Автоклавные: Автоклавные газобетонные блоки в Иркутске по ценам заводов

Автор

Содержание

Автоклавный и неавтоклавный газобетон - отличия

Изначально технология создания газобетона предусматривала его производство только на технологичном производстве. Но со временем спрос на этот материал так возрос, что газобетон автоклавный стал использоваться в равной мере с подобным видом ячеистого материала, произведенного без дополнительной тепловлажностной обработки. И если нырнуть в пучину огромного выбора газобетона неподготовленному новичку, то он может запросто потонуть в потоке предоставляемой информации о нем. Так чем отличается автоклавный газобетон от неавтоклавного и какой лучше всего приобрести? На эти злободневные вопросы найдете ответы в нашей публикации.

Технология производства газобетона

Прежде чем говорить о существенных различиях в свойствах и качестве автоклавного газобетона и блоков естественной выдержки рассмотрим их компонентный состав, который абсолютно идентичен:

  • бездобавочный портландцемент марок М300, М400, иногда используют М500;
  • чистый песок мелких фракций – от 2,0 до 2,5 мм.
  • вода средней жесткости без химических примесей;
  • газообразователь — пудра или паста алюминиевая;
  • вещество запускающее химические реакции вспучивания – известь, вид, состояние и дисперсность которой зависит от способа производства;
  • модификаторы, улучшающие качество конечного продукта – добавляются по желанию и не являются обязательными составляющими.

Еще одно сходство, объединяющее автоклавный и неавтоклавный газобетон – принцип производства раствора.

На первом этапе в соответствии с технологией готовится обычный цементно-песчаный раствор необходимой консистенции. Полученную смесь распределяют по опалубкам. После чего в нее вводится алюминиевый порошок и известь. Именно реакция этих компонентов обеспечивает образования газа, раствор вспучивается, образуя поры.

Дальше технологии расходятся на этапе выдержки и обработки газобетона. При естественном твердении готовый раствор заливается в опалубку, формирующую блоки нужного размера. После набора прочности изделия распалубливают и отправляют на склад готовой продукции.

При использовании автоклава для газобетона, этот этап происходит немного сложнее. А именно, смесь заливают в монолитную опалубку. После ее вспучивания и набора минимальной прочности газобетонную глыбу разрезают на изделия необходимых размеров и отправляют их для дополнительного обжига в автоклав, где поддерживается температура в пределах 200 

0С и давление в 10 Бар. Такие условия по максимуму активируют процессы гидратации цемента и позволяют удалить из бетона лишнюю влагу.

В итоге получается, что изделия естественной сушки – это всего лишь затвердевшая вспученная цементно-песчаная смесь, когда автоклавные газоблоки в процессе обжига образуют новый синтетический компонент – тоберморит, качественно улучшающий характеристики конечного продукта.

Свойства неавтоклавного и автоклавного газобетона

Полученные блоки, изготовленные по двум разным технологиям настолько разные как по виду, так и по своим характеристикам, что даже неопытный обыватель сможет различить их между собой.

Внешние показатели

Первое с чем сталкивается покупатель при выборе, так это с внешним видом материалов. Казалось бы, какая разница как выглядят стеновые блоки, которые впоследствии все равно нужно штукатурить. Однако внешний вид – наиболее точная визуальная характеристика, которая поможет отсеять некачественные изделия.

Геометрические размеры

Если сравнивать газоблоки по критерию геометрии, то изделия автоклавного твердения отличаются большей точностью. Это отчасти заслуга автоклавирования и, конечно же, резанной технологии. Даже ГОСТы регламентируют отклонения линейных размеров от номинальных по-разному, в зависимости от применяемого способа производства.

Допустимые отклонения по параметрамАвтоклавный газобетонНеавтоклавный газобетон
Длина, мм/м35
Ширина, мм/м24
Высота, мм/м12

Эти данные только подчеркивают тот факт, что автоклавный газобетон отличается точной геометрией готовых изделий, которая предотвращает:

  • промерзание стен за счет утолщения кладочного шва, которым компенсируются недостатки в форме блоков;
  • перерасход кладочного клея, ведущий к увеличению затрат на него.
Цвет

При покупке блоков обращайте внимание на их цвет. Конечно, он будет серым в случае изделий естественного твердения и практически белый у автоклавного газобетона. Различие в оттенках блоков и неоднородности цвета говорит об изменениях в производственном процессе, которые зачастую приводят к снижению эксплуатационных характеристик.

Автоматизированное оборудование для производства автоклавного газобетона сводит любые ошибки к нулю, что изначально считается гарантом качества и долговечности. К тому же такие масштабные цеха дополнены собственной строительной лабораторией, своевременное проведение испытаний в которой вычленяют несоответствия в технологии или рецептуре.

Физико-механические свойства

Газобетонные блоки отличаются не только по внешним показателям и цвету, но и по физико-механическим свойствам.

Прочность

Газобетон представлен богатой номенклатурой марок по прочности – от В1 до В7,5. Их широко применяют не только в качестве создания несущих конструкций, но и для утепления стен. Если сравнивать газобетоны, произведенные по различным технологиям, то автоклавные отличаются большей прочностью при одинаковой плотности с неавтоклавными.

Например, блоки плотностью D600 должны иметь класс по прочности В3,5. Если для автоклавных изделий показатель соблюдается, то с естественно выдержанными изделиями класс прочности едва ли дотягивает до половины нормы. Еще хуже дела обстоят с прочностными показателями у газобетона, произведённого своими руками. Если хотите лично убедиться в этом, купите по блоку и протестируйте в независимой строительной лаборатории. Результаты будут на лицо.

Теплопроводность

Теплопроводность газобетона напрямую зависит от показателей плотности этого материала. Чем ниже марка по плотности блока, тем качественнее его теплоемкостные качества. Разумнее приобрести изделия меньшей плотности, но с более высокими прочностными характеристиками, уменьшая этим показатель теплопроводности стен.

Усадка

Слабейшая сторона любого ячеистого бетона – это его усадка после возведения стен. При применении неверной строительной методики могут появиться трещины, и произойдет отслоение штукатурного слоя. Процессы усадки газобетона естественной выдержки могут длиться до нескольких лет, когда автоклавированные блоки практически лишены такого недостатка, так как при тепловлажностной обработке они уже достигли марочной прочности и полного высыхания.

К тому же, выдержанные газобетонные блоки в естественных условиях далеки от идеальных показателей, что негативно проявляется в виде усадки. Это не только ведет к нарушению линейных размеров, но и к разрушению структуры.

Подводя итоги, можно с легкостью сделать вывод, что блоки из газобетона автоклавного твердения обладают неоспоримыми преимуществами над изделиями естественной выдержки. Но в любом случае при покупке такого стенового материала всегда спрашивайте документы, удостоверяющие его качество.

Автоклав

Автоклав – это устройство, в котором под давлением и при нагреве создаются различные материалы с заданными свойствами.

Автоклавная установка для изготовления автоклавного ячеистого бетона представляет собой полностью герметичный сосуд цилиндрической формы с открывающейся одной (тупиковый автоклав) или двумя (туннельный автоклав) крышками.

Автоклавы подразделяются по форме и расположению основной ёмкости на вертикальные, горизонтальные, вращающиеся и качающиеся. Все автоклавы оснащены теплообменниками, которые могут быть как внутренние, так и внешние или выносные. В зависимости от требований устройство может быть снабжено контрольно-измерительными приборами давления, температуры, уровня рабочей жидкости и вращения. Так же, в некоторых случаях, автоклавы могут снабжаться перемешивающими устройствами.

Автоклавные установки получили широкое применение в самых разных отраслях промышленности:

  • химической, при производстве органических полупродуктов и красителей;
  • пищевой, для стерилизации и при пастеризации консервов;
  • строительной, при производстве прочных и качественных газобетонных блоков;
  • медицине, для стерилизации оборудования.

Газобетонные блоки Bonolit в процессе своего производства проходят стадию «разделения зеленого массива»: после того, как смешиваются все необходимые компоненты для газобетона, их заливают в специальную форму. В такой форме газобетон проходит свою первую стадию набора транспортной пластической прочности и получается так называемый «зеленый массив», который на специальном оборудовании нарезается на отдельные блоки.

Для обеспечения равномерного протекания реакции при тепло-влажностной автоклавной обработке их разделяют между собой. Это позволяет полностью исключить неравномерное влагонасыщение продукции, обеспечивая равномерные по всему объему массива стабильные характеристики.

После этого блоки Bonolit поступают в автоклавные печи с заданными рабочими температуры и давления. Создание нужных условий позволяет ускорить процесс кристаллизации до 12-ти часов (в естественных условиях этот процесс занимает несколько лет).

Данная технология позволяет избежать появления сколов и трещин на готовых газоблоках Bonolit.


АВТОКЛАВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ - это... Что такое АВТОКЛАВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ?

АВТОКЛАВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

материалы и изделия автоклавного твердения, строит. материалы и изделия, получаемые на основе силикатных вяжущих (известково-кремне-зёмистых, цементных и их смесей) и твердеющие при повыш. темп-ре и давлении. В процессе изготовления A.M. подвергаются термовлажностной обработке ("запариванию") в автоклавах при 175 - 200 оС насыщ. водяным паром под давлением 0,9 - 1,6 МПа в течение 8 - 16 ч. В результате физ.-хим. взаимодействия компонентов (извести, песка и воды) образуются гидросиликаты кальция, обусловливающие твердение и водостойкость материала. См. также Силикатный бетон.

Большой энциклопедический политехнический словарь. 2004.

  • АВТОКЛАВ
  • АВТОКОД

Смотреть что такое "АВТОКЛАВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ" в других словарях:

  • АВТОКЛАВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ — строительные материалы и изделия на основе извести, цементов и неорганических заполнителей (напр.

    , силикатный кирпич, ячеистый бетон), подвергнутые обработке в автоклавах (при давлении 0,9 1,6 МПа, температуре 175 200 .C) …   Большой Энциклопедический словарь

  • автоклавные материалы — строительные материалы и изделия на основе извести, цементов и неорганических заполнителей (например, силикатный кирпич, ячеистый бетон), подвергнутые обработке в автоклавах (при давлении 0,9 1,6 МПа, температуре 175 200ºC). * * * АВТОКЛАВНЫЕ… …   Энциклопедический словарь

  • Автоклавные материалы —         материалы и изделия автоклавного твердения, строительные материалы и изделия, получаемые из смеси извести и кварцевого песка и твердеющие при повышенной температуре и давлении. В процессе изготовления А. м. подвергаются термической… …   Большая советская энциклопедия

  • Материалы автоклавные — – строительные материалы и изделия автоклавного твердения, получаемые на основе силикатных вяжущих (известково кремнезёмистых, цементных и их смесей) и твердеющие при повышенной температуре и давлении.

    В процессе изготовления A. M. подвергаются… …   Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

  • автоклавные силикатные материалы — autoklaviniai silikatiniai gaminiai statusas T sritis chemija apibrėžtis Gaminiai iš drėgno kalkių ir kvarcinio smėlio mišinio pusgaminių, sukietintų autoklave. atitikmenys: angl. autoclaved calcium silicate products rus. автоклавные силикатные… …   Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

  • Строительные материалы — Эту статью следует викифицировать. Пожалуйста, оформите её согласно правилам оформления статей …   Википедия

  • Строительные материалы — Термины рубрики: Строительные материалы Ceresit cx Conlit Nordic green plus Thermasheet Армоцемент или сталефибробетон композиционный Белая сажа …   Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

  • ВЯЖУЩИЕ МАТЕРИАЛЫ — минер. или орг. строительные материалы, применяемые для изготовления бетонов, скрепления отдельных элементов строит. конструкций, гидроизоляции и др. Минеральные вяжущие материалы тонкоизмельченные порошкообразные материалы ( цементы, гипс,… …   Химическая энциклопедия

  • Известь —         условно объединяемые общим термином продукты обжига (и последующей переработки) известняка, мела и других карбонатных пород. Чаще всего под названием «И.» объединяют И. негашёную CaО (см. Кальция окись) и продукт её взаимодействия с водой …   Большая советская энциклопедия

  • Кирпич —         строительный, искусственный камень правильной формы, сформированный из минеральных материалов и приобретающий камнеподобные свойства (прочность, водостойкость, морозостойкость) после обжига или обработки паром. По виду исходного сырья и… …   Большая советская энциклопедия

Сравнение газобетона автоклавного и неавтоклавного, отличия и характеристики

Газобетон бывает автоклавным и неавтоклавным, и многие строители задаются вопросом – в чем различия между ними.

Давайте вместе в этом разберемся, но забегая наперед скажем, что автоклавный газобетон является намного более качественным материалом, и далее мы расскажем почему.

 

Что такое автоклавная обработка газобетона?

Автоклавная обработка – этап обработки газобетона высокой температурой (190°С) под большим давлением в течении 12 часов. Автоклавами называются металлические емкости, в которые помещаются разрезанные газоблоки.

Обработка автоклавом делается для следующих целей:

  1. ускорение твердения газобетона;
  2. повышение прочности;
  3. уменьшение усадки;
  4. улучшение однородности структуры;
  5. улучшение геометрии блоков.

Также автоклав меняет структуру газобетона на молекулярном уровне, образуя новый материал – тоберморит. Этот синтезированный камень обладает свойствами, которые невозможно получить в обычных условиях при стандартном давлении и температуре.  

Повторимся, что неавтоклавный газобетон твердеет в естественных условиях, и для его производства дорогое и современное оборудование не требуется. Другими словами, многие производители штампуют газоблоки у себя в гаражах, что не внушает особого доверия.

А теперь более подробно разберемся в различиях газобетонов, и начнем мы с прочности.

