29; 30; 31; 32; 33; 34; 35 соединены с блоком управления 36, обеспечивающим работу установки по заданным программам.

Перед началом работы к клапану 21 подключают источник 18 с исходной средой, со штуцера 12 паростерилизуемого разъема 11 снимают заглушку 13 и на штуцере 12 закрепляют свободный конец шланга 15, отсеченного зажимом 16 от приемной емкости 14. К клапанам 26 и 34 подключают источник 19 воды, а сливные трубопроводы конденсаторов 6 и 8 пара и паростерилизуемого разъема 11 подключают к дренажному сливу 20. Далее, на блоке 36 управления задают параметры режима работы парогенератора 1 по температуре (в диапазоне 105-120^oС) и производят включение программы "Парогенератор".

С запуском указанной программы включается нагревательный элемент, расположенный в парогенераторе. Вода в парогенераторе 1 нагревается до заданной температуры и поддерживается посредством релейного включения и отключения нагревательного элемента по сигналу с датчика 3 температуры.

При достижении температуры 105^oС в парогенераторе 1 автоматически включается программа "Загрузка парогенератора", которая непрерывно выполняется по следующему алгоритму:
- открываются клапаны 35 и 32, при этом под действием избыточного давления в парогенераторе 1, по трубке 4, через загрузочную емкость 5 в емкость для воды 17 отводится лишняя вода и воздух, выделившийся из воды при нагреве до 105^oС, а затем и насыщенный водяной пар, которым активно продувается загрузочная емкость 5;
- через заданное время клапаны 35 и 32 закрываются и открывается клапан 34, парогенератор 1 и загрузочная емкость 5 герметизируются, при этом давление и температура насыщенного водяного пара в парогенераторе повышаются до заданных значений, контролируемых датчиками 2 и 3, а через клапан 34 в конденсатор 6 из источника 19 поступает холодная вода, посредством которой загрузочная емкость 5 охлаждается с установлением в ней отрицательного давления пара;
- через заданное время клапан 34 закрывается и открывается клапан 32 и загрузочная емкость 5 полностью заполняется водой, поступающей из емкости для воды 17;
- через заданное время клапан 32 закрывается и открываются клапаны 33 и 35, при этом под действием давления пара в парогенераторе 1 и водяного столба, образованного размещением загрузочной емкости 5 выше парогенератора 1, вода из загрузочной емкости 5 перетекает в парогенератор 1;
- через заданное время клапан 33 в 35 закрываются и выдерживается временная пауза, которая задается в зависимости от внешнего потребления пара, после которой указанный алгоритм повторяется.

После стабилизации заданного режима работы парогенератора 1 выполняется процедура промывки и стерилизации камеры 7 для стерилизации жидких сред и паростерилизуемого разъема 11. Для проведения указанных процедур на блоке 36 управления установкой включают программу "Стерилизация разъема", которая выполняется по алгоритму:
- открываются клапаны 25; 27; 28; 29; 30; 31, при этом пар из парогенератора 1 по разветвленной сети трубопроводов протекает через камеру для стерилизации жидких сред 7, паростерилизуемый разъем 11 и через клапан 29 отводится в дренажный слив 20;
- через заданное время клапаны 28 и 29 закрываются и открывается клапан 26, через который в конденсатор 8 из источника 19 поступает холодная вода и отводится в дренажный слив 20. При протоке холодной воды через конденсатор 8 выполняется работа по конденсации и накоплению конденсата пара в камере для стерилизации жидких сред 7, а также активизируется проток пара через паростерилизуемый разъем 11, посредством которого стерилизуются штуцер 12 и отрезок шланга 15 до зажима 16;
- через заданное время клапан 26 закрывается в открываются клапаны 25 и 29, при этом под давлением пара конденсат, образовавшейся в камере для стерилизации жидких сред 7, в виде пароводяной смеси через клапаны 27, 30 и 29 вытесняется в дренажный слив 20, что активизирует промывку камеры для стерилизации жидких сред 7 и ее разгрузочного трубопровода с клапанами 27 и 30;
- через заданное время клапаны 25; 27; 29; 30; 31 закрываются и программа "Стерилизация разъема" выключается.

После выполнения программы "Стерилизация разъема" с консоли шланга 15 снимают (открывают) зажим 16 и приступают к реализации основного процесса - стерилизации жидких сред.

