DE2333574A1

DE2333574A1 - Entfernung von abgas aus einem aethylenoxidsterilisiergeraet

Info

Publication number: DE2333574A1
Application number: DE19732333574
Authority: DE
Inventors: Donald Albert Gunther
Original assignee: American Sterilizer Co
Current assignee: American Sterilizer Co
Priority date: 1972-07-03
Filing date: 1973-07-02
Publication date: 1974-01-24
Also published as: CA988678A; US3851043A; DE2333574C2; JPS5663B2; JPS4943486A

Description

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American Sterilizer Company

Entfernung von Abgas aus einem A'thylenoxid-

sterilislergerät

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Gassterilisierung und insbesondere auf die Entfernung von Abgas aus einem Äthylenoxidsterilisiergerät.

Äthylenoxidsterilisiergeräte werden typischerweise, z.B. in Krankenhäusern, zur Behandlung von Stoffen, wie z.B.

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Kunststoff, Papier, Gummi oder dergleichen, die eine Hitzesterilisierung nicht aushalten, angewandt. Die Sterilisierung wird erreicht, wenn das Äthylenoxid mit den verseuchenden Mikroorganismen reagiert, wobei diese abgetötet oder inaktiviert werden.

Die Sterilisierung wird in einer Kammer wie folgt durchgeführt. Die Stoffe, bzw. Gegenstände werden eingegeben und die Tür der-Kammer wird geschlossen. Dann wird ein Vakuum zur Entfernung von Luft angelegt. Hiernach wird Äthylenoxid, vermischt mit einem inerten Verdünnungsstoff, wie Dichlordifluormethan solange eingeführt, bis ein vorbestimmter Druck erreicht ist. Die Temperatur- und Feuchtigkeitshöhe werden eingestellt. Die Stoffe bzw. Gegenstände werden während eines vorbestimmten Zeitraums in der Kammer gelassen. Nach Ablauf dieses Zeitabschnitts wird das noch in der Kammer befindliche Gas abgelassen und die sterilisierten Gegenstände werden zum Gebrauch herausgenommen. Das Abgas stellt Äthylenoxid, inertes Verdünnungsgas und Wasserdampf dar.

Die übliche Praxis besteht darin, dass das Gas aus dem Sterilisiergerät unter Anwendung von beispielsweise einer Pumpe oder einem Abgasgebläse entfernt und in den Raum oder nach aussen abgelassen, oder in einen Abwasserkreis geführt wird, wo sich das Gas in dem Wasser auflöst und in ein Abflussrohr abgeführt wird. Keines dieser Verfahren kann vom Standpunkt des Schutzes der Umwelt befriedigen, da Äthylenoxid stark giftig ist.

In der US-PS 2,899,266 ist die Entfernung von Sterilisiergerätabgasen durch deren Durchleitung durch eine KaI-ciumchloridlösung, wobei das Äthylenoxid unter Bildung

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eines Niederschlags reagiert,beschrieben. Eine derartige Anwendung eines flüssigen Absorptionsmittels ist unpraktisch und die Kalciurachloridlösung ist stark korrodierend und,^stellt ein Problem für die Sicherheit dar.

Die US-Patentschriften 2,8l2,231j 2,965,936 und 3 beschreiben die physikalische Adsorption von Äthylenoxid auf Aktivkohle oder Tierkohle, Aluminiumoxid, Silikagel, Bleicherde, Diatomeenerde, Kaolin oder Bentonit. Diese Adsorbtionsmittel sind gegenüber Äthylenoxid nicht spezifisch und adsorbieren die inerten Verdünnungsstoffe und den Wasserdampf ebenfalls.

Ein oxidierendes Harz, Mangangrünsand, ist zur Umwandlung von Äthylenoxid zu relativ harmlosem Äthylenglykol verwendet worden. Dieser Harztyp ist zur Entfernung von Äthylenoxid relativ unwirtschaftlich, da er lange Verweilzeiten oder sehr grosse Harzmengen erfordert.

