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第6章能量衡算化工过程开发与设计热力学数据及计算6.2无化学反应过程的能量衡算6.3能量衡算的基本概念6.1第6章能量衡算反应过程的能量衡算6.4计算机辅助化工流程中的能量衡算6.56.1能量衡算的基本概念12能量存在的形式普遍化能量平衡方程式34封闭体系的能量衡算稳态下敞开流动体系的能量衡算5能量衡算问题的分类与求解步骤6.1.1能量存在的形式能量守恒定律的一般表达式为

(输入系统的能量)-(输出系统的能量)+(输入的热量)-(系统输出的功)=(系统内能量的积累)(6-1)6.1.1能量存在的形式在能量平衡中,涉及到以下几种能量。(1)动能(EK)(2)势能(EP)(3)内能(U)(4)热(Q)(5)功(W)6.1.2普遍化能量平衡方程式根据热力学第一定律,能量衡算方程式可写为ΔE=(U1+EK1+EP1)-(U2+EK2+EP2)+Q-W(6-2)6.1.3封闭体系的能量衡算封闭体系是指系统与环境之间没有质量交换。在间歇过程中,体系中没有物质流动,因此也没有动能和势能的变化,式(6-2)就可简化为:ΔU=Q-W(6-3)6.1.4稳态下敞开流动体系的能量衡算1.连续稳定流动过程的总能量衡算表6-1体系输入和输出的能量项

目输

入输

出项

目输

入输

出内能U1U2物料量m1=1m2=1动能

传给每千克流体的热量Q位能EP1=gZ1EP2=gZ2泵输出流体的功W(环境向体系作功)流动功P1V1P2V26.1.4稳态下敞开流动体系的能量衡算图6.1物料流动6.1.4稳态下敞开流动体系的能量衡算体系内没有能量和物质的积累,体系在其任一时间间隔内的能量平衡关系应为:输入的总能量=输出的总能量(6-4)

ΔE=E2-E1=△U+△EK+△EP

(6-5)U2+EK2+EP2+P2V2-(Ul+EK1+EP1+P1V1)=Q+W(6-6)

ΔH+ΔEK+ΔEP=Q+W(6-7)6.1.4稳态下敞开流动体系的能量衡算简化为

ΔH=W(6-8)

ΔH=Q(6-9)

ΔH=0(6-10)2.热量衡算

Q=ΔH=H2-H1(6-11)∑Q=∑H2-∑H1(6-12)6.1.4稳态下敞开流动体系的能量衡算3.机械能衡算(6-13)ΔU=Q+F(6-14)

(6-15)

(6-16)6.1.5能量衡算问题的分类与求解步骤1.能量衡算的分类(1)无化学反应的能量衡算(2)有化学反应的能量衡算6.2热力学数据及计算1.利用热容计算ΔU或ΔH(1)恒容过程热Qv或ΔU的计算

(6-17)

(6-18)6.2热力学数据及计算(2)恒压过程热Qp或ΔH的计算

(6-19)

(6-20)

(6-21)6.2热力学数据及计算2.恒压摩尔热容CpCp=a+bT+cT2+dT3(6-22)

Cp=a+bT+cT2(6-23)(6-24)

(6-25)

Cp=Cv+R(6-26)

Cp≈Cv(6-27)6.2热力学数据及计算3.潜热计算Q=nΔHm(6-28)△Hm,2=△Hm,1+△Hm,4-△Hm,3(6-29)△Hm,3=(6-30)△Hm,4=(6-31)(6-32)(6-33)

△Hm,2=△Hm,1(6-34)6.2热力学数据及计算4.化学反应热

Qp=△H(6-35)

