Figyelembe véve a kondenzációt

Ábra 1: Két elméleti biológiai dekontaminációs ciklus (mindkettő 23 °C hőmérsékleten) különböző nedvességtartalommal a kondicionálás kezdetén. A dekontaminációs fázis során egy része a vH2O2-nek lebomlik. Ebben az esetben a vH2O2 10%-a bomlik le a kiindulási értékhez képest, és több H2O2 párolog el az egyensúly érdekében. Hasonló helyzet figyelhető meg két különböző H2O2-oldat koncentráció alkalmazásával: 12%-os a felső grafikonokon és 59%-os az alsó grafikonokon.

Ábra 1: Két elméleti bio-dekontaminációs ciklus, (mindkettő 23 °C hőmérsékleten) különböző páratartalom mellett az előkészítés kezdetén. A dekontaminációs fázis során néhány vH2O2 lebomlik. Ebben az esetben a vH2O2 10%-a lebomlott az eredeti értékéből, és több H2O2 párolog el kompenzációként. Hasonló helyzetet mutat két különböző H2O2-oldat koncentráció alkalmazásával: 12%-os a felső ábrákon és 59%-os az alsó ábrákon.

Ábra 1: Két elméleti biológiai dekontaminációs ciklus (mindkettő 23 °C hőmérsékleten) különböző nedvességtartalommal a kondicionálás kezdetén. A dekontaminációs szakasz során egy része a vH2O2-nek lebomlik. Ebben az esetben a vH2O2 10%-a lebomlik a kiindulási értékhez képest, és több H2O2 párolog el az egyensúly érdekében. Hasonló helyzet áll fenn két különböző H2O2-oldatkoncentráció alkalmazásával: a felső grafikonokon 12%-os, az alsó grafikonokon 59%-os koncentrációval.

Ábra 1: Két elméleti bio-dekontaminációs ciklus, (mindkettő 23 °C hőmérsékleten) különböző páratartalom mellett a kondicionálás kezdetén. A dekontaminációs fázis során némi vH2O2 lebomlik. Ebben az esetben a vH2O2 10%-a lebomlott az eredeti értékéből, és több H2O2 párolog el kompenzációként. Hasonló helyzetet mutat két különböző H2O2-oldat koncentráció alkalmazásával: 12%-os a felső ábrákon és 59%-os az alsó ábrákon.

Ábra 2: Két biológiai szennyezésmentesítési ciklus különböző folyékony H2O2-oldatokkal (T = 23 °C). Ebben az esetben a vH2O2 10%-a lebomlik a kezdeti értékből, és több H2O2 párolog el a kiegyenlítés és a vH2O2-szint állandó fenntartása érdekében.

Ábra 2: Két biológiai dekontaminációs ciklus különböző folyékony H2O2-oldatokkal (T = 23 °C). Ebben az esetben a vH2O2 10%-a lebomlott az eredeti értékéből, és több H2O2 párolog el, hogy kompenzáljon és fenntartsa a vH2O2 szintet állandóan.

Ábra 3: Két biológiai kontaminációs ciklus különböző hőmérsékleteken. Ebben az esetben a vH2O2 érték 10%-a lebomlik a kiindulási értékhez képest, és több H2O2 párolog el a kiegyenlítés és a vH2O2 tartalom állandó fenntartása érdekében.

Ábra 3: Két biocontaminációs ciklus különböző hőmérsékleteken. Ebben az esetben a vH2O2 értékének 10%-a lebomlott az eredeti értékből, és több H2O2 párolog el, hogy pótolja és fenntartsa a vH2O2 szintjét állandóan.

Ábra 4: vH2O2-ppm az rS/rF érzékelőértékek függvényében 5 °C-on / 4. ábra: ppm vH2O2 az rS/rF érzékelőértékek függvényében 5,0 °C-on

Ábra 5: vH2O2-ppm az rS/rF érzékelőértékek függvényében 50 °C-on / 5. ábra: ppm vH2O2 az RS/RH érzékelőértékek függvényében 50,0 °C-on

Ábra 6: Maximális vH2O2-ppm különböző hőmérsékleteken, 35%-os és 59%-os H2O2-vel előállítva.

