THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ HẤP TIỆT TRÙNG, KHỬ KHUẨN - Phương pháp thực hiện bao gồm nghiên cứu các tiêu chuẩn thiết kế được ban hành của bộ y tế Việt Nam, các tiêu chuẩn cơ khí và tính
GIỚI THIỆU
Tính cấp thiết của đề tài
Dịch bệnh COVID-19 cùng với các bệnh truyền nhiễm khác đã chỉ ra rằng sự phát triển nhanh chóng của các chủng virus mới ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe và tính mạng con người Một trong những đặc điểm chung là sự lây lan từ dụng cụ và đồ dùng, cũng như từ nhiều hình thức xâm nhập của vi sinh vật và vi khuẩn, đặc biệt là tại bệnh viện Vấn đề truyền nhiễm vẫn là thách thức lớn trong y tế, với tỷ lệ nhiễm khuẩn tại các bệnh viện dao động từ 3,5% đến 10% số người nhập viện.
Theo khảo sát, nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng nhiễm khuẩn tại các cơ sở y tế là do thiếu kiểm soát nhiễm khuẩn hiệu quả, cùng với việc thiếu kiến thức và kinh nghiệm trong xử lý và phân loại dụng cụ y tế Phương pháp vệ sinh và lưu trữ chưa hợp lý, không đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh, và thiếu trang thiết bị chuyên dụng để kiểm soát nhiễm khuẩn Nhiều ca phẫu thuật thất bại xuất phát từ nhiễm khuẩn, khi dụng cụ y tế không được vệ sinh đúng cách hoặc không đạt chất lượng, làm tăng nguy cơ tử vong do vi khuẩn và vi sinh vật còn sót lại.
Trong nghiên cứu y tế, việc phát triển thiết bị tiệt trùng và khử khuẩn là rất cần thiết để tiêu diệt vi khuẩn, vi sinh vật và các tác nhân gây bệnh Các phương pháp truyền thống sử dụng hóa chất không còn phù hợp và có thể gây hại cho sức khỏe con người cũng như ô nhiễm môi trường Do đó, thiết kế thiết bị hấp tiệt trùng bằng hơi nước bão hòa (autoclave) hứa hẹn sẽ mang lại phương pháp khử khuẩn hiệu quả và an toàn Kiểm soát và ngăn ngừa nhiễm khuẩn là yếu tố then chốt trong y tế, giúp đảm bảo môi trường vô khuẩn, giảm nguy cơ lây nhiễm và nâng cao chất lượng sản phẩm.
Thiết bị hấp tiệt trùng và khử khuẩn giúp nâng cao hiệu quả tiệt trùng, có khả năng tiêu diệt các loại vi khuẩn và vi sinh vật, ngay cả với những dụng cụ có hình dạng phức tạp và bề mặt khó tiếp cận.
Sản phẩm hấp tiệt trùng không chỉ an toàn và thân thiện với môi trường mà còn tích hợp các tính năng tự động, đảm bảo vận hành ổn định và hiệu quả So với các phương pháp truyền thống, sản phẩm này giúp tiết kiệm chi phí và thời gian, nâng cao năng suất tiệt trùng Được chế tạo với hiệu suất và độ bền cao, sản phẩm dễ dàng bảo trì và sửa chữa nhờ sản xuất trong nước Hơn nữa, khả năng thiết kế tùy chỉnh theo yêu cầu khách hàng với giá thành cạnh tranh làm cho sản phẩm trở nên hấp dẫn hơn Với những ưu điểm nổi bật, thiết bị hấp tiệt trùng đóng góp quan trọng vào việc nâng cao chất lượng y tế tại Việt Nam.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Nghiên cứu và phát triển đề tài này có ý nghĩa quan trọng trong ngành y tế, giúp giảm tỉ lệ nhiễm khuẩn và nguy cơ tử vong cho con người thông qua các nghiên cứu khoa học về khả năng tiêu diệt vi khuẩn và vi sinh vật.
Việc áp dụng các nguyên lý khoa học và công nghệ hiện đại là rất cần thiết trong việc giải quyết vấn đề nhiễm khuẩn tại bệnh viện Những giải pháp này không chỉ giúp cải thiện chất lượng dịch vụ y tế mà còn bảo vệ sức khỏe của bệnh nhân và nhân viên y tế.
1.2.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:
Thiết bị hấp tiệt trùng và khử khuẩn đang ngày càng được ứng dụng phổ biến trong ngành y tế, giúp nâng cao hiệu suất và năng suất tiệt trùng cho nhiều sản phẩm và dụng cụ trong bệnh viện.
Giải pháp mới này không chỉ an toàn và thân thiện với môi trường mà còn góp phần xây dựng một đất nước xanh, sạch, đẹp Nó giúp bảo vệ và giảm thiểu ô nhiễm môi trường bằng cách hạn chế việc sử dụng hóa chất trong quá trình khử khuẩn, thay thế cho các phương pháp tiệt trùng truyền thống.
Tiết kiệm thời gian và công sức trong quá trình tiệt trùng và khử khuẩn y tế, đồng thời nâng cao hiệu quả và năng suất tiệt trùng Giảm thiểu tỷ lệ tái nhiễm và tử vong thông qua việc sử dụng dụng cụ y tế.
Thiết bị hấp tiệt trùng và khử khuẩn được sản xuất với hiệu suất cao và độ bền vượt trội, đi kèm với các tính năng an toàn và tự động, cùng giao diện người dùng thân thiện Với việc sản xuất trong nước, việc bảo trì và sửa chữa trở nên dễ dàng và thuận tiện Sản phẩm có khả năng thiết kế và tùy chỉnh theo yêu cầu cụ thể của khách hàng, đồng thời có giá thành cạnh tranh so với các sản phẩm khác trên thị trường.
Đề tài này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn tạo ra giá trị thương mại đáng kể, đặc biệt trong lĩnh vực y tế Việc hiện đại hóa quy trình nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng tại nhiều bệnh viện trên toàn quốc là điều cần thiết.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Ứng dụng công nghệ hiện đại trong tiệt trùng và khử khuẩn giúp thay thế các phương pháp truyền thống, mang lại giá trị cao cho người sử dụng Điều này không chỉ giảm thiểu tỉ lệ nhiễm khuẩn mà còn giảm nguy cơ tử vong liên quan đến dụng cụ y tế.
Tiết kiệm chi phí, đảm bảo vệ sinh và bảo vệ môi trường là những ưu tiên hàng đầu trong nghiên cứu Mục tiêu chính là tăng năng suất và hiệu quả tiệt trùng.
Phát triển thiết bị tiệt trùng và khử khuẩn cho các đồ dùng y tế, đảm bảo khả năng tiếp xúc trực tiếp với mọi bề mặt Đánh giá hiệu quả tiệt trùng đối với tất cả các loại vi khuẩn và vi sinh vật gây hại trong quá trình sử dụng.
Sản phẩm mang lại giá trị thiết thực cho người sử dụng thông qua việc tiết kiệm chi phí, bảo vệ môi trường và nâng cao năng suất, hiệu quả tiệt trùng Với thiết kế và chế tạo trong nước, sản phẩm dễ dàng bảo trì và sửa chữa Ngoài ra, khả năng tùy chỉnh theo yêu cầu cụ thể của khách hàng với giá thành cạnh tranh giúp đáp ứng nhu cầu cấp thiết của ngành y tế Việt Nam hiện nay.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Các thiết bị và dụng cụ phục vụ cho việc tiệt trùng và khử khuẩn đã được sử dụng rộng rãi trong các môi trường cần thiết Những phương pháp diệt khuẩn này đã tồn tại từ lâu và tiếp tục được áp dụng để đảm bảo an toàn vệ sinh.
Nghiên cứu và thí nghiệm về việc tiêu diệt vi khuẩn và vi sinh vật đã đạt được nhiều kết quả khả quan, đặc biệt trong các phòng phẫu thuật và phòng thí nghiệm Đối tượng chính của đề tài này là các bệnh viện và các khoa, bộ phận tại các cơ sở y tế, với trọng tâm là khoa kiểm soát nhiễm khuẩn nhằm nâng cao hiệu quả phòng ngừa nhiễm trùng trong môi trường y tế.
4 nước ta để tìm hiểu những kỹ thuật và cách thức phân loại ở các khâu của dụng cụ từ trước, trong và sau khi sử dụng
Các nguyên lý hoạt động của máy tiệt trùng và khử khuẩn, cùng với trang thiết bị thiết kế và chế tạo, là rất quan trọng Cần chú ý đến các kỹ thuật gia công, tiêu chuẩn thiết kế phải tuân thủ trong kỹ thuật, cũng như các yêu cầu đặc biệt từ Bộ Y tế Đặc biệt, khi thiết kế thiết bị, cần lưu ý những vấn đề quan trọng để đảm bảo hiệu quả và an toàn trong quá trình sử dụng.
Trong nghiên cứu này, chúng tôi sẽ tập trung vào việc tiệt trùng các thiết bị y tế cần xử lý trước khi sử dụng, đặc biệt là những sản phẩm có khả năng chịu nhiệt độ tối đa 134℃ Các dụng cụ phẫu thuật bằng inox như dao, kéo, cùng với các thiết bị y tế và vật tư dùng cho thí nghiệm, xét nghiệm sẽ được xem xét, với dung tích chứa lên đến 220 lít.
Hệ thống điều khiển thiết bị sẽ được tự động hóa bằng vi xử lý, đảm bảo quá trình tiệt trùng diễn ra hoàn toàn tự động Vi xử lý sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc giám sát thời gian, nhiệt độ và áp suất tại các vị trí khác nhau.
Phương pháp gia nhiệt tạo hơi nước bão hòa để tiệt trùng sẽ được thực hiện qua bình sinh hơi (nồi hơi) theo tiêu chuẩn Việt Nam Sau khi tiệt trùng, dụng cụ và sản phẩm sẽ được làm khô bằng phương pháp sấy chân không.
Nhiệt độ nghiên cứu và thử nghiệm trên thiết bị được giới hạn từ 105℃ đến 134℃, trong khi áp suất tiệt trùng sẽ được thử nghiệm trong khoảng từ 0,5 kg/cm² đến 2,3 kg/cm².
Đề tài này tập trung vào lĩnh vực y tế, với mục tiêu phát triển một thiết bị ứng dụng rộng rãi tại các cơ sở y tế như bệnh viện, phòng khám và trung tâm y tế Mục đích là đảm bảo sản phẩm đáp ứng nhu cầu thực tế, mang lại lợi ích lớn cho ngành y tế và xã hội.
Phương pháp nghiên cứu
1.5.1 Cơ sở phương pháp luận Để thực hiện nghiên cứu này, việc áp dụng và sử dụng các phương pháp nghiên cứu, phân tích các kết quả của nhiều thử nghiệm trước đó là một điều không thể thiếu, kết hợp với việc vận dụng lý thuyết thực tiễn làm nền tảng để đạt được những mục tiêu đề ra Từ những kết quả nghiên cứu và sản phẩm tiệt trùng, khử khuẩn đã có trên thị trường làm cơ sở đổi mới
5 và phát triển ra một sản phẩm hoàn thiện hơn, với kỹ thuật sản xuất, vật liệu và công nghệ có thể đáp ứng được nhu cầu sử dụng
Dựa trên kiến thức hiện có, chúng ta áp dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết bằng cách xây dựng giả thuyết và ý tưởng cho đề tài Việc sử dụng các công thức và kiến thức đã tích lũy sẽ giúp chúng ta tính toán và thử nghiệm hiệu quả cho sản phẩm cần chế tạo.
