超高溫管式設備的清洗裝置及其清洗方法
2023-06-09 04:31:16
超高溫管式設備的清洗裝置及其清洗方法
【專利摘要】本發明涉及一種超高溫管式設備的清洗裝置及其清洗方法，主要解決現有技術存在管道設備內部結垢難以清洗，導致設備老化堵塞，影響使用效果的問題。本發明通過採用包括超高溫管式設備、導向管和清洗球；導向管內包括存球活塞和模式切換活塞；導向管與超高溫管式設備呈交叉連通；存球活塞的末端有旁路管道與超高溫管式設備相連通的技術方案較好地解決了該問題，可用於清洗超高溫管式設備的工業生產中。
【專利說明】超高溫管式設備的清洗裝置及其清洗方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種超高溫管式設備的清洗裝置及其清洗方法。
【背景技術】
[0002]生物醫藥技術是以現代生命科學理論為基礎，利用生物體及其組成部分，通過基因工程、細胞工程、發酵工程、酶工程等生物技術手段，進行研發和生產醫藥產品的綜合技術。由於傳統的化學新藥研發麵臨著難度不斷增大、成本不斷上升、周期不斷延長、成功率不斷降低的局面，同時由於生物技術的不斷發展和進步，特別是人類基因組計劃的完成，使得人們把目光逐步關注到生物【技術領域】，從而使生物醫藥產業有了長足的發展。
[0003]由於生物醫藥技術主要是利用生物體及其組成部分，運用現代生物工程技術來研發和生產藥品，因此生產過程的生物安全性是必須關注的重點。在生物發酵、細胞培養過程中，會用到/或產生具有生物活性的組織細胞成分，或含有生物毒性的物質，這些生產過程產生的中間體/廢棄液，必須經過滅活處理後，才能進入下一工序/或排放至汙水管網作進一步的汙水處理。例如在生物製品生產中，大腸桿菌作為外源基因表達的宿主，其高效穩定且適應性強，操作簡單、經濟性好，是基因工程中廣泛採用的工程菌。但由於大腸桿菌的致病性較強，傳播途徑多(水、食物、直接接觸等)，具有很強的傳染性，如引起腸道外感染、腹瀉等。因此，對於採用類似大腸桿菌等具有一定生物活性的物質，其生產過程必須與普通環境嚴格隔離，同時其生產過程中排放出的廢水必須經過生物降解/滅活處理，徹底消除其活性後，才能排放至普通的汙水系統，以免活性成分洩漏造成四周環境的生物汙染事件。
[0004]同樣在一些具有高汙染風險的生物製品如卡介苗、流感疫苗、狂犬疫苗等的生產中，會用到一些具有生物毒性的物質如具有活毒的牛結核桿菌、流感病毒、狂犬病毒等進行接種培養傳代，以得到具有免疫能力的減毒菌株。這些生物製品的生產中，也用到具有毒性物質的菌株。因此這些生產工序也必須嚴格與其他區域分開,其產生的汙水也必須單獨收集並經過滅活處理後，才能排放至普通汙水處理站進一步處理。
[0005]由此可知，在生物醫藥生產過程中，生物安全性是首要關注的問題，必須在保證生產過程的生物安全絕對有保障的前提下，才能進行生物製品的生產。
[0006]關於生物醫藥生產中含活菌/活毒廢水的處理，工程上一般有兩種方法:化學法和物理法。其中化學法(例如文獻CN101215066)是將所產生的含活菌/活毒廢水單獨收集後，加入化學物質(一般是氫氧化鈉溶液)，利用其強鹼性特點，將含活菌/活毒微生物的蛋白質分子破壞，從而消除其生物活性。但這種方法有局限性，不能使所有微生物被降解。另一種方式即熱力學滅菌法。利用大部分微生物蛋白分子不能耐高溫的特點，通過蒸汽高溫滅菌，使得微生物的蛋白質變性、從而達到消除其活性/毒性的目的，並安全排放。
