Способ непрерывной стерилизации жидкости и устройство для его осуществления



Способ непрерывной стерилизации жидкости и устройство для его осуществления
Способ непрерывной стерилизации жидкости и устройство для его осуществления
Способ непрерывной стерилизации жидкости и устройство для его осуществления

 


Владельцы патента RU 2519841:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова" (МГУ) (RU)

Заявляемая группа изобретений относится к области стерилизации жидких пищевых продуктов и может быть использована в пищевой, медицинской и микробиологической отраслях промышленности, а также в сфере обслуживания. Задача и технический результат заключаются в повышении надежности стерилизации за счет уничтожения спорообразующих форм микроорганизмов при температуре ниже 100°С и нормальном давлении (атмосферном). Способ стерилизации жидких сред включает подачу среды через входную линию с последующим нагревом среды путем СВЧ-воздействия в СВЧ-нагревателе, затем охлаждение среды на участке выходной линии с последующей подачей среды из выходной линии во входную, образуя тем самым замкнутый контур, при этом отбор среды из выходной линии осуществляют до и/или после охлаждения, в процессе СВЧ-воздействия осуществляют электролиз среды. Охлаждение среды осуществляют с использованием процесса рекуперации тепла, обеспечивающего нагрев жидкости, подаваемой на вход в СВЧ-нагреватель за счет контакта с жидкостью, выходящей из СВЧ-нагревателя. Стерилизатор включает СВЧ-нагреватель, соединенный со стороны входа с насосом, контур рецикла, состоящий из входной и выходной линий и снабженный запорной арматурой, рекуператор и электролизер. СВЧ-нагреватель выполнен в виде волновода, подключенного к СВЧ-генератору с размещенной в волноводе камерой стерилизации. Рекуператор образован частью входной линии, распложенной между насосом и СВЧ-нагревателем, совмещенной с частью выходной линии, а электролизер расположен со стороны входа в камеру стерилизации, при этом один из электродов расположен с внешней стороны от волновода, а второй образован частью поверхности волновода, выполненной с отверстиями для прохода стерилизуемой среды и ограниченной со стороны внутренней поверхности волновода стенками камеры стерилизации. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил., 6 табл.

 

Заявляемая группа изобретений относится к области стерилизации жидких пищевых продуктов и может быть использована в пищевой, медицинской и микробиологической промышленности, а также в сфере обслуживания преимущественно для стерилизации небольших объемов различных жидкостей (в небольших кафе, магазинах, аптеках, кабинетах врачей и т.п.).

Известно устройство для стерилизации жидкостей (АС СССР №996334), содержащее генератор СВЧ электромагнитной энергии, волновод, размещенную в нем камеру стерилизации, соединенную с электролизером. Камера стерилизации состоит из переходной и цилиндрической частей. Часть поверхности волновода, ограниченная переходной частью камеры стерилизации, является электродом электролизера и снабжена отверстиями для прохождения жидкости.

Однако в данном устройстве СВЧ-энергия может неполностью поглощаться газожидкостной смесью в цилиндрической части камеры стерилизации, что отрицательно сказывается на КПД процесса и производительности устройства.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является способ и устройство для обеззараживания и нагрева водных сред (АС СССР №1139439), содержащее СВЧ-генератор, прямоугольный волновод с фланцами, трубку из радиопрозрачного материала, расположенную под углом 30-45° к широкой стенке волновода, концевую согласованную поглощающую нагрузку квазирезонаторного типа. Трубка в сечении имеет плоскую форму и установлена широкой стороной к направлению распространения электромагнитной волны, имеет высоту, равную 0,12-0,14 длины волны, а ширину, равную 0,26-0,45 размера широкой стенки волновода.

Основным недостатком этого устройства является отсутствие электролизера, что снижает эффективность обработки жидкости.

Задача и технический результат заключаются в повышении надежности стерилизации за счет уничтожения спорообразующих форм микроорганизмов при температуре ниже 100°C и нормальном давлении (атмосферном) с обеспечением процесса предотвращения вторичного заражения жидкостей при снижении энергозатрат и сохранении питательной ценности жидкостей.

Поставленная задача решается тем, что в способе стерилизации жидких сред, включающем подачу среды через входную линию в СВЧ-нагреватель, обеспечивающем нагрев среды путем СВЧ-воздействия, затем охлаждение среды на участке выходной линии с последующей подачей среды из выходной линии во входную, образуя тем самым замкнутый контур, при этом отбор среды из выходной линии осуществляют до и/или после охлаждения. В процессе СВЧ-воздействия осуществляют электролиз среды, а также рекуперацию тепла посредством предварительного нагрева жидкости за счет контакта с жидкостью, выходящей из СВЧ-нагревателя. В процессе СВЧ-воздействия синхронизируют питание СВЧ-генератора и электролизера. Нагреваемую среду пропускают через максимум электрической составляющей электромагнитного поля, формируемого в СВЧ-нагревателе. Наилучший результат для гибели спорообразующих форм микроорганизмов достигается при температуре 90°C, для вегетативных форм микроорганизмов - при температуре 55°C. При стерилизации гидромагистрали после смены жидкости наилучший результат достигается после трехкратного пропускания среды через замкнутый контур при температуре 55-90°C.