Phương pháp thực nghiệm là công cụ quan trọng trong việc khảo sát và thử nghiệm các thiết kế, nhằm chọn ra phương án tối ưu cho chế tạo và vận hành thiết bị Thực nghiệm không chỉ giúp kiểm chứng các giả thuyết mà còn đánh giá tính đúng đắn của kết quả khảo sát, từ đó điều chỉnh hướng phát triển phù hợp với mục tiêu chế tạo.
Phương pháp phân tích kết quả bao gồm việc sử dụng các công cụ sẵn có để thống kê và phân tích kết quả từ quá trình thử nghiệm và chế tạo Việc kết hợp các phương pháp này giúp hướng tới các mục tiêu và kết quả mong muốn cho sản phẩm thiết kế.
1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết được thực hiện thông qua việc phân tích sâu rộng các công trình khoa học, bài báo và tài liệu từ các nguồn uy tín Mục đích của nghiên cứu này là để làm rõ ý nghĩa và tầm quan trọng của quá trình tiệt trùng và khử khuẩn.
Phương pháp thực nghiệm bao gồm việc thiết kế và áp dụng các nghiên cứu về tiệt trùng từ nhiều nguồn tài liệu để chế tạo và thử nghiệm thiết bị Sử dụng công cụ thiết kế 3D giúp phác thảo và phát triển sản phẩm một cách hiệu quả Sau khi hoàn tất thiết kế, các công cụ hỗ trợ được sử dụng để mô phỏng quá trình hoạt động và kiểm tra các tính năng cũng như trình tự vận hành của thiết bị Trong trường hợp phát hiện lỗi hoặc sự cố, việc chỉnh sửa và thay đổi trở nên dễ dàng hơn.
Phương pháp đánh giá được thực hiện bằng cách sử dụng các sản phẩm hỗ trợ nhằm thử nghiệm và kiểm tra hiệu quả của thiết bị trong việc tiêu diệt vi khuẩn và vi sinh vật Các phép đo lường sẽ được tiến hành để đánh giá mức độ an toàn và độ tin cậy của thiết bị trong thực tế.
Kết cấu của ĐATN
Chương 1: Giới thiệu làm rõ về tính cấp thiết của đề tài trong bối cảnh xã hội hiện nay Trình bày về lí do, tính ứng dụng, mục tiêu khi thực hiện nghiên cứu Sơ lược về cách
Để đạt được kết quả mong muốn trong phạm vi đã xác định, cần thực hiện đúng 6 phương pháp nghiên cứu và áp dụng chúng một cách hiệu quả vào đề tài.
Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài tìm hiểu về sự phát triển của phương pháp tiệt trùng bằng hơi nước, các thiết bị đang được sử dụng tại các cơ sở y tế, bệnh viện, Phác thảo đôi nét về những yếu tố ảnh hưởng đến tiệt trùng, khử khuẩn và những kết quả thí nghiệm nghiên cứu trong và ngoài nước Phân tích ưu, nhược điểm của các phương pháp có trên thị trường Sau cùng là nội dung về kết cấu hệ thống máy, xác định những vấn đề còn tồn đọng và phương hướng giải quyết của đề tài
Chương 3: Cơ sở lý thuyết sẽ trình bày những lý thuyết để giải quyết vấn đề, tóm tắt lại các kiến thức và công thức sử dụng để tính toán, nghiên cứu
Chương 4: Phương hướng và các giải pháp về thiết bị giới thiệu đôi nét về doanh nghiệp nhận hỗ trợ đề tài và những yêu cầu đặt ra Xác định phương hướng thiết kế và phân tích được từng ưu, nhược điểm của phương án thiết kế, sau đó đưa ra lựa chọn tốt nhất để thưc hiện Cuối cùng là thể hiện chi tiết một sơ đồ tổng quan về hoạt động của thiết bị và qui trình thực hiện các công việc
Chương 5: Tính toán và thiết kế vận dụng các công thức, kiến thức để tính toán từng phần của thiết bị thông qua cơ sở lý thuyết đã được giới thiệu trước đó Dựa trên những tính toán và yêu cầu cần đạt ở mỗi thiết bị, linh kiện, chương 5 sẽ trình bày chi tiết, rõ ràng về từng bộ phận được lựa chọn để sử dụng từ những thông tin đã tìm hiểu và tính toán
Chương 6: Chế tạo thử nghiệm – đánh giá sẽ là bước cuối cùng trong công trình nghiên cứu của đề tài Thiết bị sau khi đã được lưa chọn những phương án tối ưu và tính toán, thiết kế 3D hoàn chỉnh, sẽ tiến hành chế tạo và thử nghiệm các tính năng, kiểm tra các mục tiêu đã đề ra trước đó Cuối cùng là các phương pháp được dùng để đánh giá độ tin cậy, độ an toàn trước khi sử dụng thiết bị
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
Giới thiệu
2.1.1 Khảo sát và nghiên cứu các thiết bị tiệt trùng đang được sử dụng để tiệt trùng tại các bệnh viện, cơ sở y tế, giới thiệu các loại máy tiệt trùng
Khảo sát thực tế tại khoa xét nghiệm bệnh viện 74 trung ương cho thấy thiết bị hấp tiệt trùng (hình 2.1) đang được sử dụng hiệu quả để loại bỏ vi khuẩn và vi sinh vật bám trên dụng cụ, đồ dùng.
Hình 2.1: Thiết bị hấp tiệt trùng TOMY
Thiết bị hấp tiệt trùng TOMY đang được sử dụng tại bệnh viện 74 trung ương trong phòng khử trùng khoa xét nghiệm nhờ vào tính năng nhỏ gọn và dễ dàng vận chuyển, mang lại sự tiện lợi cho người dùng Tuy nhiên, máy có dung tích hạn chế và thời gian tiệt trùng kéo dài, theo đánh giá của các y, bác sĩ Bên cạnh đó, chi phí bảo trì cao và yêu cầu kiểm tra, bảo dưỡng thường xuyên để đảm bảo hiệu quả và an toàn khi sử dụng.
Hình 2.2: Thiết bị hấp tiệt trùng
Thiết bị hấp tiệt trùng tại bệnh viện 74 trung ương được sử dụng trong phòng tiệt trùng dụng cụ của khoa kiểm soát nhiễm khuẩn, chủ yếu để hấp các đồ dùng như filter lọc ống thở và bơm tiêm nhựa Mặc dù thiết bị này có ưu điểm nhỏ gọn và khả năng hấp được nhiều đồ hơn, nhưng thiết kế của nó chưa bắt mắt và không tiện lợi cho người sử dụng Hệ thống điều khiển bố trí chưa hợp lý và thiếu hệ thống hiển thị thông số hoạt động, gây khó khăn cho người dùng trong quá trình vận hành.
Thiết bị hấp tiệt trùng ASP (hình 2.3) hiện đang được sử dụng tại phòng tiệt trùng dụng cụ của khoa kiểm soát nhiễm khuẩn tại Bệnh viện 74 Trung ương Đây là một thiết bị tiên tiến, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quy trình tiệt trùng.
9 thương hiệu ASP Đây là một thiết bị tiệt trùng hiện đại theo phương pháp plasma, tiệt trùng ở nhiệt độ thấp
2.1.2 Khảo sát và nghiên cứu các đối tượng cần được tiệt trùng
2.1.2.1 Khử khuẩn, tiệt trùng là một bước quan trọng, cần được thực hiện đối với các dụng cụ trước khi sử dụng trong y tế
Thiết bị hấp tiệt trùng và khử khuẩn được sử dụng rộng rãi tại các cơ sở y tế như bệnh viện, phòng khám chuyên khoa, và trung tâm thẩm mỹ Chúng đóng vai trò quan trọng trong các khoa kiểm soát nhiễm khuẩn, đảm bảo an toàn cho bệnh nhân và nhân viên y tế.
Khu vực tiệt trùng dụng cụ và khoa kiểm soát nhiễm khuẩn là nơi thiết bị hấp tiệt trùng hoạt động, nhằm tiêu diệt hoàn toàn vi khuẩn và vi sinh vật Các dụng cụ, đồ dùng y tế và trang phục cần được tiệt trùng sạch sẽ trước khi sử dụng để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình điều trị.
Dụng cụ phẫu thuật trong y tế bằng kim loại như: dao mổ, kéo,…và các dụng cụ dùng trong phẫu thuật
Hình 2.5: Các dụng cụ phẫu thuật cần tiệt trùng
Các thiết bị y tế như: kim tiêm, găng tay y tế, đồ trang phục trong phòng phẫu thuật, ống thở,…
Hình 2.6: Filter lọc và ống thở
Hình 2.7: Kim tiêm 2.1.3 Định nghĩa về tiệt trùng và làm rõ mục đích của việc tiệt trùng
2.1.3.1 Định nghĩa về tiệt trùng và khử khuẩn
Vô trùng: là trạng thái không có vi khuẩn hoặc bất kỳ vi sinh vật (vi khuẩn gây bệnh, nấm, ký sinh trùng ) nào có thể sống sót
Tiệt trùng là quá trình tiêu diệt hoàn toàn mọi dạng sống, bao gồm vi khuẩn, vi sinh vật, nấm, virus và bào tử, trên bề mặt của các đồ dùng và dụng cụ.
Khử trùng là quá trình tiêu diệt hoặc ức chế vi sinh vật gây bệnh, nhằm làm sạch bề mặt dụng cụ và thiết bị Mục tiêu của khử trùng là giảm thiểu sự hiện diện của vi khuẩn và các vi sinh vật có hại.
Sát trùng là quá trình ngăn ngừa nhiễm trùng bằng cách giảm thiểu số lượng vi sinh vật trên bề mặt dụng cụ và thiết bị Phương pháp sát trùng tương tự như khử trùng và có thể được thực hiện bằng cách sử dụng tia UV hoặc các hóa chất như thuốc tẩy và cồn nồng độ cao.
Làm sạch là quá trình loại bỏ các tác nhân nhiễm khuẩn và chất hữu cơ trên bề mặt mà không cần phải khử trùng hoặc tiêu diệt vi khuẩn Đây là bước cần thiết trước khi thực hiện các quy trình sát trùng, khử trùng hay tiệt trùng, nhằm đảm bảo đạt được hiệu quả tối ưu.
Tiệt trùng và khử khuẩn là quy trình thiết yếu nhằm tiêu diệt vi khuẩn và vi sinh vật gây bệnh trên bề mặt dụng cụ, đồ dùng Điều này giúp giảm thiểu nguy cơ lây lan và nhiễm khuẩn trong các cơ sở khám chữa bệnh Sử dụng thiết bị tiệt trùng không chỉ tiết kiệm chi phí so với các phương pháp truyền thống mà còn rút ngắn thời gian xử lý Hơn nữa, quy trình này đảm bảo kiểm soát chất lượng và an toàn trước khi sử dụng, đồng thời góp phần bảo vệ môi trường.
2.1.4 Các phương pháp và thiết bị tiệt trùng, khử khuẩn truyền thống và hiện đại
2.1.4.1 Các phương pháp tiệt trùng, khử khuẩn truyền thống
2.1.4.1.1 Khử khuẩn bằng hóa chất:
Mỗi loại vi khuẩn và vi sinh vật có độ nhạy cảm khác nhau đối với nồng độ và thời gian tiếp xúc với hóa chất Trong số đó, vi khuẩn thực vật và virus dễ bị tác động và loại bỏ bởi hóa chất, trong khi bào tử vi khuẩn lại khó tiêu diệt do có đặc tính đề kháng mạnh mẽ.
