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超高温灭菌器及其用途.pdf

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超高温 灭菌 及其 用途
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摘要
申请专利号:

CN201310004464.5

申请日:

2013.01.06

公开号:

CN103910395A

公开日:

2014.07.09

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法?#19978;?#24773;: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):C02F 1/02申请日:20130106|||公开
IPC分类号: C02F1/02 主分类号: C02F1/02
申请人: 中石化上海工程有限公司; 中石化炼化工程(集团)股份有限公司
发明人: 李陈江; 杨军
地址: 200120 上海市浦东新区张杨路769号
优?#28909;ǎ?/td>
专利代理机构: 上海申新律师事务所 31272 代理人: 张惠明
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法律状态
申请(专利)号:

CN201310004464.5

授权公告号:

||||||

法律状态公告日:

2015.10.21|||2014.08.06|||2014.07.09

法律状态类?#20572;?/td>

授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明涉及一种超高温灭菌器及其用途,主要解决现有技术存在蒸汽能耗大,易造成二次污染,灭菌终点不能有效控制,热污染影响环境的问题。本发明通过采用包括预热区、灭菌区、保温区和冷却区;各区之间采用卡箍式连接;预热区、灭菌区和保温区均为可通入蒸汽加热的容器或用夹套加热的管式设备;冷却区为用夹套冷却的管式设备的技术方案较好地解决了该问题,可用于处理生物制药废水的工业生产中。

权利要求书

权利要求书
1.  一种超高温灭菌器,包括预热区、灭菌区、保温区和冷却区;各区之间采用卡箍式连接;预热区、灭菌区和保温区均为可通入蒸汽加热的容器或用夹套加热的管式设备;冷却区为用夹套冷却的管式设备。

2.  根据权利要求1所述的超高温灭菌器,其特征在于所述预热区、灭菌区和保温区均为用夹套加热的管式设备。

3.  根据权利要求1所述的超高温灭菌器,其特征在于所述预热区、灭菌区、保温区和冷却区内,管程均为螺旋管?#38382;健?BR>
4.  根据权利要求3所述的超高温灭菌器,其特征在于所述螺旋管为不锈钢薄壁管,内表面电抛光,其表面粗糙度Ra=0.2~0.8um;整个螺旋管采用自动?#19981;?#28909;熔式焊接。

5.  根据权利要求3所述的超高温灭菌器,其特征在于所述螺旋管的?#26412;禿与其螺旋?#26412;禗之比为1:(5~20),螺旋管的螺旋步长h与螺旋管的?#26412;禿之比为1:(1.1~4)。

6.  根据权利要求5所述的超高温灭菌器,其特征在于所述螺旋管的?#26412;禿与其螺旋?#26412;禗之比为1:(8~15),螺旋管的螺旋步长h与螺旋管的?#26412;禿之比为1:(1.5~3)。

7.  根据权利要求1所述的超高温灭菌器,其特征在于所述夹套的内外圆?#26412;禗1、D2与螺旋管的?#26412;禿、螺旋?#26412;禗之间的关系满足:D2>D>D1,(D2-D1)>2d;夹套内设有导流挡板。

8.  权利要求1所述的超高温灭菌器用于处理含活菌或活?#38236;?#29983;物制药废水。

9.  根据权利要求8所述的超高温灭菌器的用途,其特征在于所述预热区的温度为60~99℃,灭菌区的温度为101~133℃,保温区的温度为100~126℃;保温区内的停留时间为大于等于1秒。

10.  根据权利要求9所述的超高温灭菌器的用途,其特征在于所述预热区的温度为75~99℃,灭菌区的温度为 105~130   ℃,保温区的温度为105 ~121℃;保温区内的停留时间为3~60秒。