Поставленная задача решается также тем, что устройство для стерилизации жидких сред (стерилизатор) включает СВЧ-нагреватель, соединенный со стороны входа с насосом, контур рецикла, состоящий из входной и выходной линий и снабженный запорной арматурой (например, одноходовыми и трехходовыми клапанами), при этом СВЧ-нагреватель выполнен в виде волновода, подключенного к СВЧ-генератору, с размещенной в волноводе камерой стерилизации. Устройство содержит также рекуператор и электролизер, при этом рекуператор образован частью входной линии, распложенной между насосом и СВЧ-нагревателем, совмещенной с частью выходной линии, а электролизер расположен со стороны входа в камеру стерилизации, при этом один из электродов расположен с внешней стороны от волновода, а второй образован частью поверхности волновода, выполненной с отверстиями для прохода стерилизуемой среды и ограниченной со стороны внутренней поверхности волновода стенками камеры стерилизации.

Камера стерилизации выполнена в виде объемной детали, внутренняя полость которой сформирована из продольного канала, переходящего в поперечный канал по отношению к направлению электромагнитного излучения волновода, при этом продольный канал расположен со стороны входа среды в волновод в месте расположения электрода с отверстиями, поперечный канал расположен под углом 30-45° к стенке волновода с электродом, а камера стерилизации выполнена из радиопрозрачного материала. Поперечный канал выполнен в трубке, при этом трубка имеет плоскую форму (имеющую в поперечном сечении прямоугольник с закругленными углами и с обеспечением параллельного расположения широких стенок), установлена широкой стороной к направлению распространения электромагнитной волны и имеет в поперечном сечении высоту S, равную 0,12-0,14 длины волны, и ширину L, равную 0,26-0,45 размера широкой стенки волновода. Плоская трубка расположена в области максимума электрической составляющей электромагнитного поля.

Соотношение площади электрода, являющейся частью поверхности волновода, расположенного в продольном канале камеры стерилизации, к площади поперечного сечения канала может составлять 20-100, а соотношение высоты продольного канала h к высоте волновода b - 0,10-0,30. Один или оба электрода электролизера могут быть выполнены из серебра или с покрытием из серебра.

Отверстия в стенке волновода для прохода стерилизуемой среды выполнены в виде щелей, имеющих ширину w и длину l, расположенных последовательно одна за другой между узкими стенками волновода с образованием цепочки. При этом цепочки расположены в несколько рядов на электроде, являющемся стенкой волновода, а щели выполнены с увеличением их длины от центральной части электрода к его периферии. Отношение ширины щели w к ее длине l в центральной части электрода составляет 1/2, а ближе к периферии - 1/3.

В заявляемых способе и устройстве обработку жидкостей, зараженных спорообразующими формами микроорганизмов, осуществляют без повышения давления и при температуре ниже 100°C в СВЧ-нагревателе, совмещенном с электролизером, синхронизируя питание СВЧ-генератора и электролизера. Воздействие СВЧ-энергии на обрабатываемую жидкость и электролиз осуществляют с предварительной рекуперацией тепла без использования дополнительного источника нагрева и охлаждения, что увеличивает производительность устройства и снижает энергозатраты. При этом стерилизатор имеет клапаны для отбора как нагретой, так и охлажденной жидкости и контур рецикла, не включающий резервуар с исходной жидкостью. Наличие клапанов улучшает условия эксплуатации стерилизатора, а контур рецикла (без резервуара с исходной жидкостью) имеет малый объем, что обеспечивает быстрый нагрев жидкости при стерилизации гидромагистралей, что в свою очередь снижает время этой операции и выход на заданный температурный режим. При замене жидкостей проводят стерилизацию гидромагистралей контура, осуществляя рецикл при температуре 55-90°C (предпочтительно 87-90°C), используют рекуперацию.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено заявляемое устройство, на фиг.2 - продольный разрез СВЧ-нагревателя, совмещенного с электролизером, на фиг.3 - разрез A-A фиг.2.

