CN103909081A - 超高温管式设备的清洗装置及其清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超高温管式设备的清洗装置及其清洗方法，主要解决现有技术存在管道设备内部结垢难以清洗，导致设备老化堵塞，影响使用效果的问题。本发明通过采用包括超高温管式设备、导向管和清洗球；导向管内包括存球活塞和模式切换活塞；导向管与超高温管式设备呈交叉连通；存球活塞的末端有旁路管道与超高温管式设备相连通的技术方案较好地解决了该问题，可用于清洗超高温管式设备的工业生产中。

Description

超高温管式设备的清洗装置及其清洗方法

技术领域

本发明涉及一种超高温管式设备的清洗装置及其清洗方法。

背景技术

生物医药技术是以现代生命科学理论为基础，利用生物体及其组成部分，通过基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程等生物技术手段，进行研发和生产医药产品的综合技术。由于传统的化学新药研发面临着难度不断增大、成本不断上升、周期不断延长、成功率不断降低的局面，同时由于生物技术的不断发展和进步，特别是人类基因组计划的完成，使得人们把目光逐步关注到生物技术领域，从而使生物医药产业有了长足的发展。

由于生物医药技术主要是利用生物体及其组成部分，运用现代生物工程技术来研发和生产药品，因此生产过程的生物安全性是必须关注的重点。在生物发酵、细胞培养过程中，会用到/或产生具有生物活性的组织细胞成分，或含有生物毒性的物质，这些生产过程产生的中间体/废弃液，必须经过灭活处理后，才能进入下一工序/或排放至污水管网作进一步的污水处理。例如在生物制品生产中，大肠杆菌作为外源基因表达的宿主，其高效稳定且适应性强，操作简单、经济性好，是基因工程中广泛采用的工程菌。但由于大肠杆菌的致病性较强，传播途径多（水、食物、直接接触等），具有很强的传染性，如引起肠道外感染、腹泻等。因此，对于采用类似大肠杆菌等具有一定生物活性的物质，其生产过程必须与普通环境严格隔离，同时其生产过程中排放出的废水必须经过生物降解/灭活处理，彻底消除其活性后，才能排放至普通的污水系统，以免活性成分泄漏造成四周环境的生物污染事件。

同样在一些具有高污染风险的生物制品如卡介苗、流感疫苗、狂犬疫苗等的生产中，会用到一些具有生物毒性的物质如具有活毒的牛结核杆菌、流感病毒、狂犬病毒等进行接种培养传代，以得到具有免疫能力的减毒菌株。这些生物制品的生产中，也用到具有毒性物质的菌株。因此这些生产工序也必须严格与其他区域分开，其产生的污水也必须单独收集并经过灭活处理后，才能排放至普通污水处理站进一步处理。

由此可知，在生物医药生产过程中，生物安全性是首要关注的问题，必须在保证生产过程的生物安全绝对有保障的前提下，才能进行生物制品的生产。

关于生物医药生产中含活菌/活毒废水的处理，工程上一般有两种方法：化学法和物理法。其中化学法（例如文献CN101215066）是将所产生的含活菌/活毒废水单独收集后，加入化学物质（一般是氢氧化钠溶液），利用其强碱性特点，将含活菌/活毒微生物的蛋白质分子破坏，从而消除其生物活性。但这种方法有局限性，不能使所有微生物被降解。另一种方式即热力学灭菌法。利用大部分微生物蛋白分子不能耐高温的特点，通过蒸汽高温灭菌，使得微生物的蛋白质变性、从而达到消除其活性/毒性的目的，并安全排放。

目前在生物医药工业中常用的含活菌/活毒废水热力灭菌法，均为间歇灭菌法，也称批量灭菌法。就是将生产中产生的活性/毒性废水专门收集后，在收集罐内直接通入高温蒸汽（一般是0.1MPa，121℃）并维持一定时间（一般在5min～10min），使得废水中微生物蛋白质分子在长时间高温作用下凝固变性，从而失去其固有的活性。采用这种方法处理后的废水其生物活性也得到了消除。

这种传统工艺所的缺点是：a) 间歇操作、时间长、蒸汽能耗大；b) 灭菌过程中废水储罐受压，所以必须采用压力容器；c) 由于蒸汽直接加热，其灭菌前期产生的水蒸气夹带有未彻底灭菌的活性成分逸出，易造成二次污染；d) 间歇式批量操作，罐内温度不均匀，灭菌终点不能有效控制；e) 由于缺少冷却段，灭菌后废水排放时由于压力突然降低，容易产生二次蒸汽，从而产生热污染，影响操作环境。