Khi áp dụng phương pháp khử khuẩn, việc lựa chọn và chuẩn bị kỹ lưỡng là rất quan trọng Để đảm bảo hiệu quả loại bỏ vi khuẩn, vi sinh vật và chất hóa học, cần sử dụng các chất khử trùng với nồng độ và thời gian tiếp xúc phù hợp Điều này giúp tiêu diệt mầm bệnh mà không làm hư hại đến đồ dùng và dụng cụ cần được tiệt trùng.
2.1.4.1.2 Khử khuẩn bằng phương pháp Pasteur:
Quá trình khử khuẩn hiệu quả diễn ra khi dụng cụ được ngâm hoàn toàn trong nước nóng, vì nhiều vi khuẩn và vi sinh vật không thể tồn tại trong môi trường nước sôi.
Tồn tại và phương hướng giải quyết
Dựa trên kết quả nghiên cứu về các phương pháp tiệt trùng và sản phẩm sử dụng phương pháp tiệt trùng bằng hơi nước bão hòa, cần cải thiện và nâng cấp một số điểm quan trọng để nâng cao hiệu quả và độ an toàn của quy trình tiệt trùng.
Hình 2.16: Thiết bị đang chiếu tia UV vào nước [13]
Nghiên cứu về các sản phẩm hiện có cho thấy rằng các thiết bị đang gặp phải vấn đề với chu trình hoạt động hạn chế Hơn nữa, thiết kế tổng thể của máy chưa thu hút và chưa tạo điều kiện thuận lợi cho việc giám sát và vận hành hiệu quả.
Dung tích hạn chế không đủ để chứa tất cả đồ dùng và dụng cụ cần thiết cho quá trình hấp tiệt trùng, dẫn đến việc mất nhiều thời gian và phải thực hiện nhiều lần hấp để tiệt trùng toàn bộ.
Một số sản phẩm chưa có chu trình để kiểm tra rò rỉ và hiệu quả loại bỏ hơi nước trước và sau khi tiệt trùng
Thiết bị hấp tiệt trùng được thiết kế với các giải pháp cải tiến để giải quyết các vấn đề tồn đọng, trong đó ưu tiên hàng đầu là đảm bảo an toàn cho người sử dụng và vận hành Để đạt được mục tiêu này, thiết bị sẽ được trang bị các loại cảm biến và van an toàn hiện đại, giúp người vận hành dễ dàng giám sát và theo dõi các thông tin quan trọng trong quá trình hoạt động.
Thiết kế và sử dụng các thiết bị hiện đại như máy hút chân không, máy nén khí và bộ trao đổi nhiệt độ giúp tiết kiệm thời gian vận hành Kết quả tiệt trùng được kiểm soát chặt chẽ, đảm bảo hiệu quả và an toàn cho quy trình.
Thiết lập những chu trình riêng với các thông số nhiệt độ và thời gian phù hợp với từng loại đồ dùng, dụng cụ cần tiệt trùng
Màn hình thiết kế để hiển thị các thông số vận hành, bao gồm biểu đồ nhiệt độ và áp suất trong khoang tiệt trùng, cùng với hệ thống cảm biến nhằm phát hiện lỗi và sự cố trong quá trình hoạt động của thiết bị.
Nâng cấp dung tích máy để đáp ứng được sức chứa các đồ dùng, dụng cụ
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Đánh giá về mức độ tin cậy của thiết bị hấp tiệt trùng, khử khuẩn
3.1.1 Kiểm tra vi sinh vật bằng chỉ thị sinh học (Bilogical Indicator) Để kiểm tra được mức độ loại bỏ vi khuẩn, vi sinh vật, người ta sử dụng các mẫu chỉ thị sinh học trong y tế để đánh giá tính hiệu quả của thiết bị Các chỉ thị sinh học (BI – Biological Indicator) là hệ thống thử nghiệm có chứa các loại vi sinh vật có khả năng chống lại quy trình tiệt trùng cụ thể
Chỉ thị sinh hoạt cung cấp thông tin về khả năng đáp ứng các điều kiện cần thiết để tiêu diệt một số lượng vi khuẩn nhất định trong quy trình khử trùng, đảm bảo mức độ tin cậy cho quy trình này Bào tử vi khuẩn, đặc biệt là bào tử Geobacillus stearothermophilus, được chọn lựa cho quy trình khử trùng nhờ vào khả năng chống lại các yếu tố như hơi nước và Hydrogen Peroxide, và thường được sử dụng trong chỉ thị sinh học để theo dõi hiệu quả của quy trình tiệt trùng.
3.1.2 Quy trình kiểm tra bằng chỉ thị sinh học Đầu tiên đặt các chỉ thị sinh học ở các vị trí bất kỳ trong thiết bị, sau đó khởi động và chạy chu trình tiệt trùng Sau chu trình, ta lấy các mẫu thử chỉ thị sinh học ra và kiểm tra mức độ phát triển của vi sinh vật
Một chu trình tiệt trùng hiệu quả được xác định khi tất cả các chỉ thị sinh học cho thấy không còn dấu hiệu phát triển của vi sinh vật.
Hình 3.1: Đặt chỉ thị sinh học trước khi bắt đầu tiệt trùng
Hình 3.2: Kết quả chỉ thị sinh học thành công sau chu trình tiệt trùng
3.1.3 Kiểm tra vi sinh vật bằng chỉ thị hóa học (Chemical Indicator)
Chỉ thị hóa học là thiết bị quan trọng dùng để theo dõi sự hiện diện và mức độ đạt được các thông số cần thiết cho quy trình tiệt trùng Chúng giúp kiểm tra hiệu quả của chất tiệt trùng, đảm bảo rằng nó đã thâm nhập tốt vào các vật phẩm cần được tiệt trùng.
Chỉ thị hóa học là công cụ quan trọng để theo dõi các thông số cần thiết cho quá trình tiệt trùng hiệu quả Bằng cách sử dụng một hoặc nhiều hóa chất, người dùng có thể dễ dàng quan sát sự thay đổi bằng mắt thường, giúp xác định các yếu tố quan trọng như thời gian, nhiệt độ và loại chất tiệt trùng.
Có nhiều loại chỉ thị hóa học được sử dụng để kiểm tra, trong đó phổ biến nhất là dải chỉ thị hơi nước, hoạt động dựa trên sự chuyển đổi của hóa chất từ pha rắn sang pha lỏng khi tiếp xúc với hơi nước Một loại khác sử dụng các phản ứng hóa học để tạo ra sự thay đổi về mặt hóa học Hóa chất trong mực chỉ thị phản ứng với các thông số quan trọng trong quá trình tiệt trùng, dẫn đến sự thay đổi màu sắc sau khi hoàn thành phản ứng hóa học.
Hình 3.3: Chỉ thị hóa học trước quá trình tiệt trùng
Hình 3.4: Chỉ thị hóa học sau quá trình tiệt trùng
Chỉ thị hóa học, giống như chỉ thị sinh học, được đặt vào thiết bị trước khi vận hành Sau khi chu trình tiệt trùng hoàn tất, cần lấy mẫu chỉ thị hóa học ra để quan sát Nếu màu sắc của chỉ thị hóa học chuyển từ vàng sang tím, điều này chứng tỏ thiết bị đã vượt qua bài kiểm tra và đạt các tiêu chuẩn cần thiết cho một chu trình tiệt trùng thành công.
Lý thuyết về tạo ra hơi nước trong thiết bị hấp tiệt trùng
Hơi nước bão hòa đóng vai trò quan trọng trong quá trình tiệt trùng bằng hơi nước, với khả năng thâm nhập và tiêu diệt hiệu quả các loại vi khuẩn và vi sinh vật Quá trình tạo ra hơi nước bão hòa được thực hiện bằng cách đun sôi nước trong một bình kín thông qua hai bước.
Nước được gia nhiệt bằng một nguồn nhiệt từ điện trở cho đến khi đạt nhiệt độ sôi
Khi nước đạt nhiệt độ sôi 100°C ở áp suất khí quyển, nó bắt đầu chuyển hóa thành hơi nước Quá trình này yêu cầu cung cấp nhiệt lượng đủ để vượt qua nhiệt độ sôi, được gọi là nhiệt hóa hơi.
Quá trình tạo hơi nước chịu ảnh hưởng bởi hai yếu tố chính: nhiệt độ và áp suất Khi áp suất tăng, nhiệt độ sôi của nước cũng tăng theo, làm cho hơi nước được tạo ra ở nhiệt độ cao hơn Đồng thời, nhiệt độ cần phải đạt đủ mức để nước sôi và duy trì ở mức đó, nhằm đảm bảo nước tiếp tục chuyển hóa thành hơi nước.
3.2.1 Công thức tính nhiệt lượng cần thiết
Nhiệt lượng cần thiết để đun sôi nước và tạo hơi nước được tính bằng công thức:
Q = m.c.∆t Trong đó: m: là khối lượng hơi nước, kg c: là nhiệt dung riêng nước, J/kg.℃
∆t: là sự chênh lệch nhiệt độ, ℃
3.2.2 Kiểm soát nhiệt độ và áp suất Để kiểm soát quá trình tạo ra hơi nước bão hòa, cần có các hệ thống kiểm soát nhiệt độ và áp suất hiệu quả:
Cảm biến nhiệt độ và áp suất: Được sử dụng để giám sát và điều chỉnh nhiệt độ và áp suất trong buồng hấp và bình sinh hơi
Bộ trao đổi nhiệt độ: Dùng để duy trì nhiệt độ trong buồng hấp ở mức cần thiết, thường là bằng cách điều chỉnh công suất của nguồn nhiệt
Van xả áp là thiết bị quan trọng giúp duy trì áp suất an toàn trong nồi hơi bằng cách xả hơi nước khi áp suất vượt quá giới hạn cho phép.
Hệ thống làm mát: Dùng để hạ nhiệt độ và nước trước khi thải ra môi trường, đảm bảo an toàn cho thiết bị và người sử dụng
Lý thuyết về tính toán phương án bão ôn buồng cách nhiệt
Bông thủy tinh là vật liệu cách nhiệt phổ biến trong thiết bị hấp tiệt trùng nhờ vào khả năng cách nhiệt tốt, trọng lượng nhẹ và dễ thi công Khi thiết kế và tính toán buồng cách nhiệt bằng bông thủy tinh, cần chú ý đến hệ số dẫn nhiệt, độ dày lớp cách nhiệt và nhiệt độ hoạt động của hệ thống.
Hệ số dẫn nhiệt (λ) của bông thủy tinh thường nằm trong khoảng 0.030 - 0.040 W/m·K, tùy thuộc vào mật độ và cấu trúc của vật liệu Hệ số này phản ánh khả năng truyền nhiệt của vật liệu, với hệ số dẫn nhiệt càng thấp thì khả năng cách nhiệt càng tốt.
3.3.2 Độ dày của lớp cách nhiệt Độ dày của lớp cách nhiệt ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả cách nhiệt của buồng Độ dày càng lớn thì khả năng cách nhiệt càng tốt Độ dày tối ưu cần được tính toán dựa trên các yêu cầu về nhiệt độ và chi phí
3.3.3 Kiểm soát nhiệt độ Để đảm bảo hiệu quả cách nhiệt, cần kiểm soát nhiệt độ trong buồng và hạn chế sự mất nhiệt Điều này bao gồm việc:
Lựa chọn vật liệu cách nhiệt phù hợp: Bông thủy tinh với độ dày và hệ số dẫn nhiệt tối ưu
Thiết kế buồng cách nhiệt: Giảm thiểu các khe hở và điểm yếu trong cấu trúc cách nhiệt
Kiểm tra và bảo dưỡng định kỳ: Đảm bảo vật liệu cách nhiệt không bị hư hại và giữ nguyên hiệu quả cách nhiệt.