Позициями на чертежах обозначены: 1 - резервуар с исходной жидкостью; 2, 6 - трехходовой клапан; 3 - СВЧ-нагреватель; 4 - электролизер, совмещенный с СВЧ-нагревателем; 5 - рекуператор; 7 - гидромагистраль; 8 - насос; 9 - одноходовой клапан, 10 - волновод, 11 - отверстия в стенке волновода, выполняющего функцию электролизера, 12 - электрод электролизера, 13 - токопровод, 14 - корпус, 15 - входной штуцер, 16 - фторопластовые винты, 17 - резиновые прокладки, 18 - камера стерилизации, 19 - выходной штуцер, 20 - запредельное устройство, 21 - фланцы.

Заявляемое устройство (стерилизатор) включает подключенную к емкости 1 с исходной жидкостью гидромагистраль, к которой через одноходовый клапан 9 подключен по ходу движения среды насос 8, СВЧ-нагреватель 3, совмещенный с электролизером 4. К гидромагистрали также подключен рекуператор 5. Гидромагистраль 7 по отношению к СВЧ-нагревателю 3 разделена на входную и выходную линии (входная линия расположена перед входом в СВЧ-нагреватель, выходная - после), при этом рекуператор 5 образован совмещением частей входной и выходной линий. В гидромагистраль со стороны выходной линии встроены два трехходовых клапана 2 и 6, один из которых расположен перед рекуператором 5, а второй после него и которые предназначены для слива горячей и охлажденной жидких сред соответственно. При этом выходная линия подключена к входной (ко входу насоса 8) с образованием замкнутого контура (контура рецикла).

СВЧ-нагреватель 3 состоит из волновода 10, подключенного к генератору СВЧ электромагнитной энергии (на чертеже не показан), размещенной в волноводе 10 камеры стерилизации 18, в которой расположен электролизер 4. Камера стерилизации 18 выполнена в виде объемной детали из материала, проницаемого для СВЧ электромагнитного излучения, и состоит из переходной и выводящей частей, выходного штуцера 19, запредельного устройства 20. Переходная часть включает продольный канал, переходящий в поперечный канал, расположенный в выводящей части. При этом электролизер расположен в переходной части с образованием продольного канала. Один из электродов электролизера представляет собой часть поверхности волновода 10, ограниченной со стороны его внутренней поверхности стенкой переходной части камеры стерилизации 18, и снабжен отверстиями 11 для прохождения жидкости. Второй электрод 12, снабженный токоподводом 13, расположен за пределами волновода 10 и закреплен в корпусе 14, выполненном из диэлектрического материала. Корпус 14 и переходная часть камеры стерилизации 18 прикреплены к стенке волновода посредством фторопластовых винтов 16 и резиновых прокладок 17 для герметизации элементов устройства. Корпус 14 соединен со штуцером 15 для подачи обрабатываемой жидкости в СВЧ-нагреватель. Соотношение площадей электрода, являющегося частью стенки волновода, и выводящей части камеры стерилизации составляет 20-100 при отношении высоты переходной части h к высоте волновода b 0,10-0,30. Выводящая часть камеры стерилизации выполнена в виде трубки плоской формы, установленной широкой стороной к направлению распространения электромагнитной волны, имеет высоту S, равную 0,12-0,14 длины волны, а ширину L, равную 0,26-0,45 размера широкой стенки волновода.

Отверстия 11 в стенке волновода для прохода стерилизуемой среды выполнены в виде щелей, геометрия и расположение которых представлены выше. Экспериментальным путем было показано, что отношение ширины щели w к ее длине l в центральной части электрода составляет 1/2, а ближе к периферии - 1/3.

Стерилизация и нагрев жидкостей осуществляется следующим образом. Жидкость из резервуара 1 через клапан 9 всасывается насосом 8 и через рекуператор 5 подается в СВЧ-нагреватель 3, совмещенный с электролизером 4. Стерилизуемая вода через штуцер 15 подается в пространство, образованное электродом 12 и нижней плоскостью волновода 10. В результате электролиза мелкодиспергированные кислород и водород равномерно распределяются в воде, которая через отверстия 11 поступает в камеру стерилизации 18, где подвергается воздействию СВЧ электромагнитного излучения. При этом наряду с тепловым эффектом стерилизующее влияние оказывает мелкодиспергированный кислород, который под действием СВЧ-поля переходит в синглетное состояние. Имеет место и кавитационное воздействие, возникающее за счет растворенных в воде газов. Утечка СВЧ-энергии из волновода предотвращается запредельным устройством 20. После нагрева жидкость отбирается через трехходовой клапан 2 в горячем виде, например, для приготовления чая, кофе или в охлажденном виде после рекуператора 5 через трехходовой клапан 6. При стерилизации гидромагистралей жидкость насосом 8 заполняет гидромагистраль, закрывается клапан 9 и жидкость циркулирует по замкнутому контуру рецикла, нагреваясь в СВЧ-нагревателе 3 с электролизером 4. Температура жидкости контролируется термометром; после обработки гидромагистрали жидкость сливается через клапан 2 или 6.