利用热力学灭菌的特点，本发明人发明了一种新型超高温灭菌器。这种超高温灭菌器，包括预热区、灭菌区、保温区和冷却区；各区之间采用卡箍式连接；预热区、灭菌区和保温区均为可通入蒸汽加热的容器或用夹套加热的管式设备；冷却区为用夹套冷却的管式设备。其中，预热区、灭菌区、保温区和冷却区内，管程均为螺旋管形式。这种超高温灭菌器解决了传统工艺的缺陷，但同时也带来了一个新的困扰，由于采用了螺旋管，并且含有蛋白质等生物活性物质的废水在灭活过程中，逐步变性，极可能会沉积在螺旋管内壁上，而螺旋管为了保证灭菌效果，管长较长，不易清洗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是现有技术存在管道设备内部结垢难以清洗，导致设备老化堵塞，影响使用效果的问题，提供一种新的超高温处理设备的清洗装置。该清洗装置可以在连接设备管道两端后，通过自动控制实现对管道内部的清洗，保证设备高效运行。本发明所要解决的技术问题之二是提供一种与解决技术问题之一相对应的清洗方法。

为解决上述技术问题之一，本发明采用的技术方案如下：一种超高温管式设备的清洗装置，包括超高温管式设备、导向管和清洗球；导向管内包括存球活塞和模式切换活塞；导向管与超高温管式设备呈交叉连通；存球活塞的末端有旁路管道与超高温管式设备相连通。

优选地，所述旁路管道上设置有拦网防止清洗球落入旁路管道。

优选地，存球活塞与模式切换活塞为连锁控制；当存球活塞向前推进时，原来切断超高温管式设备的模式活塞向后运动，使得两活塞之间的清洗球进入超高温管式设备内。

优选地，超高温管式设备内的管道为螺旋管。

优选地，清洗球的直径d1与被清洗的超高温管式设备的管道直径d的比例为1.002~1.01。

优选地，存球活塞为步进式推进或后退方式，步进长度为清洗球直径。

优选地，清洗球为软性清洗球，其表面粗糙度Ra＝0.5~1um。

更优选地，清洗球材质为聚四氟乙烯。

为解决上述技术问题之二，本发明采用的技术方案如下：一种超高温管式设备的清洗方法，采用上述的超高温管式设备的清洗装置。

优选地，清洗开始时，清洗球位于存球活塞和模式切换活塞之间，打入清洗液，开动活塞连锁装置；释放清洗球时，清洗球被存球活塞推出，进入管路中循环，此时流体无法通过存球活塞末端的旁路管道，而在存球活塞与超高温管式设备相通处形成负压，将清洗球带入超高温管式设备内；回收清洗球时，存球活塞退至末端最大收缩位，模式切换活塞进入管道，切断流体使之通过存球活塞末端的旁路管道流动，带动所有清洗球进入存球活塞腔体，清洗球被拦网挡住，完成回收。

由于微生物蛋白分子加热凝固而变性，如时间过长则凝固物会粘附在换热管壁，会影响换热效率，长期使用管壁上会不可避免的形成一些凝固物。通过本发明定期清洗螺旋管可以保证设备运行在高效的状态下，取得了较好的技术效果。

附图说明

图1为本发明超高温管式设备的清洗装置释放清洗球时的示意图。

图2为本发明超高温管式设备的清洗装置回收清洗球时的示意图。

图1和图2中，1为存球活塞，2为模式切换活塞，3为导向管，4为超高温管式设备，5为清洗球，6为旁路管道，7为清洗液入口。

图1中，释放清洗球时，清洗球被存球活塞推出，进入管路中循环，此时流体无法通过存球活塞末端的旁路管道，而在存球活塞与超高温管式设备相通处形成负压，将清洗球带入超高温管式设备内。

图2中，回收清洗球时，存球活塞退至末端最大收缩位，模式切换活塞进入管道，切断流体使之通过存球活塞末端的旁路管道流动，带动所有清洗球进入存球活塞腔体，清洗球被拦网挡住，完成回收。

