Zohlednění kondenzace

Obrázek 1: Dva teoretické cykly biodekontaminace (oba při teplotě 23 °C) s různým počátečním vlhkostním obsahem při kondicionování. Během fáze dekontaminace je část vH2O2 rozložena. V tomto případě je 10 % vH2O2 rozloženo od počáteční hodnoty a více H2O2 je odpařeno k vyrovnání. Podobná situace se objevuje při použití dvou různých koncentrací H2O2 roztoku: 12 % v horních grafech a 59 % v dolních grafech.

Obrázek 1: Dva teoretické cykly biologické dekontaminace (oba při teplotě 23 °C) s různými úrovněmi vlhkosti na začátku kondicionování. Během fáze dekontaminace se část vH2O2 rozloží. V tomto případě se 10 % vH2O2 rozložilo z jeho počáteční hodnoty a více H2O2 se odpařilo, aby se kompenzovalo. Podobná situace je znázorněna pomocí dvou různých koncentrací roztoku H2O2: 12 %-m v horních grafech a 59 %-m v dolních grafech.

Obrázek 1: Dva teoretické cykly biodekontaminace (oba při teplotě 23 °C) s odlišným počátečním obsahem vlhkosti během kondicionování. Během fáze dekontaminace je část vH2O2 rozložena. V tomto případě je 10 % vH2O2 rozloženo od počáteční hodnoty a více H2O2 se odpaří k vyrovnání. Podobná situace se objevuje při použití dvou různých koncentrací roztoku H2O2: 12 %-m v horních grafech a 59 %-m v dolních grafech.

Obrázek 1: Dva teoretické cykly biologické dekontaminace, (oba při teplotě 23 °C) s různými úrovněmi vlhkosti na začátku kondicionování. Během fáze dekontaminace se část vH2O2 rozloží. V tomto případě se 10 % vH2O2 rozložilo z jeho počáteční hodnoty a více H2O2 se odpařilo, aby se kompenzovalo. Podobná situace je znázorněna pomocí dvou různých koncentrací roztoku H2O2: 12 %-m v horních grafech a 59 %-m v dolních grafech.

Obrázek 2: Dva cykly biodekontaminace s různými koncentracemi kapalného H₂O₂ (T = 23 °C). V tomto případě je 10 % vH₂O₂ rozloženo od počáteční hodnoty a více H₂O₂ se odpařuje pro vyrovnání a udržení konstantního obsahu vH₂O₂.

Obrázek 2: Dva cykly biologické dekontaminace s různými roztoky kapalného H₂O₂ (T = 23 °C). V tomto případě se 10 % vH₂O₂ rozložilo z jeho počáteční hodnoty a více H₂O₂ se odpařilo, aby se kompenzovalo a udržela se hladina vH₂O₂ konstantní.

Obrázek 3: Dva cykly biodekontaminace s různými teplotami. V tomto případě je 10 % vH2O2 rozloženo od počáteční hodnoty a více H2O2 je odpařováno pro vyrovnání a udržení konstantního obsahu vH2O2.

Obrázek 3: Dva cykly biologické dekontaminace při různých teplotách. V tomto případě se z původní hodnoty rozpadlo 10 % vH2O2 a více H2O2 je odpařeno, aby se kompenzovalo a udržela se hladina vH2O2 konstantní.

Obrázek 4: ppm vH2O2 jako funkce hodnot měření senzoru rS/rF při 5 °C / Figure 4: ppm vH2O2 jako funkce hodnot měření senzoru rS/rF při 5,0 °C

Obrázek 5: ppm vH2O2 jako funkce měření senzoru RS/RH při 50,0 °C / Figure 5: ppm vH2O2 jako funkce měření senzoru RS/RH při 50,0 °C

Obrázek 6: Maximální vH2O2-ppm při různých teplotách generovaných s 35 % a 59 % H2O2.

Obrázek 6: Maximální ppm vH2O2 při různých teplotách produkovaných s 35 % a 59 vol-% H2O2.

Obrázek 7: Kondensační body při daných teplotách a vH2O2 ppm (v každém bodě rS = 100 %, maximální %rF se liší podle křivek)

Obrázek 7. Bodové kondenzace při daných teplotách a ppm vH2O2 (u každého bodu RS = 100 %, maximální %RH se liší podle křivek)

V tomto článku jsou diskutovány hlavní parametry, které ovlivňují bod kondenzace a maximální ppm H2O2 při použití odpařeného vodíkového peroxidu. Navrhují se čtyři pravidla, která mohou sloužit jako vodítka pro opakovatelné efektivní procesy biodekontaminace.