В результате уменьшения лимитирующего влияния стадии электролиза на процесс в целом удается повысить производительность предлагаемого устройства в 2-3 раза при адекватной степени стерилизации.

Примеры осуществления изобретения, подтверждающие достижение заявленного результата. В качестве основного технологического инструмента использовался СВЧ-генератор мощностью 1000 Вт, работающий на частоте 2450±50 МГц. Волноводный тракт имеет сечение 45×90 мм или 34×72 мм.

Пример 1

Предварительно дехлорированная водопроводная вода заражалась спорообразующей формой микроорганизмов Bac. Thuringiensis в концентрации 1200 КОЕ/мл и подвергалась комбинированному воздействию СВЧ-энергии и электролиза при токе 0,75 A. Технологические параметры этого процесса представлены в таблице 1. Фиксирование параметров и отбор проб на биоконтроль осуществлялись при дискретных значениях температуры от 90 до 40°C.

Таблица 1
Технологические параметры процесса комбинированной обработки воды, зараженной Bac. Thuringiensis СВЧ-энергией и электролизером при токе 0,75 A
t воды нач., °C t воды кон., °C Q воды, мл/мин P СВЧ погл., Вт I эл-ра, A U эл-ра, B КВСН C ост., КОЕ/мл
20,0 90 170 794 0,75 10,0 2,6 0
20,0 87 175 805 0,75 10,0 2,6 0
20,0 85 185 815 0,75 10,0 2,5 60
20,0 80 205 830 0,75 10,0 2,4 600
20,0 70 255 864 0,75 10,0 2,1 1000
20,0 60 325 890 0,75 10,5 2,0 1200
20,0 50 475 935 0,75 11,0 1,7 1200
20,0 40 650 937 0,75 11,0 1,6 1200

В Таблице использованы следующие условные обозначения:

tводы нач. - начальная температура воды, °C;

tводы кон. - конечная температура воды, °C;

Qводы - расход воды, мл/мин;

PСВЧ погл. - поглощенная водой СВЧ-мощность, Вт;

Ррек - поглощенная водой мощность в рекуператоре, Вт;

Iэл-ра - ток электролизера, A;

Uэл-ра - напряжение электролизера, B;

КСВН - коэффициент стоячей волны напряжения;

Сост. - концентрация микроорганизмов после СВЧ-обработки, КОЕ/мл.;

КОЕ - колониеобразующая единица;

tводы рек. - температура воды после рекуператора, °C.

Из табличных данных видно, что стерилизующий эффект комбинированного воздействия СВЧ-энергии и электролиза при токе 0,75 A на Вас. Thuringiensis проявляется при температуре 87°C. Исходя из вышеизложенного верхний температурный режим стерилизации воды принимается в пределах 87-90°C.

Пример 2

В этом же температурном интервале (87-90°C) в сочетании с электролизом обрабатывалась питательная среда, содержащая аминокислоты. Результаты анализов сведены в таблицу 2.

Таблица 2
Содержание аминокислот (в мг/л) в образцах питательной среды, обработанной СВЧ-энергией и электролизом при токе 0,75 A
Аминоксилота Номер пробы
1 контр 2 3 4 5
Изолейцин 0,30 - 0,31 0,33 0,31
Лейцин 0,29 - 0,31 0,28 0,33
Валин 0,22 0,24 0,21 0,22 0,23
Метионин 0,15 0,20 0,12 0,11 0,12
Тирозин 0,22 - 0,19 0,22 0,22
Фенилаланин 0,22 - 0,17 0,18 0,21
Цистин 0,21 0,20 0,16 0,14 0,15
Лизин 0,37 0,24 0,30 0,37 0,30
Гистидин 0,26 - 0,21 0,19 0,22

Исследование содержания свободных аминокислот в образцах осуществляли с использованием метода ионообменной хроматографии на автоматическом анализаторе Ликвимат Ш.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что в исследуемых образцах питательной среды концентрации свободных аминокислот практически не изменяются, что подтверждает сохранность питательных свойств жидкости после комбинированной обработки.

Питание магнетрона (СВЧ-генератора) по анодной цепи осуществляется от источника постоянного (по схеме удвоения) напряжения. Анодное напряжение формируется однополупериодным выпрямлением переменного напряжения частотой от 50 Гц и выше и феррорезонансной стабилизацией (см., например, принципиальную электрическую схему бытовой микроволновой печи «Электроника»).