说明书

说明书超高温灭菌器及其用途
技术领域
本发明涉及一种超高温灭菌器及其用途。
背景技术
生物医药技术是以现代生命科学理论为基础,利用生物体及其组成部分,通过基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程等生物技术手段,进行研发和生产医药产品的综合技术。由于传统的化学新药研发面临着难度不断增大、成本不断上升、周期不断延长、成功率不断?#26723;?#30340;局面,同时由于生物技术的不断发展和进步,特别是人类基因组计划的完成,使得人们把目光逐步关注到生物技术领域,从而?#32929;?#29289;医药产业有了长足的发展。
由于生物医药技术主要是利用生物体及其组成部分,运用现代生物工程技术来研发和生产药品,因此生产过程的生物安全性是必须关注的重点。在生物发酵、细胞培养过程中,会用到/或产生具有生物活性的组织细胞成分,或含有生物毒性的物质,这些生产过程产生的中间体/废弃?#28023;?#24517;须经过灭活处理后,才能进入下一工序/或排放至污水管网作进一步的污水处理。例如在生物?#30772;?#29983;产中,大肠杆菌作为外源基因表达的宿主,其高效稳定且适应性强,操作简单、经济性好,是基因工程中广泛采用的工程菌。但由于大肠杆菌的致病性较强,传播途径多(水、食物、直接接触等),具有很强的传染性,如引起肠道外感染、腹泻等。因此,对于采用类似大肠杆菌?#26579;?#26377;一定生物活性的物质,其生产过程必须与普通环境?#32454;?#38548;离,同时其生产过程中排放出的废水必须经过生物降解/灭活处理,彻底消除其活性后,才能排放至普通的污水系统,以免活性成?#20013;?#28431;造成四周环境的生物污染事件。
同样在一些具有高污染风险的生物?#30772;?#22914;卡介苗、流感疫苗、狂犬疫苗等的生产中,会用到一些具有生物毒性的物质如具有活?#38236;?#29275;结核杆菌、流感病毒、狂犬病?#38236;?#36827;行接种培养传代,以得到具有免疫能力的减毒菌株。这些生物?#30772;?#30340;生产中,也用到具有毒性物质的菌株。因此这些生产工序也必须?#32454;?#19982;其他区域分开,其产生的污水也必须单独收集并经过灭活处理后,才能排放至普通污水处理站进一步处理。
由此可知,在生物医药生产过程中,生物安全性是首要关注的问题,必须在保证生产过程的生物安全绝对有保障的前提下,才能进行生物?#30772;?#30340;生产。
关于生物医药生产中含活菌/活毒废水的处理,工程上一般有两?#22336;?#27861;:化学法和物理法。其中化学法(例如文献CN101215066)是将所产生的含活菌/活毒废水单独收集后,加入化学物质(一般是氢氧化钠溶?#28023;?#21033;用其强碱性特点,将含活菌/活毒微生物的蛋白质分子破坏,从而消除其生物活性。但这?#22336;?#27861;有局限性,不能使所有微生物被降解。另一?#22336;?#24335;即物理法,利用大部分微生物蛋白分子不能耐高温的特点,通过蒸汽加热废水,使得微生物的蛋白?#26102;?#24615;、从而达?#36739;?#38500;其活性/毒性的目的,并安全排放。
目前在生物医药工业中常用的含活菌/活毒废水热力灭菌法,均为间歇灭菌法,也称批量灭菌法。就是将生产中产生的活性/毒性废水专门收集后,在收集罐内直接通入高温蒸汽(一般是0.1MPa,121℃)并维持一定时间(一般在5min~10min),使得废水中微生物蛋白质分子在长时间高温作用下凝固变性,从而失去其固有的活性。采用这?#22336;?#27861;处理后的废水其生物活性也得到了消除。
这种传统工艺所的缺点是:a) 间歇操作、时间长、蒸汽能耗大;b) 灭菌过程中废水储罐受压,所以必须采用压力容器;c) 由于蒸汽直接加热,其灭菌前期产生的水蒸气夹带有未彻底灭菌的活性成分逸出,易造成二次污染;d) 间歇式批量操作,罐内温度不均匀,灭菌终点不能有效控制;e) 由于缺少冷却段,灭菌后废水排放时由于压力突然?#26723;停?#23481;易产生二次蒸汽,从而产生热污染,影响操作环境。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是现有技术存在间歇操作蒸汽能耗大,设备耐压要求高,易造成二次污染,灭菌终点不能有效控制,热污染影响环境的问题,提供一?#20013;?#30340;超高温灭菌器。该设备用于处理废水,可连续操作,具有蒸汽耗量?#20572;?#35774;备耐压要求?#20572;?#28781;菌彻底,不会造成二次污染;灭菌终点可得到有效控制;不会产生二次蒸汽影响环境的特点。本发明所要解决的技术问题之二是提供一种与解决技术问题之一相对应的超高温灭菌器的用途。
