Как работает промышленный автоклав?

Термины «паровой стерилизатор» и «автоклав» являются синонимами и могут использоваться как взаимозаменяемые. Тем не менее, автоклав часто используется в лабораторных условиях, в то время как «стерилизатор» чаще используется в пищевой отрасли, в больницах или фармацевтических учреждениях.

В автоклавах используется тепловой пар для уничтожения любых микроорганизмов, которые могут присутствовать на загрязненном грузе. Груз, также известный как товары, считается стерильным после того, как он прошел полный цикл стерилизации. После стерилизации груза его можно использовать, не опасаясь попадания посторонних микроорганизмов в чувствительную среду, такую как лаборатория, операционная больницы, пищевое производство и т.д. Различные виды товаров необходимо стерилизовать в течение разного времени и при разной температуре. Некоторые автоклавы оснащены дополнительными функциями, такими как вакуумирование, специальные циклы и встроенные электрические бойлеры.

История автоклава

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

Принципы и методы стерилизации практически не менялись на протяжении последних 150 лет. На самом деле, большинство основных достижений в области автоклавной технологии, начиная с 1879 года, были связаны с мониторингом процесса стерилизации, безопасностью автоклавов и созданием цикла стерилизации, а не с изменениями в процессе стерилизации.

Зачем нужен пар?

Чтобы уничтожить клетку с помощью тепла, ее температуру необходимо повысить до такой степени, при которой белки в клеточной стенке разрушаются и коагулируют. Пар является очень эффективной средой для передачи тепла, что делает его отличным средством уничтожения микробов. С другой стороны, воздух является очень неэффективным способом передачи тепла/энергии из-за концепции, известной как теплота испарения.

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

Именно эта энергия позволяет пару гораздо эффективнее уничтожать микроорганизмы. Когда пар сталкивается с более холодным предметом, он конденсируется в воду. Затем вся энергия, которая была использована для кипячения воды, передается непосредственно в воду. Этот процесс нагревает клетки гораздо эффективнее, чем воздух при аналогичных температурах. Вот почему мы используем пар для достижения стерильности.

Что такое стерильность?

Большинство людей на практике понимают, что стерильные товары не содержат микроорганизмов и, следовательно, безопасны для использования в медицине, производстве продуктов питания, научных исследованиях или в других областях, где присутствие микробов может представлять серьезную угрозу безопасности или нанести ущерб.

Точное количество микроорганизмов, оставшихся в живых с течением времени при фиксированной температуре, выражается в виде вероятностной логарифмической кривой — функции, которая приближается к нулю, но никогда не достигает его.

Когда функция приближается к нулю, обычно выбирают уровень достоверности, называемый уровнем гарантии стерильности (SAL), для определения вероятности того, что выживет последний присутствующий микроорганизм. Вопреки распространенному мнению, стерилизация не является бинарной, когда что-то является либо стерильным, либо нестерильным не является.

Стерилизация — это статистическое событие, характеризующееся этим коэффициентом достоверности (SAL). Общий стандарт для SAL составляет 10-6, или один шанс из миллиона на выживание одного жизнеспособного микроорганизма. Продолжительность стерилизации зависит от установленной температуры и желаемого уровня SAL; при более высоких температурах стерильность достигается быстрее.

Когда функция приближается к нулю, обычно выбирают уровень достоверности, называемый уровнем гарантии стерильности (SAL), для определения вероятности того, что выживет последний присутствующий микроорганизм.  Вопреки распространенному мнению, стерилизация не является бинарной, когда что-то является либо стерильным, либо нестерильным не является. Стерилизация — это статистическое событие, характеризующееся этим коэффициентом достоверности (SAL). Общий стандарт для SAL составляет 10-6, или один шанс из миллиона на выживание одного жизнеспособного микроорганизма. Продолжительность стерилизации зависит от установленной температуры и желаемого уровня SAL; при более высоких температурах стерильность достигается быстрее.

Как работает автоклав? Общий процесс

Все автоклавы, будь то небольшие настольные или объемные, размером с комнату, работают по принципу обычной кухонной скороварки — то есть дверца закрывается, образуя герметичную камеру, и весь воздух в этой камере заменяется паром. Затем пар подается под давлением, чтобы обеспечить необходимую продолжительность стерилизации. По завершении цикла пар выпускается, и изделия можно вынимать.