Сравнение автоклавного и неавтоклавного газобетонов

Важно отметить, что в видеоролике тестируется неавтоклавный газобетон, в который было добавлено фиброволокно, оно существенно увеличивает прочность блоков. Но отметим, что в реальности, фибру в производстве неавтоклавного газобетона применяют далеко не все, так как она достаточно дорогая.

Прочность

Газобетон без автоклава менее прочен, особенно когда он свежий. Ведь ему, как и обычному бетону, нужно еще время чтобы набрать прочность, а у автоклавного твердение ускорилось в сотни раз благодаря высокотемпературной обработке паром. Но даже при полном затвердении обеих материалов, прочность автоклавного выше на половину и более.

К примеру, автоклавные марки газобетона D500 и D600 обладают классом прочности B2.5 - B3.5, в то время как неавтоклавный аналог той же марки набирает в лучшем случае класс B2.

Усадка

Большая усадка блоков может создать множественные трещины в кладке, более того, трещины могут появляться в течении года и более. Чтобы свести такие процессы к минимуму, усадка блоков должна быть минимальной.

Усадка неавтоклавного газобетона составляет от 3 до 5 мм на метр, автоклавного – в десять раз меньше. То есть автоклавный газобетон практически не дает усадочных трещин, при правильной кладке.

Геометрия блоков

Геометрия блоков также очень важна, и чем блоки ровнее между собой, тем лучше. Ведь если блоки отличаются между собой на 5 мм, то разницу в уровне необходимо выравнивать клеем, а это мостики холода, которые сильно ухудшают теплоизоляционные характеристики кладки.

Более того, толстые швы дают большую усадку, которая опять же может стать причиной трещин. Опытные строители скажу, что разность в уровнях можно выровнять тёркой по газобетону, но представьте себе, сколько времени на это уйдёт.

А теперь подумаем, где геометрия блоков будет лучше, на высокотехнологичном заводском оборудовании с автоклавами, или в гаражных условиях? Ответ очевиден!

Большинство строителей считает, что самые лучшие и самые ровные блоки получаются у компании AEROC. Средняя цена за куб их газобетона составляет 4000р.

Однородность структуры

Под однородностью понимается количество пустот (пузырей), которые определенным образом распределены в газобетоне, и чем они равномерней, тем лучше. Технология автоклавного газобетона гарантирует идеальное распределение пустот, за счет того, что пузыри образовываются и сразу же твердеют, а отдельные блоки получают после разрезания одного большого блока.

Неавтоклавный газобетон делается совсем иначе. В бетонную смесь добавляют пену и газообразователи. В результате пузыри могут подняться ближе к поверхности, а более тяжелые элементы упадут вниз. В итоге, распределение пузырей будет неравномерным.

Теперь давайте подумаем, чем это грозит. Во-первых, там, где меньше пузырей – меньше прочности, а там, где пузырей мало – мостик холода, через который будет быстрее уходить тепло. То есть, показатели прочности и теплопроводности неавтоклавного газобетона очень нестабильны.

Теплопроводность

Плавно переходя от темы равномерности структуры к теплопроводности скажем, что неравномерная структура пузырей ухудшает усредненную теплопроводность блока, и естественно, что в автоклавном газобетоне равномерность пузырей лучше и следовательно, теплоизоляция тоже лучше.

Вывод

Автоклавный и неавтоклавный газобетоны сильно отличаются между собой по ряду параметров, и можно с уверенностью сказать, что автоклавный материал превосходит своего собрата по всем показателям, кроме одного – цены. Да, неавтоклавные газоблоки дешевле, но, если посчитать, сколько проблем возникает при его кладке, сколько дополнительных материалов, работ и времени придется проделать, то советуем вам хорошенько подумать, делая свой выбор.

Лучше один раз построить дом грамотно, из качественного материала, и быть уверенным, что он без проблем простоит долгие годы.

Отличие неавтоклавного газобетона от автоклавного

Именно здесь кроется главное различие материалов.
Автоклавный газобетон в отличие от неавтоклавного подвергается обработке в специальной печи, в автоклаве при температуре +180 °С и давлении до 14 бар. В газобетоне при этом образуется новый минерал — доберморит. Несомненным плюсом является то, что благодаря ему повышается прочность материала. За счет своих характеристик автоклавный бетон больше способов применения. Он может использоваться, например, в армированных конструкциях — перемычках, панелях. Автоклавный газобетон готов к использованию сразу после обработки в автоклаве. У автоклавной обработки имеются и недостатки: дорогостоящее оборудование, специфика его эксплуатации, требующая высококвалифицированного обслуживающего персонала, высокая металлоемкость автоклавов, низкий коэффициент использования внутреннего объема автоклава. Именно поэтому стоимость таких блоков на порядок выше стоимости неавтоклавного газобетона.

Производство неавтоклавного газобетона отличается от автоклавного отсутствием обработки в автоклаве. Газоблок, изготовленный по разной технологии, существенно отличается и по своим свойствам. При неавтоклавном производстве смесь для получения газобетона оставляют твердеть в обычных условиях. Это относительно дешевый способ: минимальны затраты электроэнергии, нет нужды применять специальное оборудование. Однако он не позволяет добиться высоких характеристик по прочности.

Сегодня неавтоклавный газобетон изготавливается также с применением современного технологического оборудования (например, пропарочной камеры), новых видов тепловлажностной обработки. Именно такой способ применяется на нашем заводе газобетона, что существенно улучшает характеристики газоблока. При этом позволяет сохранить низкую цену, за которую он и полюбился индивидуальным застройщикам.

Автоклавные технологии в производстве цветных металлов в России

Методы гидрометаллургии широко применяются для производства цветных и благородных металлов. Результатом их развития стало внедрение в промышленную практику автоклавной гидрометаллургии, отличающейся использованием высоких температур и давлений, которая позволяет максимально интенсифицировать технологические процессы, повысить прямое извлечение металлов, улучшить селективность их выделения, вовлекать в переработку сложное по составу сырье и полупродукты.

Общепризнан приоритет русских ученых К. Байера, Н. Бекетова, В. Ипатьева, О. Звягинцева, В. Тронева, И. Плаксина, И. Масленицкого в формировании идеологии автоклавных технологий. Их идеи в последующем развили исследователи Канады, США, Германии, Англии, Австралии, а также Японии, Китая, реализовав в производстве алюминия, урана, никеля, кобальта, цинка, золота, редких металлов.

Наибольшее развитие в металлургии получили автоклавные процессы переработки алюминиевого, никелевого, цинкового и упорного золотосодержащего сырья. В настоящее время в мире работают более 50 автоклавных установок.

Рост мировых цен на золото в последние годы усилил интерес к разработке золотоносных месторождений, в том числе с упорными рудами, где золото тонко диспергировано в сульфидных минералах (арсенопирите, пирите), часто в сочетании с углистым веществом. Такое сырье редко удается переработать по традиционной технологии цианирования. Дополнительную проблему представляет присутствие в упорных рудах мышьяка, который необходимо вывести в относительно безвредных и пригодных для складирования формах.

Автоклавное вскрытие золотосодержащих сульфидов зарекомендовало себя, как достаточно простой и эффективный метод переработки упорного сырья. Его сущность заключается в окислении кислородом сульфидных минералов в водной среде и при повышенных температурах. В результате ассоциированное с сульфидами субмикроскопическое золото освобождается и делается доступным выщелачиванию цианистым раствором. В процессе вскрытия часть железа и мышьяка переходит в раствор, а часть остается в твердом остатке в виде нетоксичного соединения, аналогичного природному минералу скородиту. Поэтому после цианирования хвосты можно направлять в обычное открытое хвостохранилище.

Первое золотоизвлекательное производство, работающее по данной технологии (завод Маклафлин, США) было запущено в 1985 году. В последующие 10-15 лет по всему миру вырос целый ряд промышленных предприятий, на которых автоклавный метод применяют для вскрытия как руд, так и концентратов. Ниже приводятся некоторые сведения об автоклавных предприятиях, работающих, строящихся и проектируемых в настоящее время.

В последние годы автоклавные процессы при разработке новых проектов и выборе эффективной технологии используются ведущими российскими производителями золота: компании «Петропавловск» и «Полиметалл» уже реализуют такие проекты, «Полюс золото» ведет активные исследования в данной области.

Предприятия, применяющие автоклавное вскрытие упорных золотосодержащих руд и концентратов.

№ ппЗавод, странаГод

пуска

Производи-

тельность, т/сут

Число автоклавовРазмеры автоклава,

диаметр х длина, м

1McLaughlin, США19853000 (руда)36х23,1
2Sao Bento, Бразилия1986240 (концентрат)23,5х21
3Mercur, США1988700 (руда)13,7х13,3
4Getchell, США19892700 (руда)33х30
5Goldstrike, США199016000 (руда)63,9х20,4
6Porgera, Папуа Н. Гвинея19912100 (концентрат)43,6х27
7Cambell, Канада1991100 (концентрат)12,8х15,2
8Nerco Con, Канада199290 (концентрат)13,2х10
9Lone Tree, США19942300 (руда)13,9х19,3
10Lihir, Папуа Н. Гвинея199711400 (руда)34,5х31,2
11Twin Creeks, США19977200 (руда)26х23,1
12Macraes, Н. Зеландия1999560 (концентрат)13х12,6
13Hillgrove, Австралия199924 (концентрат)12,2х8,4
14Kittila, Финляндия2008500 (концентрат)13,85х26
15Амурск, Россия2012*750 (концентрат)13,6х26
16Pueblo Viejo, Доминик. респ.2012*24000 (руда)44,9х37
17Quimsacocha, Эквадорпроект890 (концентрат)14х30
18Donlin , Аляска, СШАпроект9000 (концентрат)н/дн/д
19Покровский рудник, Россия2013*550 (концентрат)63х13,3

*Предположительно

Учитывая все возрастающую роль автоклавной технологии в золотоизвлекательной промышленности, Группа компаний «Петропавловск» в 2009 году создала в своем составе «Научно-исследовательский центр «Гидрометаллургия» (далее – НИЦ). Основу творческого коллектива центра составил сплав специалистов, за плечами которых большой опыт работы в металлургии, пуск и эксплуатация гидрометаллургических и автоклавных установок Кубы, Норильска, и молодых выпускников ВУЗов Санкт-Петербурга.

Возглавляет НИЦ известный ученый, доктор технических наук, профессор Я.М. Шнеерсон, один из разработчиков успешно работающей на Надеждинском металлургическом заводе (г. Норильск, Россия) технологии автоклавного вскрытия пирротиновых концентратов.

Главное назначение НИЦ — разработка технологий автоклавного вскрытия упорного золотосодержащего сырья, в первую очередь, для новых золотоизвлекательных предприятий компании «Петропавловск». Однако возможности НИЦ значительно шире и охватывают многие другие области автоклавной гидрометаллургии, в частности, автоклавные технологии в металлургии никеля, меди, цинка, олова и других металлов.

НИЦ оснащен современным лабораторным оборудованием. Для исследований гидрометаллургических процессов установлены управляемые ЭВМ автоклавные комплексы швейцарских производителей Bǘchi (1 л) и Premex (1 и 8 л). Эти установки характеризуются высоким диапазоном возможностей регулирования режимов высокотемпературных процессов.

НИЦ имеет современное химико-аналитическое оборудование (атомно-эмиссионный спектрометр АЭС-ИСП с индуктивно связанной плазмой, атомно-адсорбционный спектрофотометр и др.), что позволяет выполнять большое количество экспресс анализов. Проведена регистрация НИЦ в Пробирной Палате РФ.

Центр разрабатывает технологии извлечения золота из упорного сырья для ряда отечественных золотоизвлекательных предприятий. Разработана и продолжает совершенствоваться технология автоклавного вскрытия золотосодержащих концентратов для ОАО «Покровский рудник», входящего в группу компаний «Петропавловск». Для проведения пилотных испытаний в опытном цехе компании «Петропавловск» (г. Благовещенск) создана и запущена в эксплуатацию пилотная автоклавная установка, показанная на фотографии. В настоящее время испытания вступили в завершающую фазу. Одновременно ведется проектирование крупного промышленного предприятия по переработке упорных золотосодержащих концентратов месторождений «Маломыр» и «Пионер». Проектом предусмотрены непрерывно действующие многокамерные автоклавы емкостью 100 м3. Пуск предприятия намечен на 2013 год.

Помимо решения прикладных задач НИЦ ведет также научную работу в области теории и практики гидрометаллургических процессов, результаты которой публикуются в статьях и материалах конференций.

Мы приглашаем к сотрудничеству производителей золота и цветных металлов, научные центры, учебные организации и надеемся, что наш опыт в разработке и освоении автоклавных процессов внесет вклад в развитие Российской промышленности.

Авторы:

Я.М. Шнеерсон, Генеральный директор НИЦ, д.т.н., профессор;

Л.В. Чугаев, зав. группой разработки автоклавных технологий, к.т.н.;

М.А. Плешков, вед. научн. сотр., к.х.н

Яков Михайлович Шнеерсон – генеральный директор ООО «НИЦ «Гидрометаллургия», д.т.н., профессор

Поделиться статьёй

Автоклавный газобетон – особенности производства и структуры материала

Автоклавный газобетон – один из самых ярких представителей бетонов с пористой структурой, заслуживший огромную популярность по всему миру. Сравнительно недавно этот строительный материал добрался и до нашей страны. Сегодня он активно применяется при строительстве как промышленных, так и жилых объектов.
На производстве автоклавных бетонов специализируется сразу несколько крупных компаний. Широкая номенклатура этих стройматериалов представлена на российском рынке. Изделия отличаются не только по размерам, но и по форме, цветам. Неизменным остается один аспект – исключительно высокие технические и эксплуатационные характеристики, чем он выгодно отличается от ближайших конкурентов.

