Какое давление должно быть в автоклаве: принцип работы автоклава, зависимость давления от температуры нагрева
Автоклав — это герметичный аппарат для выполнения различных операций при высоких температуре и давлении. В основном используется для стерилизации разнообразных материалов.
Сферы применения
В условиях повышенных температуры и давления ускоряются почти все химические реакции, и этим обусловлено применение автоклавов высокого давления (реакторов) в химической промышленности. В гидрометаллургии с помощью таких аппаратов выщелачиваются драгоценные металлы.
При производстве резины в автоклаве происходит процесс вулканизации, необходимый для преобразования каучука в резину. В медицине автоклав используется для стерилизации инструментов и расходных материалов. В биологии автоклав применяется для обеззараживания питательных сред и лабораторной посуды. В пищевой промышленности и даже бытовых условиях устройство используют для консервации пищевых продуктов.
Как работает автоклав
Автоклав представляет собой стальной цилиндр со сферическим дном и укрепленной на болтах сферической крышкой. Крышка оснащена вентилем для подачи водорода и снижения давления, гильзой для термометра и датчиком давления. Возможно оснащение вентилем для отбора проб из газовой и жидкой фаз. Автоклав производится из кислотоупорной стали. Медные детали категорически не должны соприкасаться с медным раствором.
В межстенном пространстве автоклава располагается герметично закрытая водопаровая (внешняя) камера, которая заполняется водой. Далее вода нагревается до превращения в пар.
Внутри находится стерилизационная камера, куда пар попадает через отверстия. В стерилизационную камеру помещается материал, который нужно подвергнуть обработке. Именно в стерилизационной камере давление и температура достигают оптимальных для обработки величин.
Автоклав располагается на подставке. Сам аппарат изнутри покрыт слоем асбеста, а снаружи закрыт металлическим кожухом. Все это делается для защиты людей во время автоклавирования.
По завершении стерилизационной выдержки в камере автоклава снижается давление и начинается процесс вакуумной сушки, а оставшаяся вода в скором времени испаряется при высокой температуре и отрицательном давлении.
Давление и температура в автоклаве могут быть отрегулированы. Аппараты оснащены системой подачи и отвода пара с фильтрацией и конденсацией. Избыток пара отводится тогда, когда давление выше предельно допустимого для конкретного аппарата.
Температура и давление
Для правильной эксплуатации аппарата нужно знать, какое в автоклаве должно быть давление. Важно также выяснить, как оно связано с температурой.
Давление в автоклаве зависит от температуры и объема воздуха. Зависимость однозначно есть, но сложно точно сказать, какая именно. На значения влияют различные факторы, например, объем газов и скорость нагревания аппарата. Температура обычно больше ста градусов, а давление выше атмосферного. Высокая температура гарантирует уничтожение даже самых устойчивых к термическому воздействию микроорганизмов. Рабочая температура бытового автоклава — 120 градусов. Температура при обеззараживании медицинских инструментов может превышать 130 градусов. За счет высокого давления компенсируется температурное расширение подвергаемого обработке продукта.
Каждому значению давления соответствует конкретное значение температуры, и опытные пользователи советуют в первую очередь ориентироваться на показания термометра при бытовом использовании автоклава. Для любого подвергаемого автоклавированию продукта есть своя температурная норма. Если эту норму превысить, продукт просто сгорит. Поэтому по оптимальной температуре можно судить, какое в автоклаве должно быть давление.
Измерение давления
Для понимания того, какое давление должно быть в автоклаве, стоит изучить приведенную ниже информацию. Это полезно знать для безопасного использования аппарата.
Датчик давления автоклава называется манометром. При температуре 110 градусов стрелка манометра показывает 3,5 ат, при 120 градусах — от 4 до 4,5 ат (ат — обозначение технической атмосферы). По манометру определяется, какое давление в автоклаве.
Важно понимать, что прибор показывает не абсолютные, а относительные значения давления. Относительное давление также именуют избыточным, или манометрическим. Абсолютное давление измеряется относительно нуля, в то время как избыточное — относительно атмосферного. Значение относительного давления равно разности абсолютного и атмосферного давления. Избыточное давление меньше абсолютного на единицу.
Манометр
Манометр состоит из корпуса, штуцера с резьбой для подсоединения и крепления к сифонной трубке. К штуцеру присоединена изогнутая трубка, верхний конец которой запаян. Трубка скреплена с тягой. Тяга имеет шарнирное соединение с зубчатым сегментом. На оси зубчатого сегмента находится стрелка, показывающая давление. На шкале манометра указана цифра 1.5, означающая допустимую погрешность прибора от верхнего предела шкалы, иначе говоря указывающая класс точности.
Современные автоклавы снабжены электроконтактными манометрами, которые показывают не только величину давления в автоклаве, но и выключают электронагреватели после достижения заданного давления в камере. Таким образом, давление, а следовательно, и температура в стерилизационной камере поддерживаются автоматически.
Электроконтактные манометры дополнительно оснащены двумя электроконтактными стрелками. Верхняя стрелка устанавливается выше рабочего давления и нужна для отключения электронных нагревателей, а нижняя — на пределе рабочего давления и нужна для включения электронагревателей в сеть.