Die Hauptaufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Systems und eines Verfahrens zur chemtehen Entfernung von Äthylenoxidsterilisiergerätabgas, welches einen maximalen Schutz der Umwelt ergibt und welches kein flüssiges Absorptionsmittel oder eine hoch-korrodierende Flüssigkeit verwendet, welches gegenüber Äthylenoxid spezifisch ist und gestattet,dass das inerte Verdünnungsmittel und der Wasserdampf abgezogen werden und welches dadurch äusserst wirtschaftlich ist, dass es lediglich geringe Mengen des Reaktanten und kurze Sterilisiergerätauslasszeit erfordert.

Diese und andere Aufgabenstellungen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor.

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Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, wobei Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen genommen wird.

In der Fig. 1 ist ein Athylenoxidsterilisiergerat schematisch veranschaulicht, wobei der durch eine unterbrochene Linie bezeichnete Teil lediglich eine der Ausführungsformen der Erfindung betrifft, die in Fig. 2 dargestellt ist.

Die Fig. 2 stellt ein schematisches Diagramm von zwei verschiedenen Systemen der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung dar.

In Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm eines weiteren Systems einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aufgezeichnet.

Das in Fig. 1 dargestellte typische Athylenoxidsterilisiergerat umfasst eine Sterilisierkammer 10, die ein Äthylenoxideinführungsrohr 12, ein Anfeuchtungsmaterialeinführungsrohr 14 und ein Ablassrohr 18 umfasst.

In Fig. 2 enthält das Rohr 18 in einem System innerhalb des Rahmens der Erfindung ein Ventil 20 und steht an seinem stromabwärtsseitigen Ende mit einer Vakuumpumpe 22 in Verbindung, die wiederum mit dem Rohr 26 verbunden ist. Das Rohr 2β steht wiederum mit einer Öffnung in dem obersten Teil einer vertikal angeordneten, ausgedehnten Säule 28 mit kreisförmigem Querschnitt in Verbindung.

Die Säule 28 enthält in ihrem obersten Teil einen Ver-

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teiler 30, der mit seinem stromaufwärtsseitigen Ende mit einem Rohr 31 verbunden ist, welches wiederum mit einer ■Wasserquelle in Verbindung steht. Innerhalb der Säule 28 und unterhalb der öffnung, die mit dem Rohr 26 in Verbindung steht und unterhalb des Verteilers 30 ist ein Bett aus Ionenaustauscherharz in Teilchenform angebracht. Das Bett ist .ausgedehnt bzw. langgestreckt und weist einen kreisförmigen Querschnitt auf, der einen dem inneren Durchmesser der Säule 28 entsprechenden Durchmesser besitzt. Das Bett ist durch die Bezugsziffer 32 bezeichnet. Das Bett 32 wird innerhalb der Säule 28 auf einer gasdurchlässigen Einrichtung in Form eines Siebes 3^ getragen, welches mit der Säule 28 koaxial ist und an der inneren Oberfläche der Säule 28 in dessen unterem Abschnitten befestigt ist. Unter dem Sieb 34 in dem Boden der Säule 28 befindet sich eine öffnung, die mit einem Rohr 36 zum Ablassen des Gases in Verbindung steht.

Die Säule 28 besteht aus Kunststoff, Glas, rostfreiem Stahl oder anderem Material, welches weder mit dem Abgas noch dem Harz reagiert.

Im allgemeinen ist die Grosse der Säule 28 nicht kritisch. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass, wenn die Säule zu klein ist, diese nicht genügend Kapazität zur Ausführung ihrer beabsichtigten Funktion aufweist. Die maximalen Aussenmasse der Säule können durch den zur Verfügung stehenden Raum und die Leichtigkeit der Handhabung bestimmt sein. Eine Säule mit einem Durchmesser, der zwischen etwa 7.6 bis etwa 15.2 cm (3 bis 6 inch) schwankt und einem Längenausmass, das sich von etwa 6l cm bis etwa 91«5 cm (2 bis 3 Fuss) erstreckt, genügt den meisten Anforderungen. Während die Säule mit einem kreisförmigen Querschnitt