QV=△U(6-36)Qp-QV=△H-△U=△nRT(6-37)6.2热力学数据及计算5.基准态的选取(1)选298K为基准温度。(2)选取系统某物流的温度为基准温度,此物流的相态为各组分的基准相态。6.3无化学反应过程的能量衡算1.无相变过程的热量衡算例[6.1]用泵将5℃的水从水池吸上,经换热器预热后打入某容器。已知泵的流量为1000kg/h,加热器的传热速率为11.6kW,管路的散热速率为2.09kW,泵的有效功率为1.2kW。设地面与容器水面的高度不变,求水进入容器时的温度。6.3无化学反应过程的能量衡算解方法一(1)求水的内能增加值/kg=38.4kJ/kg(2)求水温℃图6.2例6.1附图6.3无化学反应过程的能量衡算方法二:(1)求水的吸热速率水的吸热速率:kW(2)求水温℃6.3无化学反应过程的能量衡算例题[6.2]甲醇蒸气离合成设备时的温度为450℃,经废热锅炉冷却。废热锅炉产生0.4MPa饱和蒸汽。已知进水温度20℃,压力0.45MPa。进料水与甲醇的摩尔比为0.2。假设锅炉是绝热操作,求甲醇的出口温度。其中,CH3OH(汽)在450~300℃的热容可按下式计算:Cp=(19.05+9.15×10-2T)(J/(mol·K))6.3无化学反应过程的能量衡算解基准:物料:1molCH3OH,0.2molH2O条件:H2O(液)0℃,CH3OH(汽)450℃ T1=602K=329℃,T2=-1019K图6.3例题6.2的题意图6.3无化学反应过程的能量衡算例6.3在盐酸生产过程中,如果用100℃HCl(g)和25℃H2O(l)生产40℃、25%(质量分数)的HCl水溶液1000kg/h,试计算吸收装置中应加入或移走多少热量。解基准:1000kg/h、25%(质量分数)的HCl水溶液(kmol/h)(kmol/h)6.3无化学反应过程的能量衡算(kJ)图6.4盐酸吸收过程的能量恒算示意图6.4反应过程的能量衡算例[6.4]已知H2O(l)的△rHmӨ(298.15K)=-285.8kJ/mol,25℃、l01.3kPa下水的蒸发焓△vapHm*=44.01kJ/mol,求H2O(g)的△rHmӨ(298.15K)。6.4反应过程的能量衡算解H2(g)+O2(g)→H2O(l),△rHmӨ(298.15K)=-285.8kJ/molH2O(l)→H2O(g),△vapHm*=44.01kJ/molH2(g)+O2(g)→H2O(g)△rHmӨ(H2O,g,298.15K)=△HmӨ(H2O,l,298.15K)+△vapHm*=-285.8+44.04=-241.8kJ/mol6.4反应过程的能量衡算例题[6.5]利用化合物的标准摩尔生成焓△fHmӨ数据,计算下列反应的标准摩尔焓变△rHmӨ。反应式为(1)C6H6(l)+HNO3(l)→C6H5NO2(l)+H2O(l)(2)C6H5NO2(l)+3H2(g)→C6H5NH2(l)+2H2O(l)(3)4C6H5NO2(l)+6Na2S(aq)+7H2O(l)→4C6H5NH2(l)+3Na2S2O3(aq)+6NaOH(aq)6.4反应过程的能量衡算解由化学手册查得下列化合物的标准摩尔生成焓数据(kJ/mol)如下:化合物C6H6(l)C6H5NO2(l)C6H5NH2(l)HNO3(l)H2O(l)Na2SNa2S2O3NaOH△fHmӨ49.0722.1935.34-173.3-286.1-1563.8(s)-439.96(aq)-1092.8(s)-1095.7(aq)-427.03(s)-469.94(aq)6.4反应过程的能量衡算计算标准反应热(1)△rHmӨ=(-286.1+22.19)-(49.07-173.3)=-139.68(kJ/mol-C6H6)(2)△rHmӨ=2×(-286.1)+35.34-(22.19+3×0)=-559.05(kJ/mol-C6H5NO2)(3)△rHmӨ=[4×35.34+3×(-1095.7)+6×(-469.94)]÷4-[4×22.19+6×(-439.96)+7×(-286.1)]÷4(kJ/mol-C6H5NO2)6.4反应过程的能量衡算例[6.8]200℃,101.33kPa下的一氧化碳气体与500℃的空气以1:4.5的比例进行混合燃烧。燃烧生成混合气以1000℃放出。假设一氧化碳燃烧是完全的,计算每1kmol的一氧化碳放热多少?已知:Cp=a+bT+cT2kJ/kmol·K表6-2常数a、b、c的值气