Ábra 6: A maximális ppm vH2O2 különböző hőmérsékleteken, amelyeket 35%-os és 59 vol-% H2O2-vel állítottak elő.

Ábra 7: Kondenzációs pontok adott hőmérsékleteken és vH2O2-ppm értékeken (minden ponton rS = 100 %, a maximális %rF a görbék szerint változik)

Ábra 7. Kondenzációs pontok adott hőmérsékleteken és ppm vH2O2 (minden ponton RS = 100 %, a maximális %RH a görbék szerint változik)

Ebben a cikkben áttekintjük a legfontosabb paramétereket, amelyek hatással vannak a kondenzációs pontra és a maximális H2O2-ppm értékre a vízgőzben alkalmazott vízperoxid esetében. Négy szabályt javasolunk, amelyek irányelvek lehetnek ismételhető, hatékony biológiai kontamináció-mentesítési folyamatokhoz.

A vízgőzben lévő vízperoxid (vH2O2) gyakran alkalmazott módszer biológiai kontamináció eltávolítására izolátorokban, tesztházakban és anyagcsomagolásokban. A szobahőmérsékleten való hatékonysága, az anyagok széles körű kompatibilitása és a maradékmentesség miatt a vH2O2 alapú biocontaminációt gyakran alkalmazzák kórházakban, metrókban, repülőgépeken és olyan alkalmazásokban, ahol megbízható dezinfekció szükséges.

A kondenzáció irányítása a biocontaminációs folyamat legkritikusabb összetevője. A csepegő kondenzvíz elkerülése fontos, mivel a koncentrált folyékony vízperoxid felhalmozódása káros hatással lehet az anyagokra, a szellőztetési időre és az egyenletes dezinfekciós hatékonyságra.

Az, hogy megértsük, hogyan befolyásolják a folyamatparaméterek a kondenzációt, betekintést nyújt abba is, hogy mekkora maximális vízperoxid-koncentráció tartására képes a gőzállapot. A nedvességtartalom, a hőmérséklet és a ppm-ben mért vízperoxid tartalom együttesen határozza meg a kondenzációs pontot – azt a pontot, ahol a levegő telítetté válik. Amint a kondenzáció bekövetkezik, a vH2O2-ppm érték nem növelhető tovább.

Relatív nedvesség és relatív telítettség

Ideális esetben minden lépést irányítanak és figyelemmel kísérnek a biocontaminációs ciklus során. A figyelemmel kísért paraméterek közé tartozik általában a hőmérséklet, a vH2O2-ppm és a nedvesség (relatív nedvesség és relatív telítettség mérésével). Mivel a víz (H2O) és a vízperoxid (H2O2) molekuláris szerkezete hasonló, mindkettő befolyásolja a levegő kondenzációs pontját. A relatív nedvesség (rF) azonban csak a levegő vízgőztartalmát mutatja adott hőmérsékleten, míg a relatív telítettség a vízgőz- és a vízperoxidgőz tartalmát is megmutatja a levegőben.

Olyan levegőben, amely vízperoxidgőzt tartalmaz, a kondenzáció 100%-os relatív nedvesség előtt bekövetkezik. Ezért a kondenzációs pont megbízhatóan előre jelezhető a relatív telítettség (rS) mérésével. Amikor a relatív telítettség eléri a 100%-ot (rS), a gőzkeverék kondenzálódik. A relatív nedvesség és a relatív telítettség különböznek vH2O2 jelenlétében. A rF és a rS közötti különbséget tovább befolyásolja a rendelkezésre álló vH2O2 mennyisége.

Amint a kondenzáció bekövetkezik, és a relatív telítettség eléri a 100%-ot (rS), a H2O2-gőz koncentrációja nem növelhető tovább. Valójában a H2O2-gőz koncentráció gyakran csökken, mivel a kondenzáció kivonja a vH2O2-t a levegőből. Csepegő kondenzvíz esetén a dekontaminációs fázis végén a vH2O2 ppm értékek kezdetben növekedhetnek a szellőztetés során, mivel a cseppek újra felszabadítják a vízperoxidot a levegőbe.

vH2O2 biocontaminációs fázisaiA vízperoxid páralapú biocontaminációs ciklusok általában négy különálló lépést foglalnak magukban:

1. Szárítás:
Létrejönnek a fizikai kiindulási feltételek, mint a hőmérséklet, nedvesség és levegőkeringés. A dekontaminálandó területet esetleg szárítani kell a kondicionálás előtt, hogy csökkentsék a kondenzációt. A nedvességtartalom csökkentése egy meghatározott százalékra a kondicionálás előtt ismételhető eredményeket eredményez. Ebben a fázisban még nem adagolnak H2O2-gőzt.

2. Kondicionálás:
Vízperoxid-gőzt állítanak elő egy vízbázisú H2O2 és H2O oldatból, és injektálják a területre, amíg el nem érik a kívánt vH2O2-ppm koncentrációt. A folyamat koncentrációja mikrobiális terheléstől függően 140-től 1400 ppm-ig terjedhet.

3. Biocontamináció vagy tartási idő:
A felületek és mikroorganizmusok elég hosszú ideig vannak kitéve a halálos H2O2-gőz koncentrációnak. A H2O2-gőz lebomlik vízre és oxigénre. Ezt pótolhatják a párolt H2O2 injektálásával ebben a szakaszban. A vH2O2-ppm mérések irányíthatják az injektálási sebességet, így fenntartva a folyamat során a stabil vH2O2-ppm értéket.

4. Szellőztetés:
Ez az utolsó lépés csökkenti a maradék H2O2-gőz szintjét biztonságos szintre. A vH2O2 katalizátor segítségével vízgőzzé és oxigénné alakítható.

Folyamatparaméterek, amelyek befolyásolják a kondenzációt

A következő ábrákon a nedvességtartalom, a H2O2-oldat koncentrációja, a hőmérséklet és a vH2O2-ppm változik. Ez szemlélteti, hogy ezek a tényezők hogyan befolyásolják mind a kondenzációs pontot (relatív telítettség = 100 %rS), mind a biocontaminációs fázis során elérhető maximális vízperoxid-gőz koncentrációt. Ezek az ábrák leegyszerűsített ábrázolások a valós biocontaminációs folyamatokról, bemutatva, hogyan befolyásolják a kritikus folyamatparaméterek az eredményeket.

Nedvesség, kondenzációs pont és maximálisan elérhető vH2O2

A kezdeti nedvesség csökkentése növeli a felhasználható H2O2-gőz mennyiségét a kondenzáció előtt.

A következő ábrák (1. ábra) mutatják, hogyan befolyásolja a szárítás a maximálisan elérhető vH2O2-ppm értékeket. Az 1a és 1b ábrákban a használt H2O2-oldat 12%-os; az 1c és 1d ábrákban 59%-os oldatot alkalmaznak. Az 1a és 1b ábrákon két, egyébként hasonló biocontaminációs ciklus látható; az narancssárga vonalak a szárítás nélküli folyamatokat mutatják, amelyek 50%-os relatív nedvességgel kezdődnek. A kék vonalak olyan folyamatokat jelölnek, ahol a szárítást 10%-os relatív nedvességre végezték el a kondicionálás előtt. Az 1a és 1c ábrákon látható, hogyan befolyásolja a szárítás a nedvességtartalmat – a relatív nedvesség és a relatív telítettség mutatja – a kondicionálási és tartási fázisok során. Az 1b és 1d ábrák pedig a szárítás hatását mutatják a maximálisan elérhető vízperoxid-gőz koncentrációra a kondicionálási és tartási szakaszokban.

A párolt H2O2-t a kamrába injektálják, amíg el nem érkezik a kondenzáció. Látható, hogy a magasabb relatív nedvességnél (mivel nem történt szárítás) korábban következik be a kondenzáció. Minél alacsonyabb a %rF a kondicionálás elején, annál magasabbak a maximálisan elérhető vH2O2-ppm értékek, mielőtt megtörténik a kondenzáció.

A dekontaminációs fázis során a vH2O2 egy része vízre és oxigénre bomlik. A bomlás mértéke függ a körülményektől, például az anyagoktól, a hőmérséklettől, a nedvességtől és a levegőáramlástól. A ténylegesen várható bomlást meg kell mérni. A következő ábrákon feltételeztük, hogy a vH2O2 10%-a bomlik el a kezdeti értékhez képest, és több H2O2 párolog el a kiegyenlítés érdekében.

H2O2-oldat koncentráció, kondenzációs pont és maximálisan elérhető vH2O2

Amikor a H2O2-oldat koncentrációja növekszik, a felhasználható vízperoxid-gőz mennyisége is növekszik a kondenzáció előtt.

A következő ábrák két, különben hasonló biocontaminációs ciklust mutatnak különböző H2O2-oldatokkal. A fekete vonal egy 59%-os H2O2 és 41%-os víz arányú oldat ciklusát jelzi, míg a kék vonal egy 12%-os H2O2 és 88%-os víz arányú oldat ciklusát. Mindkét esetben a kiindulási nedvességtartalom 50%, és a kondicionálás előtt 10%-ra szárítják azokat.

A párolt H2O2-t a kamrába injektálják, amíg el nem éri a kondenzációt. Mivel az alacsonyabb oldatkoncentráció (12%-os) 88%-os víztartalommal rendelkezik, a kamra gyorsabban eléri a 100%-os relatív telítettséget, mint a magasabb oldatkoncentrációval (59%-os). Amint a kondenzáció megtörténik, a vH2O2 érték nem növelhető tovább. Így a maximálisan elérhető vH2O2 koncentráció a 59%-os oldattal 1400 ppm (fekete vonal), mielőtt a kondenzáció bekövetkezne. A 12%-os oldat maximális vH2O2 koncentrációja 700 ppm.

Hőmérséklet, kondenzációs pont és maximálisan elérhető vH2O2

A hőmérséklet növelése növeli a levegő által tartott víz- és vízperoxidgőz mennyiségét, így a maximálisan elérhető vH2O2 érték is növekszik.

A korábbi feltételek mellett a biocontaminációs ciklus hőmérsékletét 23 °C-on tartottuk. Egy adott hőmérsékleten a levegő csak egy bizonyos mennyiségű gázt tud felvenni, legyen az H2O vagy H2O2. A hőmérséklet változtatásával mind a kondenzációs pont, mind a maximálisan elérhető vízperoxid-gőz koncentráció változik.

Az 3a és 3b ábrákon két, egyébként hasonló biocontaminációs ciklus látható. A fekete vonalak 40 °C hőmérsékletet, a kék vonalak 23 °C-ot jelölnek. Mindkét esetben szárítást végeznek, hogy a nedvességet 10%-ra csökkentsék, és mindkettőben 59%-os oldatot alkalmaznak. A 3b ábra fekete vonala mutatja, hogy a 40 °C-os hőmérséklet magasabb vH2O2 ppm értéket tesz lehetővé, mint a 23 °C-os.

Tovább vizsgálhatjuk a hőmérséklet hatását a nedvesség figyelembevételével, mind a relatív nedvesség, mind a relatív telítettség szempontjából. A 4. ábrán látható a vH2O2 ppm érték 5 °C-on. A relatív telítettség az x-tengelyen, a relatív nedvesség pedig az y-tengelyen szerepel. A koordináta-vonalak az x- és y-tengelyen 0-tól kb. 500 ppm-ig mutatják a H2O2-gőz koncentrációt. A 0 ppm-es vonal csak tiszta vízzel generált gőzt jelöl. Ahogy növeljük a H2O2-oldat koncentrációját, a vH2O2 érték is növekszik. Elméletileg az x-tengely mentén a vonal a 100%-os H2O2 folyadékkal generált gőzt jelenti. A kondenzáció akkor következik be, amikor a relatív telítettség eléri a 100%-ot (rS), és a vH2O2 ppm érték nem növelhető tovább. 5 °C-on, 0%-os relatív nedvességnél és 100%-os H2O2 oldat párologtatásával a maximálisan elérhető vH2O2 ppm érték elméletileg 548 ppm.