Строение и структура автоклавного газобетона

Газобетон – подвид ячеистых бетонов, внутреннее пространство которых заполняется воздушными порами, размеры которых варьируются от 1 до 4 мм. Основой материала выступает бетонная смесь с вяжущими соединениями, наполнителями и водой.

Класс газобетонов – стройматериалы из газогипса, шлаков и цемента. Что касается вяжущих веществ, ими выступают известь, газосиликат и т.п. В качестве газобетона автоклавного твердения, приобрел огромную популярность именно материал, основой которого является цемент с включением частичек извести.

В структуре материала формируются особые поры, и это происходит за счёт возникновения особой химической реакции, во время которой выделяется газ. Катализатором реакции выступает измельченная алюминиевая паста, у некоторых производителей – пудра. Если говорить в целом, то в составе газобетона представлены следующие компоненты:

  • песок;
  • известь;
  • цементная смесь;
  • чистая вода;
  • алюминиевая пудра или продукты на аналогичной основе.
В некоторых случаях в состав добавляются особые ингредиенты для обеспечения специфических характеристик и свойств выходному материалу. Структуру автоклавного бетона можно представить в виде пористой и затвердевшей бетонной массы, причём поры равномерно распределяются по всему внутреннему пространству.

Изготовление автоклавного газобетона

Название материала «автоклавный газобетон» своими корнями уходит в способ затвердевания цементного состава, после завершения химической реакции, при которой выделяется газ. На рисунке ниже представлена схема по полному производству рассматриваемого материала.

Производство газобетона осуществляется исключительно в автоклаве и при условии соблюдения последовательности действий ниже.

  1. Бетонную смесь тщательно перемешивают до образования сметанообразной консистенции, после чего аккуратно заливают в формы (до 50% от всего объёма).
  2. Параллельно на состав оказывают направленную ударную нагрузку, за счёт чего оказывается гашение извести, при котором активно выделяется тепло.
  3. Температура внутри автоклава на этапе производства газобетона устремляется к отметке в 80 градусов.
На следующем этапе в активную химическую реакцию включается известь и алюминий с последующем образованием водорода. Происходит стремительное увеличение объёма бетонной массы, которая постепенно заполняет всю форму. При термической обработке прочность цемента повышается, он постепенно затвердевает, внутри материала поры закупориваются.

Химическая реакция сопровождается вытеснением водорода из пор, и их заполнение воздухом. За счёт этого формируется надёжная и плотная бетонная структура, где на поры с воздухом приходится до 80% всего внутреннего пространства материала. Концентрация пор корректируется за счёт алюминиевой пудры.

Готовая масса затвердевает в автоклаве за 2 часа. После этого автоклавную крышку снимают, а газобетонная структура аккуратно разрезается на отдельные блоки подходящего размера. Окончательно материал еще не затвердевает. Разрезанные блоки размещаются в автоклаве, где они увлажняются под давлением в 1-1.2 МПа и температуре до 190 градусов по Цельсию.

В указанных условиях материал окончательно кристаллизуется. Зачастую смесь подготавливают, выдерживая следующую пропорцию:

  • известь – до 20%;
  • кварцевый песок – порядка 60%;
  • портландцемент – не более 20%;
  • алюминиевый порошок или паста – 1%.
Автоклавный способ производства стройматериалов может похвастаться неоспоримым преимуществом – компоненты образуют тоберморит, под действием высокого давления и температуры.

Свойства автоклавного газобетона

За счёт пористой структуры газобетон может похвастаться номинальным удельным весом, значение которого варьируется в пределах от 300 до 700 кг/м3, а также высокими теплоизоляционными характеристиками. Прочность на сжатие автоклавного бетона достигает 50 кг/см2.

Плотность газобетона изменяется посредством корректировки объёма пор: при этом меняется теплопроводность, прочность. Важно учесть – ключевые параметры изменяются неравномерно. Если говорить об уменьшении плотности, то она неизменно влечет за собой повышение теплоизоляционных характеристик, сокращению прочностных свойств.

Принимая во внимание указанную зависимость, автоклавный газобетон принять разделять на 3 больших типа:

  • конструкционно-теплоизоляционный;
  • конструкционный;
  • теплоизоляционный.
Если говорить о теплоизоляционном материале, то его плотность не превышает 400 кг/м3. Если говорить об оптимальных свойствах, то ими обладают составы с плотностью 500 кг/м3. Они характеризуются высокими теплоизоляционными качествами.

Размер блоков автоклавных газобетонов

За счёт небольшого веса пористых бетонов, рассматриваемый материал позволяет использовать блоки больших размеров. Газобетонные блоки чаще всего имеют высоту до 250 мм, при длине в 625 мм и ширине от 200 до 400 мм. За счёт этого кладка стен упрощается и ускоряется, при этом вес у блоков оказывается достаточным для их свободного перемещения и укладки.

Неоспоримое преимущество автоклавного бетона – геометрическая стабильность и точность подгонки строительных блоков. Поскольку материал подготавливается в специальной форме, на выходе у него формируется гладкая поверхность с чётко очерченными углами и ребрами. На протяжении всего производственного цикла они остаются неизменными. В блоках из автоклавного газобетона допустимый уровень отклонения не превышает 1.5 мм.

Подводя итоги

Автоклавный газобетон может похвастаться несколькими уникальными свойствами. По уровню энергосбережения и экологичности он в разы превосходит многие современные стройматериалы. Это лучший материал для быстрой и надёжной кладки стен.

Вам может быть интересно:
Что лучше – керамический блок или газобетон

Как работает лабораторный автоклав?

Стерилизация паром - важный процесс, который выполняется в каждой лаборатории. В этой статье мы рассмотрим историю паровой стерилизации, принцип работы стерилизатора и новые тенденции в дизайне стерилизатора.

Содержание

Введение в паровую стерилизацию

Терминология

Термины паровой стерилизатор и автоклав являются синонимами и могут использоваться как синонимы.Тем не менее, автоклав часто используется в лабораторных условиях, а стерилизатор чаще используется в больницах или фармацевтических учреждениях.

Автоклавы используют тепло пара для уничтожения любых микробов, которые могут присутствовать на зараженной загрузке . Загрузка, также известная как товаров , считается стерильной после того, как она прошла полный цикл стерилизации . После того, как загрузка станет стерильной, ее можно использовать, не опасаясь занесения чужеродных микроорганизмов в чувствительную среду, такую ​​как лаборатория, операционная больницы, предприятие по производству пищевых продуктов и т. Д.Различные типы товаров необходимо стерилизовать в течение разного времени и при разных температурах. Некоторые автоклавы включают дополнительные функции, такие как функции вакуумирования, специальные циклы и встроенные электрические бойлеры.

История автоклава

Чарльз Чемберленд изобрел автоклав в 1879 году, но концепция использования пара в замкнутом пространстве для предотвращения болезней существует в той или иной форме с 1679 года.

Принципы и методы для стерилизация практически не изменилась за последние 150 лет.Фактически, большинство основных достижений в технологии автоклавов с 1879 года были связаны с мониторингом процесса стерилизации, безопасностью автоклавов и созданием цикла стерилизации, а не с внесением изменений в процесс стерилизации.

Почему Steam?

Чтобы убить клетку теплом, ее температура должна быть повышена до такой степени, при которой белки в клеточной стенке разрушаются и коагулируют. Пар - очень эффективная среда для передачи тепла, что делает его отличным способом уничтожения микробов.С другой стороны, воздух - очень неэффективный способ передачи тепла / энергии из-за концепции, известной как теплота испарения.

Для доведения одного литра воды до точки кипения (100C) требуется 80 килокалорий (ккал) тепловой энергии. Для преобразования этого литра воды в пар потребуется 540 ккал, а это значит, что пар при 100 ° C содержит в семь раз больше энергии, чем вода при 100 ° C.

Эта энергия делает пар намного более эффективным в уничтожении микроорганизмов.Когда пар сталкивается с более холодным объектом, он конденсируется в воду. Затем он передает всю энергию, которая была использована для кипячения воды, прямо в воду. Этот процесс нагревает клетки намного эффективнее, чем воздух при аналогичных температурах. Вот почему мы используем пар для достижения стерильности.

Что такое бесплодие?

У большинства людей есть рабочее понимание, что стерильные товары не содержат микроорганизмов и, следовательно, безопасны для использования в медицине, производстве продуктов питания, исследованиях или других условиях, в которых присутствие микробов может представлять значительную угрозу безопасности или вред.

Точное количество микроорганизмов, которые останутся живыми с течением времени при фиксированной температуре, выражается в виде вероятностной логарифмической кривой - функции, которая приближается, но никогда не достигает нуля (см. Рисунок 1).

Рисунок 1

Когда функция приближается к нулю, обычно выбирают уровень достоверности, называемый уровнем обеспечения стерильности (SAL), для шансов на выживание последнего присутствующего микроорганизма. Вопреки распространенному мнению, стерилизация не является бинарной, если что-то либо стерильно, либо нестерильно.Стерилизация - это статистическое событие, характеризующееся этим коэффициентом достоверности (SAL). Общий стандарт для SAL - 10-6, или один шанс на миллион выживания одного жизнеспособного микроорганизма. Продолжительность стерилизации зависит от заданной температуры и желаемого уровня SAL; более высокие температуры обеспечат стерильность быстрее.

Как работает автоклав?

Общий процесс

Будь то небольшой настольный агрегат или крупногабаритный агрегат размером с комнату, все автоклавы работают по принципам, аналогичным принципам обычной кухонной скороварки, то есть дверца закрывается, образуя герметичную камеру. и весь воздух в этой камере заменяется паром.Затем пар сжимают, чтобы довести его до желаемой стерилизации в течение желаемой продолжительности. По завершении цикла пар выпускается, и товары могут быть удалены.

Для более подробного объяснения различных фаз цикла стерилизации, пожалуйста, обратитесь к списку и изображению (Рисунок 2), показанным ниже:

1. Фаза продувки: Пар проходит через стерилизатор и начинает вытеснять воздух. ; температура и давление слегка повышаются до непрерывной продувки.

2. Фаза выдержки (стерилизации): Во время этой фазы система управления автоклава запрограммирована на закрытие выпускного клапана, в результате чего внутренняя температура и давление повышаются до желаемой уставки. Затем программа поддерживает желаемую температуру (остается) до тех пор, пока не будет достигнуто желаемое время.

3. Выпускная фаза: Давление сбрасывается из камеры через выпускной клапан, и внутри восстанавливается давление окружающей среды (хотя содержимое остается относительно горячим).

Рисунок 2

Критические компоненты автоклава

Типичный лабораторный автоклав состоит из следующих компонентов (Рисунок 3):

Рисунок 3

1. Емкость

Емкость является основной корпус автоклава и состоит из внутренней камеры и внешней рубашки. Лабораторные и больничные автоклавы сконструированы с камерами с «рубашкой» (см. Рис. 4), где рубашка заполнена паром, что сокращает время, необходимое для завершения цикла стерилизации, и уменьшает конденсацию внутри камеры.Сосуд, спроектированный и изготовленный с полной рубашкой, превосходит сосуд с частичной рубашкой или рубашкой по следующим причинам: полная рубашка улучшает однородность температуры в камере, снижает вероятность образования мокрых пакетов и помогает минимизировать влажный пар, который не подходит для стерилизации. [

В США каждая емкость автоклава проверяется и маркируется паспортной табличкой Американского общества инженеров-механиков (ASME), на которой указан номер Национального совета.Производители должны провести гидростатические испытания каждого сосуда и наклеить паспортную табличку ASME перед вводом автоклава в эксплуатацию. Этот осмотр и паспортная табличка ASME являются ключевыми показателями исправной работы автоклава.

Сосуды для лабораторных и больничных автоклавов могут различаться по размеру от 100 л до 3 000 л и обычно изготавливаются из нержавеющей стали 316L. Внутренние камеры изготовлены из нержавеющей стали 316L или никелированной, а внешние кожухи изготовлены из нержавеющей стали 316L, 304L или углеродистой стали.

2.Система управления

Все современные автоклавы оснащены интерфейсом контроллера, мало чем отличающимся от того, что вы найдете в микроволновой печи или духовке. Тем не менее, системы управления автоклавами, как правило, немного сложнее, чем системы бытовой техники. Цикл стерилизации следует заранее запрограммированной формуле программного обеспечения, которая открывает и закрывает клапаны и другие компоненты в определенной последовательности. Поэтому для всех автоклавов требуется какая-либо система управления, будь то простая система «нажимных кнопок» с микропроцессором или такая сложная, как программируемый логический контроллер с цветным сенсорным экраном.

3. Термостатическая ловушка

Все автоклавы оснащены термостатической ловушкой или конденсатоотводчиком той или иной формы - устройством, предназначенным для выхода воздуха и воды (конденсата) из камеры. Хотя система подачи пара / паровой автоклав может использовать множество ловушек, все они выполняют одну и ту же основную функцию: удаление конденсата при одновременном предотвращении прохождения сухого пара. Чаще всего конденсатоотводчики представляют собой термочувствительные клапаны, которые закрываются при нагреве до определенного заданного значения.Термостатические ловушки - важный компонент любого хорошо спроектированного автоклава.