Для получения более подробного описания различных этапов цикла стерилизации, пожалуйста, ознакомьтесь со списком, приведенным ниже:

1. Этап продувки: пар проходит через стерилизатор и начинает вытеснять воздух; температура и давление слегка повышаются, обеспечивая непрерывную продувку.

2. Этап выдержки (стерилизации): Во время этого этапа система управления автоклавом запрограммирована на закрытие выпускного клапана, в результате чего температура и давление внутри автоклава повышаются до желаемого заданного значения. Затем программа поддерживает желаемую температуру («задерживается») до достижения желаемого времени.

3. Фаза выпуска: давление в камере сбрасывается через выпускной клапан, и внутреннее пространство восстанавливается до атмосферного (хотя содержимое остается относительно горячим).

Важнейшие компоненты автоклава

Типичный лабораторный автоклав состоит из следующих компонентов.

1. Емкость

Емкость является основным корпусом автоклава и состоит из внутренней камеры и наружного кожуха. Лабораторные и больничные автоклавы изготавливаются с камерами с “рубашкой” (см. рис. 4), в которых рубашка заполняется паром, что сокращает время, необходимое для завершения цикла стерилизации, и уменьшает образование конденсата внутри камеры. Емкость, спроектированная и изготовленная с полным кожухом, превосходит емкости с частичным кожухом или кожухом с защитным покрытием по следующим причинам: полный кожух улучшает равномерность температуры в камере, снижает вероятность образования мокрых пакетов и помогает свести к минимуму количество влажного пара, который не подходит для стерилизации.

В Соединенных Штатах каждый автоклав проходит проверку и маркировку табличкой Американского общества инженеров-механиков (ASME), на которой указан национальный бортовой номер. Перед вводом автоклава в эксплуатацию производители обязаны провести гидростатические испытания каждого сосуда и нанести на него заводскую табличку ASME. Этот осмотр и заводская табличка ASME являются ключевыми показателями надлежащего функционирования автоклава.

Емкости для автоклавов в лабораториях и больницах могут варьироваться по размеру — от 100 до 3000 л — и, как правило, изготавливаются из нержавеющей стали 316L. Внутренние камеры изготовлены из 316L или никелированной стали, а наружные кожухи — из нержавеющей стали 316L, 304L или углеродистой стали.

2. Система управления

Все современные автоклавы оснащены интерфейсом управления, который мало чем отличается от того, что вы найдете в микроволновой печи или духовке. Тем не менее, системы управления автоклавами, как правило, немного сложнее, чем у бытовой техники. Цикл стерилизации проходит по заранее запрограммированной программной формуле, которая открывает и закрывает клапаны и другие компоненты в определенной последовательности. Таким образом, все автоклавы нуждаются в той или иной системе управления, будь то простая “кнопочная” система с микропроцессором или сложная программируемый логический контроллер с цветным сенсорным экраном.

3. Термостатический конденсатоотводчик

Все автоклавы оснащены той или иной формой термостатической ловушки или конденсатоотводчика — устройства, предназначенного для отвода воздуха и воды (конденсата) из камеры. Хотя в системе подачи пара/паровом автоклаве могут использоваться различные конденсатоотводчики, все они выполняют одну и ту же основную функцию: удаляют конденсат и предотвращают выход сухого пара. Чаще всего конденсатоотводчики представляют собой клапаны, чувствительные к температуре, которые закрываются, когда температура превышает определенное заданное значение. Термостатические ловушки являются важнейшим компонентом любого хорошо спроектированного автоклава.

4. Предохранительный клапан

Все автоклавы работают под повышенным давлением (давление 14-45 фунтов на квадратный дюйм) и поэтому должны быть изготовлены с невероятно прочной конструкцией и оснащены рядом защитных элементов и устройств, гарантирующих, что они не представляют опасности для пользователей. Одним из таких предохранительных устройств является предохранительный клапан, который является последним безотказным устройством для сосуда высокого давления в случае отказа всех электронных средств управления. Обязательно, чтобы предохранительный клапан был осмотрен, протестирован и удостоверен в надлежащем рабочем состоянии в соответствии с рекомендациями производителя стерилизатора и/или клапана, а также местных инспекционных и страховых агентств.

