Расчет времени стерилизации

Для расчета процессов тепловой стерилизации введено понятие критерия стерилизации  ("набла"), который характеризует эффективность обработки.

= ln(N_o/N) = ∫K_td = A ∫exp(-E/RT)d , где T=f().

Графически критерий стерилизации - площадь под кривой K_t=f() (рис.20)

Критерий стерилизации более наглядно характеризует процесс стерилизации, чем коэффициент выживания N/N_o, т.к. кинетика выживания носит экспоненциальный характер.

Гибель микроорганизмов происходит не только на стадии выдержки, но и на стадиях нагрева и охлаждения. Поэтому  всего процесса равно сумме  отдельных этапов: нагрева, выдержки и охлаждения среды.

 = ln(N_o/N) = _н + _в + _охл ,

где _н = ln(N_o/N₁), _в = ln(N₁/N₂), _охл. = ln(N₂/N).

При постоянной температуре =К_t,

При переменной температуре -  = А ∫exp(-E/Rt())d .

Это выражение предполагает знание зависимости температуры от времени. Зависимость t() на всех стадиях зависит от способа нагрева и типа теплообменного оборудования.

В общем случае продолжительность стерилизации складывается из продолжительности стадий нагрева выдержки и охлаждения.

Порядок расчета систем тепловой стерилизации

1. Задаются производительностью установки, температурой выдержки и суммарным критерием стерилизации.

2. Выполняют расчеты коэффициентов теплопередачи и площади теплообменных поверхностей.

3. В зависимости от способа нагрева и конструкции теплообменного устройства выбирают форму уравнения t=f().

4. Рассчитывают критерий стерилизации для стадий нагрева и охлаждения (значения А и Е для наиболее термостойких споровых микроорганизмов).

5. Определяют критерий стерилизации на стадии выдержки:

_в= - _н - _охл

6. Определяют время выдержки: _в=/К_t

25 Периодическая и непрерывная стерилизация

Периодическая стерилизация осуществляется непосредственно в ферментерах. При периодической стерилизации среда прогревается острым или глухим паром до определенной температуры выдержки, затем выдерживается 20-30 минут и охлаждается водой посредством теплообменников ферментера.

Периодическая стерилизация характеризуется надежностью и простотой, но имеет ряд недостатков и ограничений:

1) Повышенный расход пара и охлаждающей воды в короткие периоды времени (непрерывная стерилизация обеспечивает более равномерные нагрузки на систему пароснабжения).

2) Ухудшается качество среды из-за большого _в - времени выдержки.

3) Практически невозможно обеспечить постоянство температуры во всем объеме аппарата.

4) Периодический процесс стерилизации трудно поддается описанию.

5) Обычно применяется для аппаратов небольшого объема (до 32 м³).

Различают следующие методы обогрева питательной среды (ПС) в процессе периодической стерилизации:

- обогрев острым паром;

- обогрев глухим паром (через теплообменники);

- комбинированный обогрев.

Обычно, при достижении 100 ^оС на стадии нагрева, питательная среда обрабатывается острым паром для отдувки газовых примесей, малый процент которых значительно снижает температуру паро-газовой смеси в аппарате. Эти газы присутствуют в аппарате вследствие неполного удаления растворенного воздуха при нагреве ПС и изменяют температуру теплоносителя.

В случае нагрева пустого ферментера для вытеснения газовых примесей из аппарата пар подают под крышку ферментера, а воздух удаляют через нижний спуск или давильную трубу. Но в присутствии ПС это невозможно.

При барботаже пар, проходя через слой ПС, попадает в газовое пространство ферментера, где структура потока близка режиму ИВ и соотношение исходной концентрации воздуха и его концентрации после продувки определяется выражением

С_пр=С_оехр(-V),

где V - кратность продувки - отношение объема пропущенного пара к объему аппарата.

Температурные кривые нагрева ПС - экспоненты, зависящие от объема аппарата.