Для выполнения программы "Стерилизация среды" на блоке 36 управления задают параметры температуры стерилизации и количество циклов загрузки дозатора 10 исходной среды и производят запуск указанной программы, которая выполняется по следующему алгоритму:
- открываются клапаны 22; 23; 24, при этом пар из арогенератора 1 через клапан 22 поступает в дозатор исходной среды 10 и через клапаны 23 и 24 вытесняется в дренажный слив 20;
- через заданное время закрываются клапаны 22; 23 и 24 и дозатор исходной среды 10 охлаждается и вакуумируется за счет конденсации насыщенного водяного пара при охлаждении окружающим воздухом;
- через заданное время открывается клапан 21 и дозатор исходной среды 10 заполняется исходной средой из источника 18;
- через заданное время клапан 21 закрывается, открываются клапаны 22; 23 и под действием пара дозатор исходной среды 10 разгружается в камеру для стерилизации жидких сред 7;
- через заданное время клапаны 23 и 22 закрываются и открывается клапан 28, через который насыщенный водяной пар из парогенератора 1 поступает в камеру для стерилизации жидких сред 7;
- при достижении в камере для стерилизации жидких сред 7 температуры 105^oС открываются клапаны 25 и 24 и под действием избыточного давления пара в камере для стерилизации жидких сред 7 осуществляется ее продувка с отводом в дренажный слив 20 воздуха, выделившегося из стерилизуемой среды в процессе ее нагрева в камере для стерилизации жидких сред 7;
- через заданное время клапаны 24 и 25 закрываются и в камере для стерилизации жидких сред 7 температура стерилизуемой среды повышается до заданного значения;
- при достижении в камере для стерилизации жидких сред 7 заданной температуры автоматически включается алгоритм ее стабилизации, посредством которого при превышении заданной температуры открывается клапан 26 и в конденсатор 8 пара поступает холодная вода, а при снижении заданной температуры клапан 26 закрывается. Проток холодной воды через конденсатор 8 вызывает резкое падение давления пара и гомогенное вскипание стерилизуемой среды и ее перемешивание под действием пара, что приводит к снижению времени инактивации микрофлоры в стерилизуемой среде, а гомогенное перемешивание среды к сохранению ее физиологической активности;
- через заданное время клапан 28 закрывается и открываются клапаны 27 и 30 и стерильная среда из камеры для стерилизации жидких сред 7 разгружается в приемную емкость 14;
- через заданное время клапаны 30 и 27 закрываются и процесс стерилизации единичной дозы среды завершается.

Количество заданных циклов стерилизации отрабатывается автоматически, после чего указанная программа останавливается.

Для доведения стерилизуемых сред до заданной концентрации на блоке 36 управления задают температуру пара в парогенераторе 1 и время производственного цикла, после чего включают программу "Дистиллятор", при запуске которой отрабатывается следующий алгоритм:
- открываются клапаны 25 и 26 и в камере для стерилизации жидких сред 7 происходит накопление конденсата, образованного из насыщенного водяного пара, поступающего из парогенератора 1 на охлаждаемую поверхность конденсатора 8 пара;
- через заданное время клапан 26 закрывается и открываются клапаны 27 и 30, через которые камера для стерилизации жидких сред 7 разгружается в приемную емкость 14. Объем разбавления контролируется визуально, при этом прекращение подачи конденсата в емкость 14 осуществляется путем пережатия шланга 15 зажимом 16.

После прекращения слива конденсата программу "Дистиллятор" выключают. Высокое качество стерилизации жидких сред достигается за счет использования следующих устройств:
- дозатора, что позволяет производить загрузку камеры для стерилизации жидких сред фиксированным объемом исходной среды и обеспечивает высокую стабильность и воспроизводимость заданных режимов стерилизации;
- конденсатора пара и датчика температуры, размещенных в камере для стерилизации жидких сред, которые обеспечивают реализацию наиболее эффективного способа перемешивания стерилизуемой среды воздействием насыщенного водяного пара в условиях контроля и управления параметрами стерилизации, что ускоряет инактивацию микроорганизмов в стерилизуемой среде, препятствуя карамелизации термолабильных компонентов среды и засорению стенок камеры для стерилизации жидких сред отложениями солей, а также обеспечивает контроль за концентрацией стерилизуемых сред;
- паростерилизуемого разъема, обеспечивающего разлив стерильной среды в асептически чистых условиях;
- устройства для загрузки парогенератора, включающего загрузочную емкость и трубку уровня воды в парогенераторе, что позволяет производить насыщенный водяной пар высокого качества, так как в парогенераторе поддерживается стабильный уровень парообразующей воды и осуществляются продувки парогенератора, исключающие накопление в нем газовых примесей.

Расширение сферы использования установки обеспечивается:
- непрерывной работой парогенератора и камеры для стерилизации жидких сред;
- наличием разъема, обеспечивающего разлив стерильных сред в асептически чистых условиях;
- возможностью использования установки в качестве устройства для получения дистиллированной воды и генератора насыщенного водяного пара.

Изобретение относится к устройствам для получения асептически жидких сред и может быть использовано в микробиологической, медицинской, пищевой промышленности и исследовательской практике. Установка для стерилизации жидких сред содержит дозатор, конденсатор пара и датчик температуры, паростерилизуемый разъем и устройство для загрузки парогенератора. Использование установки обеспечивает высокое качество стерилизации. 1 ил.

Установка для стерилизации жидких сред, содержащая камеру для стерилизации жидких сред, снабженную конденсатором пара, емкость для воды, приемную емкость, датчик температуры и датчик давления пара, сеть трубопроводов с клапанами и блок программного управления, отличающаяся тем, что дополнительно снабжена парогенератором с установленным в нем датчиком температуры и трубкой уровня воды, загрузочной емкостью фиксированного объема для загрузки воды в парогенератор, снабженной конденсатором пара, размещенной над парогенератором и подключенной трубопроводами с клапанами к трубке уровня, паровой полости парогенератора и емкости для воды, дозатором исходной жидкой среды, подключенным трубопроводами с клапанами к источнику исходной жидкой среды, парогенератору, камере для стерилизации жидких сред и дренажному сливу, паростерилизуемым разъемом, выполненным в виде клапанного узла, снабженного штуцером с герметизируемой заглушкой для присоединения к приемной емкости, и подключенным посредством трубопровода с клапаном к камере для стерилизации жидких сред, а посредством трубопроводов к парогенератору и дренажному сливу, при этом камера для стерилизации жидких сред выполнена в виде емкости фиксированного объема, снабженной дополнительным датчиком температуры.