改善 vH2O2 生物凈化的濕度控制
制藥環境必須處于受控條件下，尤其是要控制影響產品質量和產量的溫度和相對濕度等變量。在汽化過氧化氫生物凈化應用中，濕度的影響也很重要，在這些應用中，較高的相對濕度可以減少發生冷凝前注入該區域的 H2O2 蒸汽量，如本博客所述。
在我們關于 vH2O2 生物凈化理想方案的文章中，我們常常推薦除濕，以保障 vH2O2 可以達到冷凝前的最大濃度。請參閱此白皮書：《考慮冷凝：對過氧化氫蒸汽生物凈化的影響》。
但是如何除濕呢？制藥公司采用的除濕方法不盡相同。通常都會用到暖通空調系統，這些系統很有用，但典型的生命科學環境需要更嚴格的控制，因而需要理想的除濕技術。在本文中，我們將介紹 Munters 的生命科學應用所用的除濕解決方案。
我們采訪了 Munters 歐洲、中東和非洲地區的業務開發經理 Martin Ginty。
Martin Ginty：
我在 Munters 工作八年多了。在此期間，我擔任過幾個不同的職務，包括全球制藥業經理。擔任此職務期間，我能夠看到在所有生產工藝中持續調節和監測空氣濕度的重要性。例如，在藥用活性成分 (API) 的整個開發和生產過程中，無論天氣或季節如何，穩定的環境條件，用于控制相對濕度的除濕機都可以微調多個工藝理想相對濕度。
對于生命科學應用，我們可以提供定制設計的空氣除濕解決方案，例如，在筒倉、生產設施、倉庫或運輸中，空氣濕度應精確控制并保持一致。當濕度得到控制時，生產能力和衛生狀況都會得到改善。
例如，在汽化過氧化氫生物凈化中，除濕的好處之一是能夠在操作前干燥環境，這樣您就可以保障要凈化的任何區域的蒸汽濃度完全飽和。之后，您無需向該區域引入高溫或大流量氣流便可以快速干燥該區域，這有助于控制運營成本。想象一下加熱手套箱或腔室的情景，您可以選擇 50°C 空氣干燥 5 分鐘的策略。但這也會加熱任何類型設備的所有表面和內部的所有東西。通常，您希望保持在正常操作條件下，避免大幅偏離。例如，如果門窗周圍有硅膠或橡膠密封件，極端的加熱/冷卻循環可能是有害的。隨著時間的推移，這些密封劑的使用壽命會縮短，有效性會降低。
Munters 的除濕機如何工作？
部分除濕機有硅膠轉子。轉子尺寸不等，直徑從 400 毫米到 4.5 米，深度通常在 200 到 400 毫米之間。空氣會流經這個轉子。工藝流程或“潮濕”空氣進入轉子，干燥空氣從另一側出來。當然，“干”這個詞是相對的。干燥程度取決于工藝需要，因此我們根據幾個因素調節輸出：輸入濕度是多少，以及空氣是來自室內還是室外、處于哪個月份、處于一天中的什么時段。轉子通常每小時轉動大約六到八次，具體取決于我們如何設置設備以達到輸出設定點。在某個時刻，轉子內的水蒸氣濃度會飽和，或者由于水蒸氣分子過多而效率不高，水蒸氣會被吸附到多孔的大表面積碳化硅中。
此時，它進入重新激活階段。熱空氣沿相反方向吹出，以驅走轉子上的水分。然后重新激活的干燥劑又回到氣流中。從熱力學的角度來看，轉子處于幾種不同的狀態，從位于一部分底部周邊（偏向中間）時非常干燥的狀態，到再生之前相對飽和的狀態。它是一個運動的系統。轉子內部環境滿足生命科學環境中對清潔度的需求。瑞典食品和生物技術研究所最近獨立證明，這些轉子具有殺菌和防霉的特性。
我們看到該領域的許多設備時間超過 20 年了，而且仍在使用。我們安裝了略超出規格的設備，提供了提高效率的空間。幾年后，除非設施配備了良好的過濾裝置，如 HEPA 過濾器，否則微粒可能會堆積。隨著時間的推移，微粒的粘附會導致轉子效率降低。機械完整性也會在多年后退化，但由于顆粒粘附在轉子上，設備退化取決于具體情況；這意味著工藝條件會隨著時間的推移影響轉子的效率和使用壽命。
關鍵參數：濕度和溫度
在某些安裝中，除濕裝置可能是該應用的唯一空氣來源。在這些情況下，我們在裝置的輸出端，非常靠近排出空氣的位置，安裝維薩拉溫度和濕度傳感器。然而，傳感器的放置取決于工藝的需要。例如，空氣在經過轉子除濕后可能需要冷卻。隨著水分從空氣中去除，空氣的溫度會升高。這個結果與蒸發相反，蒸發時，熱量會回到空氣中。如果進入轉子進氣側的空氣溫度為 20°C，則離開轉子時的溫度可能會達到 40°C 左右。通常需要冷卻空氣，但也有一些制造過程需要這種額外的熱量，例如清潔后的干燥。最終，重要的是空氣混合物進入工藝中時的溫度。