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angegeben wurde, sind auch anders ausgebildete Querschnitte (beispielsweise quadratisch) ziemlich gut geeignet. In einem derartigen Fall genügt eine Säule dann den meisten Anwendungen, wenn sie eine Querschnittsfläche aufweist, die der Fläche eine Kreises entspricht, der einen Durchmesser zwischen etwa 7.62 bis etwa 15.2 cm (3 bis 6 inch) aufweist. Die Ausmasse des Bettes 32 sind im wesentlichen die gleichen Ausmasse der Säule 28.

Das das Bett 32 auffüllende Ionenaustauscherharz ist vom starken Säurekation-aktiveniypus und liegt in der Wasserstofform vor. Diese Harze stellen synthetische Kunststoffharze dar, die SuIfönsäuregruppen in der Polymermatrix enthalten. Ein sehr gut geeignetes Harz dieses Typus wird durch Kernsulfonierung von Styrol-Divinylbenzol erzeugt. Harze dieses Typus werden durch Rohm und Haas unter den Warenbezeichnungen IR 120, IR 121, IR 122 und IR 200, durch die Diamond Alkali unter den Warenbezeichnungen C 20 und C 25 und durch Nalco unter den Warenbezeichnungen HCR, HGR und HDR vertrieben. Diese Harze sind üblicherweise mit einer Teilchengrösse erhältlich, die durch eine Maschenweite von 0.297mm (through 50 mesh) hindurchgeht. Diese Teilchengrösse ist für die hier beschriebene Anwendung gut geeignet.

Bei dem Betrieb des vorstehend beschriebenen Systems wird, nachdem der Sterilisierungszeiträum beendigt worden ist, das Ventil 20 geöffnet und die Pumpe 22 gestartet, wodurch Abgas (das Äthylenoxid, inertes Verdünnungsmittel und Wasserdampf enthält) aus der Kammer 10 durch das Rohr 18 und das Rohr 26 gezogen wird und in die Säule 28 eintritt, ohne dass es der Atmosphäre ausgesetzt ist. In die Säule 28 wird Wasser durch das Rohr 31 und den Verteiler 30* um dat> Harz in dem Bett 32 nass zu halten, hinzugefügt. Die

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Pumpe. 22 treibt das aus der Kammer 10 entfernte Gas durch das Bett 32. Wenn das Äthylenoxid mit dem nassen Harz in dem Bett in Berührung kommt, öffnet sich der Epoxidring und das Äthylenoxid innerhalb des Gases reagiert mit dem Harz und wird hieran als Hydroxyäthylgruppe gebunden. Das hinzugefügte Wasser überzieht das Harz und wirkt als Lösungsmittelphase, in der die Reaktion durchgeführt wird. Die Durchtrittsgeschwindigkeit des Gases durch die Säule wird derart eingestellt, dass die gewünschte Verweilzeit für diese Reaktion zur Verfügung steht, wobei diese leicht durch ein paar Versuchsansätze für ein bestimmtes Sterilisiergerät bestimmt werden kann. Das aus dem Boden des Bettes 32 austretende Gas tritt durch das Siebelement y\ hindurch und wird durch das Rohr J>6 abgezogen.

Das durch den Verteiler 30 hinzugefügte Gas wird vorzugsweise kontinuierlich hinzugegeben. Ein lediglich anfänglicher Zusatz oder unterbrochene Zugaben sind weniger bevorzugt. Die Geschwindigkeit und die Menge der Wasserzu* gäbe hängt davon ab, wieviel Wasser bei Berührung mit dem durch das System tretende Gas verdampft wird und in dem gasförmigen Strom aus Rohr J>6 abgeht.

Die Temperatur in der Säule wird nicht positiv geregelt und hängt von der Temperatur des eintretenden Gases und der Temperatur des eintretenden Wassers ab. Diese Temperatur wirkt sich natürlich auf die Geschwindigkeit der Wasserverdampfung aus, weshalb die Geschwindigkeit der Wasserzugabe auch von diesem Faktor abhängig ist.

