应用于生物反应设备中的真空安全保护装置.doc

应用于生物反应设备中的真空安全保护装置真空负压对于流程设备来说是一种灾难。严重时会造成人身危险事故，轻微时会加重设备的磨损。瑞士生物工程技术公司研发设计了一种真空阀，可作为紧急情况报警装置使用。它能避免很多危险的事故，能够预防生物工程设备磨损件的提前损坏。生物反应釜是一种压力容器，一般情况下，其可承受的压力大约为6bar（1bar=105Pa）。应适当采取安全保护措施，例如防爆膜、超高温监控系统、压力调节系统或者安全阀等，以避免整个系统超过最高允许工作压力，在压力容器的生产制造中也对此作了强制性的规定。然而，应用于生物反应器中的负压技术也有一定的危险性，这些壁厚较大的压力容器并不适合于所有领域。发酵罐和杀菌消毒设施中真空的危险性往往被人们所低估了。真空从何而来发酵罐中如何生成的真空？在消毒过程中，温度达到121时，反应釜中的物质在压力的作用下蒸发为气体，然后在冷凝温度下凝结成水。当空气从釜顶的排气口排出之后，反应釜与其配套的外部设备必须是气密的，否则蒸汽将会在不受控的情况下溢出。当在含氧量很高的环境中进行微生物的培养时，通常都是用调压阀控制釜内的压力，以提高空气的进入量。此时，多数情况下要使用比消毒压力更低的负压，以保证系统连接的定量系统和仪器没有危险。真空可在两个生产流程之间产生，例如杀菌消毒和反应釜清空等生产流程之间。在杀菌、消毒过程中，反应釜的上半部分充满了炽热的蒸汽，以保证容器内部能够达到杀菌消毒的温度。在这一加热过程中，空气随着蒸汽进入容器内部。在杀菌消毒的冷却阶段，蒸汽再次冷凝成水，而凝结后的水所占用的空间明显要小于蒸汽，从而形成了真空。同样的情况也可能发生在蒸汽流过的其它容器中。凡是未受消毒过滤器保护的位置都必须是气密的，否则将会在压力容器排气时产生气雾胶，污染周围的环境。在形成真空时，含有杂质的空气可能会通过泄漏而渗入到容器内部，对生物反应釜造成污染。真空的形成会对压力容器及其外设造成极大的损害，因此必须避免形成真空。由于真空的形成对压力容器的内部和外部形成了较大的压力差，当压力的差值超过了允许的压力差时，可能使生物反应釜失效而无法正常工作。与这些容器连接的管道（视其在真空应用中的用途）也有可能因此而受到损伤。情况严重时，可导致内爆，造成操作人员的伤亡，并对环境造成危害。由此造成的严重危险事故毕竟还只是少数情况，但流程设备的操作者长期以来一直不断地遇到轻微的负压现象，随之而来的是各种不同程度的设备部件损坏。首先是膜片阀的强烈受损，因为强大的负压往往将膜片吸离其正确的位置，造成膜片阀提前损坏、维护保养周期缩短。通常负压还会作用到膜片阀的内部，造成膜片扭曲，使得膜片阀不再密闭。其它与其连接的仪器设备也会因真空负压的作用而很快磨损。如何避免真空负压无论压力容器是否按照真空使用条件而设计，都必须采取措施避免真空负压的出现。在小型微生物培育器中，一般可通过在适当的时间开启和关闭排气阀来避免真空负压。而大型的生物工程设备则不同，它们有着很高的自动化程度，在杀菌消毒的冷却过程中出现的真空负压可由生物流程设备的控制系统自动予以排除和避免。同样，在清空压力容器时，也可以通过控制程序防止真空负压的出现。在这两种自动控制过程中，通常都是采用增压防真空技术来避免真空负压，即通过进气过滤器吹入大量的空气，防止真空负压的形成。在清空压力容器，吹入大量空气的同时还关闭排气阀，以保证快速地充满气体。在完成杀菌消毒之后，既可以立即打开排气阀，也可以在反应釜完全冷却之后再打开反应釜。一种替代增压防真空吹气的方法是在杀菌消毒冷却阶段开启排气阀，使消毒后的空气回流到反应釜中。但如果电力能源供应出现意外，或者输气系统出现问题，造成增压防真空吹气时没有空气可供吹入，这时又该如何处理呢？还有诸如进气管道堵塞、电气控制线路的故障或者错误，或者非专业的控制操作等等错误的发生，都可能带来灾难性的后果。因此，就像高压情况的紧急处理系统一样，配备一套真空负压的紧急处理系统是有必要的。真空负压紧急处理系统一种经济实用的真空负压保护装置-真空中断阀解决了上述问题。这种阀已经成为非消毒容器和管道中防范真空负压的常用标准部件了。根据使用情况和规格大小的不同，真空中断阀分为单向阀式、盘阀式、电磁式或者膜片式等多种结构型式。根据其开启压力的大小不同，它们按照环境大气压和真空负压之间的压力差开启，并吸进空气。在菌株培育设备中，只有将真空中断阀安装在杀菌消毒的区域之内才有意义。因此通常将其安装在培育器侧的排气和进气过滤器处。传统的防真空负压控制阀存在的问题是：它们不适合在杀菌消毒的应用领域中使用。因此，瑞士生物过程技术公司首次研发设计了适合于在杀菌消毒领域中使用的真空负压控制阀。它由不锈钢（316L，1.4435）制成，它的密封件是符合杀菌消毒卫生条件要求的EPDM。它们可以焊接在经消毒后的不同排气管道上（直径最小350mm）。其设计结构使它和流程生产设备一样具有杀菌消毒和CIP清洁消毒的能力。在正常的生产情况下，该