[0007]目前在生物醫藥工業中常用的含活菌/活毒廢水熱力滅菌法，均為間歇滅菌法，也稱批量滅菌法。就是將生產中產生的活性/毒性廢水專門收集後，在收集罐內直接通入高溫蒸汽(一般是0.1MPa, 121 °C )並維持一定時間(一般在5min?lOmin)，使得廢水中微生物蛋白質分子在長時間高溫作用下凝固變性，從而失去其固有的活性。採用這種方法處理後的廢水其生物活性也得到了消除。
[0008]這種傳統工藝所的缺點是:a)間歇操作、時間長、蒸汽能耗大；b)滅菌過程中廢水儲罐受壓，所以必須採用壓力容器；c)由於蒸汽直接加熱，其滅菌前期產生的水蒸氣夾帶有未徹底滅菌的活性成分逸出，易造成二次汙染；d)間歇式批量操作，罐內溫度不均勻，滅菌終點不能有效控制；e)由於缺少冷卻段，滅菌後廢水排放時由於壓力突然降低，容易產生二次蒸汽，從而產生熱汙染，影響操作環境。
[0009]利用熱力學滅菌的特點，本發明人發明了一種新型超高溫滅菌器。這種超高溫滅菌器，包括預熱區、滅菌區、保溫區和冷卻區；各區之間採用卡箍式連接；預熱區、滅菌區和保溫區均為可通入蒸汽加熱的容器或用夾套加熱的管式設備；冷卻區為用夾套冷卻的管式設備。其中，預熱區、滅菌區、保溫區和冷卻區內，管程均為螺旋管形式。這種超高溫滅菌器解決了傳統工藝的缺陷，但同時也帶來了一個新的困擾，由於採用了螺旋管，並且含有蛋白質等生物活性物質的廢水在滅活過程中，逐步變性，極可能會沉積在螺旋管內壁上，而螺旋管為了保證滅菌效果，管長較長，不易清洗。
【發明內容】
[0010]本發明所要解決的技術問題之一是現有技術存在管道設備內部結垢難以清洗，導致設備老化堵塞，影響使用效果的問題，提供一種新的超高溫處理設備的清洗裝置。該清洗裝置可以在連接設備管道兩端後，通過自動控制實現對管道內部的清洗，保證設備高效運行。本發明所要解決的技術問題之二是提供一種與解決技術問題之一相對應的清洗方法。
[0011]為解決上述技術問題之一，本發明採用的技術方案如下:一種超高溫管式設備的清洗裝置，包括超高溫管式設備、導向管和清洗球；導向管內包括存球活塞和模式切換活塞；導向管與超高溫管式設備呈交叉連通；存球活塞的末端有旁路管道與超高溫管式設備相連通。
[0012]優選地，所述旁路管道上設置有攔網防止清洗球落入旁路管道。
[0013]優選地，存球活塞與模式切換活塞為連鎖控制；當存球活塞向前推進時，原來切斷超高溫管式設備的模式活塞向後運動，使得兩活塞之間的清洗球進入超高溫管式設備內。
[0014]優選地，超高溫管式設備內的管道為螺旋管。
[0015]優選地，清洗球的直徑dl與被清洗的超高溫管式設備的管道直徑d的比例為1.002?1.01。
[0016]優選地，存球活塞為步進式推進或後退方式，步進長度為清洗球直徑。
[0017]優選地，清洗球為軟性清洗球，其表面粗糙度Ra = 0.5?lum。
[0018]更優選地，清洗球材質為聚四氟乙烯。
[0019]為解決上述技術問題之二，本發明採用的技術方案如下:一種超高溫管式設備的清洗方法，採用上述的超高溫管式設備的清洗裝置。