Đặc tính vật liệu chế tạo thiết bị hấp tiệt trùng
* Yêu cầu chung về vật liệu chế tạo
Kim loại được sử dụng để chế tạo và sửa chữa các bộ phận chịu áp lực của nồi hơi, bao gồm cả que hàn và dây hàn, cần phải có tính dẻo, độ bền phù hợp với yêu cầu thiết kế, và khả năng hàn tốt để đảm bảo hoạt động bền vững.
Thép dùng cho nồi hơi cần đạt tiêu chuẩn chất lượng cao, bao gồm thép tấm, thép cán và thép rèn, với thành phần hóa học của các nguyên tố chính phải nằm trong giới hạn quy định.
Lưu huỳnh không lớn hơn 0,04%
Cacbon + Mangan/6 không lớn hơn 0,45% là tiêu chuẩn quan trọng trong việc chế tạo vật liệu y tế Vật liệu này cần có khả năng chống oxy hóa và ăn mòn cao, đồng thời đảm bảo độ vệ sinh và khả năng chịu nhiệt tốt Thép không gỉ 316L, hay còn gọi là Inox 316L, là lựa chọn tối ưu cho các ứng dụng trong lĩnh vực y tế nhờ vào những đặc tính vượt trội này.
Thép 316L là vật liệu lý tưởng cho các ứng dụng trong môi trường khắc nghiệt nhờ khả năng chống ăn mòn vượt trội Việc lựa chọn thép 316L trong chế tạo thiết bị hấp tiệt trùng và khử khuẩn mang lại nhiều lợi ích, bao gồm độ bền cao và khả năng duy trì hiệu suất trong điều kiện khắc nghiệt.
Thép 316L nổi bật với khả năng chống ăn mòn vượt trội, khiến nó trở thành lựa chọn bền bỉ và đáng tin cậy trong các môi trường khắc nghiệt, vượt trội hơn so với nhiều loại vật liệu khác.
Thép 316L có khả năng chịu nhiệt tốt, không bị oxy hóa hay ăn mòn, đồng thời giữ nguyên cấu trúc dưới tác động của nhiệt độ cao Điều này rất quan trọng cho buồng hấp của thiết bị, giúp đạt nhiệt độ tối đa để tiêu diệt hoàn toàn vi khuẩn và vi sinh vật gây bệnh trong quá trình tiệt trùng.
Thép 316L có khả năng gia công dễ dàng thông qua các phương pháp hàn, cắt và uốn, giúp chế tạo buồng hấp với hình dạng và kích thước mong muốn mà không làm suy giảm tính chất cơ học của vật liệu.
Hình 3.5: Thành phần hóa học và tính chất cơ học của thép 316L [14]
Thép 316L dễ dàng vệ sinh, giúp ngăn chặn vi khuẩn và ô nhiễm Với độ bền cao, thép 316L có khả năng chịu áp lực lớn mà không bị biến dạng hay hỏng hóc trong quá trình sử dụng.
Thép 316L không chỉ nổi bật với tính năng bền bỉ mà còn có tính thẩm mỹ cao Vật liệu này sở hữu độ sáng bóng tự nhiên, dễ dàng vệ sinh và ít bám bẩn, giúp duy trì vẻ đẹp mà không cần sử dụng các phương pháp xử lý bề mặt như đánh bóng.
Cơ sở lý thuyết về tính toán thân buồng hấp
Chiều dày của thân hình trụ buồng hấp cần được thiết kế phù hợp với sức bền của vật liệu, đảm bảo khả năng chịu áp suất tác động lên thành Việc chế tạo thân hình trụ với hai chiều dày khác nhau là khả thi, nhưng phải tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật để đảm bảo an toàn và hiệu quả.
Hình 3.6: Chiều dày thân hình trụ [21]
Không được đốt nóng thân hình trụ khi chiều dày thành lớn hơn 22 mm Nếu cần thiết phải đốt nóng, phần cần đốt phải được cách nhiệt tốt để đảm bảo nhiệt độ kim loại tại vùng đốt nóng không vượt quá 100℃ so với nhiệt độ làm việc định mức Độ méo của thân hình trụ, tức là sự sai khác giữa đường kính lớn nhất và đường kính bé nhất so với đường kính định mức, không được vượt quá 1%.
Cho phép khoan và khoét các lỗ trên thân hình trụ với đường kính khác nhau Khoảng cách giữa các lỗ cần đảm bảo yêu cầu về độ bền của thân hình trụ.
Khi buồng hấp có thân hình trụ nằm ngang dài trên 8m, cần áp dụng biện pháp chống uốn võng Ứng suất cho phép theo độ bền kéo ở nhiệt độ phòng của vật liệu chế tạo thân buồng hấp được xác định theo công thức: σ cp = σ B n B.
Trong bài viết, σ cp đại diện cho ứng suất cho phép của vật liệu tính bằng MPa, trong khi σ B là ứng suất bền của vật liệu cũng tính bằng MPa Hệ số dự trữ bền n B được xác định là 3, được sử dụng khi tính toán ứng suất cho phép dựa trên độ bền kéo của vật liệu.
Chiều dày tối thiểu của thân hình trụ chịu áp suất trong được xác định theo công thức sau:
S = p∗ D t 2∗φ∗σ cp −p + C Trong đó: p : là áp suất làm việc, MPa
Dt : là đường kính trong thân buồng hấp, mm φ : là hệ số bền vững σ cp : là ứng suất cho phép của kim loại
C : là hệ số hiệu chỉnh khi thép tấm chế tạo có độ dày nhỏ hơn 20 mm
Cơ sở lý thuyết về tính toán đáy buồng hấp
Các loại đáy phẳng, đáy elip và đáy cầu được sử dụng cho thân hình trụ, với lựa chọn phụ thuộc vào đường kính và áp suất tác động Đáy phẳng chỉ phù hợp với thân hình trụ có đường kính trong ≤ 400 mm và không nên sử dụng cho đường kính lớn hơn 325 mm, trừ khi làm mặt sàng ống Đáy hình elip và đáy cầu bao gồm hai phần: phần elip và phần hình trụ Tỷ lệ chiều cao trên đường kính đáy (kích thước trong) cần đảm bảo trong khoảng 0,2 ≤ h2.
𝐷𝑡≤ 0,3, chiều cao của phần hình trụ ht ≥ 40 [21]
Chiều dày tối thiểu của đáy cầu khi chịu áp suất trong được xác định theo công thức:
S1: là chiều dày tối thiểu của đáy khi chịu áp suất trong, mm p : là áp suất trong buồng hấp, MPa
Dn : là đường kính ngoài của buồng hấp, mm σ cp : là ứng suất cho phép của vật liệu
C : là hệ số hiệu chỉnh của thép tấm chế tạo khi chiều dày nhỏ hơn 20mm.
Lựa chọn vật liệu cách nhiệt, bão ôn buồng hấp
Trong thiết kế thiết bị hấp tiệt trùng, cách nhiệt đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm năng lượng Lựa chọn vật liệu cách nhiệt phù hợp giúp ngăn ngừa thất thoát nhiệt và duy trì nhiệt độ cao cần thiết cho quá trình tiệt trùng Dưới đây là những loại vật liệu thường được sử dụng để cách nhiệt và giữ nhiệt hiệu quả.
Bông thủy tinh là vật liệu có hệ số dẫn nhiệt thấp, khả năng chịu nhiệt tốt và không cháy, giúp tăng cường hiệu quả cách nhiệt Ngoài ra, bông thủy tinh còn có khả năng chống ẩm và không bị ăn mòn, làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho nhiều ứng dụng xây dựng và công nghiệp.
34 số dẫn nhiệt thấp nên bông thủy tinh giúp giảm sự truyền nhiệt và duy trì được nhiệt độ bên trong buồng hấp
Hình 3.7: Bông thủy tinh cách nhiệt
Bông khoáng là vật liệu phổ biến trong xây dựng và cách âm, nổi bật với hệ số dẫn nhiệt thấp và khả năng chịu nhiệt từ 700℃ đến 850℃ Loại vật liệu này không chỉ có khả năng cách âm hiệu quả mà còn an toàn, không gây cháy nổ, làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho nhiều ứng dụng trong ngành xây dựng.
Polyurethane Foam (PU Foam) là một loại nhựa bọt xốp siêu nhẹ với khả năng chống nóng và cách âm hiệu quả Vật liệu này có tính năng chống thấm vượt trội, không bắt lửa, và có độ bám dính tốt Hơn nữa, PU Foam còn được coi là một lựa chọn thân thiện với môi trường.
Hình 3.9: Vật liệu cách nhiệt Polyurethane Foam
Trong thiết kế và lựa chọn vật liệu cách nhiệt cho buồng hấp, bông thủy tinh là lựa chọn tối ưu nhất, giúp ngăn chặn sự thất thoát nhiệt và duy trì hiệu quả nhiệt độ trong quá trình tiệt trùng.
Bông thủy tinh là một giải pháp cách nhiệt hiệu quả và tiết kiệm chi phí nhờ vào hệ số dẫn nhiệt thấp So với các vật liệu khác, bông thủy tinh mang lại sự cân bằng tốt giữa hiệu quả và chi phí trong thiết kế Vật liệu này không chỉ dễ sử dụng mà còn an toàn và bền bỉ, thích hợp cho việc sử dụng lâu dài, giúp tiết kiệm chi phí, thời gian và công sức trong quá trình thi công.
PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP VỀ THIẾT BỊ
Yêu cầu đề tài
* Yêu cầu của doanh nghiệp:
- Thiết bị hấp tiệt trùng có dung tích 220L
Thiết bị hoạt động tự động theo chu trình và thông số đã được cài đặt, đi kèm với màn hình giám sát các thông số hoạt động của từng bộ phận Người dùng có thể dễ dàng tùy chỉnh các thông số như thời gian và nhiệt độ cho từng loại đồ dùng và dụng cụ cần được tiệt trùng.
- Trang bị các cảm biến, đảm bảo an toàn trong trường hợp xảy ra sự cố
- Kích thước tổng thể của máy: 1270 x 1050 x 1670 (mm) (Dài x Rộng x Cao)
- Đối tượng tiệt trùng: dụng cụ phẫu thuật y tế, đồ vải trang phục trong bệnh viện, cơ sở khám, chữa bệnh (tham khảo hình 2.12, hình 2.13, hình 2.14)
Phương hướng thiết kế
Phương hướng thiết kế thiết bị tập trung vào tối ưu hoá hiệu suất, đảm bảo an toàn và đạt hiệu quả mong muốn Để đạt được những mục tiêu này, nguyên lý hoạt động của thiết bị sẽ được chia thành 3 giai đoạn chính Mỗi giai đoạn sẽ xác định các yêu cầu và điều kiện cần thiết để quá trình tiệt trùng hoạt động hiệu quả như kỳ vọng.
Thiết bị tiệt trùng bao gồm ba giai đoạn chính: giai đoạn loại bỏ không khí, giai đoạn tiệt trùng và giai đoạn làm khô Mỗi giai đoạn có những yêu cầu cụ thể nhằm đạt được mục tiêu tiệt trùng hiệu quả.
Giai đoạn loại bỏ không khí trước tiệt trùng là yếu tố quyết định hiệu quả của quá trình tiệt trùng, vì không khí cản trở sự tiếp xúc của hơi nước với các bề mặt dụng cụ cần tiệt trùng Để đạt được hiệu suất tiệt trùng cao nhất, cần áp dụng phương pháp loại bỏ hoàn toàn không khí trong buồng hấp và thay thế bằng hơi nước bão hòa Mục tiêu chính của giai đoạn này là đảm bảo hơi nước tiếp xúc đầy đủ với tất cả các bề mặt của dụng cụ, ngăn không cho không khí cản trở quá trình tiệt trùng.