Источник питания электролизера также выполнен с однополупериодным выпрямлением переменного напряжения частотой 50 Гц и выше, что позволяет синхронизировать полуволны (импульсы) анодного напряжения и тока СВЧ-генератора и полуволны (импульсы) напряжения и тока электролизера.

Синхронизация работы двух источников питания позволяет одновременно воздействовать на микроорганизмы, находящиеся в жидкости.

Пример 3

Предварительно дехлорированная водопроводная вода заражалась синегнойной палочкой (Pseudomonus aeruginosa, штамм №1) в концентрации 106 КОЕ/мл. Мощность СВЧ-генератора 700 Вт, частота 2450±50 МГц.

После этого вода подвергалась воздействию СВЧ-энергией в интервале температур 65-55°C. Температура воды снижалась через 1,0°C, при этом отбирались пробы на биоконтроль и регистрировались технологические параметры процесса нагрева. Результаты экспериментов представлены в таблице 3.

Таблица 3
Первичное воздействие СВЧ-энергии на Pseudomonus aeruginosa, внесенную в воду
t воды нач., °C t воды кон., °C Q воды, мл/мин P СВЧ погл., Вт С ост., КОЕ/мл
26,2 65 220 596 0
26,4 64 225 590 0
26,5 63 230 586 0
26,6 62 240 593 0
26,6 61 250 600 0
26,6 60 255 594 0
26,6 59 260 588 40
26,6 58 275 602 80
26,6 57 285 605 1,2.102
26,6 56 290 595 1,4.103
26,6 55 300 600 2,0.103

Из таблицы следует, что гибель синегнойной палочки осуществляется при температуре 60°C.

Пример 4

Жизнеспособные микроорганизмы после первичного воздействия СВЧ-энергии при температуре 55°C выращивались и вносились в предварительно дехлорированную водопроводную воду в концентрации 106 КОЕ/мл.

После этого микроорганизмы подвергались вторичному воздействию СВЧ-энергии при тех же условиях, что и в предыдущем опыте. Результаты приведены в таблице 4.

Таблица 4
Вторичное воздействие СВЧ-энергии на Pseudomonus aeruginosa, внесенную в воду
t воды нач., °C t воды кон., °C Q воды, мл/мин P СВЧ погл., Вт C ост., КОЕ/мл
21,7 65 215 649 0
22,1 64 217 634 0
22,1 63 220 628 0
22,2 62 223 620 0
22,2 61 225 610 0
22,2 60 230 607 0
22,3 59 240 615 0
22,3 58 245 610 0
22,3 57 255 617 30
22,3 56 265 623 2,1.102
22„3 55 280 639 4,0.102

Из таблицы 4 следует, что температура стерилизации снизилась с 60°C (см. табл.3) до 58°C.

Пример 5

Оставшиеся жизнеспособные микроорганизмы при температуре 55°C после вторичного воздействия выращивались вновь и вносились в предварительно дехлорированную водопроводную воду в концентрации 106 КОЕ/мл и подвергались воздействию СВЧ-энергии в третий раз. Результаты опытов отображены в таблице 5.

Таблица 5
Третичное воздействие СВЧ-энергии на Pseudomonus aeruginosa, внесенную в воду
t воды нач., °C t воды кон., °C Q воды, мл/мин P СВЧ погл., Вт C ост., КОЕ/мл
22,0 65 215 645 0
22,0 64 220 644 0
22,1 63 225 642 0
22,2 62 230 638 0
22,2 61 235 636 0
22,3 60 240 631 0
22,4 59 245 626 0
22,4 58 250 621 0
22,5 57 260 616 0
22,5 56 270 631 0
22,6 55 280 635 2

После третьего воздействия две жизнеспособные клетки, оставшиеся при температуре 55°C, были высеяны, но не размножились и погибли.

Таким образом, после 3-х кратной обработки питьевой воды при температуре 55°C, зараженной Pseudomonus aeruginosa, происходит гибель популяции микроорганизмов.

Следует особо подчеркнуть, что у оставшихся в живых клеток не отмечается повышения устойчивости к последующему воздействию СВЧ-энергии по сравнению, например, с традиционным тепловым нагревом.

Таким образом, из примеров 1,3-5 определился диапазон температур стерилизации воды и гидромагистралей 55-90°C. Нижний предел температуры соответствует гибели вегетативных форм микроорганизмов после трехкратной циркуляции воды.

Верхний предел температуры соответствует гибели спорообразующих форм микроорганизмов при комбинации СВЧ-энергии и электролиза за один проход воды по гидромагистрали.

Пример 6

С целью увеличения производительности обработки жидкости и снижения энергозатрат используют рекуперацию тепла.