体abcCO26.5877.583×10-3-1.12×10-6O225.61213.260×10-3-4.2079×10-6N227.0355.816×10-3-0.2889×10-6CO226.54142.456×10-3-14.2986×10-66.4反应过程的能量衡算解CO(g)+O2(g)=CO2(g)△rHmӨ=-283191.932kJ△H=171901.472-283191.932-70002.45=-181292.91kJ表6-3反应前后气体组成的变化气

体燃烧前n入燃烧后n出CO1kmol0kmolO24.5×0.21=0.9450.445N24.5×0.79=3.5553.555CO2016.4反应过程的能量衡算例[6.9]在一连续反应器中进行乙醇脱氢反应:C2H5OH(g)→CH3CHO(g)+H2(g)△rHmӨ=68.95kJ/mol原料含乙醇90%(mol)和乙醛10%(mol),进料温度300℃,加入反应器的热量为5300kJ/100mol/h,产物的出口温度为265℃。计算反应器中乙醇的转化率。6.4反应过程的能量衡算已知热容值为:C2H5OH(g):Cp=0.110kJ/(mol·℃);CH3CHO(g):Cp=0.080kJ/(mol·℃);H2:=0.029kJ/(mol·℃),并假定这些热容值为常数。解图6.5乙醇脱氢反应物料流程示意6.4反应过程的能量衡算(1)C元素衡算90×2+10×2=2n1+2n2

整理得n1+n2=100(1)(2)H元素衡算90×6+10×4=6n1+4n2+2n3

即3n1+2n2+n3=290(2)(3)能量衡算

(3)乙醇的转化率6.5计算机辅助化工流程中的能量衡算图6.6流程模拟系统分类图6.5计算机辅助化工流程中的能量衡算图6.7流程模拟系统的结构示意图6.5计算机辅助化工流程中的能量衡算利用通用流程模拟系统软件进行流程模拟,一般分为以下几步。(1)分析模拟问题(2)选择流程模拟系统软件,并准备输入数据(3)绘制模拟流程(4)定义流程涉及组分6.5计算机辅助化工流程中的能量衡算(5)选择热力学性质计算方法(6)输入原始物流及模块参数(7)运行模拟(8)分析模拟结果(9)运行模拟系统的其他功能(10)输出最终结果。6.5计算机辅助化工流程中的能量衡算例6.10对甲醇精馏的三塔流程进行模拟计算,掌握物料衡算与能量衡算的基本方法与步骤。图6.8三塔精馏流程图6.5计算机辅助化工流程中的能量衡算解(1)甲醇三塔精馏流程见图6.8。(2)模拟计算1)基础数据表6-4粗甲醇组成(wt%)组分名称CO2COH2CH4N2(CH3)2OArCH3OHH2O异丁醇组成0.570.050.000.050.010.020.0394.075.180.056.5计算机辅助化工流程中的能量衡算表6-5精馏塔压力(bar(g)塔顶压力塔底压力预精馏塔0.50.8加压塔5.66.0常压塔0.030.086.5计算机辅助化工流程中的能量衡算2)模拟方法计算机模拟是研究化工工艺过程的有效途径,采用化工流程模拟软件PRO/II来模拟甲醇精馏系统。表6-6三塔流程物料衡算结果(wt%)物流名称(物流号)粗甲醇液(11)预精馏后甲醇液(12)加压塔塔底甲醇/水液(13)精甲醇气(14)甲醇精馏污水液(15)精甲醇液(16)设计值

计算值设计值

计算值设计值

计算值设计值

计算值设计值

计算值设计值

计算值CO20.570.570.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00CO0.020.020.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00H20.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00CH40.050.050.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00N20.010.010.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00(CH3)2O0.020.020.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00Ar0.030.030.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00CH3OH94.0794.0794.6794.6990.7090.7799.9099.914.164.7999.9099.93H2O5.185.185.285.269.229.140.100.0995.0094.290.100.07异丁醇0.050.050.050.050.080.0910ppm0.000.840.9210ppm0.00总流量,kg/h134311343113243132407537753715948159397277271250012500温度,℃40.0040.0082.0081.51125.00125.76122.00121.18105.00105.0040.0040.00压力,bar(g)4.004.000.800.806.006.005.605.608.008.000.030.036.5计算机辅助化工流程中的能量衡算表6-7三塔流程热量衡算结果(Gcal/h)塔顶冷凝器塔釜再沸器设计值计算值设计值计算值预精馏塔0.880.881.241.29加压塔3.703.534.204.18常压塔4.113.973.703.53Thankyou谢谢观看/欢迎下载BYFAITHIMEANAVISIONOFGOODONECHERISHESANDTHEENTHUSIASMTHATPUSHESONETOSEEKITSFULFILLMENTREGARDLESSOFOBSTACLES.BYFAITHIBYFAITH安全注射与职业防护PART01一、安全注射二、职业防护主要内容安全注射阻断院感注射传播让注射更安全!《健康报》