溫度傳感器的放置取決于所使用的設備。想象一個管道系統，從離開除濕裝置到實際返回工藝中全長 30 米。必須測量溫度和濕度的位置就是靠近實際工藝的位置，也就是靠近真正應用區域本身的位置。
為特定用途而設計
除濕機根據客戶規格工作，他們定義了所需的條件，而我們設置設備來創造這些條件。我們會在調試和測試階段與客戶合作。我們可以調整除濕機在環境中的工作方式，并根據收集的數據修改除濕。Munters 擁有多種裝置，可滿足多種應用的需求。美妙之處在于，在多種規模的裝置中，適用同樣的原理。去除空氣中的水分，控制溫度，并保持正確的工況。
一些除濕裝置非常簡單，它們或多或少地吹出空氣，而傳感器僅測量出口條件。另一些裝置較為理想，沿空氣供應鏈配備了更多傳感器進行監測。客戶可能希望在除濕機附近進行監測，以保障其持續運行。如果放置在出風口的監測傳感器顯示除濕機和出風口之間的溫度和濕度差異很大，則表明存在問題。例如，如果出口處的預期溫差為 10 攝氏度，但測得的溫差為 15 攝氏度，則開始進行故障排除。管道系統是否打開，或者氣流是否轉向？系統中是否有不應該存在的東西？傳感器可以表明系統正在按預期工作，以及是否出現問題。
在采用 vH2O2 生物凈化的區域使用除濕機時，我們發現，二氧化硅轉子材料非常耐用。通常，在分子層面上，我們處理的是水蒸氣分子與轉子材料之間的靜電引力。過氧化氫分子上的氫鍵末端以同樣的方式被吸引到轉子上。顯然，過氧化氫比水更具侵蝕性，因為水不具有過氧化氫那樣的氧化作用。但它似乎不會削弱轉子材料本身。我們有些應用程序已經運行多年，而轉子沒有退化。
過氧化氫蒸汽生物凈化
汽化過氧化氫生物凈化常用于許多領域，例如無菌制造、動物研究實驗室、設備轉移區、3 級生物安全實驗室(BSL-3)、生物安全柜、培養箱、手套箱和醫院。在新冠疫情期間，在供應短缺時，vH2O2 用作 N95 口罩的去污劑，但需要適當的曝氣以保證用戶安全。
如前所述，人們總是擔心 vH2O2 對設備的影響。但汽化過氧化氫生物凈化讓人擔心的另一個問題是曝氣后的殘留物可能會造成損害。雖然曝氣量始終控制在對操作員安全的水平，但仍會有少量 H2O2 殘留在大氣中。從理論上講，這種殘留物最終可能會進入產品中，可能導致蛋白質氧化，從而影響產品質量和安全。
凈化應用中所用的 H2O2 蒸汽量各不相同，溫度、相對濕度、溶液 H2O2 百分比和環境中的材料都是 vH2O2 凈化程序中的重要因素。但曝氣后，濃度不足 1 ppm 的 H2O2 可能會殘留在包裝和與產品接觸的其他材料中。已經有許多科學家撰文研究殘留 vH2O2 對特定蛋白的影響，但是仍需進一步了解這種情況。
然而，眾所周知，在調節階段之前進行除濕會增加冷凝前可以使用的 H2O2 蒸汽量。這有助于保障高殺滅率，即被殺死的微生物的百分比。通常，工藝需要達到 6 log 的殺滅率，即去除環境中 99.9999% 的微生物。通常，細菌孢子（對 vH2O2 非常耐受）減少 99.9999% 這個結果可以在 30-90 分鐘內實現，濃度范圍為 150-400 ppm。
但無論過程如何，理想的情況是在環境中不產生滴水凝結的情況下實現 99.9999% 的殺滅率。您希望注入盡可能多的蒸汽，但要保持在冷凝點以下。盡管存在微冷凝，但這種方法通常稱為“干法”。在汽化過氧化氫生物凈化過程中，濕度有助于殺死微生物，但滴落的冷凝水不僅會從空氣中吸出一些過氧化氫蒸汽，還會留下更多殘留物。由于殘留物可能有影響產品質量的風險，不存在冷凝的 vH2O2 生物凈化工藝更受青睞。將降低濕度作為第一階段是一個好辦法。將除濕作為 vH2O2 第一階段是降低 vH2O2 生物凈化中的殘留物的關鍵。
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