Технологические параметры процесса СВЧ-нагрева воды с рекуперацией представлены в таблице 6. Мощность СВЧ-генератора 1000 Вт, частота 2450±50 МГц.

Таблица 6
Процесс СВЧ-нагрева воды с рекуперацией тепла
t воды нач., °C t воды рек., °C t воды кон., °C Q воды, мл/мин P рек., Вт P СВЧ погл., Вт КСВН
20,0 44 90 225 380 730 3,2
20,0 38 80 270 330 790 2,7
20,0 33 70 320 310 825 2,5
20,0 29 60 400 260 860 2,2
20,0 26 50 530 220 900 1,9
20,0 23,6 40 790 200 950 1,8

В режиме рекуперации тепла производительность процесса нагрева увеличивается в 1,22-1,32 раза.

Кроме этого, в стерилизаторе осуществляется отбор горячей воды (например, для приготовления чая, кофе и т.п.) сразу после СВЧ-нагревателя и охлажденной воды после рекуператора.

Дополнительно в стерилизаторе с целью сокращения объема воды и времени обработки в режиме циркуляции контур рецикла не включает резервуар с исходной жидкостью.

В СВЧ-нагревателе один или оба электрода электролизера выполнены с покрытием из серебра с целью обеспечения одновременного воздействия на микроорганизмы СВЧ-энергии, электролиза и серебра в ионной форме, образующего под действием тока. Кроме этого, наличие в жидкостях серебра способствует их длительному хранению после обработки.

Таким образом, использование данного способа стерилизации и стерилизатора благодаря совокупности действия как минимум 5-ти факторов (СВЧ-энергии, электролиза, синхронизации питания, рекуперации и серебра) позволяет:

- уничтожить спорообразующие формы микроорганизмов при температуре 87-90°C и без повышения давления;

- предотвратить вторичное заражение жидкостей при их смене;

- увеличить производительность стерилизации и нагрева на 22-32%;

- сохранить питательную ценность жидкостей;

- снизить энергозатраты.

1. Способ стерилизации жидких сред, включающий подачу среды через входную линию в СВЧ-нагреватель, в котором осуществляют нагрев среды путем СВЧ-воздействия и электролиз среды в процессе СВЧ-воздействия, после чего на участке выходной линии среду охлаждают с последующей подачей среды из выходной линии во входную, образуя тем самым замкнутый контур, при этом дополнительно осуществляют рекуперацию тепла посредством предварительного нагрева жидкости за счет контакта с жидкостью, выходящей из СВЧ-нагревателя, а отбор среды из выходной линии осуществляют до и/или после охлаждения.

2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что синхронизируют питание СВЧ-генератора и электролизера

3. Способ по п.1, характеризующийся тем, что нагреваемую среду пропускают через максимум электрической составляющей электромагнитного поля, формируемого в СВЧ-нагревателе.

4. Способ по п.1, характеризующийся тем, что отбор среды осуществляют при температуре 55-90°C.

5. Стерилизатор, включающий СВЧ-нагреватель, соединенный со стороны входа с насосом, рекуператор, электролизер и контур рецикла, состоящий из входной и выходной линий и снабженный запорной арматурой, при этом СВЧ-нагреватель выполнен в виде волновода, подключенного к СВЧ-генератору, с размещенной в волноводе камерой стерилизации, рекуператор образован частью входной линии, распложенной между насосом и СВЧ-нагревателем, совмещенной с частью выходной линии, а электролизер расположен со стороны входа в камеру стерилизации, при этом один из электродов расположен с внешней стороны от волновода, а второй образован частью поверхности волновода, выполненной с отверстиями для прохода стерилизуемой среды и ограниченной со стороны внутренней поверхности волновода стенками камеры стерилизации.

6. Стерилизатор по п.5, характеризующийся тем, что камера стерилизации выполнена в виде объемной детали, внутренняя полость которой сформирована из продольного канала, переходящего в поперечный канал по отношению к направлению электромагнитного излучения, при этом продольный канал расположен со стороны входа среды в месте расположения электрода с отверстиями, поперечный канал расположен под углом 30-45° к стенке волновода с электродом, а камера стерилизации выполнена из радиопрозрачного материала.

7. Стерилизатор по п.6, характеризующийся тем, что поперечный канал выполнен в трубке, при этом трубка имеет плоскую форму, установлена широкой стороной к направлению распространения электромагнитной волны и имеет высоту S, равную 0,12-0,14 длины волны, и ширину L, равную 0,26-0,45 размера широкой стенки волновода.

8. Стерилизатор по п.7, характеризующийся тем, что трубка расположена в области максимума электрической составляющей электромагнитного поля.