别让输液成为一个经济问题有数据显示,是世界最大的“注射大国”。2009年我国平均每人输液8瓶,远远高于国际上人均2.5—3.3瓶的平均水平。我国抗生素人均消费量是全球平均量的10倍。因此我国被称为:

“输液大国、抗生素大国和药品滥用大国”。2016年国家十五部委重拳出击

遏制细菌耐药《阻断院感注射传播,让注射更安全(2016-2018年)》专项工作指导方案量化指标医疗卫生机构安全注射环境、设施条件、器具配置等合格率100%医务人员安全注射培训覆盖率100%规范使用一次性无菌注射器实施注射100%(硬膜外麻醉、腰麻除外)医疗卫生机构对注射后医疗废物正确处理率100%医疗卫生机构内部安全注射质控覆盖率100%医务人员安全注射知识知晓率≧95%医务人员安全注射操作依从性≧90%医务人员注射相关锐器伤发生率较基线下降≧20%相关内容基本概念安全注射现况不安全注射的危害如何实现安全注射意外针刺伤的处理

基本概念

注射

注射是指采用注射器、钢针、留置针、导管等医疗器械将液体或气体注入体内,达到诊断、治疗等目的的过程和方法。包括肌内注射、皮内注射、皮下注射、静脉输液或注射、牙科注射及使用以上医疗器械实施的采血和各类穿刺性操作。

基本概念

符合三个方面的要求:对接受注射者无危害;对实施者无危害;注射后的废弃物不对环境和他人造成危害。不安全注射发生率东欧:15%中东:15%亚州:50%印度:50%中国:50%对我国某地3066个免疫接种点的调查表明:一人一针一管的接种点为33.5%一人一针的接种点为62.1%一人一针也做不到的接种点......

目前情况

不安全注射

没有遵循上述要求的注射常见不安全注射-对接受注射者不必要的注射注射器具重复使用注射器或针头污染或重复使用手卫生欠佳注射药品污染不当的注射技术或注射部位医用纱布或其他物品中潜藏的锐器常见不安全注射-对接受注射者减少不必要的注射是防止注射相关感染的最好方法据调查,从医疗的角度来说,有些国家高达70%的注射不是必须的应优先考虑那些同样能达到有效治疗的其他方法口服纳肛不安全注射-对实施注射者采血技术欠佳双手转移血液不安全的血液运输手卫生欠佳废弃锐器未分类放置不必要的注射双手针头复帽重复使用锐器锐器盒不能伸手可及患者体位不当不安全注射-对他人不必要的注射带来过多医疗废物医疗废物处置不当废弃锐器置于锐器盒外与医用纱布混放放在不安全的处置地点—如走廊中容易拌倒废物处理者未着防护用品(靴子,手套等)重复使用注射器或针头最佳注射操作注射器材和药物注射器材药物注射准备注射管理锐器伤的预防废物管理常规安全操作手卫生手套其他一次性个人防护装备备皮和消毒清理手术器械医疗废物二次分拣2023/7/6Dr.HUBijie662023/7/611/05/0966锐器盒摆放位置不合适,放在地上或治疗车下层头皮针入锐器盒时极易散落在盒外,医废收集人员或护士在整理过程中容易发生损伤不正确使用利器盒绝大部分医务人员对安全注射的概念的理解普遍仅局限于“三查七对”,因此安全注射的依从率也非常低。安全注射现况滥用注射导致感染在口服给药有效的情况下而注射给药临床表现、诊断不支持而使用注射治疗