4. Предохранительный клапан

Все автоклавы работают под повышенным давлением (14–45 фунт-сила на квадратный дюйм манометра) и поэтому должны быть изготовлены с невероятно прочной конструкцией и оснащены рядом функций безопасности и устройств для обеспечения они не представляют опасности для пользователей. Одним из этих предохранительных устройств является предохранительный клапан, который является последним предохранительным устройством для резервуара высокого давления в случае выхода из строя всех электронных средств управления.Крайне важно, чтобы предохранительный клапан был осмотрен, испытан и подтвержден на предмет надлежащего рабочего состояния в соответствии с рекомендациями производителя стерилизатора и / или клапана, а также местных инспекционных и страховых агентств.

5. Механизм охлаждения сточной воды

Многие автоклавы оснащены системой охлаждения сточных вод (воздуха, пара и конденсата) до их попадания в дренажный трубопровод. Многие муниципалитеты и здания не допускают попадания сточных вод с температурой выше 140 ° F в канализацию пола.Во избежание повреждения дренажного трубопровода установки пар необходимо охладить перед тем, как его можно будет отправить по вытяжке. Самый простой способ охлаждения этого пара - смешать его с дополнительной холодной водопроводной водой, но необходимое количество воды может привести к тому, что автоклав станет основным источником потребления воды зданием. Некоторые автоклавы оснащены системами, предназначенными для уменьшения или даже исключения потребления воды.

6. Вакуумная система (если применимо)

Для обеспечения надлежащей стерилизации жизненно важно, чтобы весь воздух внутри камеры автоклава был заменен паром.Некоторые обычно стерилизуемые товары - особенно пористые материалы, такие как подстилка для животных или ткань, или контейнеры с небольшими отверстиями, такие как фляги или товары в мешках, - имеют тенденцию удерживать воздушные карманы. Если во время цикла присутствует воздушный карман, любые микроорганизмы в этом кармане выживут, и товары не будут стерильными.

По этой причине многие стерилизаторы включают вакуумную систему. Это не только позволяет пользователю принудительно удалять воздух с помощью вакуума в камере перед циклом (известный как предварительный вакуум), но также позволяет им использовать вакуум после цикла (известный как пост-вакуум) для удаления любого пара. который остается в камере, и для сушки товаров внутри автоклава.

7. Парогенератор (если имеется)

Центральный «домашний» котел является наиболее распространенным источником пара для автоклава. Однако, если пар в доме недоступен или недостаточен для автоклава, необходимо прибегнуть к использованию электрического парогенератора, также известного как бойлер. Эти котлы обычно располагаются под камерой автоклава и используют электрические нагревательные элементы для нагрева воды и генерации пара.

Нужна помощь в выборе источника пара для автоклава? Проверьте это >>>

Рисунок 4

Чтобы узнать больше об автоклавах, посмотрите наше видео здесь:

Циклы стерилизации

Как правило, существует четыре стандартных цикла стерилизации: гравитационная , предварительный вакуум, жидкости и вспышка (также известное как немедленное использование).Таблица, показанная ниже, объясняет эти циклы более подробно.

Некоторые автоклавы также могут выполнять специальные циклы, предназначенные для предотвращения повреждения хрупких товаров, которые необходимо стерилизовать, но которые могут быть повреждены или разрушены быстрыми изменениями температуры и давления в нормальном цикле. Эти специальные циклы включают в себя гораздо более длительные циклы при более низких температурах, циклы паровоздушного смешения со специальными регуляторами давления, чтобы избежать разрушения герметичных пробирок, и циклы, в которых используется специальное оборудование для обеспечения полной температуры стерилизации.

Вот что вам нужно знать о циклах стерилизации паром >>>

Новые тенденции в автоклаве

Автоклавы могут считаться древними устройствами по стандартам современной науки, но это не означает, что автоклавам не хватает инноваций, особенно когда дело доходит до средства управления, возможность подключения к облаку и воздействие на окружающую среду.

Как упоминалось ранее, средства управления автоклавами значительно продвинулись в эпоху компьютеров, от ручного управления и простых таймеров до компьютерной автоматизации, которая сводит к минимуму или полностью устраняет необходимость ввода данных пользователем.Компьютеризированные средства управления также привели к прогрессу в управлении данными, ведении записей и удаленном мониторинге с помощью мобильных устройств. Автоклавы с автоматическими принтерами, которые записывают данные с целью проверки успешной стерилизации, теперь заменены новыми автоклавами, которые подключаются к облаку для хранения записей цикла в Интернете.

Еще одна тенденция в конструкции автоклавов - экологичность. Автоклавы являются основным источником потребления воды и энергии как в лабораториях, так и в больницах; Признавая это, многие производители нашли инновационные способы уменьшения воздействия автоклавов на окружающую среду.Зеленые автоклавы, которые сокращают или даже полностью рециркулируют воду, потребляемую стерилизатором - в некоторых случаях от 1500 галлонов в день до менее одного галлона в день - имеют решающее значение для создания экологически чистой лаборатории. Системы управления, которые автоматически поворачивают автоклав, когда он не используется, также могут значительно снизить потребление энергии - в некоторых случаях с 80 киловатт-часов в день до 20 киловатт-часов в день.

Ваш надежный источник всего, что связано с автоклавом

Независимо от того, используете ли вы автоклав для стерилизации медицинского или лабораторного оборудования, важно, чтобы вы хорошо понимали процесс стерилизации - как он работает сегодня, так и как он меняется.

Задайте эти ключевые вопросы перед покупкой следующего автоклава >>>

Consolidated Sterilizer Systems имеет богатое наследие в индустрии паровой стерилизации с более чем 75-летним опытом. Мы стремимся к совершенству производства и стремимся поставлять высококачественные, высокоэффективные решения для стерилизации и дистилляции. Если вы хотите узнать больше о процессе паровой стерилизации или у вас есть другие вопросы, связанные с автоклавом, свяжитесь с нами сегодня.

17 вопросов , которые следует задать перед покупкой следующего автоклава

Мы создали эту электронную книгу из 17 вопросов в качестве основы, которая поможет вам изучить и найти именно тот тип автоклава, который лучше всего подходит для ваших нужд.

Получить электронную книгу

Автоклав

: использование, рекомендации и стоимость

Что такое автоклав?

Автоклавы

также известны как паровые стерилизаторы и обычно используются в здравоохранении или в промышленности.Автоклав - это машина, которая использует пар под давлением для уничтожения вредных бактерий, вирусов, грибков и спор на предметах, помещенных в сосуд под давлением. Предметы нагреваются до соответствующей температуры стерилизации в течение определенного времени. Влага пара эффективно передает тепло предметам, разрушая белковую структуру бактерий и спор.

В здравоохранении термин «автоклав» обычно используется в качестве номенклатуры для описания парового стерилизатора.В стандарте ANSI / AAMI 4 , который предоставляет стандарты и рекомендации по обработке медицинских устройств, автоклавы для здравоохранения, в частности, паровые стерилизаторы.

Ознакомьтесь с нашими паровыми стерилизаторами

Кто изобрел автоклав?


Рис. 1 первый паровой стерилизатор, построенный
в 1880 году Чарльзом Чемберлендом

Паровой варочный котел, прототип автоклава, который сейчас больше известен как скороварка, был изобретен физиком французского происхождения Дени Папеном в 1679 году. 1 Только в 1879 году французский микробиолог Чарльз Чемберленд создал новую версию, названную автоклавом, для использования в медицинских целях.

Наука о дезинфекции и стерилизации началась в 1881 году с исследования Роберта Коха дезинфицирующих свойств пара и горячего воздуха. Он продемонстрировал большую проникающую способность влажного тепла (пара) по сравнению с сухим теплом. Наконец, в 1933 году была представлена ​​современная автоклавная технология с первым паровым стерилизатором под давлением, который контролировал производительность путем измерения температуры в дренажной линии камеры (термостатическая ловушка).До этой даты давление было единственным показателем контроля без каких-либо средств для проверки температуры или удаления воздуха.

Со временем была разработана новая технология автоклавов, включая циклы предварительного вакуумирования в 1958 году и импульсное давление с промывкой паром в 1987 году, что позволило науке развиться в автоклавы или паровые стерилизаторы, используемые сегодня в больницах.

Как работает автоклав?


Рисунок 2 Пример распечатки ленты цикла
, показывающей три фазы
процесса.

Автоклавы обычно используются в медицинских учреждениях для стерилизации медицинских устройств. Предметы, подлежащие стерилизации, помещаются в сосуд высокого давления, обычно называемый камерой. Три фактора имеют решающее значение для обеспечения успешной стерилизации паром в автоклаве: время, температура и качество пара.

Для удовлетворения этих требований процесс автоклавирования состоит из трех этапов:

  1. Фаза кондиционирования (C): Воздух препятствует стерилизации и должен быть удален из камеры во время первой фазы цикла стерилизации, известной как кондиционирование.В паровых стерилизаторах с динамическим удалением воздуха воздух может быть удален из камеры с помощью вакуумной системы. Его также можно удалить без вакуумной системы, используя серию продувок паром и импульсов давления. Стерилизаторы гравитационного типа используют пар для вытеснения воздуха в камере и вытеснения воздуха через слив стерилизатора.
  2. Фаза воздействия (S): После удаления воздуха слив стерилизатора закрывается, и пар непрерывно поступает в камеру, быстро повышая давление и температуру внутри до заданного уровня.Цикл переходит в фазу экспонирования, и предметы выдерживаются при температуре стерилизации в течение фиксированного времени, необходимого для их стерилизации.
  3. Фаза выхлопа (E): Во время заключительной фазы цикла, выхлопа, дренаж стерилизатора открывается и пар удаляется, сбрасывая давление в емкости и позволяя предметам в загрузке высохнуть.

Качественный пар жизненно важен для успешного процесса стерилизации в автоклаве. Пар, используемый для стерилизации, должен состоять на 97% из пара (пар) и 3% влаги (жидкая вода).Это соотношение рекомендуется для наиболее эффективной передачи тепла. Когда влажность пара составляет менее 3%, пар описывается как перегретый (или сухой). Перегретый пар слишком сухой для эффективной передачи тепла и неэффективен для стерилизации паром. 2

Каков диапазон температур автоклава?

Обычно рекомендуемые температуры для стерилизации паром: 250 ° F (121 ° C), 270 ° F (132 ° C) или 275 ° F (135 ° C). Чтобы убить любые присутствующие микроорганизмы, стерилизуемые предметы должны подвергаться воздействию этих температур в течение минимального времени, рекомендованного производителем обрабатываемого устройства.

Каков временной интервал цикла автоклава?

Время воздействия - это время, необходимое для стерилизации устройства, и не включает в себя время всего цикла. Для правильной стерилизации паром существует соотношение времени и температуры, которое было разработано научными испытаниями и используется во всех методах стерилизации для создания так называемой фазы полного воздействия. Периоды воздействия при стерилизации паром зависят, среди прочего, от размера, формы, веса, плотности и состава материала стерилизуемого устройства.

Насколько велик автоклав?

Размер стерилизатора будет варьироваться в зависимости от емкости, необходимой для зоны, где будет использоваться автоклав. Например, в стоматологическом кабинете автоклав может просто стоять на столешнице, где оборудование необходимо только для стерилизации небольших пакетов инструментов. Стерилизатор немедленного использования обычно требуется рядом с операционной, и может потребоваться обрабатывать только 1-3 лотка с инструментами за раз. Однако большинство медицинских учреждений имеют больших автоклавных машин в своем отделении стерильной обработки (SPD), которые могут обрабатывать 15-20 лотков инструментов за цикл или даже до 625 фунтов инструментов за цикл в зависимости от размера.

Автоклавы промышленного размера для производственных процессов могут быть очень большими, некоторые сравнимы с размером грузовика или самолета.

Что такое автоклавирование?

Устройства должны быть совместимы с процессом автоклавирования. Автоклавируемые предметы должны быть совместимы с условиями высокой температуры и влажности и должны обрабатываться в соответствии с письменными инструкциями производителя по применению. Медицинские устройства, контактирующие со стерильными тканями или жидкостями организма, считаются критически важными.Эти предметы могут включать хирургические инструменты, имплантированные медицинские устройства, хирургические простыни и постельное белье. Эти предметы должны быть стерильными при использовании, потому что любое микробное заражение может привести к передаче инфекции. Пар часто является предпочтительным стерилизующим средством для стерилизации предметов, устойчивых к воздействию тепла и влаги, поскольку он надежен, устойчив и опасен для микроорганизмов, а также безопасен для персонала, обслуживающего автоклав. 2

Сколько стоит автоклав?

Стоимость автоклава может сильно варьироваться из-за различных применений и применений этой технологии.Промышленные и фармацевтические автоклавы настраиваются и изготавливаются для конкретного использования, поэтому их стоимость, вероятно, будет отличаться от стоимости автоклавов, которые вы найдете в больнице или стоматологическом кабинете.

В области здравоохранения стоимость автоклава может варьироваться в зависимости от емкости и способа установки. Помимо первоначальной стоимости автоклава, следует учитывать обслуживание и стоимость продуктов для обеспечения и мониторинга стерильности . В зависимости от производителя автоклава затраты на цикл, потребление коммунальных услуг и затраты на техническое обслуживание могут изменяться с течением времени, и их следует оценивать, чтобы сравнить общую стоимость владения с течением времени.

Сравнение промышленных автоклавов и медицинских автоклавов

Автоклавы

могут использоваться в различных промышленных и медицинских целях. Промышленные автоклавы используются в производственных условиях для обработки деталей и материалов с использованием нагретого пара и давления: например, при производстве обработанной под давлением древесины и специальных каучуков, используемых в шинах вашего автомобиля. Автоклавы также используются в научных исследованиях и фармацевтической промышленности - помимо стерилизационного оборудования, используемого в лабораторных исследованиях, большинство автоклавов оснащены жидкостным циклом для стерилизации жидкостей, используемых в лабораторных условиях.