Odpařený vodíkový peroxid (vH2O2) se často používá k provádění biodekontaminace v izolátorech, testovacích komorách a materiálových průchodech. Díky známé účinnosti při pokojové teplotě, široké kompatibilitě s materiály a bez zbytků je vH2O2 biodekontaminace také často využívána v nemocnicích, metru, letadlech a v aplikacích, které vyžadují spolehlivou dekontaminaci.

Řízení kondenzace je nejkritičtější součástí každého procesu biodekontaminace. Kapající kondenzát by měl být zabráněn, protože shromažďování koncentrované kapalné vodíkové peroxidu může mít negativní dopad na materiály, dobu větrání a rovnoměrnou účinnost dekontaminace.

Porozumění tomu, jak procesní parametry ovlivňují kondenzaci, poskytuje také poznatky o maximální koncentraci vodíkového peroxidu, kterou lze udržovat v páře. Obsah vlhkosti, teplota a parts per million (ppm) odpařeného vodíkového peroxidu mají kombinovaný vliv na bod kondenzace – bod, kdy je vzduch nasycen. Jakmile je dosaženo kondenzace, ppm vH2O2 již nelze zvýšit.

Relativní vlhkost a relativní nasycení

Ideálně je každý krok v cyklu biodekontaminace řízen a monitorován. Mezi sledované parametry obvykle patří teplota, ppm vH2O2 a vlhkost (měřeno jako relativní vlhkost a relativní nasycení). Protože voda (H2O) a vodíkový peroxid (H2O2) mají podobnou molekulární strukturu, ovlivňují oba bod kondenzace vzduchu. Relativní vlhkost (rF) však udává pouze obsah vodní páry ve vzduchu při určité teplotě, zatímco relativní nasycení ukazuje jak obsah vodní páry, tak i vodíkového peroxidu ve vzduchu.

Ve vzduchu obsahujícím vodíkový peroxid dochází ke kondenzaci před dosažením 100 % relativní vlhkosti. Proto lze bod kondenzace spolehlivě předpovědět měřením relativního nasycení (rS). Pokud relativní nasycení dosáhne hodnoty 100 % rS, dojde ke kondenzaci směsi par. Relativní vlhkost a relativní nasycení se liší při přítomnosti vH2O2. Rozdíl mezi rF a rS je dále ovlivněn množstvím přítomného vH2O2.

Jak bylo uvedeno, koncentrace vodíkového peroxidu ve vodní páře již nemůže dále růst, jakmile dojde ke kondenzaci a relativní nasycení dosáhne 100 % rS. Ve skutečnosti se koncentrace vH2O2 ve vodní páře často snižuje, protože kondenzace odstraňuje vH2O2 ze vzduchu. Při kapajícím kondenzátu na konci fáze dekontaminace může dojít ke zvýšení ppm vH2O2 během větrání, protože kapky opět uvolňují vH2O2 do vzduchu.

Fáze biodekontaminace vH2O2

Cyklus biodekontaminace s odpařeným vodíkovým peroxidem obvykle zahrnuje čtyři samostatné kroky:

Krok 1: Odvodnění:
Vytvoří se fyzikální počáteční podmínky teploty, vlhkosti a cirkulace vzduchu. Oblast určená k dekontaminaci může být před kondicionováním odvodněna, aby se snížilo kondenzace. Snížení obsahu vlhkosti na předem stanovené procento před kondicionováním vede k vyšší opakovatelnosti výsledků. Během této fáze se ještě neuvádí vodíkový peroxid ve formě páry.

Krok 2: Kondicionování:
Vodíkový peroxid se vyrábí z vodného roztoku H2O2 a H2O a vstřikuje se do prostoru, dokud není dosaženo požadované koncentrace ppm vH2O2. Koncentrace v procesu může být od 140 do 1400 ppm v závislosti na mikrobiální zátěži.

Krok 3: Biodekontaminace nebo doba setrvání:
Povrchy a mikroorganismy jsou vystaveny dostatečně dlouhou dobu smrtelným koncentracím vodíkového peroxidu ve formě páry. H2O2 ve formě páry se rozkládá na vodu a kyslík. To lze kompenzovat vstřikováním odpařeného H2O2 během této fáze. Měření ppm vH2O2 může být použito k řízení injekčních dávek, čímž se udržuje stálá koncentrace ppm vH2O2.

Krok 4: Větrání:
Tento poslední krok snižuje zbytek vodíkového peroxidu ve formě páry na bezpečnou úroveň. vH2O2 lze katalyticky rozložit pomocí katalyzátoru na vodní pára a kyslík.