Взрывоопасность
Известно, что при нормальном атмосферном давлении температура кипения воды составляет 100 градусов. В автоклаве температура воды слишком высока для атмосферного давления. Вода освобождает тепло, оно быстро преобразует жидкость в пар, который занимает значительно больше объема, чем вода. Если в автоклаве образовалась трещина, то есть его герметичность была нарушена, пар свободно выходит наружу, а давление в камере стремительно падает до давления окружающей среды. В результате разгерметизации появляются обильные тепло и пар в автоклаве, резко повышается давление и аппарат взрывается. Нужно следить за тем, какое должно быть давление в автоклаве, чтобы не допустить его резких перепадов.
Источник
Какое давление должно быть в автоклаве
Температура кипения воды и давление пара в автоклаве – это взаимосвязанные понятия. Определить точную зависимость между ними достаточно сложно. Поэтому при консервировании лучше всего ориентироваться на показания термометра, а не манометра. Как только показания на шкале прибора приблизятся к нужной отметке, убавляйте нагрев и продолжайте готовить в соответствии с рецептом.
Как измерить давление в автоклаве
О давлении пара в автоклаве судят по установленному на крышке аппарата манометру. Шкала манометра обычно градуирована в технических атмосферах. Однако прибор не показывает атмосферное давления. Давление, которое отображает манометр, называется избыточным (ати) в отличие от полного, или абсолютного, давления в автоклаве (ата). Для перехода от манометрического давления (ати) к абсолютному (ата) нужно к первому прибавить 1 атм.
Если, например, манометр показывает 1 ати, то абсолютное давление будет 2 ата. Каждому давлению соответствует определенная температура. Принцип работы автоклава заключается в том, что из-за избыточного давления при нагреве увеличивается температура стерилизации консервируемых продуктов до 110-120°С, причем вода внутри автоклава не закипает.
Для защиты манометра от перегрева перед прибором может применяться сифонная трубка. Пар, поступающий в нее из автоклава, охлаждается и конденсируется. Таким образом, давление пара передается на манометр через остывшую воду, что предохраняет его тонкий механизм от порчи.
Кроме манометра, автоклав имеет предохранительный клапан, который отрегулирован на предельное давление, допустимое для работы данного аппарата. Как только давление превысит установленный предел, через этот клапан будет вырываться избыток пара.
Зависимость температуры от давления
По мере нагревания температура и давление внутри автоклава будут подниматься согласно таблице В.П.Вукаловича [скачать в pdf]
| Р | t | i / | i // | r |
| 0,010 | 6,7 | 6,7 | 600,2 | 593,5 |
| 0,050 | 32,6 | 32,6 | 611,5 | 578,9 |
| 0,10 | 45,5 | 45,5 | 617,0 | 571,6 |
| 0,20 | 59,7 | 59,7 | 623,1 | 563,4 |
| 0,30 | 68,7 | 68,7 | 626,8 | 558,1 |
| 0,40 | 75,4 | 75,4 | 629,5 | 554,1 |
| 0,50 | 80,9 | 80,9 | 631,6 | 550,7 |
| 0,60 | 85,5 | 85,5 | 633,5 | 548,0 |
| 0,70 | 89,5 | 89,5 | 635,1 | 545,6 |
| 0,80 | 93,0 | 93.1 | 636,4 | 543,3 |
| 0,90 | 96,2 | 96,3 | 637,6 | 541,3 |
| 1,0 | 99,1 | 99,2 | 638,8 | 539,6 |
| 1,5 | 110,8 | 111,0 | 643,1 | 532,1 |
| 2,0 | 119,6 | 120,0 | 646,3 | 526,4 |
| 2,5 | 126,8 | 127,2 | 648,7 | 521,5 |
| 3,0 | 132,9 | 133,4 | 650,7 | 517,3 |
| 3,5 | 138,2 | 138,9 | 652,4 | 513,5 |
| 4,0 | 142,9 | 143,7 | 653,9 | 510,2 |
| 4,5 | 147,2 | 148,1 | 655,2 | 507,1 |
| 5,0 | 151,1 | 152,1 | 656,3 | 504,2 |
| 6,0 | 158,1 | 159,3 | 658,3 | 498,9 |
| 7,0 | 164,2 | 165,7 | 659,9 | 494,2 |
| 8,0 | 169,6 | 171,4 | 661,2 | 489,8 |
Р – абсолютное давление в ат, кгс/см2; t – температура в оС; i / – энтальпия кипящей воды, ккал/кг; i// – энтальпия сухого насыщенного пара, ккал/кг; r – скрытая теплота парообразования, ккал/кг.
Величины температур, приведенные в таблице, соответствуют указанным давлениям лишь в том случае, если пар является чистым, а не смесью пара и воздуха. Согласно закону Дальтона, общее абсолютное давление смеси пара и воздуха равно сумме абсолютных давлений каждого из компонентов.
Таблица ниже показывает зависимость температуры от количества примеси воздуха при давлении 10 psi, примерно 1 атм.
Таким образом, чем больше воздуха в смеси при определенном давлении, тем меньше наружное давление пара и, следовательно, ниже температура смеси.
Источник