下面通过实施例对本发明作进一步阐述。 

具体实施方式

【实施例1】

重组人生长激素rhGH的生产，是以大肠杆菌为原料，经过接种、培养、筛选等步骤，得到符合要求的菌种，再经发酵，分离，冻融裂解，提取，分离、纯化后值得的。由于生产过程用到了大肠杆菌作为工程菌，所以生产过程排出的废水（包括配液废水、设备场地清洗废水等）均含有大肠杆菌，具有生物活性，采用热力灭菌法，去除其活性。

本实施例采用超高温灭菌器，处理含大肠杆菌的生物废水。整个流程由一个废水收集罐，一个与此罐液位联动的废水输送泵，一个超高温灭菌器组成。超高温灭菌器采用饱和工业蒸汽进行加热，通过将含蛋白质废水加热至110⁰C以上，使得微生物蛋白质凝固变性，从而失去其原始的生物活性。由于是连续灭菌工艺，为了保证废水的彻底灭活，除了将高温灭菌器的废水出口温度与加热蒸汽进行联动外，还通过设置后续的保温段，使得废水在110⁰C状态下保持2～10s的时间，以使微生物蛋白分子彻底凝固变性。整个处理过程设有温度控制系统，通过检测灭菌段和冷却段的终点温度，以调节相应加热蒸汽流量，以保证热力灭活的有效进行。

在本实施例中，高温灭菌器的加热面积、加热蒸汽用量与所处理的废水的产生量密切相关。超高温灭菌器各段均为螺旋管式换热器。螺旋换热管由符合ASME BPE标准的304不锈钢薄壁管组成。其中关键的灭菌段的换热管直径d＝40mm，其螺旋直径D＝400mm，d:D=1:10。软性清洗球直径d1:d=1: 1.002~1.01，保证球与管道之间的间隙很小，确保清洗效果。为了保证清洗球顺利通过，螺旋管的螺距取h＝50mm，d:h=1:1.25。采用本发明装置，确保高温灭菌器连续使用10天以上（80小时）不必拆卸清洗。 

【实施例2】

甲型肝炎减毒活疫苗的生产过程中，是以冰冻细胞为原料，经过1.复苏、2.传代、3.种毒、4.换液、5.收毒、6.后处理。在换液过程中会置换出大量含带毒肝炎细菌废水，废水需要采用化学法，去除活性。

本实施例采用超高温灭菌器，处理含菌的生物废水。整个流程由一个废水收集罐，一个与此罐液位联动的废水输送泵，一个超高温灭菌器组成。超高温灭菌器采用饱和工业蒸汽进行加热，通过将含蛋白质废水加热至110℃以上，使得微生物蛋白质凝固变性，从而失去其原始的生物活性。由于是连续灭菌工艺，为了保证含菌废水的彻底灭活，除了将高温灭菌器的废水出口温度与加热蒸汽进行联动外，还通过设置后续的保温段，使得废水在110℃状态下保持2～10s的时间，以使微生物蛋白分子彻底凝固变性。整个处理过程设有温度控制系统，通过检测灭菌段和冷却段的终点温度，以调节相应加热蒸汽流量，以保证热力灭活的有效进行。

在本实施例中，高温灭菌器的加热面积、加热蒸汽用量与所处理的废水的产生量密切相关。超高温灭菌器各段均为螺旋管式换热器。螺旋换热管由符合ASME BPE标准的304不锈钢薄壁管组成。其中关键的灭菌段的换热管直径d＝50mm，其螺旋直径D＝400mm，d:D=1:8。软性清洗球直径d1:d=1: 1.002~1.01，保证球与管道之间的间隙很小，确保清洗效果。为了保证清洗球顺利通过，螺旋管的螺距取h＝60mm，d:h=1:1.2。采用本发明装置，确保高温灭菌器连续使用10天以上（80小时）不必拆卸清洗。

【实施例3】

甲型H1N1型流感疫苗的生产过程中，是以VERO细胞为原料，经过1.复苏、2.扩陪、3.种毒、4.固定床反应、5.超滤浓缩、6.纯化、7.配置、8.灌装冻干。在超滤浓缩过程中会置换出大量含带毒细菌废水，废水需要采用化学法，去除活性。

本实施例采用超高温灭菌器，处理含菌的生物废水。整个流程由一个废水收集罐，一个与此罐液位联动的废水输送泵，一个超高温灭菌器组成。超高温灭菌器采用饱和工业蒸汽进行加热，通过将含菌废水加热至110℃以上，使得微生物蛋白质凝固变性，从而失去其原始的生物活性。由于是连续灭菌工艺，为了保证含菌废水的彻底灭活，除了将高温灭菌器的废水出口温度与加热蒸汽进行联动外，还通过设置后续的保温段，使得废水在110℃状态下保持2～10s的时间，以使微生物蛋白分子彻底凝固变性。整个处理过程设有温度控制系统，通过检测灭菌段和冷却段的终点温度，以调节相应加热蒸汽流量，以保证热力灭活的有效进行。

在本实施例中，高温灭菌器的加热面积、加热蒸汽用量与所处理的废水的产生量密切相关。超高温灭菌器各段均为螺旋管式换热器。螺旋换热管由符合ASME BPE标准的304不锈钢薄壁管组成。其中关键的灭菌段的换热管直径d＝32mm，其螺旋直径D＝320mm，d:D=1:10。软性清洗球直径d1:d=1: 1.002~1.01，保证球与管道之间的间隙很小，确保清洗效果。为了保证清洗球顺利通过，螺旋管的螺距取h＝40mm，d:h=1:1.25。采用本发明装置，确保高温灭菌器连续使用10天以上（80小时）不必拆卸清洗。 

【比较例1】

同【实施例1】，在重组人生长激素rhGH的生产过程中，采用超高温灭菌器，处理含大肠杆菌的生物废水。日处理生物制药废水9m³，每小时处理1m³生物废水，整个流程由一个废水收集罐，一个与此罐液位联动的废水输送泵，一个超高温灭菌器组成。超高温灭菌器采用饱和工业蒸汽进行加热，通过将含蛋白质废水加热至110℃以上，使得微生物蛋白质凝固变性，从而失去其原始的生物活性。超高温灭菌器采用夹套加热，预热区的出口温度为95℃，灭菌区的温度为121℃，保温区的温度为116℃；保温区内的停留时间为10秒，采用0.2MPa，133℃饱和工业蒸汽进行加热。由于废水所含的大肠杆菌在110℃高温作用下变性从而失去活性。但同时生物蛋白也沉积在灭菌器内壁，时间一长，沉积物增加就会影响超高温灭菌器的换热效率。因此每天处理结束后，必须将超高温灭菌器拆卸，人工清洗，比较复杂。

Claims (10)

1.一种超高温管式设备的清洗装置，包括超高温管式设备、导向管和清洗球；导向管内包括存球活塞和模式切换活塞；导向管与超高温管式设备呈交叉连通；存球活塞的末端有旁路管道与超高温管式设备相连通。

2.根据权利要求1所述的超高温管式设备的清洗装置，其特征在于所述旁路管道上设置有拦网防止清洗球落入旁路管道。

3.根据权利要求1所述的超高温管式设备的清洗装置，其特征在于存球活塞与模式切换活塞为连锁控制；当存球活塞向前推进时，原来切断超高温管式设备的模式活塞向后运动，使得两活塞之间的清洗球进入超高温管式设备内。

4.根据权利要求1所述的超高温管式设备的清洗装置，其特征在于超高温管式设备内的管道为螺旋管。

5.根据权利要求1所述的超高温管式设备的清洗装置，其特征在于清洗球的直径d1与被清洗的超高温管式设备的管道直径d的比例为1.002~1.01。

6.根据权利要求1所述的超高温管式设备的清洗装置，其特征在于存球活塞为步进式推进或后退方式，步进长度为清洗球直径。

7.根据权利要求1所述的超高温管式设备的清洗装置，其特征在于清洗球为软性清洗球，其表面粗糙度Ra＝0.5~1um。

8.根据权利要求7所述的超高温管式设备的清洗装置，其特征在于清洗球材质为聚四氟乙烯。

9.一种超高温管式设备的清洗方法，采用权利要求1~8任一所述的超高温管式设备的清洗装置。

10.根据权利要求9所述超高温管式设备的清洗方法，其特征在于清洗开始时，清洗球位于存球活塞和模式切换活塞之间，打入清洗液，开动活塞连锁装置；释放清洗球时，清洗球被存球活塞推出，进入管路中循环，此时流体无法通过存球活塞末端的旁路管道，而在存球活塞与超高温管式设备相通处形成负压，将清洗球带入超高温管式设备内；回收清洗球时，存球活塞退至末端最大收缩位，模式切换活塞进入管道，切断流体使之通过存球活塞末端的旁路管道流动，带动所有清洗球进入存球活塞腔体，清洗球被拦网挡住，完成回收。