Медицинские паровые стерилизаторы используются в медицинских учреждениях для стерилизации предметов, устойчивых к нагреванию и влаге, таких как хирургические инструменты, имплантированные медицинские устройства, хирургические простыни и постельное белье. Циклы, используемые в медицинских паровых стерилизаторах, разработаны и утверждены в соответствии с признанными отраслевыми стандартами. В Соединенных Штатах паровые стерилизаторы, используемые в здравоохранении, должны быть допущены к использованию Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов для использования по назначению производителя стерилизатора.

1 https://www.britannica.com/technology/autoclave
2 https://university.steris.com/course/understanding-steam-sterilization/
3 https://www.cdc.gov/hicpac/ Disinfection_Sterilization / 13_0Sterilization.html
4 (ANSI) Американский национальный институт стандартов Inc./(AAMI) Ассоциация развития медицинского оборудования

Дополнительные ссылки

Ассоциация развития медицинского оборудования. (2017). ANSI / AAMI ST79: 2017 подробное руководство по стерилизации паром и обеспечению стерильности в медицинских учреждениях.
Ассоциация медсестер. (2016). Руководство по периоперационной практике.
Международная ассоциация управления материальными ресурсами центральных служб здравоохранения. (2016). Central Service Technical Manual (8-е изд.). Макдоннелл, Г. (2007). Типы, действие и устойчивость к антисептике, дезинфекции и стерилизации.

Что такое автоклав? | Управление гигиены окружающей среды и безопасности

Автоклавы используют воду, давление и тепло для создания перегретого пара, убивающего микроорганизмы и споры.

Автоклавы в Принстоне используются для обеззараживания некоторых биологических отходов и стерилизации сред, инструментов и лабораторной посуды.

Перегретый пар ... Как это работает?

Стерилизация паром в основном зависит от температуры, давления и времени:

Температура : Эффективная стерилизация происходит, когда температура пара превышает 250 ° F (121 ° C).
Давление : Давление в автоклаве должно составлять не менее 20 фунтов на кв. Дюйм.
Время : Время, необходимое для стерилизации большинства организмов, зависит от температуры и давления.При температуре 250 ° F (121 ° C) в сосуде с давлением 20 фунтов на кв. Дюйм мешки требуют не менее 30 минут для стерилизации.

Можно и нельзя использовать автоклав

При использовании автоклавов в лаборатории важно соблюдать все процедуры безопасности, включая использование надлежащих СИЗ (термостойкие перчатки, лабораторный халат, надлежащие средства защиты глаз и обувь с закрытым носком).

DO:

  • Используйте ОРАНЖЕВЫЕ автоклавируемые пакеты для биологических опасностей для автоклавирования отходов.
  • Добавьте ~ 250 мл воды в пакет, прежде чем свободно закрывать пакет.
  • Мешок для автоклава во вторичном контейнере из полипропилена из нержавеющей стали или безопасного для автоклавирования полипропилена.
  • Поместите обработанный в автоклаве пакет в регулируемый контейнер для медицинских отходов, когда пакет остынет.
  • Убери за собой.
  • Своевременно удаляйте отходы из автоклава, чтобы их могли использовать другие.

НЕЛЬЗЯ:

  • Используйте КРАСНЫЕ пакеты для биологических опасностей для отходов автоклавов.
  • По окончании цикла оставьте сумки в автоклаве.
  • Оставьте полные пакеты для автоклавов на полу.
  • Ожидайте, что обслуживающий персонал будет обращаться с пакетами автоклава, которые находятся за пределами установленных мусорных баков. Они не обучены обращаться с биоотходами.
  • Пусть пакеты для автоклава накапливаются в вашей лаборатории, в автоклаве или помещении автоклава.
  • Используйте пакеты для автоклавов для чего-либо, кроме сбора биологически опасных отходов.

Совместимые и несовместимые материалы

Ниже перечислены материалы, которые можно и нельзя обрабатывать в автоклаве.

Совместимые материалы:

  • Колбы для тканевых культур
  • Хирургические инструменты
  • Посуда
  • Наконечники для дозаторов
  • Решения для СМИ
  • Корма и постельные принадлежности для животных
  • Отходы
  • Полипропилен (вторичная тара)
  • Нержавеющая сталь
  • Перчатки

Несовместимые материалы:

  • Кислоты, основания и органический растворитель
  • Хлориды, сульфаты
  • Морская вода
  • Хлор, гипохлорит, отбеливатель
  • Нержавеющая сталь
  • Полистирол (ПС)
  • Полиэтилен (PE)
  • Полиэтилен низкой плотности (LDPE) и высокой плотности (HDPE)
  • Полиуретан

НИКОГДА не автоклав:

  • Легковоспламеняющиеся, химически активные, коррозионные, токсичные или радиоактивные материалы
  • Отбеливатель бытовой
  • Любая жидкость в закрытой таре.
  • Любой материал, содержащийся таким образом, что он касается внутренних поверхностей автоклава.
  • Салфетка, залитая парафином. Расплавленный парафин может серьезно повредить автоклав.

Аттестация автоклава

Автоклавы, используемые для обеззараживания биоотходов, ежеквартально проверяются EHS. Это выполняется с использованием спор Geobacillus stearothermophilus в качестве биологического индикатора. Индикатор инкубируют в течение 24 часов, чтобы определить, инактивировал ли цикл автоклавирования споры бактерий.Если тест не прошел, требуется сервисное обслуживание автоклава.

Узнайте больше об автоклавах и других каналах утилизации лабораторных отходов в нашем ежемесячном информационном бюллетене по макулатуре.

Паровая стерилизация | Рекомендации по дезинфекции и стерилизации | Библиотека руководств | Инфекционный контроль

Основной принцип паровой стерилизации, выполняемой в автоклаве, заключается в том, чтобы подвергать каждый предмет прямому контакту с паром при требуемой температуре и давлении в течение определенного времени. Таким образом, существует четыре параметра стерилизации паром: пар, давление, температура и время.Идеальный пар для стерилизации - сухой насыщенный пар и увлеченная вода (доля сухости ≥97%). 813, 819 Давление служит средством достижения высоких температур, необходимых для быстрого уничтожения микроорганизмов. Для обеспечения микробицидной активности необходимо обеспечить определенную температуру. Две распространенные температуры стерилизации паром: 121 ° C (250 ° F) и 132 ° C (270 ° F). Эти температуры (и другие высокие температуры) 830 должны поддерживаться в течение минимального времени, чтобы убить микроорганизмы.Признанные минимальные периоды воздействия для стерилизации упакованных медицинских принадлежностей составляют 30 минут при 121 ° C (250 ° F) в стерилизаторе с гравитационным вытеснением или 4 минуты при 132 ° C (270 ° F) в вакуумном стерилизаторе (таблица 7). При постоянных температурах время стерилизации зависит от типа предмета (например, металл или резина, пластик, предметы с просветом), от того, упакован он или нет, а также от типа стерилизатора.

Два основных типа паровых стерилизаторов (автоклавов) - автоклав с гравитационным вытеснением и высокоскоростной предварительный вакуумный стерилизатор.В первом случае пар поступает в верхнюю или боковые части стерилизационной камеры и, поскольку пар легче воздуха, вытесняет воздух из нижней части камеры через выпускное отверстие. Автоклавы с гравитационным вытеснением в основном используются для обработки лабораторных сред, воды, фармацевтических продуктов, регулируемых медицинских отходов и непористых изделий, поверхности которых имеют прямой контакт с паром. Для стерилизаторов с гравитационным вытеснением время проникновения в пористые предметы увеличивается из-за неполного удаления воздуха.Этот момент иллюстрируется обеззараживанием 10 фунтов микробиологических отходов, для чего требуется не менее 45 минут при 121 ° C, потому что захваченный воздух, остающийся в загрузке отходов, значительно замедляет проникновение пара и эффективность нагрева. 831, 832 Высокоскоростные предвакуумные стерилизаторы аналогичны стерилизаторам с гравитационным вытеснением, за исключением того, что они оснащены вакуумным насосом (или эжектором) для обеспечения удаления воздуха из стерилизационной камеры и загрузки до того, как пар будет впущен. Преимущество использования вакуумного насоса заключается в том, что пар почти мгновенно проникает даже в пористые нагрузки.Тест Боуи-Дика используется для обнаружения утечек и недостаточного удаления воздуха и состоит из сложенных хирургических полотенец из 100% хлопка, которые являются чистыми и предварительно кондиционированными. В центр упаковки следует поместить имеющийся в продаже тестовый лист типа Боуи-Дика. Тестовую упаковку следует поместить горизонтально в переднюю нижнюю часть стойки стерилизатора, рядом с дверцей и над сливом, в противном случае пустую камеру и прогнать при 134 ° C в течение 3,5 минут. 813, 819 Испытание проводится каждый день, когда используется паровой стерилизатор вакуумного типа, перед первой обработанной загрузкой.Воздух, который не удален из камеры, будет мешать контакту с паром. Для замены стопки сложенных хирургических полотенец для проверки эффективности вакуумной системы в предвакуумном стерилизаторе были разработаны одноразовые тестовые пакеты меньшего размера (или устройства для испытаний). 833 Эти устройства «предназначены для имитации продукта, подлежащего стерилизации, и представляют определенную проблему для процесса стерилизации». 819, 834 Они должны быть репрезентативными для нагрузки и имитировать наибольшую нагрузку. 835 Работа вакуума стерилизатора приемлема, если лист внутри тестовой упаковки показывает равномерное изменение цвета. Захваченный воздух приведет к появлению пятна на тестовом листе из-за неспособности пара достичь химического индикатора. Если стерилизатор не прошел тест Боуи-Дика, не используйте стерилизатор до тех пор, пока он не будет проверен персоналом по обслуживанию стерилизатора и не пройдет тест Боуи-Дика. 813, 819, 836

Другой способ стерилизации паром - это процесс с импульсным давлением продувки паром, который быстро удаляет воздух путем многократного чередования продувки паром и импульса давления выше атмосферного.Воздух быстро удаляется из загрузки, как в случае с предварительным вакуумным стерилизатором, но утечки воздуха не влияют на этот процесс, потому что пар в стерилизационной камере всегда находится выше атмосферного давления. Типичные значения температуры и времени стерилизации составляют от 132 ° C до 135 ° C с временем воздействия от 3 до 4 минут для пористых материалов и инструментов. 827, 837

Как и другие системы стерилизации, паровой цикл контролируется механическими, химическими и биологическими мониторами. Паровые стерилизаторы обычно контролируются с помощью распечатки (или графически) путем измерения температуры, времени при температуре и давления.Обычно химические индикаторы прикрепляются снаружи и включаются в упаковку для контроля температуры или времени и температуры. Эффективность стерилизации паром отслеживается с помощью биологического индикатора, содержащего споры Geobacillus stearothermophilus (ранее Bacillus stearothermophilus ) . Положительные результаты теста на споры являются относительно редким событием 838 и могут быть связаны с ошибкой оператора, недостаточной подачей пара, 839 или неисправностью оборудования.

Переносные (настольные) паровые стерилизаторы применяются в амбулаторных, стоматологических и сельских клиниках. 840 Эти стерилизаторы предназначены для небольших инструментов, таких как шприцы для подкожных инъекций, иглы и стоматологические инструменты. Способность стерилизатора достигать физических параметров, необходимых для стерилизации, следует контролировать с помощью механических, химических и биологических индикаторов.

Компактный солнечный автоклав, основанный на генерации пара с использованием широкополосных светособирающих наночастиц

Abstract

Отсутствие доступных процессов стерилизации для медицины и стоматологии в развивающихся странах является основным фактором риска распространения болезней.Современные медицинские учреждения в развитых странах часто используют автоклавные системы для стерилизации медицинских инструментов и оборудования и обработки отходов, которые могут содержать вредные инфекции. Здесь мы показываем использование широкополосных светопоглощающих наночастиц в качестве солнечных фототермических нагревателей, которые генерируют высокотемпературный пар для автономного, эффективного солнечного автоклава, используемого для санитарной обработки инструментов или материалов в удаленных местах с ограниченными ресурсами. Стерилизацию проверяли с помощью стандартного биологического индикатора на основе Geobacillus stearothermophilus .

По данным Всемирной организации здравоохранения, инфекции, связанные со здоровьем, являются наиболее распространенным неблагоприятным последствием лечения во всем мире (1–3). Хотя эта проблема сбивает с толку и требует больших затрат в развитых странах, ее воздействие на развивающиеся регионы является разрушительным (4). Более четверти населения мира не имеет доступа к электричеству, не говоря уже о высоких требованиях к мощности, необходимых для современных систем стерилизации. Поскольку более половины всех людей в развивающихся регионах не имеют доступа к всепогодным дорогам, направление постоянных поставок одноразовых стерилизующих ресурсов в эти районы представляет собой еще более серьезную проблему (5).Следовательно, решение проблемы стерилизации с ограниченными ресурсами можно рассматривать как попытку найти решения как для ограничений энергоснабжения, так и для цепочки поставок.

Основной причиной инфекций, связанных с оказанием медицинской помощи (нозокомиальных), является длительное или целенаправленное пребывание в антисанитарных условиях. Такие условия можно улучшить с помощью методов санитарии и стерилизации. Стерилизация включает уничтожение всех микроорганизмов и их спор, тогда как дезинфекция - менее надежный процесс, который включает удаление микроорганизмов без полной стерилизации (6).Одним из самых простых, эффективных и надежных подходов к стерилизации медицинских изделий и материалов является использование автоклава. Основная идея автоклава - подвергать стерилизуемую среду воздействию насыщенного пара при повышенной температуре. При контакте со средой, подлежащей стерилизации, насыщенный пар конденсируется из газовой фазы в жидкую фазу, передавая свою скрытую теплоту испарения стерилизуемому материалу и, таким образом, любым связанным микробам на его поверхности.Такая быстрая передача тепла чрезвычайно эффективна для денатурирования белков и может использоваться для уничтожения большинства известных типов инфекционных агентов, включая бактерии, вирусы или вирусные споры.