9. Стерилизатор по п.5, характеризующийся тем, что соотношение площади электрода, являющейся частью поверхности волновода, расположенного в продольном канале камеры стерилизации, к площади поперечного сечения канала составляет 20-100, а соотношение высоты продольного канала к высоте волновода составляет 0,10-0,30.

10. Стерилизатор по п.5, характеризующийся тем, что один или оба электрода электролизера выполнены из серебра или с покрытием из серебра.

11. Стерилизатор по п.5, характеризующийся тем, что отверстия в стенке волновода для прохода стерилизуемой среды выполнены в виде щелей с увеличением их ширины от центральной части электрода к его периферии.

12. Стерилизатор по п.11, характеризующийся тем, что отношение ширины щели w к ее длине l в центральной части электрода составляет 1/2, а ближе к периферии - 1/3.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к консервной промышленности. Способ предусматривает обработку целых плодов айвы ЭМП СВЧ, при этом происходит размягчение плодов.

Настоящее изобретение относится к пищевой промышленности. Способ включает приложение тепла и давления, при котором порошок или зерно подают в трубопровод с потоком нагретого газа и выдерживают в условиях приложения тепла и давления, и транспортирование порошка или зерна, при котором порошок или зерно вступает в непосредственный контакт с нагретым конденсирующимся газом в трубопроводе в течение 0,008-2 секунд.
Изобретение относится к пищевой и перерабатывающей промышленности. Предлагаемый способ производства компота из яблок предусматривает обработку яблок в целом виде электромагнитным полем СВЧ частотой 2400±50 МГц, мощностью 300-600 Вт в течение 2,0-2,5 минут.
Изобретение относится к технологии переработки овощей. .
Изобретение относится к технологии переработки овощей. .
Изобретение относится к технологии переработки овощей. .
Изобретение относится к технологии переработки плодов. .
Изобретение относится к способу производства пищевого продукта из дайкона. .
Изобретение относится к технологии переработки ягод. .
Изобретение относится к технологии переработки плодов. .

Изобретение относится к области сельского хозяйства. Устройство имеет гидродинамический нагреватель, статор с установленным в нем с образованием зазора конический ротор. При этом на наружной поверхности ротора выполнен набор ячеек, расположенных рядами по винтовой линии, а на внутренней стороне статора выполнены аналогичные ячейки, но с другим шагом рядов. В корпусе статора выполнена соответствующая длине ротора осесимметричная кольцевая полость, сообщающаяся с ячеистой рабочей частью устройства. Ячейки конических поверхностей ротора и статора выполнены полусферической формы, диаметр которых постепенно увеличивается от меньшего к большему основанию конуса. Осесимметричные кольцевые полости выполнены для регенератора и охладителя с установленными в них теплообменными элементами и сообщающимися последовательно с выдерживателем, причем полости этих теплообменных элементов соединены у регенератора с входом в устройство пастеризуемого продукта и выходом в рабочий зазор гидродинамического нагревателя, а у охладителя - с входом охлаждающей жидкости и выходом ее на слив. Изобретение позволяет упростить конструкции ячеистой части гидродинамического нагревателя, сочленить в единый монолитный агрегат все тепловые аппараты пастеризационной установки и повысить ее кпд за счет сокращения тепловых потерь в окружающую среду. 5 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к устройству для обработки потока жидкости микроволновым излучением. Устройство содержит: сосуд, имеющий боковую стенку и противоположные первую и вторую торцевые стенки, определяющие, по существу, цилиндрическую камеру, при этом первая торцевая стенка расположена на заданном расстоянии d1 от второй торцевой стенки; трубопровод для протекания жидкости, при этом трубопровод проходит через первую торцевую стенку в направлении второй торцевой стенки сосуда, при этом камера и трубопровод являются, по существу, соосными, и при этом трубопровод является, по существу, прозрачным для микроволнового излучения; и источник микроволнового излучения, входное отверстие для микроволнового излучения в боковой стенке сосуда. При этом источник микроволнового излучения содержит магнетрон, который отстоит от боковой стенки камеры, и антенну, которая проходит из магнетрона через входное отверстие для микроволнового излучения и в камеру сосуда для пропускания микроволнового излучения с длиной волны λ внутрь камеры, причем расстояние d1, по существу, равно целочисленному кратному λ/2, так что камера представляет собой микроволновой резонатор, входное отверстие для микроволнового излучения смещено от центра относительно длины камеры (d1), и дистальный (свободный) конец антенны расположен на заданном расстоянии d3 выступа из боковой стенки камеры, меньшем или равном λ/4 и большем или равном 3λ/16. Также изобретение относится к способу, использующему данное устройство. Предлагаемое устройство позволяет эффективно переносить энергию микроволнового излучения к обрабатываемому флюиду. 2 н. и 24 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к способу микронизации и вспучиванию фуражного зерна, зерновых компонентов и может быть использовано в комбикормовой и пищевой промышленности. Способ микронизации фуражного зерна включает обработку зерна в два этапа тепловой энергией и энергией СВЧ. Обработку тепловой энергией производят нагревом поверхности зерна паром при температуре T=180-300°C, давлении 1,5-12 МПа в течение 10-60 с, энергией СВЧ при той же экспозиции доводят температуру внутри зерна до температуры, равной температуре на его поверхности. Разогретую массу выгружают в камеру вспучивания, в которой температура воздуха 20°C и давление 0,1-0,2 МПа, охлаждают до температуры 36-40°C и увлажняют водяным душем до 30-45% влажности. Образовавшийся пар отводят для предварительной тепловой обработки зерна при температуре 120-130°C, давлении 0,1-0,2 МПа в течение 10-12 мин в теплообменное устройство загрузочного бункера. Обработку осуществляют в непрерывном потоке в псевдоожиженном слое. Применение предложенного способа микронизации фуражного зерна позволяет при поточном режиме работы в замкнутом цикле в псевдоожиженном слое повысить качество микронизации, расширить ассортимент обрабатываемого материала, снизить удельные затраты и время обработки. 3 ил.