Giai đoạn tiệt trùng là quá trình quan trọng nhằm tiêu diệt hoàn toàn vi khuẩn và vi sinh vật Để đạt được hiệu quả tối ưu trong việc tiêu diệt vi sinh vật, hai yếu tố then chốt cần chú ý là nhiệt độ và thời gian.
Giai đoạn này yêu cầu phương pháp gia nhiệt để tăng nhiệt độ đạt tiêu chuẩn và duy trì trong một khoảng thời gian nhất định Chức năng của giai đoạn này rất quan trọng, vì nó đảm bảo tiêu diệt hoàn toàn các vi khuẩn và vi sinh vật.
Giai đoạn làm khô, diễn ra sau quá trình tiệt trùng, là bước quan trọng nhằm làm khô các dụng cụ và đồ dùng đã được tiệt trùng Mục tiêu chính của giai đoạn này là làm mát các dụng cụ sau khi tiệt trùng và điều chỉnh áp suất về mức khí quyển Chức năng cốt lõi của giai đoạn làm khô là loại bỏ hơi nước thừa bám trên bề mặt của các dụng cụ, đảm bảo rằng sản phẩm tiệt trùng hoàn tất trước khi được lấy ra khỏi buồng hấp.
Phương án thiết kế
4.3.1 Các phương án thiết kế cho giai đoạn trước tiệt trùng
Loại bỏ không khí là một giai đoạn được coi là quan trọng trong quá trình tiệt trùng
Để đảm bảo hiệu quả tiệt trùng, việc loại bỏ hoàn toàn không khí là rất quan trọng, vì nếu không khí còn tồn tại, hơi nước sẽ không thể tiếp cận các bề mặt của dụng cụ hoặc đồ dùng cần tiệt trùng Do đó, chúng ta cần áp dụng những phương án phù hợp để loại bỏ không khí.
➢ Phương án 1: Loại bỏ không khí bằng phương pháp thay thế trọng lực
Hơi nước nhẹ hơn không khí, cho phép loại bỏ không khí trong buồng hấp bằng cách bơm hơi nước vào Khi hơi nước được bơm vào, nó sẽ nổi lên, dần dần thay thế không khí trong buồng Khi lượng hơi nước đủ lớn, không khí sẽ được xả ra qua van xả, tạo ra hiện tượng dịch chuyển trọng lực Phương pháp này là một giải pháp hiệu quả để loại bỏ không khí khỏi buồng hấp mà không cần thiết bị hay dụng cụ hỗ trợ.
Hình 4.1: Phương pháp loại bỏ không khí bằng phương pháp trọng lực
Hình 4.2: Biểu đồ thể hiện thời gian và áp suất của phương pháp thay thế trọng lực [8] Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp này: Ưu điểm:
• Các đồ dùng/dụng cụ được tiệt trùng hiệu quả thông qua hơi nước có áp suất làm bão hòa buồng hấp
Sản phẩm này có độ tin cậy cao và thiết kế đơn giản, không cần phụ thuộc vào bất kỳ thiết bị hay dụng cụ nào để hoàn tất quá trình loại bỏ không khí.
• Tiết kiệm chi phí đáng kể so với các phương pháp loại bỏ không khí khác Nhược điểm:
Phương pháp này yêu cầu các dụng cụ không có khoảng trống bên trong, vì điều này sẽ gây khó khăn cho hơi nước trong việc tiếp cận và loại bỏ không khí ở các vị trí đó.
• Mất nhiều thời gian để có thể loại bỏ không khí
• Khả năng loại bỏ không khí bị hạn chế trong trường hợp dụng cụ có cấu tạo phức tạp gây khó khăn trong việc loại bỏ không khí
➢ Phương án 2: Loại bỏ không khí bằng phương pháp hút chân không
Phương pháp này sử dụng máy hút chân không để loại bỏ hoàn toàn không khí trong buồng hấp, giúp hơi nước bão hòa thâm nhập hiệu quả vào bề mặt sản phẩm cần tiệt trùng, vốn thường bị bao quanh bởi không khí.
Hình 4.3 : Mô tả quá trình loại bỏ không khí bằng phương pháp hút chân không
Hình 4.4: Biểu đồ thể hiện thời gian và áp suất của 2 phương pháp loại bỏ không khí [8] Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp này: Ưu điểm:
Phương pháp khử trùng bằng cơ chế hút chân không mang lại hiệu quả cao ở những vị trí khó tiếp cận Đặc biệt, phương pháp này có khả năng tiệt trùng các sản phẩm như dụng cụ bằng xốp, vải và dụng cụ phẫu thuật được bọc kín, nơi mà hơi nước khó có thể tiếp cận.
Phương pháp này đảm bảo rằng hơi nước tiếp cận mọi bề mặt của các vật liệu khác nhau cần tiệt trùng trong môi trường y tế, bằng cách loại bỏ hoàn toàn không khí trong buồng hấp.
• Tiết kiệm được nhiều thời gian ở giai đoạn loại bỏ không khí, việc loại bỏ không khí hiệu quả hơn so với phương pháp trọng lực
Phương pháp này có thể áp dụng ở nhiều giai đoạn trong quy trình tiệt trùng, giúp thiết bị tiết kiệm thời gian và nâng cao hiệu quả vận hành Tuy nhiên, cũng tồn tại một số nhược điểm cần lưu ý.
Phương pháp này sử dụng nồi hấp phụ thuộc vào thiết bị hút chân không, khác với phương pháp thay thế trọng lực Để máy hút chân không hoạt động hiệu quả, cần đảm bảo một số điều kiện nhất định nhằm đạt được kết quả mong đợi trong giai đoạn này.
Chi phí cho phương pháp này cao hơn so với phương pháp thay thế trọng lực, vì cần trang bị thêm các thiết bị hỗ trợ như bộ gia nhiệt và các loại van nạp, xả.
Kết luận: Sau khi phân tích ưu và nhược điểm của hai phương án loại bỏ không khí trong buồng hấp, phương án 2 với máy hút chân không nổi bật với nhiều ưu điểm vượt trội so với phương pháp thay thế trọng lực Phương pháp này đảm bảo khả năng khử trùng hiệu quả ở các vị trí khó tiếp cận, giúp hơi nước tiếp cận mọi bề mặt của sản phẩm cần tiệt trùng, từ đó tối ưu hóa quá trình khử khuẩn trong lĩnh vực y tế.
Phương pháp hút chân không không chỉ tiết kiệm thời gian trong việc loại bỏ không khí mà còn mang lại hiệu quả vận hành cao hơn, có thể áp dụng trong nhiều giai đoạn của quá trình tiệt trùng Mặc dù yêu cầu chi phí đầu tư ban đầu cao và phụ thuộc vào thiết bị hút chân không, nhưng những lợi ích về hiệu quả tiệt trùng, khả năng tiếp cận các vị trí phức tạp và tiết kiệm thời gian sẽ mang lại giá trị vượt trội trong dài hạn.
4.3.2 Các phương án thiết kế cho giai đoạn tiệt trùng
➢ Phương án 1: Gia nhiệt từ bình sinh hơi (nồi hơi) đốt nóng bằng điện năng
Nồi hơi đốt nóng bằng điện năng là thiết bị thiết yếu trong quá trình tạo hơi nước cho tiệt trùng Thiết bị này hoạt động bằng cách chuyển đổi điện năng thành nhiệt năng thông qua các thanh đốt, giúp tạo ra hơi nước nhanh chóng cho từng giai đoạn Nồi hơi cung cấp hơi nước với nhiệt độ và áp suất cần thiết, đảm bảo quy trình tiệt trùng diễn ra an toàn và không gây ô nhiễm.
• Không tạo ra khói, bụi gây ô nhiễm môi trường
• Dễ kiểm soát nhiệt độ và áp suất, có thể điều chỉnh linh hoạt nhiệt độ, áp suất theo yêu cầu sử dụng
• Không chiếm nhiều không gian, diện tích thiết kế
• Năng suất tạo hơi nước cao hơn so với các phương pháp khác, tiết kiệm được nhiên liệu và thời gian vận hành
• Tiêu tốn điện năng để duy trì vận hành
• Phụ thuộc vào nguồn điện vì cần duy trì việc cung cấp điện năng để thiết bị hoạt động
Hình 4.5: Mô tả bình sinh hơi (nồi hơi) gia nhiệt từ thanh đốt
➢ Phương án 2: Gia nhiệt từ nồi hơi đốt bằng củi
Nồi hơi đốt bằng củi là lựa chọn truyền thống phổ biến ở nông thôn, giúp tiết kiệm chi phí vận hành Tuy nhiên, hiệu suất tạo hơi nước từ nồi hơi củi thường thấp hơn so với các phương pháp khác, đồng thời tiềm ẩn nhiều nguy cơ không an toàn khi sử dụng.
• Tiết kiệm được chi phí vận hành và dễ dàng thực hiện
• Không bị phụ thuộc vào nguồn điện Nhược điểm
• Công suất tạo hơi nước thấp và cần người vận hành
• Tạo ra khói và khí thải độc hại, ảnh hưởng đến môi trường xung quanh
• Tốn diện tích lưu trữ và không gian thiết kế trong thiết bị
• Tiềm ẩn những rủi ro khó kiểm soát khi vận hành
Hình 4.6: Mô tả bình sinh hơi (nồi hơi) gia nhiệt bằng củi
Kết luận: Sau khi phân tích các ưu và nhược điểm của hai phương án gia nhiệt, việc lựa chọn phương án gia nhiệt từ bình sinh hơi đốt nóng bằng điện năng là quyết định hợp lý và hiệu quả nhất Phương án này không chỉ đảm bảo khả năng kiểm soát nhiệt độ và áp suất một cách linh hoạt, mà còn cho phép điều chỉnh theo yêu cầu của quá trình tiệt trùng Điều này rất quan trọng để đạt được hiệu quả tiệt trùng cao nhất, đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn trong lĩnh vực y tế.
Quy trình thực hiện các công việc
Quy trình hoạt động của thiết bị tiệt trùng diễn ra theo sơ đồ khối tổng quan, bắt đầu với việc cung cấp nước sạch, điều kiện cần thiết cho quá trình tiệt trùng thành công Sau khi nước được cấp, cửa thiết bị sẽ được đóng chặt để ngăn không khí lọt ra ngoài Tiếp theo, không khí trong buồng hấp sẽ được loại bỏ hoàn toàn bằng máy hút chân không Khi không khí đã được loại bỏ, bình sinh hơi sẽ gia nhiệt để tạo ra hơi nước bão hòa, cung cấp vào buồng hấp Giai đoạn tiệt trùng sẽ được thực hiện khi đạt đủ nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn Sau khi hoàn tất, thiết bị sẽ tiến hành xả khí và sấy khô dụng cụ bên trong buồng hấp Cuối cùng, sau khi sấy khô và cân bằng áp suất, cửa sẽ được mở để lấy sản phẩm đã được tiệt trùng.