Паровые автоклавные системы нейтрализуют потенциально инфекционные микроорганизмы, локализованные на твердых поверхностях или в жидкой фазе, путем воздействия на них высокотемпературного пара под давлением. Процесс паровой стерилизации зависит как от температуры пара, так и от продолжительности воздействия пара, чтобы обеспечить необратимое уничтожение всех микроорганизмов, особенно бактериальных эндоспор, которые считаются особенно термически стабильными.Хотя паровая стерилизация является основным методом обработки медицинских отходов в развитом мире, большие потребности в энергии для работы являются фундаментальным ограничением для ее внедрения в развивающихся странах с ограниченным или отсутствующим доступом к источникам электроэнергии, достаточным для питание таких систем.

Недавно мы сообщили об использовании широкополосных светопоглощающих частиц для генерации солнечного пара (7). Было показано, что различные наночастицы, такие как металлические нанооболочки, агрегаты нанооболочек и проводящие углеродные наночастицы, при диспергировании в водном растворе и освещении солнечным светом преобразуют поглощенную солнечную энергию в пар с эффективностью чуть более 80%, где менее 20 % энергии идет на нагрев жидкого объема (7).Этот эффект зависит от сильно локализованного, сильного фототермического отклика этих типов наночастиц, характеристики, которая используется для эффективной абляции солидных опухолей путем облучения лазерным светом ближнего ИК-диапазона с близкой к единице скоростью ремиссии опухоли (8⇓⇓⇓⇓⇓ ⇓⇓ – 16). В процессе солнечной генерации пара широкополосные светопоглощающие наночастицы создают большое количество центров зародышеобразования для генерации пара внутри жидкости. Поскольку свет поглощается наночастицей, разница температур между наночастицей и окружающей жидкостью устанавливается из-за пониженной теплопроводности на границе раздела металл-жидкость: этого локального повышения температуры может стать достаточно для преобразования жидкости в непосредственной близости от наночастица в пар.При постоянном освещении паровая оболочка, окружающая наночастицу, увеличивается, что в конечном итоге приводит к плавучести комплекса наночастица-пузырь. Когда этот комплекс достигает поверхности жидкости, пар выделяется, что приводит к интенсивному неравновесному образованию пара, которое не требует, чтобы основная температура жидкости достигла точки кипения. Если жидкость находится в ледяной бане, пар образуется, даже если температура жидкости остается на уровне 0 ° C (7). Однако при длительном воздействии солнечного света происходит как более эффективный процесс генерации пара на основе наночастиц, так и менее эффективный процесс нагрева объемной жидкости, что в конечном итоге приводит к одновременному образованию пара на основе наночастиц и кипению массы жидкости.Комбинация этих двух процессов приводит к производству солнечного пара, который происходит при более высоких температурах пара, чем может быть достигнуто с помощью нагрева жидкости, не основанной на частицах (рис. 1). Наночастицы не диспергируются в паровой фазе и не разлагаются в процессе генерации пара.

Рис. 1.

Температурная эволюция солнечной генерации пара. ( A ) Температура в зависимости от времени для воды, диспергированной в наночастицах Au (i, жидкость; ii, пар), и воды без наночастиц (iii, жидкость; iv, пар) под воздействием солнечного света.(Концентрация наночастиц Au, достаточная для получения оптической плотности, равной единице.) ( B ) Фотография системы, используемой для изменения температуры при генерации солнечного пара: (а) прозрачный сосуд, изолированный вакуумной рубашкой для уменьшения тепловых потерь, (б) две термопары для измерения температуры раствора и пара, (c) датчик давления и (d) сопло 1/16 дюйма.

Температурно-временная эволюция жидкости с дисперсными наночастицами и пара, образующегося при солнечном облучении, показана на рис.1 A с наночастицами и без них. Подробная характеристика наночастиц показана на рис. S1. С диспергаторами наночастиц температура как жидкости, так и пара повышается намного быстрее, чем температура чистой воды (рис. 1 A , i и ii), причем жидкая вода достигает 100 ° C быстрее с диспергаторами наночастиц, чем вода. без наночастиц. Измеримое производство пара происходит при более низкой температуре воды в случае с диспергаторами наночастиц, потому что генерация пара, диспергированного наночастицами, может происходить при любой температуре жидкости.В показанном здесь случае измеримое производство пара появляется при температуре воды ∼70 ° C, что значительно ниже порогового значения производства пара для чистой воды. Однако, возможно, наиболее важным является большая разница в установившейся температуре, достигаемая для двух систем: с включением диспергаторов наночастиц температура воды и пара повышается намного выше стандартной точки кипения воды. В этом случае в системе вода – пар с дисперсными наночастицами легко достигается равновесная температура 140 ° C.Эта повышенная температура позволяет использовать солнечный пар, генерируемый наночастицами, для медицинской стерилизации.

Эволюция солнечной генерации пара из нанооболочек Au, диспергированных в воде, была количественно оценена в системе с открытым контуром (рис. 1 B ), состоящей из сосуда объемом 200 мл, изолированного с вакуумной рубашкой для предотвращения потерь тепла, датчиком давления , и две термопары для контроля температуры жидкости и пара. Судно освещалось солнечным излучением, сфокусированным 0.69-m 2 Линзу Френеля в стеклянный сосуд, содержащий 100 мл наночастиц с концентрацией 10 10 частиц / м 3 или, альтернативно, воду без наночастиц в качестве контроля. При солнечном освещении пар выходил через сопло диаметром 16 мкм, при этом регистрировались давление и температура.

Здесь мы демонстрируем два различных компактных автоклава для солнечных батарей, приводимые в действие солнечной генерацией пара на основе наночастиц, которые хорошо подходят для автономных приложений.При использовании солнечного концентратора (линзы Френеля или тарельчатого зеркала) для доставки солнечного света в водную рабочую жидкость с дисперсными наночастицами этот процесс позволяет подавать пар с температурой 115–135 ° C в объем 14,2 л в течение достаточного периода времени. для стерилизации. Стерилизацию проверяли с помощью стандартного биологического индикатора на основе Geobacillus stearothermophilus .

Экспериментальная часть

Были разработаны две конструкции солнечной стерилизации. Один из них представляет собой переносную систему автоклава на солнечной энергии с замкнутым контуром, подходящую для стерилизации медицинских или стоматологических инструментов; Вторая конструкция представляет собой систему автоклава с солнечным коллектором, которая может служить автономным автономным источником пара, подходящим для систем стерилизации человеческих или животных отходов или для других целей.Пар из замкнутой системы (рис. 2 A ) вырабатывается при солнечном освещении, транспортируется в стерилизационный объем, конденсируется и затем возвращается в сосуд для жидкости. Конструкция состоит из трех основных подсистем: модуля парообразования (рис. 2 A, , I), модуля подключения (рис. 2 A, , II) и модуля стерилизации (рис. 2 A, , III. ). Более подробные схемы системы представлены на рис. S1, S2 и S3.

Рис.2.

( A ) Схема и фотография солнечного автоклава с замкнутым контуром, показывающая (I) модуль генерации пара, (II) соединительный модуль и (III) модуль стерилизации. Компоненты системы: (a) стерилизационный сосуд, (b) датчик давления, (c) датчик термопары, (d) предохранительный клапан, (e и f) регулирующие клапаны, (g) солнечный коллектор, содержащий раствор нагревателя на основе наночастиц. , (h) обратный клапан и (k) солнечный концентратор (пластиковая линза Френеля с площадью поверхности 0,67 м 2 ).( B ) Схема и фотография солнечного автоклава открытого типа: компонентами системы являются ( i ) солнечный концентратор (44-дюймовое зеркальное зеркало), ( ii ) коллектор тепла, содержащий металлические наночастицы, и ( iii ) стерилизационный сосуд, содержащий датчик давления, два датчика термопары, предохранительный клапан пара, а также два ручных насоса и клапана, которые контролируют ввод и вывод отходов. Тарелка солнечного концентратора имеет двойную систему слежения, питающуюся от небольшого автомобильного аккумулятора, заряжаемого от солнечного элемента.

Раствор частиц содержится в изолированном стеклянном сосуде, изготовленном по индивидуальному заказу, с двумя входными отверстиями, ведущими к соединительному модулю. Сбор солнечной энергии осуществляется с помощью относительно небольшой и недорогой линзы Френеля. Горячий солнечный пар, генерируемый в этом модуле, направляется через одно сопло соединительного модуля в модуль стерилизации, где он конденсируется на стерилизуемых объектах, возвращаясь в виде конденсата в модуль генерации пара. Обратный клапан в одном из портов парогенераторного модуля обеспечивает однонаправленный поток пара по всей системе.

Модуль стерилизации состоит из изолированного сосуда под давлением (переоборудованного автоклава на плите емкостью 14,2 л). Отверстие для возврата конденсата (диаметр 0,86 см) было вырезано на нижней стороне сосуда автоклава на расстоянии 10 см от центра. Точно так же отверстие для впуска пара (диаметр 0,86 см) было вырезано на крышке стерилизационного сосуда на расстоянии 10 см от центра. Анализ методом конечных элементов (SolidWorks с использованием максимума Трески) был проведен для выявления механически самых слабых частей сосуда высокого давления, когда он находится в условиях высоких напряжений (рис.S3). Путем изменения радиального положения отверстия в основании сосуда высокого давления был определен минимальный коэффициент безопасности (прочность материала сосуда / расчетная нагрузка) при многих различных конфигурациях обработки. Отверстие диаметром 0,86 см, расположенное в 10 см от центра сосуда высокого давления, было определено как оптимальное место с минимальным коэффициентом безопасности 3,35. Чтобы свести к минимуму потери тепла от модуля генерации пара и модуля стерилизации, система была изолирована герметиком (Great Stuff Fireblock Insolated Foam Sealant), нанесенным на поверхности сосудов и покрытым алюминиевой фольгой для дальнейшего минимизации потерь тепла.

Соединительный модуль состоит из двух частей: парового соединения, которое позволяет пару течь от модуля генерации пара к стерилизационному модулю, и соединения конденсата, которое возвращает конденсат из модуля стерилизации (рис. S3). Подключение пара состоит из трубки из политетрафторэтилена (ПТФЭ), изолированной стекловолоконной трубной оберткой, и шарового клапана; Подключение конденсата состоит из шарового клапана, трубки из ПТФЭ, изолированной стекловолоконной трубной оберткой, обратного клапана и клапана сброса давления.Оба блока содержат переходник для подключения к модулю парогенерации.

Пар, генерируемый солнечными батареями, входит в модуль стерилизации в верхней части сосуда, выталкивая нестерильный воздух вниз и из сосуда через трубку выпуска воздуха, которая соединена с регулирующим клапаном. Захваченный нестерильный воздух может иметь изолирующий эффект и препятствовать полной стерилизации; поэтому очень важно, чтобы из модуля стерилизации было удалено как можно больше воздуха. После удаления нестерильного воздуха из системы регулирующий клапан закрывается, чтобы в сосуде повысилось давление.Цикл поддерживается при минимальных 115 ° C и 12 фунтах на квадратный дюйм и максимальных 140 ° C и 20 фунтах на квадратный дюйм во всех областях модуля стерилизации на протяжении всего цикла стерилизации. Конденсат направляется обратно в модуль генерации пара через обратный клапан, когда гидростатическое давление превышает максимальное давление клапана (номинальное давление 0,3 фунта на кв. Дюйм).

Оптимизированный прототип компактного солнечного автоклава с открытым контуром для стерилизации человеческих отходов представлен на рис. 2 B .Используя 44-дюймовый солнечный коллектор для фокусировки солнечного света в водную рабочую жидкость с диспергированными наночастицами, мы доставляем пар в стерилизационный объем емкостью 14,2 л (коммерчески доступный автоклав для плиты). Этот объем может легко вместить 10-литровый объем мобильного санитарного туалета (moSAN), например (туалет для личного пользования, разработанный для Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit GmbH и первоначально разработанный для городской бедноты в Бангладеш), и если он будет эксплуатироваться три раза в неделю он мог обрабатывать еженедельное количество твердых и жидких отходов, производимых домом из четырех взрослых (∼35 л).Солнечная энергия подается в это устройство через отражающую параболическую тарелку, которая отслеживает солнце, питается от небольшого автомобильного аккумулятора и перезаряжается с помощью небольшой солнечной панели. Образующийся пар передается в автоклав по силиконовой трубке. Необработанные отходы доставляются в автоклав с помощью ручного механического насоса, которым может легко управлять один человек. После процесса стерилизации продезинфицированные отходы удаляются самотеком. Благодаря простой модульной конструкции система может быть легко расширена для подачи высокотемпературного пара для крупномасштабных приложений.

Раствор наночастиц содержится в специально разработанном сосуде с вакуумной изоляцией, расположенном в фокусе параболического отражателя. Пар, образующийся в этом модуле, направляется в модуль стерилизации отходов. При обычной работе температура пара поддерживается на уровне 132 ° C в течение 5 минут - времени, необходимого для стандартного цикла стерилизации Международной организации по стандартизации (ISO). Температура пара контролировалась на выходе из модуля генерации пара, а температура отработанного раствора - внутри модуля стерилизации.Ожидается, что эти два места достигнут температуры стерилизации с небольшими тепловыми различиями (газовая и жидкая фазы) внутри модуля стерилизации во время процесса стерилизации.

