真空負(fù)壓對(duì)于流程設(shè)備來說是一種災(zāi)難。嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成人身危險(xiǎn)事故，輕微時(shí)會(huì)加重設(shè)備的磨損。瑞士生物工程技術(shù)公司研發(fā)設(shè)計(jì)了一種真空閥，可作為緊急情況報(bào)警裝置使用。它能避免很多危險(xiǎn)的事故，能夠預(yù)防生物工程設(shè)備磨損件的提前損壞。
        生物反應(yīng)釜是一種壓力容器，一般情況下，其可承受的壓力大約為6bar（1bar=105Pa）。應(yīng)適當(dāng)采取安全保護(hù)措施，例如防爆膜、超高溫監(jiān)控系統(tǒng)、壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)或者安全閥等，以避免整個(gè)系統(tǒng)超過最高允許工作壓力，在壓力容器的生產(chǎn)制造中也對(duì)此作了強(qiáng)制性的規(guī)定。然而，應(yīng)用于生物反應(yīng)器中的負(fù)壓技術(shù)也有一定的危險(xiǎn)性，這些壁厚較大的壓力容器并不適合于所有領(lǐng)域。發(fā)酵罐和殺菌消毒設(shè)施中真空的危險(xiǎn)性往往被人們所低估了。
        真空從何而來
        發(fā)酵罐中如何生成的真空？在消毒過程中，溫度達(dá)到121℃時(shí)，反應(yīng)釜中的物質(zhì)在壓力的作用下蒸發(fā)為氣體，然后在冷凝溫度下凝結(jié)成水。當(dāng)空氣從釜頂?shù)呐艢饪谂懦鲋?，反?yīng)釜與其配套的外部設(shè)備必須是氣密的，否則蒸汽將會(huì)在不受控的情況下溢出。當(dāng)在含氧量很高的環(huán)境中進(jìn)行微生物的培養(yǎng)時(shí)，通常都是用調(diào)壓閥控制釜內(nèi)的壓力，以提高空氣的進(jìn)入量。此時(shí)，多數(shù)情況下要使用比消毒壓力更低的負(fù)壓，以保證系統(tǒng)連接的定量系統(tǒng)和儀器沒有危險(xiǎn)。
        真空可在兩個(gè)生產(chǎn)流程之間產(chǎn)生，例如殺菌消毒和反應(yīng)釜清空等生產(chǎn)流程之間。在殺菌、消毒過程中，反應(yīng)釜的上半部分充滿了熾熱的蒸汽，以保證容器內(nèi)部能夠達(dá)到殺菌消毒的溫度。在這一加熱過程中，空氣隨著蒸汽進(jìn)入容器內(nèi)部。在殺菌消毒的冷卻階段，蒸汽再次冷凝成水，而凝結(jié)后的水所占用的空間明顯要小于蒸汽，從而形成了真空。同樣的情況也可能發(fā)生在蒸汽流過的其它容器中。
        凡是未受消毒過濾器保護(hù)的位置都必須是氣密的，否則將會(huì)在壓力容器排氣時(shí)產(chǎn)生氣霧膠，污染周圍的環(huán)境。在形成真空時(shí)，含有雜質(zhì)的空氣可能會(huì)通過泄漏而滲入到容器內(nèi)部，對(duì)生物反應(yīng)釜造成污染。
        真空的形成會(huì)對(duì)壓力容器及其外設(shè)造成極大的損害，因此必須避免形成真空。由于真空的形成對(duì)壓力容器的內(nèi)部和外部形成了較大的壓力差，當(dāng)壓力的差值超過了允許的壓力差時(shí)，可能使生物反應(yīng)釜失效而無法正常工作。與這些容器連接的管道（視其在真空應(yīng)用中的用途）也有可能因此而受到損傷。情況嚴(yán)重時(shí)，可導(dǎo)致內(nèi)爆，造成操作人員的傷亡，并對(duì)環(huán)境造成危害。
        由此造成的嚴(yán)重危險(xiǎn)事故畢竟還只是少數(shù)情況，但流程設(shè)備的操作者長(zhǎng)期以來一直不斷地遇到輕微的負(fù)壓現(xiàn)象，隨之而來的是各種不同程度的設(shè)備部件損壞。首先是膜片閥的強(qiáng)烈受損，因?yàn)閺?qiáng)大的負(fù)壓往往將膜片吸離其正確的位置，造成膜片閥提前損壞、維護(hù)保養(yǎng)周期縮短。通常負(fù)壓還會(huì)作用到膜片閥的內(nèi)部，造成膜片扭曲，使得膜片閥不再密閉。其它與其連接的儀器設(shè)備也會(huì)因真空負(fù)壓的作用而很快磨損。