[0020]優選地，清洗開始時，清洗球位於存球活塞和模式切換活塞之間，打入清洗液，開動活塞連鎖裝置；釋放清洗球時，清洗球被存球活塞推出，進入管路中循環，此時流體無法通過存球活塞末端的旁路管道，而在存球活塞與超高溫管式設備相通處形成負壓，將清洗球帶入超高溫管式設備內；回收清洗球時，存球活塞退至末端最大收縮位，模式切換活塞進入管道，切斷流體使之通過存球活塞末端的旁路管道流動，帶動所有清洗球進入存球活塞腔體，清洗球被攔網擋住,完成回收。
[0021]由於微生物蛋白分子加熱凝固而變性，如時間過長則凝固物會粘附在換熱管壁，會影響換熱效率，長期使用管壁上會不可避免的形成一些凝固物。通過本發明定期清洗螺旋管可以保證設備運行在高效的狀態下，取得了較好的技術效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1為本發明超高溫管式設備的清洗裝置釋放清洗球時的示意圖。
[0023]圖2為本發明超高溫管式設備的清洗裝置回收清洗球時的示意圖。
[0024]圖1和圖2中，I為存球活塞，2為模式切換活塞，3為導向管，4為超高溫管式設備，5為清洗球，6為旁路管道,7為清洗液入口。
[0025]圖1中，釋放清洗球時，清洗球被存球活塞推出，進入管路中循環，此時流體無法通過存球活塞末端的旁路管道，而在存球活塞與超高溫管式設備相通處形成負壓，將清洗球帶入超高溫管式設備內。
[0026]圖2中，回收清洗球時，存球活塞退至末端最大收縮位，模式切換活塞進入管道，切斷流體使之通過存球活塞末端的旁路管道流動，帶動所有清洗球進入存球活塞腔體，清洗球被攔網擋住,完成回收。
[0027]下面通過實施例對本發明作進一步闡述。
【具體實施方式】
[0028]【實施例1】
重組人生長激素rhGH的生產，是以大腸桿菌為原料，經過接種、培養、篩選等步驟，得到符合要求的菌種，再經發酵，分離，凍融裂解，提取，分離、純化後值得的。由於生產過程用到了大腸桿菌作為工程菌，所以生產過程排出的廢水(包括配液廢水、設備場地清洗廢水等)均含有大腸桿菌，具有生物活性，採用熱力滅菌法，去除其活性。
[0029]本實施例採用超高溫滅菌器，處理含大腸桿菌的生物廢水。整個流程由一個廢水收集罐，一個與此罐液位聯動的廢水輸送泵，一個超高溫滅菌器組成。超高溫滅菌器採用飽和工業蒸汽進行加熱，通過將含蛋白質廢水加熱至IiotlC以上，使得微生物蛋白質凝固變性，從而失去其原始的生物活性。由於是連續滅菌工藝，為了保證廢水的徹底滅活，除了將高溫滅菌器的廢水出口溫度與加熱蒸汽進行聯動外，還通過設置後續的保溫段，使得廢水在IlOtlC狀態下保持2~IOs的時間，以使微生物蛋白分子徹底凝固變性。整個處理過程設有溫度控制系統，通過檢測滅菌段和冷卻段的終點溫度，以調節相應加熱蒸汽流量，以保證熱力滅活的有效進行。
[0030]在本實施例中，高溫滅菌器的加熱面積、加熱蒸汽用量與所處理的廢水的產生量密切相關。超高溫滅菌器各段均為螺旋管式換熱器。螺旋換熱管由符合ASME BPE標準的304不鏽鋼薄壁管組成。其中關鍵的滅菌段的換熱管直徑d = 40mm，其螺旋直徑D = 400mm,d:D=l:10。軟性清洗球直徑dl:d=l: 1.002^1.01，保證球與管道之間的間隙很小，確保清洗效果。為了保證清洗球順利通過，螺旋管的螺距取h = 50mm，d:h=l:1.25。採用本發明裝置，確保高溫滅菌器連續使用10天以上(80小時)不必拆卸清洗。