Температуру пара контролировали в обеих геометриях на патрубке для пара и патрубке для конденсата, непосредственно примыкающем к модулю стерилизации. Ожидается, что в этих двух местах будет самая высокая и самая низкая температура пара, соответственно, что позволит нам измерить общий температурный градиент, создаваемый внутри стерилизационного модуля во время процесса стерилизации.Температура пара до и во время цикла стерилизации показана на рис. 3.

Рис. 3.

Распределение температуры автоклава для солнечных автоклавов с замкнутым контуром ( A ) и ( B ) с открытым контуром. Температура пара в зависимости от времени, измеренная в двух разных точках автоклава: вверху (красная кривая) и соответственно внизу (синяя кривая). Пунктирная линия указывает температуру, необходимую для стерилизации, а красный прямоугольник указывает режим стерилизации (115 ° C в течение 20 минут или 132 ° C в течение 4 минут).6 мин). Температура окружающей среды (зеленая) отслеживалась как эталон.

Красная кривая на рис. 3 - это температура пара на впускном клапане стерилизационной емкости, синяя кривая на рис. 3 - температура конденсата на выходе из стерилизационной емкости, а температура окружающей среды на рис. 3 - зеленая кривая. Пунктирная серая линия на рис. 3 представляет температуру, необходимую для стерилизации (115–132 ° C). В случае замкнутой системы (рис. 3 A ) нерегулярные всплески на температурных кривых соответствуют тому моменту, когда пар начинает поступать в сосуд.Нижняя термопара показывает два основных выброса во время разогрева, которые возникают при выпуске нестерилизованного воздуха из модуля стерилизации. Первый всплеск вызвал турбулентность в системе, в результате чего термопара на короткое время подверглась воздействию более горячего пара. Второй скачок температурных данных выходной термопары соответствует выпуску оставшегося нестерилизованного изолированного воздуха. Данные мониторинга ясно показывают, что автоклав легко способен поддерживать температуру выше 115 ° C в течение более 30 минут времени стерилизации, необходимого при этой температуре.В случае системы с открытым контуром (Рис. 3 B ) красная кривая - это температура пара в газе, измеренная на впускном клапане емкости, синяя кривая - температура внутри содержимого емкости (искусственный фекальный материал). , а температура окружающей среды - зеленая кривая. Пунктирная серая линия представляет желаемую температуру, необходимую для стерилизации (132 ° C). После начального периода нарастания, составляющего ~ 20 мин, достигается температура стерилизации, и кривая температура-время продолжает колебаться вокруг этого значения из-за частого выпуска пара из стерилизационного сосуда через предохранительный клапан давления.Данные солнечной тепловой эволюции показывают, что автоклав способен поддерживать температуру около 132 ° C в течение более 5 минут.

Чтобы проверить, могут ли наши системы достичь уровня гарантии стерильности, определенного Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (17), мы использовали систему в цикле со стерилизационным сосудом, содержащим коммерческие биологические индикаторные полоски для G. stearothermophilus (EZTest Self- Содержащиеся биологические индикаторные полоски; SGM Biotech), эталонный штамм, обычно используемый для тестирования стерилизации.Тест-полоски закрепляли в стерилизационном модуле рядом с кранами впускного и выпускного потоков или погружали в раствор имитатора фекалий. После завершения цикла полоски инкубировали 36 ч при 55–60 ° C. Результаты показаны на рис. 4.

Рис. 4.

Биологические индикаторы, используемые для проверки стерилизации в солнечном автоклаве. Пробирки с G. stearothermophilus , помещенные в различные места в стерилизационном модуле: ( A ) верх / низ сосудов были запечатаны для твердого материала и необработанного контроля и ( B ) помещены в фекальный стимулятор, запечатанный для жидкости - твердый материал и необработанный контроль.Они использовались для проверки стерилизации в автоклаве на солнечной батарее. Стерилизация подтверждается изменением цвета содержимого флакона.

Изменение цвета флаконов на рис. 4 относительно контрольного флакона указывает на то, что стерилизация достигается за счет работы солнечного автоклава в течение одного 30-минутного цикла при 115 ° C для замкнутой системы и одного 5-минутного цикла. мин. цикл при 132 ° C для разомкнутой системы. Если некоторые споры выдерживают цикл стерилизации, среда для культивирования биологических индикаторов меняет цвет с пурпурного на желтый.Наблюдаемое изменение цвета указывает на отсутствие выживания спор.

В заключение, мы показали два компактных солнечных автоклава, в которых используется солнечная генерация пара с использованием широкополосных светопоглощающих наночастиц. Системы поддерживают температуру от 115 ° C до 132 ° C в течение периода времени, достаточного для стерилизации содержимого 14,2-литрового объема, что соответствует требованиям к стерилизации Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов. Использование параболического тарельчатого солнечного коллектора обеспечивает более быстрое время нагрева и более высокие рабочие температуры, что значительно сокращает время цикла стерилизации (с 15 минут при 121 ° C до 5 минут при 132 ° C).Наночастицы не расходуются в процессе нагрева и могут использоваться повторно в течение неограниченного времени; Единственный расходный материал - это вода, которую не нужно стерилизовать перед использованием. Этот тип системы может быть легко расширен для обеспечения прямого производства пара для дополнительных применений, которые могут включать очистку воды на основе дистилляции, приготовление пищи, восстановление отходов или производство электроэнергии.

Фиг. S1, S2 и S3 показывают обширные схемы системы конфигурации и характеристики металлических наноструктур.

Благодарности

Мы благодарим Джареда Дэя, Александра Урбана, Кристин А. Тибодо и Сурбхи Лал за полезные обсуждения, а также гранты Фонда Роберта А. Велча C-1220 и C-1222 и Фонд Билла и Мелинды Гейтс за финансовую поддержку.

Сноски

  • Этот вклад является частью специальной серии инаугурационных статей членов Национальной академии наук, избранных в 2013 году.

  • Вклад авторов: О.Н., N.G., P.N., M.O. и N.J.H. спланированное исследование; O.N., C.F., A.D.N., A.D., K.S., B.L., E.K., M.Q., S.T. и N.G. проведенное исследование; НА. и N.J.H. проанализированные данные; и О. и N.J.H. написал газету.

  • Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

  • Эта статья содержит вспомогательную информацию на сайте www.pnas.org/lookup/suppl/doi:10.1073/pnas.1310131110/-/DCSupplemental.

Доступно бесплатно в Интернете через опцию открытого доступа PNAS.

Как работает автоклав?

Как работает автоклав? - Объясни это

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 24 июня 2020 г.

Радуйтесь, радуйтесь, что ваши глаза не так сильны, как электронные микроскопы. Если бы они были, вы бы увидели мир вокруг себя ползать со всевозможными жуткими ошибками. Какой мерзкой и мерзкой могла бы казаться жизнь! Так же хорошо, что мы есть автоклавы: машины для стерилизации вещей и сохраняя их свободными от микробов.Они немного похожи на гигантское давление плиты, которые используют силу пара для уничтожения микробов, которые могут выдерживают простую стирку или протирание горячей водой с моющими средствами. Они просты в использовании, подходят для оптовой стерилизации (большое количество оборудования), а поскольку в них используется пар, относительно экономичны в эксплуатации. Давайте подробнее разберемся, что это такое и как работают!

Фото: Заглядывает в открытую дверь большого автоклава. Обратите внимание на уплотнительную прокладку на дверце, чтобы пар оставался внутри, а манометры наверху.Фото Кэрол М. Хайсмит любезно предоставлено Коллекцией фотографий Джорджа Ф. Ландеггера из Алабамы в Америке Кэрол М. Хайсмит, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.

Для чего нужен автоклав?

Фото: Тестирование автоклава для стерилизации паром перед использованием. Это Hanshin HS-4085G с микропроцессорным управлением, который может стерилизовать грузы объемом до 85,6 л (22,6 галлона) при температуре до 135 ° C (275 ° F). Фото Роаделла Хикмана любезно предоставлено ВМС США.

Хотя автоклавы имеют много важных научных и промышленных применений, о которых мы поговорим позже, основное внимание в этой статье будет уделено тому, как эти удобные машины используются для стерилизации .

Вы, наверное, слышали о скороварках? Они были в моде, пока в 1980-х годах не стали популярными микроволновые печи. Они похожи на кастрюли большого размера с плотно закрывающимися крышками, и, когда вы наполняете их водой, они производят много пара под высоким давлением, что ускоряет приготовление пищи (если вы хотите узнать больше, см. Рамку на внизу этой страницы).Автоклавы работают аналогичным образом, но обычно они используются в более экстремальной форме приготовления: чтобы уничтожить насекомых и микробы вещи с паром достаточно долго, чтобы их стерилизовать. Дополнительный давление в автоклаве означает, что вода закипает при температуре выше, чем его нормальная температура кипения - примерно на 20 ° C выше - поэтому он выдерживает и переносит больше тепла и более эффективно убивает микробы. Продолжительный взрыв высокого давления пар намного эффективнее проникает в предметы и стерилизует их чем быстрое мытье или протирание в обычной горячей воде с дезинфицирующим средством.Согласно недавнему обзору ученых из Новой Зеландии: «Стерилизация паром (автоклавирование) является наиболее широко используемым методом стерилизации и считается наиболее надежным и экономичным методом стерилизации медицинских устройств».

Почему в автоклаве важно давление?

Давление - это способ действия силы на поверхность. Если вы качаете воздух в велосипедную шину, энергичные молекулы газа носиться внутри, сталкиваясь со стенками шины и давя наружу.Шина остается упругий и надутый, потому что молекулы воздуха толкают его внутренние стенки с такой же силой (или большая) сила, чем молекулы воздуха снаружи, толкают внешние стенки. Если вы нагреете покрышка, вы даете молекулам воздуха больше энергии. Они быстрее носятся, чаще сталкиваются с резиновыми стенками шины и больше силы. Шина кажется более накачанной или, если вам не повезло, всплески!

В физике мы говорим, что давление на поверхность - это сила давление на него, разделенное на площадь, на которую действует сила:

Давление = Сила / Площадь

Это простое уравнение говорит вам, что если вы приложите заданную силу к половине площади, вы удвоите давление.Приложите силу к удвоенной площади, и вы уменьшите давление вдвое.

Фото: Кнопки для рисования используют науку давления. Разница в площади между голова, которую вы толкаете, и острый конец, входящий в стену, эффективно увеличивают силу толчка.

Очень полезно знать о давлении в повседневной жизни. Предполагать вы хотите повесить плакат на стене спальни. Если вы этого не сделаете есть молоток, вам будет намного проще использовать канцелярские кнопки (канцелярские кнопки), чем гвозди.У канцелярской кнопки огромная плоская головка соединена с очень тонкой булавка с острым концом. Когда вы нажимаете на плоскую головку, вы наносите определенное количество силы на довольно большую площадь. Сила передается прямо через штифт на наконечник, где теперь действует на площадь металла может быть в 100 раз меньше. Так что давление на наконечник фактически в 100 раз больше - вот почему штифт входит твоя стена так легко. В снегоступах и тракторных шинах используются абсолютно одинаковые принцип только наоборот. Они распределяют вес (силу тяжести) на большую площадь, чтобы не позволяйте своему телу (или машине) погрузиться в мягкий грунт.

Как давление и температура влияют на кипение

Предположим, у вас есть кастрюля полная картошки, которую вы хотите готовить. Вы наполняете кастрюлю водой, ставите на горячую плиту и ждете чтобы вода закипела. Теперь вы, наверное, думаете, что вода закипит «когда достаточно жарко» - и это правда, но только наполовину. Вода закипит, когда большинство содержащихся в ней молекул энергии достаточно, чтобы выйти из жидкости и образовать над ней водяной пар (пар). Чем горячее вода, тем более энергичны молекулы и тем легче им ускользнуть.Таким образом, температура играет важную роль в закипании.

Но давление тоже важно. Чем выше давление воздуха над водой молекулам труднее вырваться на свободу; чем ниже давление, тем легче. Если вы когда-нибудь пробовали заварить чашку чая на горе с портативная походная печь, вы знаете, что вода закипает при более низком температура на большой высоте. Это потому, что давление воздуха падает выше вы идете. На вершине Эвереста давление воздуха около треть от того, что было бы на уровне моря, поэтому вода кипит примерно при 70 ° C или 158 ° F (узнайте, почему, в этой публикации на форуме MadSci).Чай с вершины горы имеет отвратительный вкус, потому что вода кипит при слишком низкой температуре: хоть он и кипит, вода слишком холодная, чтобы «сварить» чайные листья должным образом.

Узнайте больше о давлении, температуре и поведении молекул при кипении жидкости.

Как работает автоклав?

Фото: Закрытие дверцы типичного лабораторного автоклава. Обратите внимание на большую ручку справа. используется для полной герметизации двери. Также обратите внимание на циферблаты с правой стороны. которые указывают температуру и давление.Фото PHAA Sarna любезно предоставлено ВМС США.

Автоклав - это, по сути, просто большой стальной сосуд, проходящий через какой пар или другой газ циркулирует, чтобы стерилизовать вещи, выполнять научные экспериментирует или проводят производственные процессы. Обычно камеры в автоклавах имеют цилиндрическую форму, потому что цилиндры лучше выдерживают крайнее давление, чем коробки, края которых становятся точками слабость, которая может сломаться. Высокое давление делает их самоуплотняющиеся (слова «авто» и «клаве» означают автоматическая блокировка), хотя по соображениям безопасности большинство из них также запечатаны вручную от за пределами.Как и на скороварке, предохранительный клапан гарантирует, что давление пара не может подняться до опасного уровня.

Как пользоваться автоклавом?