为解决上述技术问题之一,本发明采用的技术方案如下:一种超高温灭菌器,包括预热区、灭菌区、保温区和冷却区;各区之间采用卡箍式连接;预热区、灭菌区和保温区均为可通入蒸汽加热的容器或用夹套加热的管式设备;冷却区为用夹套冷却的管式设备。
优选地,所述预热区、灭菌区和保温区均为用夹套加热的管式设备。
优选地,所述预热区、灭菌区、保温区和冷却区内,管程均为螺旋管?#38382;健?
更优选地,所述螺旋管为不锈钢薄壁管,内表面电抛光,其表面粗糙度Ra=0.2~0.8um;整个螺旋管采用自动?#19981;?#28909;熔式焊接。
优选地,所述螺旋管的?#26412;禿与其螺旋?#26412;禗之比为1:(5~20),螺旋管的螺旋步长h与螺旋管的?#26412;禿之比为(1.1~4):1。
更优选地,所述螺旋管的?#26412;禿与其螺旋?#26412;禗之比为1:(8~15),螺旋管的螺旋步长h与螺旋管的?#26412;禿之比为(1.5~3):1。
优选地,所述夹套的内外圆?#26412;禗1、D2与螺旋管的?#26412;禿、螺旋?#26412;禗之间的关系满足:D2>D>D1,(D2-D1)>2d。
优选地,夹套内设有导流挡板,引?#25216;?#22871;蒸汽流动。
为解决上述技术问题之二,本发明采用的技术方案如下:所述超高温灭菌器用于处理含活菌或活?#38236;?#29983;物制药废水。
优选地,所述预热区的温度为60~99℃,灭菌区的温度为101~133℃,保温区的温度为100~126℃;保温区内的停留时间为大于等于1秒。
更优选地,所述预热区的温度为75~99℃,灭菌区的温度为 105~130℃,保温区的温度为105 ~121℃;保温区内的停留时间为3~60秒。
最优选地,所述预热区的温度为90~95℃,灭菌区的温度为110~121℃,保温区的温度为110~116℃;保温区内的停留时间为5~30秒。
本发明的超高温灭菌器由四部分组成:预热区、灭菌区、保温区、冷却区。废水在预热区经过预热后,进入灭菌区,在蒸汽的加热下达到设定的温度,使得废水中的微生物蛋白分子变?#22278;?#22833;去活性。灭活后的废水通过保温区进入后续的冷却区,冷却至常温后排放到后续废水处理站。
由于大肠杆菌在75℃,15分钟后即可失去活性,沙门氏菌在60℃,15分钟后即可被杀死,所以灭菌终点可依据测定灭菌段和保温段出料温度来判断。
由于微生物蛋白分子加热凝固而变性,如时间过长则凝固物会粘附在换热管壁,会影响换热效率,因此换热器的结?#32929;?#35745;必须考虑到这一特点。既要增加管内的废水的流动性,?#26723;?#31649;道阻力,同时所选的换热管内壁必须平整光滑,不易积料。理论上管程采用单程直线?#38382;?#26368;为合理,但由此?#19981;?#36896;成换热管过长,整体体积较大的缺点。本发明灭菌器的管程采用了螺旋管的?#38382;劍?#28082;体在管程相同的运?#26032;?#24452;下,整体体积可得到有效控制。另外为?#26723;?#34507;白分子凝固后粘壁现象,管程采用了符合ASME BPE(美国机械工程师协会生物工程设备)标准的304不锈钢薄壁卫生配管,内表面电抛光,其表面粗糙度Ra=0.2~0.8um。整个螺旋管采用自动?#19981;?#28909;熔式焊接,卫生型卡箍连接,保证内表面的光滑无缝隙。另外由于采用螺旋管方式,螺旋管中间空间较大,为减小壳程体积,提高壳程蒸汽换热效率,壳程结构采用了内外圆形套筒?#38382;健?
本发明灭菌器在后续增设了保温区,使废水达到灭菌温度后再保持至少1秒的时间以便彻底杀灭其中的微生物,以保证废水中微生物蛋白分子的彻底灭活,这也正是本发明的关键所在。
本发明设备增加了冷却区,灭菌后废水排放时不会由于压力突然?#26723;?#32780;产生二次蒸汽,从而克服了产生热污染、影响操作环境的问题。
本发明优选方案为利用夹套蒸汽对进入的废水进行加热,加?#26085;?#27773;与废水不直接接触,不会产生灭菌前期产生的水蒸气夹带有未彻底灭菌的活性成分逸出,造成二次污?#38236;?#38382;题。
采用本发明的超高温灭菌器用于处理生物制药废水,与传统的间歇蒸汽灭菌法比较,可连续操作;操作环境无热污染,蒸汽耗量?#20572;?#26368;高可?#26723;?5~20%;不会造成二次污染;去生物活性效果可得到有效控制;取得?#31169;?#22909;的技术效果。
附图说明
图1为本发明超高温灭菌器结构示意图。
图2 为螺旋换热管及其夹套结构示意图。
图1和图2中,1为预热区,2为灭菌区,3为保温区,4为冷却区,5为螺旋环热管,6为卡箍式连接,7为夹套,8为夹套蒸汽入口,9为夹套凝水出口。
图1中,超高温灭菌器包括预热区1、灭菌区2、保温区3和冷却区4。管程走生物制药废水,为螺旋管?#38382;?。预热区1、灭菌区2和保温区3壳程则为加?#26085;?#27773;,优选夹套?#38382;?。冷却区2壳程为冷却介质。各区之间的连接采用卡箍式连接6,这种连接方式其内表面平整光滑,较传统法兰连接缝隙小,不易积料,同时便于拆卸清?#30784;?
图2中,螺旋换热管5采用304不锈钢薄壁卫生配管,内表面电抛光,其表面粗糙度Ra=0.2~0.8um。整个螺旋管采用自动?#19981;?#28909;熔式焊接,保证内表面连接光滑。螺旋管的?#26412;禿与其螺旋?#26412;禗之比为1:(5~20),螺旋管的螺旋步长h(螺距)与螺旋管的?#26412;禿之比为1:(1.1~4)。壳程7优选采用夹套?#38382;劍?#20854;内外圆?#26412;禗1、D2与螺旋换热管?#26412;禿、螺旋?#26412;禗之间的关系满足:D2>D>D1,(D2-D1)>2d。壳程内换热介质可沿螺旋管均匀分布,以提高换热效率,缩短换热时间。
下面通过实施例对本发明作进一步阐述。 
具体实施方式
【实施例1】
重组人生长激素rhGH的生产,是?#28304;?#32928;杆菌为原料,经过接种、培养、筛选等步骤,得到符合要求的菌种,再经发?#20572;?#20998;离,冻融裂解,提取,分离、纯化后?#26723;?#30340;。由于生产过程用到了大肠杆菌作为工程菌,所以生产过程排出的废水(包括配液废水、设备场地清洗废水等)均含有大肠杆菌,具有生物活性,现采用热力灭菌法,去除其活性。
采用图1所?#38236;?#36229;高温灭菌器,处理含大肠杆菌的生物废水。超高温灭菌器采用饱和工业蒸汽进行加热,使得微生物蛋白质凝固变性,从而失去其原始的生物活性。
超高温灭菌器中,采用夹套加热,预热区的出口温度为95℃,灭菌区的温度为121℃,保温区的温度为116℃;保温区内的停留时间为10秒。
按日产生物制药废水9m3,每小时处理1m3生物废水,采用0.2MPa,133℃饱和工业蒸汽进行加热,加?#26085;?#27773;的耗量为188kg/h,换热面积为4m2。超高温灭菌器各区均采用本发明所述的螺旋管式换热器。螺旋换热管由符合ASME BPE标准的304不锈钢薄壁管组成。其中,换热管?#26412;禿=40mm,其螺旋?#26412;禗=400mm,d:D=1:10,各区换热管的总长度L=35m,流体经过的总停留时间为160s。螺旋管的螺距h=50mm,d:h=1:1.25,壳程内径D1=320mm,外径D2=480mm,换热器总长度1.6m。
本发明设备可连续处理废水;操作环境无热污染;加?#26085;?#27773;与废水不直接接触,不会造成二次污染。
【实施例2】
同【实施例1】,只是壳程不是夹套,而是一个套?#30149;?#21152;?#26085;?#27773;直接进入套?#24067;?#28909;,预热区的出口温度为95℃,灭菌区的温度为121℃,保温区的温度为116℃;保温区内的停留时间为10秒。
按日产生物制药废水9 m3,每小时处理1 m3生物废水,采用0.2MPa,133℃饱和工业蒸汽进行加热,加?#26085;?#27773;的耗量为 188kg/h。由于壳程不采用夹套?#38382;劍?#20351;得蒸汽在进入壳程后立即充满整个空间,没有常规壳程导向作用下的定向流动,所?#28304;?#28909;效率比【实施例1】低11%。换热面积相应增大到4.4m2。换热管总长度为L1=38m,换热器总长度1.9m
本发明设备可连续处理废水;操作环境无热污染;加?#26085;?#27773;与废水不直接接触,不会造成二次污染。
【实施例3】
同【实施例1】,只是螺旋换热管?#26412;禿=25mm,其螺旋?#26412;禗=300mm,d:D=1:12,各区换热管的长度L=57m,总停留时间100秒。螺旋管的螺距h=32mm,d:h=1:1.25,壳程内径D1=250mm,外径D2=350mm,换热器总长度2.2m。
本发明设备可连续处理废水;操作环境无热污染;加?#26085;?#27773;与废水不直接接触,不会造成二次污染。由于本发明缩小了换热管径,增大了管内流体流速,所以有利传热效率的提高,流体的停留时间也得?#36816;?#23567;。
【比较例1】
采用传统的间歇蒸汽灭菌法,日产生物制药废水9 m3。采用两个3 m3废水储罐,交替运行。每个储罐内设有饱和蒸汽加热管,0.3MPa饱和蒸汽通过DN50蒸汽管道直接通入废水中,经加热至设定温度(110℃)后,继续保温运行10min,以保证微生物蛋白的彻底凝固变性。
    本方法存在设备投资大(需两台耐压0.3MPa的不锈钢3m3压力容器),蒸汽耗量大(每天需消耗蒸汽2.4t,较连续工艺增加蒸汽消耗约20%),灭活终点不易控制,加?#26085;?#27773;与废水直接接触,易造成二次污?#38236;?#19981;足。

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