5. Механизм охлаждения сточных вод

Многие автоклавы оснащены системой охлаждения сточных вод (воздуха, пара и конденсата) перед их поступлением в дренажный трубопровод. Во многих муниципалитетах и зданиях не допускается попадание сточных вод при температуре выше 140°F в напольную канализацию. Во избежание повреждения дренажных трубопроводов установки пар необходимо охладить, прежде чем выпускать в канализацию. Самый простой способ охладить этот пар — смешать его с дополнительной холодной водопроводной водой, но необходимое количество воды может привести к тому, что автоклав станет основным источником потребления воды в здании. Некоторые автоклавы оснащены системами, позволяющими снизить или даже вовсе исключить потребление воды.

6. Вакуумная система (если применимо)

Вакуумная система (если применимо): Для обеспечения надлежащей стерилизации очень 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 маленькими отверстиями, такие как термосы или товары в пакетах, имеют тенденцию сохранять воздушные пробки. Если во время цикла образуется воздушная пробка, любые микроорганизмы, находящиеся в этой пробке, выживут, и товары не будут стерильными.

По этой причине многие стерилизаторы оснащены вакуумной системой. Это позволяет пользователю не только принудительно удалять воздух, используя вакуум в камере перед циклом (известный как предварительный вакуум), но и использовать вакуум после цикла (известный как последующий вакуум) для удаления любого пара, который остается в камере, и для просушки поверхности. товары внутри автоклава.

7. Парогенератор (если применимо)

Центральный “домашний” котел является наиболее распространенным источником пара для автоклава. Однако, если домашний пар недоступен или его недостаточно для работы автоклава, необходимо прибегнуть к использованию электрического парогенератора, также известного как бойлер. Эти бойлеры обычно расположены под камерой автоклава и используют электрические нагревательные элементы для нагрева воды и выработки пара.

Циклы стерилизации

Обычно существует четыре стандартных цикла стерилизации: самотечная, предварительная вакуумная, жидкостная и мгновенная (также известная как немедленное использование). Приведенная ниже диаграмма объясняет эти циклы более подробно.

Некоторые автоклавы также способны выполнять специальные циклы, предназначенные для предотвращения повреждения деликатных продуктов, которые нуждаются в стерилизации, но могут быть повреждены или разрушены быстрыми перепадами температуры и давления при обычном цикле. Эти специальные циклы включают в себя гораздо более длительные циклы при более низких температурах, циклы смешивания пара и воздуха со специальным контролем давления, чтобы избежать разрушения герметичных пробирок, и циклы, в которых используются специальные приборы для обеспечения достижения полной температуры стерилизации.

Новые тенденции в автоклавировании

По меркам современной науки, автоклавы могут считаться древними устройствами, но это не означает, что им не хватает инноваций, особенно когда речь заходит об управлении, подключении к облаку и воздействии на окружающую среду.

Как упоминалось ранее, в век компьютеров управление автоклавами значительно продвинулось вперед, перейдя от ручного управления и простых таймеров к компьютерной автоматизации, которая сводит к минимуму или полностью устраняет необходимость ввода данных пользователем. Компьютеризированное управление также привело к прогрессу в области контроля данных, ведения записей и удаленного мониторинга с помощью мобильных устройств. Автоклавы с автоматическими принтерами, которые записывают данные для проверки успешности стерилизации, теперь заменены новыми автоклавами, которые подключаются к облаку для хранения записей о циклах в Интернете.

Еще одним направлением в разработке автоклавов является экологичность. Автоклавы являются основным источником воды и энергии, как в лабораториях, так и в больницах. Осознавая это, многие производители нашли инновационные способы снизить воздействие автоклавов на окружающую среду. Экологически чистые автоклавы, которые сокращают или даже полностью перерабатывают воду, потребляемую стерилизатором, — в некоторых случаях от 1500 галлонов в день до менее чем одного галлона в день, — имеют решающее значение для создания экологически чистой лаборатории. Системы управления, которые автоматически включают 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 источник информации обо всем, что связано с автоклавами

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

Компания обладает богатым опытом в области стерилизации паром и более чем 15-летним опытом. Мы стремимся к совершенству производства и стремимся поставлять высококачественные и высокоэффективные решения для стерилизации и дистилляции. Если вам интересно узнать больше о процессе стерилизации паром или у вас есть другие вопросы, связанные с автоклавом, свяжитесь с нами сегодня.