Procesní parametry ovlivňující kondenzaci

Na následujících grafech variujeme vlhkost, koncentraci roztoku H2O2, teplotu a ppm vH2O2. To slouží k ilustraci, jak tyto faktory ovlivňují jak bod kondenzace (relativní nasycení = 100 % rS), tak maximální dosažitelnou koncentraci vodíkového peroxidu ve formě páry během fáze biodekontaminace. Tyto grafy jsou zjednodušené znázornění reálných procesů biodekontaminace, ukazující, jak kritické procesní parametry ovlivňují výsledky.

Vlhkost, bod kondenzace a maximální dosažitelná ppm vH2O2

Snížení počáteční vlhkosti zvyšuje množství vH2O2 páry, kterou lze použít před kondenzací.

Následující grafy (obrázek 1) ukazují, jak odvodnění ovlivňuje maximální dosažitelné ppm vH2O2. Na obrázcích 1a a 1b je použito roztoku H2O2 s 12 % m; obrázky 1c a 1d ukazují koncentraci 59 % m. V obrázcích 1a a 1b jsou zobrazeny dva jinak podobné cykly biodekontaminace; oranžové čáry ukazují procesy bez odvodnění a s kondicionováním začínajícím při relativní vlhkosti 50 % rF. Modré čáry označují procesy, při nichž bylo odvodnění ukončeno při 10 % rF před fázi kondicionování. V obrázcích 1a a 1c vidíte dopad odvodnění na obsah vlhkosti – zobrazený jako relativní vlhkost a relativní nasycení – během fází kondicionování a doby setrvání. Obrázky 1b a 1d ukazují vliv odvodnění na maximální dosažitelnou koncentraci vodíkového peroxidu ve formě páry během těchto fází.

Odpařený H2O2 je vstřikován do komory, dokud nedojde ke kondenzaci. Je patrné, že při vyšší relativní vlhkosti na začátku fáze kondicionování (protože odvodnění nebylo provedeno) dochází ke kondenzaci dříve. Čím nižší je % rF na začátku kondicionování, tím vyšší jsou maximální ppm vH2O2, které lze dosáhnout před kondenzací.

Během fáze dekontaminace je část vH2O2 rozložena na vodu a kyslík. Množství rozloženého vH2O2 závisí na podmínkách, jako jsou materiály, teplota, vlhkost a proudění vzduchu. Měření skutečné míry rozkladu za určitých podmínek je nutné. V následujících grafech jsme předpokládali, že 10 % vH2O2 je rozloženo z počáteční hodnoty a více H2O2 je odpařeno pro vyrovnání.

Koncentrace roztoku H2O2, bod kondenzace a maximální dosažitelná ppm vH2O2

Zvýšení koncentrace roztoku H2O2 vede ke zvýšení ppm vH2O2 ve vodní páře, kterou lze použít před kondenzací.

Následující grafy ukazují dva jinak podobné cykly biodekontaminace s různými roztoky kapalného H2O2. Černá čára představuje cyklus s poměrem roztoku 59 % m H2O2 ku 41 % H2O. Modrá čára ukazuje cyklus s poměrem 12 % m H2O2 ku 88 % H2O. Oba podmínky mají počáteční vlhkost 50 % rF a jsou před kondicionováním odvodněny na 10 % rF.

Odpařený H2O2 je vstřikován do komory, dokud nedojde ke kondenzaci. Protože nižší koncentrace roztoku (12 % m) obsahuje 88 % vody, komora rychleji dosáhne 100 % relativní nasycenosti než komora s vyšší koncentrací (59 % m). Jakmile dojde ke kondenzaci, ppm vH2O2 již nelze dále zvyšovat. Maximální dosažitelná ppm vH2O2 s roztokem 59 % m je 1 400 ppm (černá čára) před kondenzací. S roztokem 12 % m je maximální ppm vH2O2 700 ppm.

Teplota, bod kondenzace a maximální ppm vH2O2

Zvýšení teploty zvyšuje množství vodní a vodíkové peroxidové páry, kterou vzduch může udržet, čímž se zvyšuje maximální ppm vH2O2, které lze dosáhnout.

Za předchozích podmínek byla teplota cyklu biodekontaminace udržována na 23 °C. Při určité teplotě může vzduch pojmout pouze určité množství páry, ať už H2O nebo H2O2. Změnou teploty měníme jak bod kondenzace, tak i maximální koncentraci vodíkového peroxidu ve formě páry.