Die Säule mit den angegebenen Dimensionen enthält eine ausreichende Harzmenge für eine gewisse Zahl von Auslassbzw. Abgaszyklen. Wenn das Harz verbraucht ist, d.h.,

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wenn es nicht mehr mit dem Äthylenoxid reagiert, kann das Bett 32 aus der Säule 28 entfernt und die Säule mit Harz unter Bildung eines frischen Bettes wieder gefüllt werden. Das Harz kann in alternativer Weise durch den Durchtritt einer wässrigen Lösung einer starken Säure, beispielsweise einer 5 $igen wässrigen Lösung von Chlorwasserstoffsäure, regeneriert werden.

Das vorstehend beschriebene System entfernt im wesentlichen das gesamte Äthylenoxid aus dem Abgas, wodurch ein im wesentlichen aus nassem inerten Verdünnungsgas bestehender Strom, der harmlos und nicht verschmutzend ist, durch das Rohr 36 abgezogen wird. Das System arbeitet äusserst effizient, wobei in typischer Weise die gesamte Menge des Abgases der Kammer 10 in einem Zeitraum, der sich von etwa 5 bis etwa 15 Minuten erstreckt, gereinigt wird. Das Harz ist gegenüber A'thylenoxid ziemlich spezifisch. Darüber hinaus kann es leicht gehandhabt werden und stellt kein Sicherheitsrisiko dar.

Bei einer Variation des vorstehenden, in -den Fig. 1 und 2 dargestellten Systems, wird die Sterilisierungskammer unter Verwendung von Luft mit überatmosphärischem Druck, d.h. Pressluft, gespült, wobei diese in die Kammer 10 über das Rohr 16 (vgl. Fig. 1) eingelassen wird, welches mit einer Quelle derartiger Luft in Verbindung steht, wobei die Pumpe 22 weggelassen ist, und das Abgas tritt über die Rohre 18, 2k (Fig. 2) und 26 in den oberen Teil der Säule 28 ein. Sonst reagiert das System genau wie vorstehend beschrieben und ergibt äquivalente Ergebnisse.

In einem weiteren System innerhalb des Rahmens der Erfindung, welches in Fig. 3 dargestellt ist, steht das Rohr 18

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mit seinem abwärtsstromseitigen Ende mit dem Durchtritt 58 in Verbindung, welcher wiederum mit dem Rohr 3I verbunden ist, wobei die Ausmasse des Durchtritts 38 derart gewählt sind, dass eine Ansaugw-irkung erfolgt, um das Abgas in die Säule 28 zusammen mit dem durch das Rohr 31 und den Verteiler 30 hinzugefügten Wasser zu ziehen und das Gas durch die Säule zu treiben. Die Ausführungsform der Fig. 3 arbeitet in gleicher Welse wie die Ausführungsformen der Fig. 1 und 2, jedoch mit der Ausnahme der Einrichtungen zur Entfernung des Gases aus dem Sterilisiergerät und ausser dass Wasser kontinuierlich über das Rohr 31 zur Erzeugung einer kontinuierlichen Ansaugwirkung eingeleitet werden muss.

Durch das folgende Beispiel wird die Erfindung veranschaulicht. Das verwendete Sterilisiergerät stellt ein portables Gassterilisiergerät dar, das ein Kammervolumen von etwa 28.32 dnr aufweist. Die Sterilisierung wird unter Verwendung von Äthylenoxid als Sterilisierungsmittel im Gemisch mit Dichlordifluormethan durchgeführt, wobei die Konzentration an Äthylenoxid in dem Sterilisiergerät etwa 600 mg/l beträgt. Der Druck in dem Sterilisiergerät beträgt 0.56 atü (8 psig) und es liegt eine 50 $ige relative Feuchtigkeit vor. Die Sterilisierung wird über einen 3-Stunden-Zeiträum durchgeführt.

