医疗废物高温蒸汽处理工艺及湿热灭菌中热量质量传递模型

论文摘要

医疗废物处理是近年来环境工程领域中一个新颖的研究方向。高温蒸汽处理工艺以其投资少、运行成本低等诸多优点越来越受到人们的青睐。对其进行研究不仅有较好的理论探索意义,而且有很强的实际应用价值。本文第一部分为医疗废物高温蒸汽灭菌工艺的研究,通过实验验证和理论分析,考察了医疗废物高温蒸汽处理工艺中各因素之间的影响关系。包括:固体物料和残液灭菌中灭菌时间和灭菌温度的关系,空气残余量对温度和热穿透的影响,空气残余量对灭菌效果的影响等。研究表明:灭菌室内的空气残余量会使灭菌室温度降低;空气残余量还会延长热穿透时间,使灭菌效果变差;与固体废物的灭菌过程相比,残液灭菌需要的灭菌时间要短。通过对实验数据的回归,得到了嗜热型脂肪杆菌芽孢在灭菌过程中的杀灭率,热死亡时间和灭菌温度之间的关系式。通过理论计算得到了灭菌室内的空气残余率、内室压力和温度之间的关系式。如何确定灭菌时间是高温蒸汽灭菌工艺的关键所在,灭菌时间包括热死亡时间和热穿透时间。热死亡时间由微生物本身的特性决定;而热穿透时间与该过程中的热量质量传递有关。文中的第二部分对湿热灭菌中的热量和质量传递进行了研究,目的是通过理论计算确定湿热灭菌过程中的热穿透时间。将医疗废物按物理形态分为致密性物料和多孔性物料。取其中的一片物料作为研究对象,分别建立了一维状态的热量质量传递数学模型。利用致密性物料的热传递模型,分析了空气对热穿透性的影响,通过计算发现致密性物料需要的热穿透时间很短,瞬间即可完成。对多孔物料的热量质量传递模型中涉及的参数进行了测算。采用失重法,通过比较计算蒸发量和实验蒸发量的数值,利用多变量寻优的方法得到实验温度下湿分扩散系数与湿含量之间的关系式。之后将其进行计算,推导出了湿分扩散系数与湿含量和温度之间的关系式。采用加湿法,通过比较计算渗透量和实验渗透量及计算温度和实验温度的数值,利用多变量寻优的方法得到了热质扩散系数与湿含量和温度之间的关系式。在得到湿分扩散系数和热质扩散系数关系式后,对多孔物料湿热灭菌的热量质量传递模型进行了数值计算和实验验证。研究表明,与致密性物料相比多孔物料需要的热穿透时间比较长。计算结果与实验结果吻合性较好。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 医疗废物及其危害
• 1.1.1 定义和分类
• 1.1.2 来源、产生量和成分
• 1.1.3 危害及管理
• 1.2 医疗废物的处理
• 1.2.1 灭菌方法简介
• 1.2.2 医疗废物的处理工艺
• 1.2.3 处理效果检测
• 1.3 热量质量传递及多孔介质的热量质量传递理论
• 1.3.1 热量质量同时传递的相关理论
• 1.3.2 多孔介质的有关定义
• 1.3.3 多孔介质的研究方法
• 1.3.4 多孔介质热量质量传递理论
• 1.3.5 多孔介质热量质量传递模型中参数的确定
• 1.4 医疗废物蒸汽处理中的热量质量传递理论
• 第二章 论文的研究背景、意义和内容
• 2.1 研究背景和意义
• 2.2 研究内容
• 第三章 高温蒸汽处理工艺中灭菌效果影响因素的研究
• 3.1 灭菌温度与灭菌时间的匹配关系
• 3.1.1 实验装置及方法
• 3.1.2 试验结果与分析
• 3.2 空气残余量对温度的影响
• 3.2.1 实验装置及方法
• 3.2.2 实验结果与分析
• 3.3 空气残余量对热穿透性的影响
• 3.3.1 实验装置及方法
• 3.3.2 实验结果及分析
• 3.4 空气残余量对灭菌效果的综合影响
• 3.4.1 实验装置及方法
• 3.4.2 实验结果及分析
• 3.5 残液灭菌温度和时间对灭菌效果的影响
• 3.5.1 实验装置及方法
• 3.5.2 实验结果及分析
• 3.6 本章总结
• 第四章 湿热灭菌中致密性物料的热传递模型
• 4.1 致密性物料的热传递模型
• 4.1.1 模型的建立
• 4.1.2 传热系数h 的确定
• 4.2 热穿透时间的计算
• 4.3 空气存在对热穿透时间的影响
• 4.4 分析及结论
• 第五章 湿热灭菌中多孔物料的热量质量传递模型
• 5.1 多孔物料湿热灭菌中的热量质量传递模型
• 5.1.1 模型的建立
• 5.1.2 模型中参数的确定
• 5.2 湿分扩散系数的确定
• 5.2.1 模型和估算方法
• 5.2.2 实验
• 5.2.3 计算方法
• 5.2.4 估算结果及分析
• 5.2.5 湿分扩散系数与含湿量和温度的关系
• 5.3 热质扩散系数的确定
• 5.3.1 模型及估算方法
• 5.3.2 实验
• 5.3.3 计算方法
• 5.3.4 估算结果及分析
• 5.4 热量质量传递模型的验证实验
• 5.5 热量质量传递模型的数值计算结果和实验数据的比较
• 5.5.1 实验结果与计算结果对照及分析
• 5.5.2 误差形成原因分析
• 5.6 本章总结
• 第六章 结论、创新点、建议与展望
• 6.1 结论
• 6.2 创新点
• 6.3 建议和展望
• 符号说明
• 参考文献
• 附录
• 附录1 多孔物料常系数热量质量传递模型的解析解
• 附录2 致密性物料热穿透时间计算程序框图
• 附录3 湿分扩散系数计算程序框图
• 附录4 热质扩散系数计算程序框图
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