由于滥用注射,导致感染的发生几率明显增加。安全注射现况注射风险外部输入风险:注射器具、药品、材料等产品质量;非正确使用信息,非正规或正规培训传递错误信息,非合理用药及操作习惯等。内部衍生风险:注射的“过度”与“滥用”、非正确的注射、未达标的消毒灭菌、被相对忽略的职业暴露、不被关注的医疗废物管理。

安全注射现况

当前院感注射途径传播的高风险因素使用同一溶媒注射器的重复使用操作台面杂乱,注射器易污染注射后医疗废物管理欠规范---注射器手工分离与二次分捡

对患者的危害-------传播感染

是传播血源性感染的主要途径之一,也是不安全注射的最主要危害。注射是医院感染传播的主要途径之一!不安全注射的危害导致多种细菌感染,如脓肿、败血症、心内膜炎及破伤风等。败血症破伤风心内膜炎脓肿不安全注射

不安全注射的危害

对医务人员的影响

针刺伤:每年临床约有80.6%-88.9%的医务人员受到不同频率的针刺伤!原因:防护意识薄弱、经验不足、操作不规范、防护知识缺乏。

不安全注射的危害

对社会的危害

拿捡来的注射器当“玩具”

不安全注射的危害

如何实现安全注射三防:人防、技防、器防四减少:减少非必须的注射操作减少非规范的注射操作减少注射操作中的职业暴露减少注射相关医疗废物

如何实现安全注射

重视环境的准备警惕锐器伤正确物品管理严格无菌操作熟悉操作规程执行手卫生安全注射

如何实现安全注射

进行注射操作前半小时应停止清扫地面等工作。避免不必要的人员活动。严禁在非清洁区域进行注射准备等工作。应在指定的不会被血液和体液污染的干净区域里,进行注射准备。当进行注射准备时,必须遵循以下三步骤:1.保持注射准备区整洁、不杂乱,这样可以很容易清洁所有表面2.开始注射前,无论准备区表面是否有血液或体液污染,都应清洁消毒。3.准备好注射所需的所有器材:-无菌一次性使用的针头和注射器-无菌水或特定稀释液等配制药液-酒精棉签或药棉-锐器盒重视环境的准备手卫生之前先做脑卫生!观念的改变非常重要!安全注射,“手”当其冲!认真执行手卫生工作人员注射前必须洗手、戴口罩,保持衣帽整洁;注射后应洗手。操作前的准备注射前需确保注射器和药物处于有效期内且外包装完整。操作前的准备给药操作指导单剂量药瓶——只要有可能,对每位患者都使用单剂量药瓶,以减少患者间的交叉污染多剂量小瓶——如果别无选择,才使用多剂量药瓶-在对每个患者护理时,每次只打开一个药瓶-如果可能,一个患者一个多剂量药瓶,并在药瓶上写上患者姓名,分开存储在治疗室或药房中-不要将多剂量药瓶放在开放病房中,在那里药品可能被不经意的喷雾或飞溅物污染药物准备给药操作指导丢弃多剂量药瓶:-如果已失去无菌状态-如果已超过有效日期或时间(即使药瓶含有抗菌防腐剂)-如果打开后没有适当保存-如果不含防腐剂,打开超过24小时,或制造商建议的使用时间后-如果发现未注明有效日期、储存不当,或药品在不经意间被污染或已知道被污染(无论是否过期)药物准备给药操作指导具有跳起打开装置的安瓿瓶——只要有可能,就使用具有跳起打开装置的安瓿瓶,而不是需要金属锉刀才能打开的安瓿瓶如果是需要金属锉刀才能打开的安瓿瓶,在打开安瓿瓶时,需使用干净的保护垫(如一个小纱布垫)保护手指药物准备准备好注射所需的所有器材:-无菌一次性使用的针头和注射器-无菌水或特定稀释液等配制药液-酒精棉签或药棉-锐器盒注射准备对药瓶隔膜的操作步骤在刺入药瓶前用蘸有70%乙醇棉签或棉球擦拭药瓶隔膜(隔层),并在插入器材前使其晾干每次插入多剂量药瓶都要使用一个无菌注射器和针头不要把针头留在多剂量药瓶上注射器和针头一旦从多剂量药瓶中吸出药品并拔出,应尽快进行注射注射准备贴标签多剂量药瓶配制后,应在药瓶上贴上标签:-配制日期和时间药物的种类和剂量-配制浓度-失效日期和时间-配制者签名对于不需要配制的多剂量药品,贴上标签:-开启日期和时间-开启者名字和签名注射准备皮肤消毒剂在有效期内使用。严格落实皮肤消毒的操作流程(以注射点作为中心,自内向外,直径5cm以上)。一人一针一管一用,禁止重复使用。熟悉操作规程,严格无菌操作使用同一溶媒配置不同药液时,必须每次更换使用未启封的一次性使用无菌注射器和针头抽取溶媒。必须多剂量用药时,必须做到一人一针一次使用。熟悉操作规程,严格无菌操作熟悉操作规程,严格无菌操作红圈标注地方绝对不能碰触!××熟悉操作规程,严格无菌操作皮肤消毒后不应再用未消毒的手指触摸穿刺点!皮肤消毒后应完全待干后再进行注射!熟悉操作规程,严格无菌操作现配现用药液抽出的药液、开启的静脉输入用无菌液体须注明开启日期和时间,放置时间超过2小时后不得使用;启封抽吸的各种溶媒超过24小时不得使用。药品保存应遵循厂家的建议,不得保存在与患者密切接触的区域,疑有污染或保存不当时应立即停止使用,并进行妥善处置。