Az összes feltétel az 5. ábrán ugyanaz, mint az 4. ábrán (0% relatív nedvesség, 100%-os oldat), kivéve, hogy a hőmérsékletet 50 °C-ra növeltük. Ilyenkor a maximálisan elérhető vH2O2 ppm érték 13 019 lesz.

Az 6. ábra a különböző hőmérsékleteken és különböző H2O2-oldat koncentrációkkal mérhető maximális vH2O2 ppm értékeket mutatja. Két gyakran alkalmazott oldatkoncentrációt hasonlítunk össze: 35% és 59%. A kék trendvonal a 35%-os H2O2 oldatot jelzi. 40 °C-on a maximálisan elérhető vH2O2 ppm érték 4210. Ugyanilyen hőmérsékleten (40 °C) a 59%-os oldat maximális vH2O2 ppm értéke 5461.

H2O2-gőz koncentráció és kondenzációs pont

Amikor a H2O2-gőz koncentrációja növekszik, a levegő által tartott vízgőz mennyisége csökken, és a kondenzáció korábban következik be.

Az 7. ábra minden pontja egy kondenzációs pontot jelöl, ami azt jelenti, hogy az rS elérte a 100%-ot. Az x-tengelyen a hőmérséklet, az y-tengelyen pedig a vH2O2 ppm szerepel. A görbe a maximális relatív nedvességet mutatja adott hőmérsékleten és vH2O2 ppm koncentrációnál.

Látható, hogy 20 °C-on és 300 ppm vízperoxidnál a relatív nedvesség 60%, a relatív telítettség pedig 100%. Ha 20 °C-on a vH2O2 értékét 600 ppm-ra növeljük, akkor a relatív nedvesség 39%, a relatív telítettség pedig 100%.

Ha a levegő hőmérsékletét 40 °C-ra növeljük, és a vH2O2 koncentrációját 300 ppm-ra állítjuk, akkor a relatív nedvesség 87%, a relatív telítettség pedig 100%. Minél magasabb a hőmérséklet, annál több vízgőzt képes a levegő felvenni. A relatív nedvesség növekszik.

Négy szabály a vH2O2 folyamatparaméterekhez

1. A kezdeti nedvesség csökkentése növeli a felhasználható H2O2-gőz mennyiségét a kondenzáció előtt.

2. A H2O2-oldat koncentrációjának növelése növeli a felhasználható H2O2-gőz mennyiségét a kondenzáció előtt.

3. A hőmérséklet növelése növeli a levegő által tartott víz- és vízperoxidgőz mennyiségét, így a maximálisan elérhető vH2O2 ppm értékeket.

4. A H2O2-gőz koncentrációjának növelése csökkenti a levegő által felvehető vízgőz mennyiségét, ezért a kondenzáció korábban következik be.

Összegzés

Bemutattuk, hogyan lehet alapos ismeretekkel a kritikus folyamatparaméterek viszonyáról hatékony, ismételhető vH2O2 biocontaminációs ciklusokat kialakítani. Az egyedi paraméterek mérése gyakran nem elegendő a felügyelethez, és nem hatékony a folyamatirányításban. Rámutattunk arra is, hogy a relatív telítettség miért fontos érték a kondenzáció pontos előrejelzésében. Ezért a Vaisala egyedülálló PEROXCAP® technológiája több paramétert mér egyetlen mérőegységben, többek között a vízperoxid-gőz ppm értékét, a hőmérsékletet, a harmatpontot, a gőznyomást és a nedvességet (relatív nedvesség és relatív telítettség).