Изображение: Как работает автоклав (упрощенно): (1) Пар проходит через трубу внизу и вокруг закрытой рубашки, окружающей основную камеру (2), прежде чем попасть в саму камеру (3). Пар стерилизует все, что было помещено внутрь (в данном случае три синих бочки) (4), прежде чем выйти через выхлопную трубу внизу (5).Герметичный дверной замок и прокладка (6) надежно удерживают пар внутри. Предохранительный клапан (7), аналогичный тем, что установлен на скороварке, выскочит, если давление станет слишком высоким.

После герметизации камеры из нее удаляется весь воздух. с помощью простого вакуумного насоса (в конструкции, называемой предварительный вакуум) или путем откачки в паре, чтобы вытеснить воздух (альтернативный вариант, называемый гравитационное смещение). Далее через камеру прокачивают пар с более высокое давление, чем нормальное атмосферное давление, поэтому оно достигает температуры около 121–140 ° C (250–284 ° F).Как только необходимая температура будет достигнута, срабатывает термостат и запускает таймер. Подача пара продолжается. минимум около 3 минут и максимум около 15-20 минут (более высокие температуры означают более короткое время) - обычно достаточно долго, чтобы убивают большинство микроорганизмов. Точное время стерилизации зависит от множество факторов, включая вероятный уровень загрязнения автоклавированные предметы (грязные предметы, о которых известно, что они требуется больше времени для стерилизации, потому что они содержат больше микробов) и как автоклав загружен (если пар может циркулировать более свободно, автоклавирование будет быстрее и эффективнее).

Автоклавирование немного похоже на приготовление пищи, но это не только наблюдение. от температуры и времени, давление тоже имеет значение! Безопасность превыше всего. Поскольку вы используете высокое давление, высокотемпературный пар, будьте особенно осторожны при открыть автоклав, чтобы не происходило внезапного сброса давления, может вызвать опасный паровой взрыв.

Автоклавы промышленные и научные

Фото: Автоклавирование в научных целях: инженеры ВМС США загружают в автоклав кусок алюминия для нагрева и приклеивают к нему композитный пластырь.Фото Джонатана Л. Корреа любезно предоставлено ВМС США.

Artwork: Простой промышленный автоклав начала 20 века, предназначенный для производства различных промышленных химикатов с использованием кислот. По сути, это усиленный кислотостойкий кухонный сосуд (синий) со съемной завинчивающейся крышкой (оранжевый). Вы можете добавить химические ингредиенты через меньшее резьбовое входное отверстие (зеленое) и перемешать их с помощью мешалки с шестеренчатым приводом (красная). Это больше похоже на современную скороварку, чем на автоклав.Из патента США 1426920: Автоклав Оливер Слипер, 22 августа 1922 г., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Автоклавы, наиболее известные как стерилизаторы, также могут использоваться для проводить всевозможные промышленные процессы и научные эксперименты, которые лучше всего работают при высоких температурах и давления. В отличие от стерилизующих автоклавов, в которых обычно циркулирует пар, промышленные и научные автоклавы могут распространять другие газы, чтобы стимулировать протекание определенных химических реакций.Промышленные автоклавы часто используются для «отверждения» материалов (нагревания для стимулирования образования длинноцепочечных полимерных молекул). Например:

  • Резину можно вулканизировать (нагреть, упрочнить и отвердить серой) в автоклаве.
  • Нейлон (пластик) можно получить путем «варки» концентрированного раствора соли в автоклаве для стимулирования так называемой конденсационной полимеризации.
  • Полиэтилен (полиэтилен, другой пластик) может быть получен путем циркуляции воздуха или органических пероксидов через автоклав для полимеризации этилена.
  • Самолетные материалы, изготовленные из композитов, также обычно отверждаются в больших промышленных автоклавах. (хотя различные альтернативные процессы, включая микроволновое отверждение и производство вне автоклава, становятся все более популярными).

В некоторых автоклавах сочетаются элементы как стерилизации, так и промышленного производства. Например, пробки для бутылок из натуральной пробки (деревянные) необходимо прокипятить и стерилизовать, прежде чем они станут пригодными для использования. Традиционно это делалось в больших резервуарах для воды; теперь это гораздо более вероятно, будет сделано в больших масштабах в промышленных автоклавах с компьютерным управлением.

Кто изобрел автоклавы?

Фото: Автоклав для научных исследований: осмотр кристалла, выращенного в условиях микрогравитации, внутри цилиндрического автоклава. Этот научный эксперимент был проведен на борту космического корабля "Шаттл" в октябре 1995 года. Фото любезно предоставлено Центром космических полетов НАСА им. Маршалла (NASA-MSFC).

  • Древние греки стерилизовали медицинские инструменты кипятком.
  • 1679: французский инженер Дени Папен (1647–1712) изобретает пароварка - важный шаг в развитии Паровые двигатели.
  • 1860-е: французский биолог Луи Пастер (1822–1895) помогает подтвердить микробную теорию болезни. Он понимает, что греющие вещи убивать микробы может предотвратить болезни и продлить срок службы пищевых продуктов (что привело его к изобретению пастеризации).
  • 1879: сотрудник Пастера Чарльз Чемберленд (1851–1908) изобретает современный автоклав. Похоже на скороварку с крышкой. сверху плотно заклеен зажимами.
  • 1881: микробиолог. Роберт Кох и другие критикуют паровой метод Чемберленда, который, по их мнению, может повредить лабораторное оборудование, и вместо этого разрабатывают альтернативный стерилизатор без давления.В конечном итоге это превращается в машину, называемую Автоклав Коха.
  • 1889: немецкий врач Курт Шиммельбуш опирается на работа Чемберленда и Коха по производству стерилизатора барабанного типа, известного как автоклав Шиммельбуш (стерилизационный барабан).

В чем разница между автоклавом и скороваркой?

Хотите приготовить ужин быстрее? Вы могли бы использовать микроволновая печь, чтобы поразить его энергичными волнами. Но еще один популярный решение заключается в том, чтобы запечатать его в скороварке: своего рода кастрюле, которая готовит продукты быстрее, кипятя их при более высокой температуре, чем обычный.Хотя некоторые считают скороварки устаревшими, они по-прежнему являются удобным и экономичным способом приготовления. еда. Основная концепция - использование давления для достижения более высокой температуры - та же самая. как в автоклаве.

Фото: Скороварка в действии. Обратите внимание на клапан наверху, через который выходит пар, и на двойную ручку, используемую для запирания крышки. Фото Джорджа Данора, Управление военного управления США, любезно предоставлено Библиотекой Конгресса США.

Мы уже видели, что высокое давление повышает температуру кипения воды. Предположим, мы могли бы как-то устроить так, чтобы воздух над нашим кастрюля находилась под гораздо более высоким давлением, чем обычно. Что заставит воду закипеть при значительно более высокой температуре, благодаря чему картофель готовится быстрее.

Это основная идея скороварок. Скороварка представляет собой большую стальную кастрюлю с плотно закрывающейся крышкой. Внешний край на крышке есть толстый круг из резины, называемый прокладкой, которая подходит между нижней частью крышки и верхней частью сковороды, чтобы герметичное уплотнение.

Когда вы наполняете кастрюлю водой и ставите ее на плита, вода нагревается, и некоторые из ее молекул улетучиваются, образуя пар над ним. На обычной сковороде пар просто улетучится. на кухню и исчезни. Но с скороваркой прокладка и крышка предотвращают выход пара, поэтому давление скоро возрастет. Хотя вода внутри кастрюли закипает, чем выше давление, тем выше она закипает. температуры, чем обычно, что позволяет приготовить пищу быстрее. Специальный клапан в верхней части крышки позволяет выходить небольшому количеству пара, поддерживая давление выше обычного, но не настолько, чтобы плита взрывается.Если давление внутри поддона становится слишком сильным, клапан выскакивает, быстро понижая давление до безопасного уровня.

Если вам понравилась эта статья ...

... вам могут понравиться мои книги. Мой последний Бездыханный: почему загрязнение воздуха имеет значение и как оно влияет на вас.

Узнать больше

На сайте

Книги

Статьи

Популярное
  • Внутри аэрокосмической фабрики будущего от Джона Экселла.Инженер, 17 июня 2014 года. Автоклавы играют важную роль в производстве самолетов, но, возможно, не будут так долго работать.
  • Солнечная энергия: Альтернативное устройство для стерилизации хирургических инструментов в сельской местности, Дональд Дж. Макнил мл. The New York Times. 12 ноября 2012 г. Автоклавы на солнечных батареях могут принести огромную пользу сельским районам Африки.
  • Геометрии | Автоклав на острове Эллис: The New York Times, 9 апреля 2008 г. Захватывающий фотографический взгляд на то, как автоклав стерилизовал вещи больных, потенциальных иммигрантов.
  • Мгновенный пар может изгнать MRSA: BBC News, 29 июля 2007 г. Перегретый пар из ручного «пистолета» может быть альтернативой автоклавированию.
  • Микроб побил температурный рекорд Хелен Бриггс. BBC News, 15 августа 2003 г. Почему микроб из океанов может выдержать высокотемпературное автоклавирование.
  • Медицинская стерилизация «может распространять CJD»: BBC News, 10 февраля 1999 г. Исследователи сомневаются, достаточно ли простого автоклавирования для уничтожения прионов (белков), вызывающих болезнь Крейтцфельдта-Якоба.
Научные журналы

Патенты

Чтобы получить более подробные технические сведения, попробуйте этот небольшой набор из множества запатентованных конструкций автоклавов:

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2008, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Подписывайтесь на нас

Поделиться страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитируйте эту страницу

Вудфорд, Крис. (2008/2020) Автоклавы. Получено с https://www.explainthatstuff.com/autoclaves.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Подробнее на нашем сайте...

Руководство по процессу стерилизации автоклавов

| Tuttnauer

Производство пара и качество пара

Пар является средством стерилизации автоклава. В нашей серии «Методы стерилизации» мы объяснили физику пара и почему он идеально подходит для уничтожения таких микроорганизмов, как бактерии и споры. В первой части этого поста объясняется, как генерируется пар для автоклавирования. Во второй части этой серии будут обсуждаться различные типы подачи и генерации пара в автоклаве, а также их использование.

Назад к истокам

Стандарт стерилизации ANSI / AAMI гласит:

Существует два распространенных источника пара, используемых для стерильной обработки: больничные паровые котельные и автономные электрические котлы. В обоих случаях необходима подача очищенной воды для удаления всех растворенных твердых частиц (TDS). Каждую систему следует проектировать, контролировать и поддерживать, чтобы гарантировать, что качество, чистота и количество подаваемого пара соответствуют эффективной стерильной обработке (см .: https: // www.health.qld.gov.au/chrisp/sterilising/large_document.pdf)

Tuttnauer предлагает автоклавы, которые подключаются к системе подачи пара в здание или больницу, а также модели, оборудованные автономными электрическими парогенераторами. Другие автоклавы Tuttnauer оснащены опцией двойного пара (с возможностью изменения источника подачи пара в зависимости от наличия пара в здании), приспособленной к требованиям пользователя. Парогенератор автоклава может быть встроенным или автономным, в зависимости от размера камеры.

Качество пара для автоклава

Когда дело доходит до передачи большого количества энергии объекту, требующему стерилизации, нет ничего более мощного, чем пар. В конце концов, паровые машины приводят в движение корабли и поезда. Даже Титаник приводился в движение паром.

Мы обсуждали качество пара в подробном посте о методах стерилизации, но давайте рассмотрим факторы, которые определяют это качество, потому что оно имеет решающее значение для правильной работы автоклава и процесса стерилизации в целом.Наиболее важны два параметра:

  • уровень неконденсируемых газов
  • уровень влажности

Оптимальный состав пара в автоклаве: 3% жидкости и 97% газа. Любое изменение процентного содержания влаги увеличивает или уменьшает время стерилизации. На практике время стерилизации рассчитывается в соответствии с оптимальными условиями пара и способностью пара передавать энергию нестерильной загрузке до стерилизации. В конце концов, одним из наиболее важных преимуществ стерилизации в автоклаве паром является то, что она требует значительно меньше времени и тепла, чем стерилизатор сухого нагрева, благодаря способности пара передавать энергию.

Сухой пар? Влажный пар? Нет в автоклаве

При влажности менее 3% образуется так называемый сухой или перегретый пар. Этот пар увеличивает время стерилизации, поскольку снижает возможность передачи энергии. Перегретый пар снижает влажность примерно до 0%, превращая автоклав в сушильный шкаф. Передача энергии снижается, и то, что занимает трех минут в автоклаве при 134 ° C, занимает двух часов при 160 ° C и тридцать минут при 180 ° C !!

Однако при влажности выше 3% образуется насыщенный или влажный пар, что требует более высокого давления и температуры стерилизации.Влажный пар также увеличивает время сушки в конце процесса стерилизации. Сухая загрузка требуется в конце процесса, когда загрузка завернута и не предназначена для немедленного использования.

Стандарты и директивы стерилизации для автоклавов допускают некоторую гибкость в уровнях влажности пара, поскольку практически невозможно подавать идеальный пар при стабильном потоке. Даже если условия почти оптимальны, многие переменные влияют на пар, передаваемый в автоклав. Главные из них: погодные условия и температура; качество, длина и конструкция трубопроводов; дренажные станции; и наличие качественных конденсатоотводчиков.

Поднимите Steam

Теперь, когда мы понимаем, как работает пар, мы можем изучить, как он генерируется и подается в автоклав. В следующем посте мы поговорим о парогенераторе в автоклаве и расскажем о его различных типах и назначении. Следите за обновлениями.

Подробнее о автоклавных стерилизаторах Tuttnauer

: .

Ответить

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *