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1、#14#微生物学通报2003年30(3)*高压蒸汽灭菌器中温度与压力的关系唐欣昀张明赵海泉周隆义陈晓琳(安徽农业大学生命科学学院合肥230036)摘要:应用Clausius2Clapeyron方程、波义耳定律和道尔顿分压定律,分析高压蒸汽灭菌器中混合气体温度和压力的关系。以文献数据建立了灭菌器中残留不同量空气时的Antoine方程,导出以压力表读数计算温度的方法。对灭菌时排放空气的必要性给予理论解释。关键词:高压蒸汽灭菌器,温度和压力关系,Clausius2Clapeyron方程,Antoine方程中图分
2、类号:Q932334文献标识码:A文章编号:025322654(2003)0320014205THETEMPERATURE2PRESSURERELATIONSHIPOFMIXEDGASESINTHEAUTOCLAVETANGXin2YunZHANGMingZHAOHai2QuanZHOULong2YiCHENXiao2Lin(AnhuiAgriculturalUniversity,CollegeofLifeScience,Hefei230036)Abstract:Thetemperature2pressu
3、rerelationshipofmixedgasesintheautoclavewasanalyzedwithClausius2Clapeyronequation,Boyle.slawandDalton.slawofpartialpressure1AntoineequationsdiscribingtheP2Tre2lationshipinsidetheautoclavewithdifferentresidualairwerebuiltupaccordingtodatapublishedandametho
4、dcalculatingthetemperaturefromvaluesofmanometerwasintroduced1Thenecessitytoeffluxtheairfromtheau2toclavewasexplainedtheoretically1Keywords:Autoclave,Temperature2pressurerelationship,Clausius2Clapeyronequation,Antoineequation高压蒸汽灭菌是常用的重要灭菌法。使用该法进行灭菌时需要排出灭菌
5、器中的冷空气,然后维持一定压力达预定时间,才能保证灭菌成功。对于排放冷空气的必要性,一些文献解释为:如有空气混存,则锅内温度低于同样压力下由纯饱和蒸汽产生的温[1][2,3]度、空气膨胀压大于水蒸汽的膨胀压。另一些文献也给出排出部分空气后灭菌器[2~5]中温度与压力的数据,但没有说明获得这些数据的方法。这些不能从理论上对灭菌时排放冷空气的必要性作出解释,给微生物学实验课程的教学带来一些困难。本文试用物理化学方法分析高压蒸汽灭菌器中混合气体温度和压力的关系,对此给予解释。1理论分析111高压蒸汽灭菌器中水蒸
6、汽温度与压力的关系[6]密封容器中水蒸汽压力Pw和温度T的关系可用Clausius2Clapeyron方程来描述:2dlnPw/dT=$H/RT,(1)式中$H为摩尔焓变。考虑到$H对温度的依赖性:$H=a+bT+cT2,(2)把方程(1)积分,得到:lnPw=A/T+BlnT+CT+D,(3)*安徽省教育厅重点课程建设研究项目(No12001211)收稿日期:2002206219,修回日期:20022092162003年30(3)微生物学通报#15#[6]式中A、B、C皆为常数。因(3)式形式复杂,在较
7、窄温度范围内可用Antoine方程:logPw=2A/(T+C)+B,(4)式中A、B、C为常数。从(4)式可得到:T=2A/(logPw2B)2C1(5)112高压蒸汽灭菌器中空气温度与压力关系[7]灭菌器加热前气相可视为完全由空气组成(20e时水蒸汽压力只有2134kPa)。在本文所考虑的温度、压力范围内可假定空气为理想气体。本文不考虑传热过程,只考虑充分平衡后空气与水蒸汽等温,因而灭菌器内空气温度与压力关系遵从理想气体方[6]程,从而有:P1V1/T1=P2V2/T2(6)式中下标1、2分别表示始、
8、终两状态。则:P2=P1#V1/V2#T2/T1(7)假设从20e开始加热,则P1=101133kPa,T1=293K。假设灭菌器中液体上方空间总体积为V(图1),在这个空间有一个可滑动的活塞;固定活塞,打开活塞上方的阀门排放部分空气(抽真空)V0,令V0=(V2V1);关闭阀门,由于本文不考虑传热过程,在等温条件下使活塞缓慢移动(残留空气V1膨胀)至顶端,使V1=V;显然,V1/V为残留空气分数。在(7)式中,V2为终状态体