熟悉操作规程,严格无菌操作

2小时内:——输注类药品;

24小时内:

——溶媒启封抽吸后;

——灭菌物品启封后(棉球、纱布等)提倡使用小包装。每周更换2次:

——非一次性使用的碘酒、酒精等,容器应灭菌。

7天内:——启封后一次性小包装的瓶装碘酒、酒精.药品保存:——应遵循厂家的建议(温度、避光)——不得保存在与患者密切接触的区域。——疑有污染禁用。应注明开启时间物品管理

禁止双手回套针帽禁止用手传递利器禁止用手分离注射器针头禁止手持锐器随意走动禁止随意丢弃锐器,随时入锐器盒禁止用手直接抓取医疗废物

操作时保证充足光线、空间宽敞

操作时从容不迫

操作时尽可能采用有安全保护装置的锐器六禁止三操作警惕锐器伤耐用,防穿透,防渗漏。大小合适,锐器可以完整放入。可能产生锐器的地方均配,不需二次分捡。放置的位置醒目且方便使用,治疗车要放在上层的侧面。一次性使用、禁止徒手打开、清空或清洗重复使用。禁止放入其他杂物。到达3/4时及时封闭。在转运过程中确保密闭,避免内容物外漏。

规范使用锐器盒

二、医务人员职业暴露体液血液分泌物排泄物其他04年7月23日,广州某医院在一次急诊抢救意外伤中,9名医务人员均直接接触了出血较多的重伤员。当时病人血肉模糊,鲜血喷到了当班急诊医生的身上、脸上和眼睛里,另一名医生在为病人清创缝合时被扎破手指,麻醉科医生带着受伤的手指为病人进行麻醉。当时参与抢救的多数医务人员的白大衣、口罩都被病人的鲜血染湿了。3天后这位病人被检测出是艾滋病人,HIV抗体反应强阳性。半年后有2名医务人员血液检出艾滋病毒抗体阳性,造成一起艾滋病职业暴露的悲剧。“艾滋惊魂”事件

锐器伤案例山东某院妇产科主任因全身发黄、乏力等去查体,结果是大三阳且转氨酶高达1300多,诊断暴发性肝炎。事后回忆,发病前曾为一大三阳病人手术时,被针刺伤过,当时未在意,没做任何处理!某院一检验科医生给一丙肝患者进行血气分析,不慎被沾有病人血液的针头刺伤,第三个月出现肝炎症状,感染丙肝病毒。

医务人员职业暴露分类①感染性职业暴露(主要指血源性病原体引起的暴露)②放射性职业暴露③化学性(如消毒剂、某些化学药品)职业暴露④其他职业暴露

中国医务人员特别需要防范的一大类感染性疾病

——血源性感染!医务人员的职业风险感染HIV:全球每年至少

1000名医务人员感染HCV、HBV等:触目惊心血源性传播病原体种类:细菌、病毒、真菌等30多种血源传播最多:HIV、HBV、HCV比人们通常想象的要多的多。医务人员面临传播危险最大的血源性传播疾病1、

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