[0031] 【實施例2】A型肝炎減毒活疫苗的生產過程中，是以冰凍細胞為原料，經過1.復甦、2.傳代、3.種毒、4.換液、5.收毒、6.後處理。在換液過程中會置換出大量含帶毒肝炎細菌廢水，廢水需要採用化學法，去除活性。
[0032]本實施例採用超高溫滅菌器，處理含菌的生物廢水。整個流程由一個廢水收集罐，一個與此罐液位聯動的廢水輸送泵，一個超高溫滅菌器組成。超高溫滅菌器採用飽和工業蒸汽進行加熱，通過將含蛋白質廢水加熱至110°c以上，使得微生物蛋白質凝固變性，從而失去其原始的生物活性。由於是連續滅菌工藝，為了保證含菌廢水的徹底滅活，除了將高溫滅菌器的廢水出口溫度與加熱蒸汽進行聯動外，還通過設置後續的保溫段，使得廢水在110°c狀態下保持2~IOs的時間，以使微生物蛋白分子徹底凝固變性。整個處理過程設有溫度控制系統，通過檢測滅菌段和冷卻段的終點溫度，以調節相應加熱蒸汽流量，以保證熱力滅活的有效進行。
[0033]在本實施例中，高溫滅菌器的加熱面積、加熱蒸汽用量與所處理的廢水的產生量密切相關。超高溫滅菌器各段均為螺旋管式換熱器。螺旋換熱管由符合ASME BPE標準的304不鏽鋼薄壁管組成。其中關鍵的滅菌段的換熱管直徑d = 50mm，其螺旋直徑D = 400mm,d:D=l:8。軟性清洗球直徑dl:d=l: 1.002^1.01，保證球與管道之間的間隙很小，確保清洗效果。為了保證清洗球順利通過，螺旋管的螺距取11 = 60111111，(1:11=1:1.2。採用本發明裝置，確保高溫滅菌器連續使用10天以上(80小時)不必拆卸清洗。
[0034]【實施例3】
甲型HlNl型流感疫苗的生產過程中，是以VERO細胞為原料，經過1.復甦、2.擴陪、
3.種毒、4.固定床反應、5.超濾濃縮、6.純化、7.配置、8.灌裝凍幹。在超濾濃縮過程中會置換出大量含帶毒細菌廢水，廢水需要採用化學法，去除活性。
[0035]本實施例採用超高溫滅菌器，處理含菌的生物廢水。整個流程由一個廢水收集罐，一個與此罐液位聯動的廢水輸送泵，一個超高溫滅菌器組成。超高溫滅菌器採用飽和工業蒸汽進行加熱，通過將含菌廢水加熱至110°c以上，使得微生物蛋白質凝固變性，從而失去其原始的生物活性。由於是連續滅菌工藝，為了保證含菌廢水的徹底滅活，除了將高溫滅菌器的廢水出口溫度與加熱蒸汽進行聯動外，還通過設置後續的保溫段，使得廢水在110°C狀態下保持2~IOs的時間，以使微生物蛋白分子徹底凝固變性。整個處理過程設有溫度控制系統，通過檢測滅菌段和冷卻段的終點溫度，以調節相應加熱蒸汽流量，以保證熱力滅活的有效進行。
[0036]在本實施例中，高溫滅菌器的加熱面積、加熱蒸汽用量與所處理的廢水的產生量密切相關。超高溫滅菌器各段均為螺旋管式換熱器。螺旋換熱管由符合ASME BPE標準的304不鏽鋼薄壁管組成。其中關鍵的滅菌段的換熱管直徑d = 32mm，其螺旋直徑D = 320mm,(1:0=1:10。軟性清洗球直徑(11:(1=1: 1.002^1.01，保證球與管道之間的間隙很小，確保清洗效果。為了保證清洗球順利通過，螺旋管的螺距取h = 40mm，d:h=l:l.25。採用本發明裝置，確保高溫滅菌器連續使用10天以上(80小時)不必拆卸清洗。