Na obrázcích 3a a 3b jsou zobrazeny dva jinak podobné cykly biodekontaminace. Černé čáry představují teplotu 40 °C, modré čáry teplotu 23 °C. V obou případech je provedeno odvodnění ke snížení vlhkosti před kondicionováním na 10 %, a je použito roztoku H2O2 s koncentrací 59 % m. Černá čára na obrázku 3b ukazuje, že teplota 40 °C umožňuje vyšší ppm vH2O2 než teplota 23 °C, což je znázorněno modrou čarou.

Další vliv teploty lze zkoumat sledováním vlhkosti, jak relativní vlhkosti, tak relativního nasycení. Na obrázku 4 je vidět ppm vH2O2 při teplotě 5 °C. Relativní nasycení je na ose x a relativní vlhkost na ose y. Čáry uvnitř souřadnicových os představují koncentraci vodíkového peroxidu od 0 do přibližně 500 ppm. Čára na 0 ppm představuje páru vytvořenou pouze s čistou vodou. Pokud se koncentrace roztoku H2O2 zvýší, ppm vH2O2 také vzroste. Teoreticky čára podél osy x představuje páru vytvořenou při 100% H2O2 kapalnosti. Kondenzace nastane, jakmile relativní nasycení dosáhne 100 % rS, a ppm vH2O2 již nelze dále zvyšovat. Při teplotě 5 °C, počáteční relativní vlhkosti 0 % rF a odpařování roztoku 100 % m H2O2 je teoretická maximální ppm vH2O2 548 ppm.

Všechny podmínky na obrázku 5 jsou stejné jako na obrázku 4 (0 % rF, 100 % m roztok), pouze teplota byla změněna na 50 °C. Teoretická maximální ppm vH2O2 je nyní 13 019.

Obrázek 6 ukazuje maximální ppm vH2O2 při různých teplotách a s použitím různých koncentrací roztoku H2O2. Porovnáváme dvě běžně používané koncentrace: 35 % a 59 %. Modrá trendová čára představuje roztok s 35 % H2O2. Při teplotě 40 °C je maximální ppm vH2O2 4 210. Při stejné teplotě (40 °C) má roztok s 59 % H2O2 maximální ppm vH2O2 5 461.

Koncentrace vodíkového peroxidu ve vodní páře a bod kondenzace

Zvýšení koncentrace H2O2 ve vodní páře snižuje množství vodní páry, kterou vzduch může udržet, a kondenzace nastává dříve.

Každý bod na obrázku 7 představuje bod kondenzace a znamená, že rS dosáhlo 100 %. Teplota je na ose x a ppm vH2O2 na ose y. Křivka v grafech ukazuje maximální relativní vlhkost při určité teplotě a koncentraci ppm vH2O2.

Jak je vidět, při 20 °C a 300 ppm vodíkového peroxidu je relativní vlhkost 60 % a relativní nasycení 100 %. Pokud zvýšíme ppm vH2O2 na 600 při 20 °C, relativní vlhkost klesne na 39 % a relativní nasycení zůstává 100 %.

Zvýšením teploty na 40 °C s koncentrací vH2O2 300 ppm dosáhneme relativní vlhkosti 87 % a relativního nasycení 100 %. Čím vyšší je teplota, tím více vodní páry může vzduch pojmout. Relativní vlhkost se zvyšuje.

Čtyři pravidla pro procesní parametry vH2O2

1. Snížení počáteční vlhkosti zvyšuje množství vH2O2 páry, kterou lze použít před kondenzací.

2. Zvýšení koncentrace roztoku H2O2 vede ke zvýšení ppm vH2O2 ve vodní páře, kterou lze použít před kondenzací.

3. Zvýšení teploty zvyšuje množství vodní a vodíkové peroxidové páry, kterou vzduch může udržet, čímž se zvyšuje maximální ppm vH2O2, které lze dosáhnout.

4. Zvýšení koncentrace vodíkového peroxidu ve vodní páře snižuje množství vodní páry, kterou vzduch může pojmout. Proto dochází ke kondenzaci dříve.

Závěr

Ukázali jsme, jak může důkladné znalosti vztahu mezi kritickými procesními parametry umožnit vývoj efektivních opakovatelných cyklů biodekontaminace vH2O2. Měření jednotlivých parametrů často nestačí ke sledování a je neúčinné pro řízení procesu. Také jsme vysvětlili, proč je relativní nasycení důležitou hodnotou pro přesné předpovědi kondenzace. Z tohoto důvodu měří unikátní technologie Vaisala PEROXCAP® několik parametrů v jednom měření, včetně ppm vodíkového peroxidu ve formě páry, teploty, rosného bodu, parního tlaku a vlhkosti (relativní vlhkosti i relativního nasycení).