Thiết kế 3D hoàn chỉnh
Hình 4.9: Thiết bị hấp tiệt trùng, khử khuẩn
Hình 4.10: Thiết bị hấp tiệt trùng, khử khuẩn
Hình 4.11: Thiết bị hấp tiệt trùng, khử khuẩn
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
Tính toán cân bằng nhiệt lượng
5.1.1 Thời gian tiệt trùng cho đồ dùng/dụng cụ y tế
A: là thời gian gia nhiệt buồng hấp cho đến khi đạt đến nhiệt độ tiệt trùng T (phút)
B: là thời gian giữ nhiệt ở nhiệt độ tiệt trùng T (phút) C: là thời gian làm nguội thiết bị (phút)
T: là nhiệt độ tiệt trùng (℃) Quá trình tiệt trùng gồm 2 giai đoạn: giai đoạn gia nhiệt và giai đoạn giữ nhiệt 5.1.2 Giai đoạn gia nhiệt:
Nhiệt lượng cần thiết cho giai đoạn gia nhiệt được tính theo công thức tổng quát:
Q1: Nhiệt lượng đun nóng buồng hấp (kcal)
Q2: Nhiệt lượng đun nóng xe đẩy (kcal)
Q3: Nhiệt lượng đun nóng đường ray (kcal)
Q4: Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh giai đoạn gia nhiệt (kcal)
Q5: Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh giai đoạn giữ nhiệt (kcal)
• Tính toán Q1: Nhiệt lượng đung nóng buồng hấp
Q1 = G1.C1 (tT – t1) (kcal) (CT VIII-24, trang 237, [20]) Trong đó:
G1: khối lượng buồng hấp (kg)
C1: Nhiệt dung riêng của vật liệu làm buồng hấp, C1 = 0,5 (kJ/Kg độ) tT: Nhiệt độ tiệt trùng (℃), chọn tT = 121℃ t1: Nhiệt độ ban đầu của buồng hấp (℃), chọn t1 = 30℃
G1 = m thân nồi, đáy nồi + m đường ray + m cửa + m tấm chắn = 67,7 + 2 + 30,5 + 1 = 101,2 (kg)
• Tính toán Q2: Nhiệt lượng đun nóng xe đẩy
Q2 = G2.C2 (tT – t2) (kcal) (CT VIII-24, trang 237, [20]) Trong đó:
G2: khối lượng xe đẩy, G2 = 10,7 (kg)
C2: Nhiệt dung riêng của vật liệu làm xe đẩy, C1 = 0,5 (kJ/Kg độ) tT: Nhiệt độ tiệt trùng (℃), chọn tT = 121℃ t2: Nhiệt độ ban đầu của xe đẩy (℃), chọn t2 = 30℃
• Tính toán Q3: Nhiệt lượng đun nóng đường ray
Q3 = G3.C3 (tT – t3) (kcal) (CT VIII-24, trang 237, [20]) Trong đó:
G3: khối lượng đường ray, G3 = 2 (kg)
C3: Nhiệt dung riêng của vật liệu làm đường ray, C3 = 0,5 (kJ/Kg độ) tT: Nhiệt độ tiệt trùng (℃), chọn tT = 121℃
49 t3: Nhiệt độ ban đầu của đường ray (℃), chọn t3 = 30℃
• Tính toán Q4: Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh giai đoạn gia nhiệt
Q4 = α1.F.τ1 (tN – tkk) (kcal) (CT VIII-24, trang 237, [20])
4 (100 - 30) = 1137,68 (kcal) Trong đó: α1: Hệ số tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh, hệ số cấp nhiệt α1 = 𝑁𝑢.𝜆
0,83 = 49,25 Nu: Chuẩn số Nuy-sen: Nu = C.Re n (CT VIII-30, trang 27,[20])
C, n: là những hằng số xác định bằng thực nghiệm
Chuẩn số Reynolds d = 0,61 cho biết đường kính ngoài của buồng hấp, với tốc độ dòng chảy nước ω = 2 m/s Khối lượng riêng của nước là ρ = 997 kg/m³ và độ nhớt của dung dịch là μ = 0,801 NS/m², theo bảng tra cứu.
II – 12, trang 44, [21] λ: Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch (hay nước), W/m độ l: là kích thước hình học, m
(với D: là đường kính ngoài của buồng hấp, L: là chiều dài của buồng hấp không tính nắp và đáy) τ: thời gian (giờ), τ = 20
3 tN: nhiệt độ trung bình ở vỏ ngoài của nồi trong giai đoạn gia nhiệt (℃) tkk: nhiệt độ của không khí (℃) 5.1.3 Giai đoạn giữ nhiệt:
Ở giai đoạn này, nhiệt lượng được sử dụng để bù đắp cho tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh, khi các đối tượng bên trong buồng hấp đã đạt đến nhiệt độ tiệt trùng.
• Tính toán Q5: Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh giai đoạn giữ nhiệt
Q5 = α2.F.τ2 (tN – tkk) (kcal) (CT VIII-24, trang 237, [20])
3 (121 - 30) = 1971,97 (kcal) Trong đó: α2: Hệ số tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh, hệ số cấp nhiệt α2 = 𝑁𝑢.𝜆
0,83 = 49,25 Nu: Chuẩn số Nuy-sen: Nu = C.Re n (CT VIII-30, trang 27[20])
C, n: là những hằng số xác định bằng thực nghiệm
Re: chuẩn số Rey-nold d = 0,61: đường kính ngoài buồng hấp, m ω = 2 m/s, tốc độ chuyển động của nước, m/s ρ = 997: khối lượng riêng của nước, kg/m 3
51 μ = 0,801: độ nhớt của dung dịch, NS/m 2 tra bảng
II – 12, trang 44, [20] λ: Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch (hay nước), W/m độ l: là kích thước hình học, m
F = π.D.L = π 0,61 0,69 =1,32 (m 2 ) (với D: là đường kính ngoài của buồng hấp, L: là chiều dài của buồng hấp không τ: thời gian (giờ), τ = 20
3 tN: nhiệt độ trung bình ở vỏ ngoài của nồi trong giai đoạn giữ nhiệt (℃) tkk: nhiệt độ của không khí (℃)
- Tổng nhiệt lượng cung cấp cho thiết bị là:
Lưu lượng nước cần hóa hơi để cung cấp cho nồi hấp trong thời gian 15 phút (900 giây) gia nhiệt là:
G: lưu lượng nước cần hóa hơi, kg/s
QT: nhiệt lượng cần cung cấp, kJ q: nhiệt lượng tỏa ra của hơi nước, kJ/kg Tính toán nhiệt nồi hơi
Nhiệt lượng cần cung cấp cho 0,0519 kg nước lên 121℃ là
Qcc = G cp ∆t = 0,0519 4,2 96 = 20,93 kJ Nhiệt lượng cần hóa hơi 0,0519kg nước là
Tổng nhiệt lượng cần thiết: Q = Qcc + Qhh = 0.12 + 20.93 = 21,05 kJ
Vậy công suất của nồi hơi là: Qnh = Q + 20%Q ≈ 27kW Để đạt công suất 27kW ta cần lắp vào nồi hơi 6 thanh điện trở có công suất 4,5kW
5.1.5 Áp suất lớn nhất trong bình kín khi thể tích bình sinh hơi (nồi hơi) không thay đổi là:
Theo định luật Boyler – Marriot, ta có
T2 (Phương trình trạng thái khí lý tưởng) (5.6)
Pmax: là áp suất lớn nhất của bình sinh hơi (nồi hơi), Pa
Tmax = 407, nhiệt độ cao nhất của bình sinh hơi (134℃), K
Tmin = 273, nhiệt độ thấp nhất của bình sinh hơi (0℃), K
→ Vậy áp suất lớn nhất mà bình phải chịu là 1,789 10 5 (Pa) tương đương 0,179 (MPa)
Chiều dày tối thiểu của thân bình sinh hơi (nồi hơi) chịu áp suất trong là:
S : là chiều dày tối thiểu của thân bình sinh hơi, mm p : là áp suất làm việc tối đa trong bình sinh hơi, MPa
Dt : là đường kính trong của bình sinh hơi, mm
53 φ : là hệ số bền vững σcp : là ứng suất cho phép của vật liệu
C : là hệ số hiệu chỉnh khi thép tấm chế tạo có độ dày < 20 mm
→ Theo tiêu chuẩn TCVN 7704:2007, để đảm bảo độ bền, chọn độ dày thân bình sinh hơi là S = 5mm
Chiều dày đáy phẳng tối thiểu không khoét lỗ để làm việc tốt và chịu được áp suất là:
S1 : là chiều dày tối thiểu của đáy bình sinh hơi, mm p : là áp suất làm việc tối đa trong bình sinh hơi, MPa
Dt : là đường kính trong của đáy sinh hơi, mm σcp : là ứng suất cho phép của vật liệu
C : là hệ số hiệu chỉnh khi thép tấm chế tạo có độ dày < 20 mm
Theo TCVN 7704:2007, chiều dày đáy phẳng phải lớn hơn chiều dày thân hình trụ để đảm bảo độ bền đáy dưới áp suất hoạt động.
Tính toán và thiết kế buồng hấp và đáy buồng hấp tiệt trùng
* Tính toán sức bền cho thân nồi hấp:
Bảng 5.1: Thông số đầu vào của thân buồng hấp
Bảng số liệu đầu vào Áp suất làm việc trong thân buồng hấp 0,196 MPa
Vật liệu chế tạo Thép 316L Đường kính trong thân buồng hấp: 240 mm Ứng suất cho phép theo độ bền kéo của vật liệu dùng để chế tạo σ cp = σ B n B = 520
Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về các thông số quan trọng liên quan đến ứng suất của vật liệu Cụ thể, σ cp là ứng suất cho phép của vật liệu, tính bằng MPa, trong khi σ B đại diện cho ứng suất bền của vật liệu, cũng được đo bằng MPa Hệ số n B = 3 được sử dụng để tính toán ứng suất cho phép dựa trên độ bền kéo của vật liệu.
Bề dày thân buồng hấp được tính theo công thức:
S = p∗ D t 2∗φ∗σ cp −p + C = 1,4 (mm) (5.10) Trong đó: p = 0,196: là áp suất làm việc, MPa
Dt = 480: là đường kính trong thân buồng hấp, mm φ = 0,7: là hệ số bền vững σ cp : là ứng suất cho phép của kim loại
C = 1: là hệ số hiệu chỉnh khi thép tấm chế tạo có độ dày nhỏ hơn
→ Theo tiêu chuẩn TCVN 7704:2007, để đảm bảo độ bền cho thân buồng hấp với áp suất hoạt động, chọn S= 5 mm
* Tính toán sức bền cho phần đáy của buồng hấp:
Chiều dày tối thiểu của đáy cầu khi chịu áp suất trong là:
S1: là chiều dày tối thiểu của đáy khi chịu áp suất trong, mm p = 2: là áp suất trong buồng hấp, MPa
Dn = 490: là đường kính ngoài của buồng hấp, mm σ cp : là ứng suất cho phép của vật liệu
C = 1: là hệ số hiệu chỉnh của thép tấm chế tạo khi chiều dày nhỏ hơn 20mm
Để đảm bảo độ bền cho đáy và phù hợp với việc lắp ghép vào thân hình trụ của buồng hấp, chiều dày chế tạo đáy cầu được chọn là S1 = 5mm.
Tính toán và chọn máy bơm chân không
Máy bơm chân không đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành nghề, bao gồm thực phẩm và y tế Thiết bị này được sử dụng để hút không khí và hơi nước trong không gian kín, nhằm tạo ra môi trường chân không.
Để chọn loại máy bơm chân không phù hợp, cần xem xét nguyên lý hoạt động và loại môi chất cần loại bỏ Đối với việc loại bỏ hơi nước trong buồng hấp nhanh chóng, bơm chân không vòng nước một cấp là sự lựa chọn tối ưu.
Dựa vào vacuum pumps catalog tại https://www.robuschi.com/en-vn/about- us/downloads-center/vacuum-pumps ta chọn bơm chân không loại tiêu chuẩn HSK-0.5 (hình
4.7) với các thông số kỹ thuật như sau:
Tốc độ vòng quay: 2840 vòng/phút
Lưu lượng hút khí: 0,5 m 3 /min Áp lực hút tối đa: - 0,097 MPa
Lưu lượng nước sử dụng: 19 L/min Độ ồn: < 65 dB(A)
Kích thước bao: 428 (dài) x 200 (rộng) x 275 (cao)
Hình 5.1: Đồ thị hệ số quá trình hút chân không Thời gian hút chân không đối với thiết bị sử dụng cánh gạt xoay cơ học t = 𝑉
Trong đó: t : là thời gian, phút
V : là thể tích buồng hấp cần hút chân không, lít
S : là lưu lượng hút (lít/phút)
F : là hệ số quá trình hút được lấy từ đồ thị trên
Tính toán thiết kế khung thiết bị hấp
Chọn vật liệu, thiết kế hình dáng:
Quy cách thép hộp: 60x30x1.5 và 30x30x1.5 (mm)
Hình 5.3: Kết cấu và hình dáng khung thiết bị hấp Kiểm tra độ bền và các thông số của khung:
Hình 5.4: Khối lượng, diện tích và thể tích khung
Chọn bẫy nước
Hình 5.5: Cấu tạo của bẫy nước
1 – Cảm biến mực nước không tiếp xúc, 2 - Cơ cấu vòng quay, 3 – Khoang chứa nước mát, 4
- Ống cấp nước mát, 5 - Ống thải
Bẫy nước được thiết kế hình trụ và làm từ thép 304, bên trong có hệ thống vòng quay xoắn tròn bằng đồng kết nối với buồng hấp nhằm giảm nhiệt độ trước khi xả ra môi trường Bẫy nước có một đường cấp nước bên ngoài vào khoang chứa nước, giúp làm giảm nhiệt độ nước trong ống đồng từ buồng hấp Ngoài ra, bên trong bẫy nước còn được trang bị cảm biến mực nước để kiểm soát lượng nước cấp vào, trong khi đường thải nước ở đáy bẫy sẽ dẫn nước ra ngoài môi trường.
Tính toán và chọn cảm biến đo nhiệt độ
Bảng 5.1: Thông số đầu vào của cảm biến đo nhiệt độ
Bảng số liệu đầu vào Đại lượng đo lường Nhiệt độ
Phạm vi đo lường 0 – 150 ℃ Điều kiện môi trường Độ ẩm cao Độ chính xác yêu cầu ± 0,1℃
Giao tiếp với hệ thống điều khiển Tín hiệu Analog
Để đo lường nhiệt độ trong buồng hấp, thị trường hiện nay cung cấp nhiều loại cảm biến Tuy nhiên, trong điều kiện làm việc khắc nghiệt với nhiệt độ và độ ẩm cao, cảm biến PT100 là lựa chọn phù hợp nhất Cảm biến này được chế tạo từ vật liệu chịu nhiệt, có độ chính xác cao và khả năng hoạt động bền bỉ theo thời gian, đồng thời giao tiếp với hệ thống điều khiển qua tín hiệu Analog.
Cảm biến nhiệt độ PT100 hoạt động dựa trên nguyên lý thay đổi điện trở khi nhiệt độ biến đổi Ở nhiệt độ 0℃, giá trị điện trở của PT100 là 100 ohm, và điện trở này tỉ lệ thuận với nhiệt độ theo một hàm số tuyến tính gần đúng.
Rt: là điện trở tại nhiệt độ t (Ω)
R0: là điện trở tại 0℃ (Ω) α = 0,00385: là hệ số nhiệt độ của bạch kim t: là nhiệt độ cần tính (℃)
Dựa vào kết quả tính toán điện trở và nhu cầu sử dụng, ta chọn cảm biến PT100 với thông số kỹ thuật như sau :
Bảng 5.2: Thông số kỹ thuật cảm biến PT100
Thông số kỹ thuật cảm biến PT100
Vị trí đặt cảm biến Bên trong buồng hấp
Lựa chọn các linh kiện trong thiết kế
Bảng 5.3: Linh kiện trong thiết kế
Vai trò trong hệ thống
Thermostat điều chỉnh và duy trì nhiệt độ trong hệ thống ở mức đã cài đặt, đảm bảo quá trình hoạt động ổn định và an toàn Việc kiểm soát chính xác nhiệt độ giúp tối ưu hiệu suất và bảo vệ thiết bị.
Thermostat cung cấp khả năng kiểm soát nhiệt độ chính xác, giúp duy trì môi trường làm việc ổn định
Giúp tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng bằng cách điều chỉnh nhiệt độ một cách hiệu quả
An toàn là yếu tố quan trọng trong việc bảo vệ hệ thống khỏi nguy cơ nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp, giúp ngăn ngừa hư hỏng thiết bị và đảm bảo an toàn cho người sử dụng.
Dễ Dàng Sử Dụng: Giao diện đơn giản và thân thiện với người dùng, dễ dàng cài đặt và vận hành
Kích thước sản phẩm 15 x 8 x 1 cm;
113 g Vôn 250 Vôn Vật liệu Nhựa Trọng lượng sản phẩm 113g
Bảo vệ hệ thống khỏi áp suất quá mức là rất quan trọng để ngăn ngừa hư hỏng thiết bị và đảm bảo an toàn cho người vận hành Việc duy trì áp suất trong hệ thống ở mức an toàn giúp tránh các sự cố nghiêm trọng như nổ hoặc hư hỏng thiết bị.
Bảo vệ hệ thống là rất quan trọng để ngăn ngừa sự cố do áp suất quá cao, từ đó bảo vệ thiết bị và toàn bộ hệ thống Đảm bảo an toàn cho người vận hành là ưu tiên hàng đầu, giúp họ tránh khỏi các nguy cơ liên quan đến áp suất quá mức Van an toàn được thiết kế với độ tin cậy cao, tự động mở và đóng khi cần thiết, đảm bảo hoạt động ổn định và an toàn cho hệ thống.
Tuân Thủ Quy Định: Đạt các tiêu chuẩn an toàn quốc tế như ASME,
Van an toàn nước là loại van có dạng tác động lò xo đẩy, được sử dụng để xả khí cho hơi nóng, khí nén, nước và dầu Loại van này hoạt động tự động và có quy chuẩn ren 21.
27 ,34 , 42 , 49 , 60mm Áp suất hoạt động: 0 – 10 kg/cm2 ( tuỳ mã số van ) Nhiệt độ hoạt động :
API, CE, đảm bảo tuân thủ quy định về an toàn
Kết nối: Ren ngoài Màu sắc Van xả nước tự động : Vàng đồng
Van xả khí bao gồm các bộ phận chính như lò xo, thân đồng và tay kéo Vật liệu chính để chế tạo van xả nước tự động là đồng Trọng lượng của một sản phẩm van xả khí dao động từ 300 đến 5000 gam, tùy thuộc vào quy cách.
SenSys cung cấp giải pháp đo và giám sát áp suất cho các hệ thống công nghiệp, bao gồm cả hệ thống tiệt trùng bằng hơi nước bão hòa Sản phẩm đảm bảo các quá trình công nghiệp diễn ra trong điều kiện áp suất an toàn và hiệu quả, từ đó bảo vệ thiết bị và người vận hành Đặc biệt, SenSys nổi bật với độ chính xác cao trong việc theo dõi và kiểm soát áp suất.
Cảm biến Sensys nổi bật với độ chính xác cao, cung cấp dữ liệu đo lường đáng tin cậy cho quá trình kiểm soát và giám sát Với thiết kế bền bỉ và chất lượng vượt trội, cảm biến Sensys hoạt động ổn định ngay cả trong những điều kiện khắc nghiệt.
Khả Năng Tương Thích: Dễ dàng tích hợp với các hệ thống hiện có, hỗ trợ nhiều giao thức kết nối và truyền thông
Cấp chính xác: ±0.5%FS(PMSA), ±0.25%FS(PMHA) Ngõ ra: 0~5, 1~5, 0~10VDC, 4~20mA Nguồn cấp: 11- 28VDC
Kiểu nối cáp: Đầu cáp, Đầu củ hành, Đầu nối Din
Nhiệt độ hoạt động: -20~80℃, -30 ~ 100℃ Áp suất đột ngột: 2 lần áp suất định mức Thân vỏ: Thép không gỉ (Inox 630)
Môi chất: nước, dầu, khí
PT100 là thiết bị đo và giám sát nhiệt độ trong buồng hấp tiệt trùng, giúp đảm bảo quá trình tiệt trùng diễn ra ở nhiệt độ chính xác Việc này không chỉ bảo vệ an toàn cho thiết bị mà còn đảm bảo an toàn cho người sử dụng.
PT100 là cảm biến nhiệt độ có độ chính xác cao và ổn định theo thời gian, ít bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường Nó dễ dàng tích hợp với các thiết bị đo lường và điều khiển hiện có trong hệ thống PT100 có khả năng hoạt động trong dải nhiệt độ rộng từ -200°C đến +850°C, với điện trở tại 0°C là một thông số quan trọng.
Dải đo nhiệt độ: - 200°C đến +850°C Vật liệu cảm biến: Platinum (Pt)
Công tắc áp suất được sử dụng để kiểm soát áp suất trong hệ thống Khi áp suất vượt quá hoặc giảm xuống mức cài đặt, công tắc sẽ tự động đóng hoặc mở mạch điện để điều khiển các thiết bị liên quan Điều này giúp đảm bảo hệ thống hoạt động trong dải áp suất đã được thiết lập, đồng thời ngăn ngừa các sự cố do áp suất quá cao hoặc quá thấp.
Bảo vệ hệ thống khỏi áp suất không an toàn với độ chính xác và độ bền cao Sản phẩm hoạt động hiệu quả trong môi trường khắc nghiệt, với dải áp suất hoạt động rộng.
Hiệu chỉnh áp suất cao nhất : 5 ~ 20kg Áp suất chỉnh chênh lệch: 3 ~ 5kg
Kích thước chân ren : ren 11mm (7/16″ lã ống đồng 6mm) Hãng: Liners Control (hàn quốc)
CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM – ĐÁNH GIÁ
Xác định yêu cầu chung trong kỹ thuật cho hệ cơ khí
Kích thước tổng thể của máy: 1270x1050x1670 (Dài x Rộng x Cao) (mm) ± 5% Hình dạng: hình khối chữ nhật, dạng đứng
Khung, vỏ và các chi tiết cơ khí phần lớn chế tạo bằng vật liệu SUS 304
Dung tích buồng hấp: 220 lít, chế tạo bằng vật liệu SUS304, có lớp cách nhiệt
Kớch thước của buồng hấp: ỉ600 x S820 (mm) ± 5%
Yêu cầu lắp đặt cảm biến PT100 để kiểm soát nhiệt độ.
Chi tiết các bộ phận của máy
Trong thiết kế và gia công các chi tiết máy, việc lập kế hoạch và lựa chọn phương pháp gia công là rất quan trọng để đạt được kích thước và biên dạng mong muốn.
Bước đầu tiên trong kế hoạch là thiết kế và gia công phần ruột buồng hấp, một phần quan trọng và tốn nhiều thời gian gia công nhất Phần ruột buồng hấp được chế tạo từ vật liệu thép không gỉ SUS304, sử dụng phương pháp gia công lốc trên máy lốc thủy lực với tấm thép phẳng dày 5mm, sau đó liên kết bằng mối hàn giáp mối.