[0037]【比較例I】
同【實施例1】，在重組人生長激素rhGH的生產過程中，採用超高溫滅菌器，處理含大腸桿菌的生物廢水。日處理生物製藥廢水9m3，每小時處理Im3生物廢水，整個流程由一個廢水收集罐，一個與此罐液位聯動的廢水輸送泵，一個超高溫滅菌器組成。超高溫滅菌器採用飽和工業蒸汽進行加熱，通過將含蛋白質廢水加熱至110°c以上，使得微生物蛋白質凝固變性，從而失去其原始的生物活性。超高溫滅菌器採用夾套加熱，預熱區的出口溫度為95°c，滅菌區的溫度為121°C，保溫區的溫度為116°C;保溫區內的停留時間為10秒，採用0.2MPa，133°C飽和工業蒸汽進行加熱。由於廢水所含的大腸桿菌在110°C高溫作用下變性從而失去活性。但同時生物蛋白也沉積在滅菌器內壁，時間一長，沉積物增加就會影響超高溫滅菌器的換熱效率。因此每天處理結束後，必須將超高溫滅菌器拆卸，人工清洗，比較複雜。
【權利要求】
1.一種超高溫管式設備的清洗裝置，包括超高溫管式設備、導向管和清洗球；導向管內包括存球活塞和模式切換活塞；導向管與超高溫管式設備呈交叉連通；存球活塞的末端有旁路管道與超高溫管式設備相連通。
2.根據權利要求1所述的超高溫管式設備的清洗裝置，其特徵在於所述旁路管道上設置有攔網防止清洗球落入旁路管道。
3.根據權利要求1所述的超高溫管式設備的清洗裝置，其特徵在於存球活塞與模式切換活塞為連鎖控制；當存球活塞向前推進時，原來切斷超高溫管式設備的模式活塞向後運動，使得兩活塞之間的清洗球進入超高溫管式設備內。
4.根據權利要求1所述的超高溫管式設備的清洗裝置，其特徵在於超高溫管式設備內的管道為螺旋管。
5.根據權利要求1所述的超高溫管式設備的清洗裝置，其特徵在於清洗球的直徑dl與被清洗的超高溫管式設備的管道直徑d的比例為1.002^1.01。
6.根據權利要求1所述的超高溫管式設備的清洗裝置，其特徵在於存球活塞為步進式推進或後退方式，步進長度為清洗球直徑。
7.根據權利要求1所述的超高溫管式設備的清洗裝置，其特徵在於清洗球為軟性清洗球，其表面粗糙度Ra = 0.5~lum。
8.根據權利要求7所述的超高溫管式設備的清洗裝置，其特徵在於清洗球材質為聚四氟乙烯。
9.一種超高溫管式設備的清洗方法，採用權利要求f 8任一所述的超高溫管式設備的清洗裝置。
10.根據權利要求9所述超高溫管式設備的清洗方法，其特徵在於清洗開始時，清洗球位於存球活塞和模式切換活塞之間，打入清洗液，開動活塞連鎖裝置；釋放清洗球時，清洗球被存球活塞推出，進入管路中循環，此時流體無法通過存球活塞末端的旁路管道，而在存球活塞與超高溫管式設備相通處形成負壓，將清洗球帶入超高溫管式設備內；回收清洗球時，存球活塞退至末端最大收縮位，模式切換活塞進入管道，切斷流體使之通過存球活塞末端的旁路管道流動，帶動所有清洗球進入存球活塞腔體，清洗球被攔網擋住，完成回收。
【文檔編號】B08B9/057GK103909081SQ201310003288
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年1月6日 優先權日:2013年1月6日
【發明者】李陳江, 楊軍 申請人:中石化上海工程有限公司, 中石化煉化工程（集團）股份有限公司