        如何避免真空負(fù)壓
        無論壓力容器是否按照真空使用條件而設(shè)計(jì)，都必須采取措施避免真空負(fù)壓的出現(xiàn)。在小型微生物培育器中，一般可通過在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間開啟和關(guān)閉排氣閥來避免真空負(fù)壓。
        而大型的生物工程設(shè)備則不同，它們有著很高的自動(dòng)化程度，在殺菌消毒的冷卻過程中出現(xiàn)的真空負(fù)壓可由生物流程設(shè)備的控制系統(tǒng)自動(dòng)予以排除和避免。同樣，在清空壓力容器時(shí)，也可以通過控制程序防止真空負(fù)壓的出現(xiàn)。在這兩種自動(dòng)控制過程中，通常都是采用增壓防真空技術(shù)來避免真空負(fù)壓，即通過進(jìn)氣過濾器吹入大量的空氣，防止真空負(fù)壓的形成。在清空壓力容器，吹入大量空氣的同時(shí)還關(guān)閉排氣閥，以保證快速地充滿氣體。在完成殺菌消毒之后，既可以立即打開排氣閥，也可以在反應(yīng)釜完全冷卻之后再打開反應(yīng)釜。一種替代增壓防真空吹氣的方法是在殺菌消毒冷卻階段開啟排氣閥，使消毒后的空氣回流到反應(yīng)釜中。
        但如果電力能源供應(yīng)出現(xiàn)意外，或者輸氣系統(tǒng)出現(xiàn)問題，造成增壓防真空吹氣時(shí)沒有空氣可供吹入，這時(shí)又該如何處理呢？還有諸如進(jìn)氣管道堵塞、電氣控制線路的故障或者錯(cuò)誤，或者非專業(yè)的控制操作等等錯(cuò)誤的發(fā)生，都可能帶來災(zāi)難性的后果。因此，就像高壓情況的緊急處理系統(tǒng)一樣，配備一套真空負(fù)壓的緊急處理系統(tǒng)是有必要的。
        真空負(fù)壓緊急處理系統(tǒng)
        一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的真空負(fù)壓保護(hù)裝置--真空中斷閥解決了上述問題。這種閥已經(jīng)成為非消毒容器和管道中防范真空負(fù)壓的常用標(biāo)準(zhǔn)部件了。根據(jù)使用情況和規(guī)格大小的不同，真空中斷閥分為單向閥式、盤閥式、電磁式或者膜片式等多種結(jié)構(gòu)型式。根據(jù)其開啟壓力的大小不同，它們按照環(huán)境大氣壓和真空負(fù)壓之間的壓力差開啟，并吸進(jìn)空氣。
        在菌株培育設(shè)備中，只有將真空中斷閥安裝在殺菌消毒的區(qū)域之內(nèi)才有意義。因此通常將其安裝在培育器側(cè)的排氣和進(jìn)氣過濾器處。
        傳統(tǒng)的防真空負(fù)壓控制閥存在的問題是：它們不適合在殺菌消毒的應(yīng)用領(lǐng)域中使用。因此，瑞士生物過程技術(shù)公司首次研發(fā)設(shè)計(jì)了適合于在殺菌消毒領(lǐng)域中使用的真空負(fù)壓控制閥。它由不銹鋼（316L，1.4435）制成，它的密封件是符合殺菌消毒衛(wèi)生條件要求的EPDM。它們可以焊接在經(jīng)消毒后的不同排氣管道上（直徑最小350mm）。其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)使它和流程生產(chǎn)設(shè)備一樣具有殺菌消毒和CIP清潔消毒的能力。在正常的生產(chǎn)情況下，該閥被關(guān)閉。當(dāng)其它安全保護(hù)措施失靈時(shí)，該閥開啟，吸入空氣，防止真空負(fù)壓超過規(guī)定的最低負(fù)壓極限。如果用戶需要，也可按照用戶的要求將真空中斷閥與接近開關(guān)組合在一起，在真空中斷閥開啟時(shí)發(fā)出報(bào)警音響提示。