Nach Beendigung des 3-Stunden-Abschnittes wird das Sterilisierungsgerät mit einem System des in Fig. 2 gezeigten Typus, welches eine Pumpe 22 enthält, ausgelassen. Das Harzbett weist einen Durchmesser von 12.7 cm (5 inch) und eine vertikale Ausdehnung von 76.2 cm (2.5 Fuss) auf. Es wird ein Rohm und Haas Harz IR 120 verwendet, welches von dem Typus 1st, welcher durch Kernhalogenierung von

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Styrol-Divinylbenzol erhalten wird. Es weist eine Teilohengrösse auf, die durch eine Maschenweite von 0.297 mm (through 50 mesh) hindurchgeht. Während des Zyklus wird Wasser kontinuierlich in die Säule durch den Verteiler 30, um das Harz nass zu halten, eingetröpfelt. Die Sterilisierungskammer ist in 10 Minuten vollkommen ausgelassen und der gasförmige Ausfluss aus dem Rohr 36 ist vollkommen von Äthylenoxid befreit. Es werden vollkommen äquivalente Ergebnisse bei Verwendung von Pressluft zur Spülung der Kammer anstelle der Pumpe 22 erhalten. Auch bei Anwendung der Ausführung der Pig. 3 werden äquivalente Ergebnisse erzielt.

Äquivalente Ergebnisse an athylenoxidfreiem Abgas werden auch dann erreicht, wenn das Wasser anfänglich und im 5-Minr'Abstand, anstelle einer kontinuierlichen Zugabe^ hinzugegeben wird. , um das Harz nass zu halten.

Es wird ein Ansatz vollkommen genauso durchgeführt wie es vorstehend beschrieben wurde, wobei jedoch anstelle des Ionenaustauscherharzes oxidierender Harzmangangrünsand verwendet wurde. Es wurde festgestellt, dass der Auslass über einen Zeitraum von mehr als 1 1/2 Stunden durchgeführt werden musste,bevor das durch das Rohr 36 abgezogene Gas vollkommen frei von Äthylenoxid war, was im Vergleich zu der Zeit von 10 Minuten steht, die bei Anwendung der vorliegenden Erfindung erforderlich ist. Hierdurch wird der erhebliche Vorteil der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.

Die Erfindung kann in anderen spezifischen Formen ausgeführt werden, wenn dessen Lehre oder wesentliche Merk-

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male nicht aufgegeben werden. Beispielsweise kann eine vertikal angeordnete Ionenaustauscherharzsäule verwendet werden, wobei das Gas uiu das Wasser an dem unteren Ende eingeführt werden und das gereinigte Gas die Spitze ver* lässt. Es kann auch eine horizontal angeordnete Säule angewandt werden. Jedoch weisen die angegebenen bzw. gezeichneten, vertikal orientierten Säulensystem einen erheblichen Vorteil auf, da bei dem vertikalen System, bei dem das Gas und das Wasser durch den Boden eintreten oder bei einem horizontalen System sich Lufttaschen oder Wasserlachen bilden können, die Harz durch die Säule tragen, wodurch spezielle Packungseinrichtungen erforderlich sind. Diese Schwierigkeit tritt jedoch bei den angegebenen bzw. gezeichneten Systemen nicht auf. Daher ist eine vertikal angeordnete Säule, bei der Gas und Wasser bei der Spitze eintreten, wie sie gezeichnet wurde, stark bevorzugt.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Entfernung von Gas aus einem Äthylenoxidsterilisiergerät, dadurch gekennzei ohne t , dass man das Gas aus dem Sterilisiergerät ohne dieses der Atmosphäre auszusetzen entfernt, dieses Gas durch eine Säule führt, die ein langgestrecktes Bett aus starkem säurekationaktxven Ionenaustauscherharz in der Wasserstofform enthält, wodurch sich das Äthylenoxid in dem Gas mit dem Harz umsetzt und an dieses als Hydroxyäthylgruppe gebunden wird, und dass man das von Ethylenoxid befreite Gas abzieht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man das Harz nass hält.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man das Benässen durch kontinuierliche Einführung von Wasser in die Säule durchführt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass man das Benässen durch intermittierendes Einführen von Wasser durchführt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Harz mit einer Teilchengrösse wählt, die durch eine Maschenweite von

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0.297 mm (50 mesh) hindurchgeht.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, dass man als Harz einen synthetischen Kunststoff verwendet, der SuIfonsäuregruppen als funktioneile Gruppen enthält.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Harz durch Kernsulfonierung von Styrol-Divinylbenzol erzeugt wird.