Cửa buồng hấp là một thành phần thiết yếu trong thiết bị có độ phức tạp cao, đòi hỏi độ chính xác cao trong thiết kế Việc chế tạo cửa này bao gồm nhiều chi tiết khác nhau và sử dụng các phương pháp gia công như phay, tiện, khoan lỗ, mài, và cắt laser để đảm bảo các chi tiết đạt được độ chính xác mong muốn.
Hình 6.2: Các chi tiết của cửa buồng hấp
Bẫy nước được thiết kế và gia công bằng phương pháp tiện, lốc thủ công và chấn Sau khi hoàn thành, các bộ phận của bẫy nước sẽ được liên kết và ghép lại với nhau thông qua các mối hàn.
Đáy buồng hấp được gia công từ tấm thép phẳng dày 5 mm, được vê tròn trên máy vê chỏm cầu để tạo hình dạng như hình 6.4 Sau khi hoàn thiện, bề mặt đáy được xử lý và khoan lỗ theo kích thước thiết kế, sau đó hàn liền với ruột buồng hấp.
Sau khi gia công xong các bộ phận trong thiết bị, bước cuối cùng là lắp đặt ống dẫn và tiến hành chạy thử máy Trong quá trình này, cần kiểm tra và khắc phục các lỗi phát sinh, đồng thời xử lý các vị trí còn hở hoặc rò rỉ nước Cuối cùng, hoàn tất việc chạy thử và hoàn thiện các phần còn lại của máy.
Hình 6.5: Đi đường ống trong máy
Phương pháp kiểm thử sản phẩm sau tiệt trùng
Để đảm bảo thiết bị hấp tiệt trùng loại bỏ hoàn toàn vi khuẩn và vi sinh vật, chúng ta cần sử dụng chỉ thị hóa học để kiểm tra kết quả tiệt trùng.
Chỉ thị hóa học là sản phẩm thiết yếu trong việc kiểm soát nhiễm khuẩn, được sử dụng để kiểm tra hiệu quả của quá trình tiệt trùng và khử khuẩn trên các dụng cụ và đồ dùng.
Để đảm bảo kết quả tiệt trùng chính xác và hiệu quả trong việc tiêu diệt vi khuẩn và vi sinh vật, cần sử dụng chỉ thị hóa học trước khi bắt đầu chu kỳ tiệt trùng Chỉ thị hóa học nên được đặt vào bên trong đồ dùng hoặc dụng cụ cần tiệt trùng, đặc biệt ở những vị trí mà hơi nước khó tiếp cận để đạt được độ tin cậy cao nhất trong kết quả.
Kết quả thử nghiệm, đánh giá hiệu suất và độ tin cậy của thiết bị
Kết quả chế tạo đã đạt được các mục tiêu ban đầu, với thiết bị hoạt động theo chu trình cài đặt sẵn, đảm bảo các thông số và kết quả tiệt trùng đáng tin cậy Thiết bị có khả năng tiêu diệt hiệu quả các loại vi khuẩn và vi sinh vật bám trên bề mặt đồ dùng, dụng cụ tiệt trùng, đáp ứng đúng mong đợi (hình 6.7).
Hình 6.7: Kết quả mẫu thử độ thâm nhập của hơi nước
Thiết kế đã đạt kích thước và chức năng theo yêu cầu của công ty, hoàn thành các mục tiêu ban đầu như mong đợi Hiện tại, máy hoạt động ổn định và trong tương lai, sẽ có những thay đổi và cải tiến sâu hơn về chức năng, mở rộng phạm vi sử dụng thiết bị trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Hình 6.8: Thiết bị sau khi thiết kế hoàn chỉnh
Kết hợp các phương pháp thử nghiệm độ tiệt trùng của thiết bị với các sản phẩm y tế đặc trưng đã cho thấy kết quả đáng tin cậy, khẳng định khả năng tiệt trùng hoàn toàn các vi khuẩn và vi sinh vật từ dụng cụ và đồ dùng.
Trang bị được màn hình hiển thị các thông số nhiệt độ, thời gian, áp suất để người vận hành dễ dàng theo dõi
Hình 6.9: Màn hình hiển thị
Các thiết bị kiểm soát chất lượng và an toàn cho người dùng hoạt động hiệu quả, dễ dàng trong thiết kế và lắp đặt Chúng đáp ứng đầy đủ yêu cầu, mang lại hiệu suất cao và tiết kiệm thời gian, đồng thời giảm thiểu sự phụ thuộc vào hỗ trợ bên ngoài.
Đề xuất cải tiến dựa trên kết quả đánh giá
Trong tương lai, thiết kế và công năng của thiết bị có thể được cải tiến để tạo ra một giao diện bắt mắt, phù hợp với nhiều môi trường hoạt động Đồng thời, việc điều chỉnh công năng và vật liệu sẽ giúp mở rộng phạm vi hoạt động của thiết bị trong các lĩnh vực khác nhau.
Trong thời gian chạy thử nghiệm sắp tới, chúng tôi sẽ giám sát chặt chẽ các linh kiện và thiết bị sử dụng trong sản phẩm để đánh giá sự phù hợp và hiệu quả hoạt động Nếu không đạt yêu cầu, chúng tôi sẽ tiến hành cải tiến hoặc điều chỉnh thiết kế nhằm tối ưu hóa thiết bị, đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động tốt nhất.
Thiết bị hấp tiệt trùng và khử khuẩn đang trở thành một phần quan trọng trong các cơ sở khám, chữa bệnh nhờ vào nhu cầu sử dụng ngày càng cao Thiết bị này không chỉ đáp ứng được các mục tiêu ban đầu mà còn đã thành công trong việc thử nghiệm và vượt qua các bài kiểm tra về độ vô trùng của đồ dùng và dụng cụ được tiệt trùng.
Thiết bị hấp tiệt trùng và khử khuẩn hứa hẹn sẽ trở thành sản phẩm y tế tương lai do người Việt Nam sản xuất Trong thời gian tới, sản phẩm này sẽ được cải tiến và phát triển để trở nên tiện lợi và đáng tin cậy hơn cho người dùng Mục tiêu là đạt tiêu chuẩn quốc tế và được phân phối đến các cơ sở y tế trên toàn thế giới, góp phần lan tỏa thương hiệu Việt.
[2] CDC Infection Control, Hydrogen Peroxide Gas Plasma, link https://www.cdc.gov/infection-control/hcp/disinfection-sterilization/hydrogen-peroxide-gas- plasma-file-name.html , 04/2024
[3] Keiji Kanamitsu, Takayuki Imasaka, Shiho Ishikawa, Hiroyuki Kunishima, Hideo
Harigae, Kumi Ueno, Hiromu Takemura , Yoshihiro Hirayama, Mitsuo Kaku, A Comparative Study of Ethylene Oxide Gas, Hydrogen Peroxide Gas Plasma, and Low-
Temperature Steam Formaldehyde Sterilization, pp 486-489, Volume 26, Issue 5, [Cambridge University Press], 2016.
[4] Khairul Azhar Mohammad, Edi Syams Zainudin, Mohd Sapuan Salit, Nur Ismarubie
Zahara, Aidy Ali, Experimental determination of the fatigue behavior of austenitic 316l stainless steel under fatigue and creep-fatigue tests at high temperature, pp 01-11,
Volume 01, No.1 [Research Gate], 2013 https://www.researchgate.net/publication/284698427_Experimental_determination_of_the_f atigue_behavior_of_austenitic_316L_stainless_steel_under_fatigue_and_creep- fatigue_tests_at_high_temperature
[5] Marcel Dion, Wayne Parker, Steam sterilization principles No.6, Volume 33,
[Pharmaceutical Engineering], 2013 https://www.ispe.gr.jp/ISPE/02_katsudou/pdf/201504_en.pdf
[6] Saeeda Abdullah, Sterilization – An update, Islamabad No.1, pp 377-381, Volume 29,
[Pakistan Oral and Dental Journal], 2009
[7] Steris Instrument Management Services, The History of Sterilization Part 1, link https://www.steris-ims.co.uk/blog/the-history-of-sterilisation/, 04/2024
[8] Steris Instrument Management Services, The History of Sterilization Part 2, link https://www.steris-ims.co.uk/blog/the-history-of-sterilisation-part-2/ , 04/2024
[9] Steris, Ethylene Oxide Processing, link https://www.steris-ast.com/solutions/ethylene- oxide-sterilization/ , 04/2024
[10] Steris University, Understanding Steam Sterilization - Study Guide, link https://university.steris.com/course/view.php?id(0 , 04/2024
, link https://university.steris.com/course/view.php?id(0 , 04/2024
[12] Steris University, What is a Chemical Indicator and temperature are insufficient to monitor steam sterilization processes a case study, pp 250-253, Volume 4, [Zentralsterilisation : Central Service], 2014
[14] Vinny R Sastri, Plastics in Medical Devices William Andrew Applied Science Publishers, Norwich NY, United States, 2022 https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/B9780323851268000084
[15] Rutala W.A., Gergen M., Emily Sickbert – Bennet, David J.W., Comparative Evaluation of the Microbicidal Activity of Low-Temperature Sterilization Technologies to Steam Sterilization, pp 176-177, Volume 41, Issue S1, Global Solutions to Antibiotic
Resistance in Healthcare, [Cambridge University Press], 2022
[16] Bioevopeak, cited [2024/05], available from: https://bioevopeak.com/products/autoclave-class-n-horizontal-type-sth-series/
[17] Bộ Y tế Việt Nam, Qui định về tiêu chuẩn tiệt trùng trong y tế, Hà Nội, Việt Nam,
[18] Vũ Thế Đảng, Nghiên cứu và chế tạo thiết bị khử vi khuẩn sử dụng LED cực tím,
LVTN Thạc sĩ, ĐHSPKT TP.HCM, 2010
Bệnh viện với hệ thống kiểm soát nhiễm khuẩn kém đang gây ra nhiều hậu quả nghiêm trọng cho người bệnh Việc thiếu sót trong quy trình kiểm soát này không chỉ ảnh hưởng đến sức khỏe của bệnh nhân mà còn dẫn đến sự gia tăng nguy cơ lây nhiễm trong môi trường y tế Cần có những biện pháp khắc phục hiệu quả để bảo vệ sức khỏe cộng đồng và nâng cao chất lượng dịch vụ y tế.
Hoàng Minh Nam đã thực hiện nghiên cứu về các đặc tính công nghệ hấp hạt điều bằng hơi bão hòa, cùng với thời gian lưu trữ sau hấp, nhằm nâng cao hiệu quả trong quá trình chế biến hạt điều Nghiên cứu này được trình bày trong luận văn thạc sĩ tại Đại học Bách Khoa TP.HCM năm 2013.
[21] Phạm Minh Tiến, Huỳnh Ngọc Tuyển, Thiết kế và thi công mô hình robot khử khuẩn đa phương án điều khiển, ĐATN, ĐHSPKT TP.HCM, 2022
[22] Tiêu chuẩn quốc gia về nồi hấp Viện Tiêu chuẩn và Chất lượng Việt Nam (STAMEQ), TCVN 7704: Tiêu chuẩn quốc gia về nồi hấp, Hà Nội, Việt Nam, 2007
[23] Viện Tiêu chuẩn và Chất lượng Việt Nam (STAMEQ), TCVN 7303: Yêu cầu về an toàn và tính năng đối với thiết bị y tế, Hà Nội, Việt Nam, 2009
[24] Sổ tay thiết kế Thiết bị hóa chất Chế biến thực phẩm đa dụng
[25] Chương 6: Làm Sạch, Khử Khuẩn Và Tiệt Khuẩn Dụng Cụ, http://choray.vn/quitrinhkiemsoat/Data/chuong6.html, [04/2024]