8) Äthylenoxidsterilisiersystem, dadurch gekennzeichnet, dass es Einrichtungen, die eine Sterilisierungskammer . bilden,· Einrichtungen zur Entfernung von Gas, das Äthylenoxid enthält, aus der Kammer, ohne dieses' der Atmosphäre auszusetzen, und Ionenaustauscherharz enthaltende Einrichtungen umfasst, die geeignet sind, das Gas aus der Entfernüngsvorrichtung aufzunehmen und das von A'thylenoxid freie Gas auszulassen.

Sterilisierungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ionenaustauscherharz enthaltende Einrichtung eine vertikal angeordnete langgestreckte Säule darstellt, die Einrichtungen zur Aufnahme des aus der Sterilisierungskammer entfernten Gases in ihrem oberen Teil, Einrichtungen zur Einführung von Wasser in ihrem oberen Teil, ein langgestrecktes Bett aus starkem Säurekation-aktivem Ionenaustauscherharz in der Wasserstofform, wobei dieses Bett unter der Gasaufnahmevorrichtung angeordnet ist, gasdurchlässige Einrichtungen, die das Bett tragen und Einrichtungen unter der gasdurchlässigen Einrichtung zum Auslass des Gases aus der Säule umfasst.

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10. Sterilisierungssystem nach Anspruch 9* dadurch
gekennzeichnet, dass die Gasentfernungseinrichtung ein Rohr, das Ventileinrichtungen und Pumpeneinrichtungen enthält,darstellt,das an
seinem stromaufwärtsseitigen Ende mit der Kammer und an seinem stromabwärtsseitigen Ende mit der Aufnahmevorrichtung in Verbindung steht.

11. Sterilisierungssystem nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, dass die Gasentfernungseinrichtung ein Rohr', das Ventileinrichtungen enthält, und mit seinem stromaufwärtsseitigen Ende mit der Kammer und mit seinem stromabwärtsseitigen Ende mit der Aufnahmeeinrichtung in Verbindung steht, und Einrichtungen zur Einführung von Luft mit einem überatmosphärischen Druck in die Kammer umfasst.

12.. Sterilisierungssystem nach Anspruch 9» dadurch

gekennzeichnet, dass die Gasentfernungseinrichtung Ansaugvorrichtungen umfasst, die mit den Wassereinführungseinrichtungen in Verbindung stehen.

13. Sterilisierungssystem nach Anspruch 9, dadurch
•gekennzeichnet, dass das Bett einen kreisförmigen Querschnitt, dessen Durchmesser sich zwischen etwa 7.6 und etwa 15.2 cm (3 bis 6 inch)
bewegt und eine vertikale Ausdehnung, die sich von etwa 6l bis etwa 91.5 cm (2 bis 3 Fuss) erstreckt, aufweist.

14. Sterilisierungssystem nach Anspruch 9» dadurch
gekennzeichnet, dass das Ionenaus-

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täuscherharz durch Kernsulfonierung von Styrol-divinylbenzol erzeugt wird.

15· Verfahren zur Entfernung von Gas aus einem Äthylen-

oxidsterilisiergerät, dadurch gekennzeichne -t , dass man das Gas durch eine Säule führt, die ein langgestrecktes Bett aus starkem Säurekation-aktiven Ionenaustauscherharz in der Wasserstofform enthält, wodurch sich das Äthylenoxid in dem Gas mit dem Harz umsetzt und hieran als Hydroxyläthylgruppe gebunden wird, und dass man das an Äthylenoxid freie Gas
abzieht.

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