Изобретение относится к пищевой промышленности и может быть использовано для обеззараживания пищевых жидкостей. Способ обеззараживания пищевой жидкости, включающий обработку пищевой жидкости избыточным давлением с последующим сбросом давления до атмосферного, обработку пищевой жидкости избыточным давлением осуществляют в распыленном состоянии, обеспечивающем размер частиц жидкости не более 100 мкм. При этом обработку пищевой жидкости избыточным давлением ведут путем ее рециркуляции с последующим сбросом давления до атмосферного в три этапа, на первом из которых избыточное давление 2-3 атм, на втором - 4-5 атм, на третьем - 6-7 атм, а продолжительность обработки на каждом этапе составляет 5-10 минут. Установка обеззараживания пищевой жидкости, состоящая из устройства для обработки жидкости избыточным давлением, представляющего герметичную емкость, снабженную предохранительным дренажным клапаном. Герметичная емкость снаружи верхней части оснащена патрубком для подачи воздуха, который через управляемый клапан и биофильтр для очистки воздуха соединен трубопроводом с компрессором, соленоидным клапаном для сброса избыточного давления и манометром, внутри верхняя часть герметичной емкости снабжена зонтом-отбойником, под которым установлена форсунка, обеспечивающая тонкое распыление жидкости до размера частиц не более 100 мкм, соединенная трубопроводом с насосом, подающим необработанную жидкость из накопительной емкости в герметичную емкость для обработки, а снаружи нижняя часть герметичной емкости снабжена патрубком, который соединен трубопроводом с насосом, подающим жидкость в герметичную емкость и обеспечивающим ее рециркуляцию, и патрубком для слива обеззараженной пищевой жидкости, который через клапан соединен трубопроводом с приемной емкостью для обеззараженной пищевой жидкости. Изобретение позволяет достичь высокой степени обеззараживания и сокращения продолжительности обработки пищевой жидкости в 2-3 раза. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 3 пр.

Заявленное устройство для обработки жидкости высоким давлением включает камеру высокого давления, образованную корпусом с поршнем, который опирается на плунжер с каналом для подачи среды, перемещающей плунжер с одной стороны, и ограниченную плунжером с противоположной стороны, обеспечивающим соединение камеры высокого давления с каналом подачи/слива обработанной жидкости в выдвинутом положении. Внутри плунжера дополнительно выполнен второй плунжер и дополнительный канал слива/подачи жидкости для обработки, обеспечивающий соединение камеры высокого давления с дополнительным каналом в выдвинутом положении плунжера.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано на фермах для обработки фуражного зерна перед скармливанием, при производстве рассыпных комбикормов, а также предпосевной обработки семян. Установка содержит загрузочный дозатор, СВЧ камеру, магнетрон, волновод, приемный бункер, микропроцессор. Внутри СВЧ камеры расположено устройство для перемещения зерна снизу вверх, снабженное вертикальным шнеком, на наружной поверхности которого по высоте закреплены малые направляющие усеченные конусы, малым диаметром направленные вверх. На внутренней поверхности СВЧ камеры по высоте установлены большие направляющие усеченные конусы, малым диаметром направленные вниз. Угол наклона поверхности конусов относительно вертикальной оси составляет 42-45°. Кольцевой зазор δ1 между нижней кромкой большого направляющего усеченного конуса и наружной конической поверхностью малого направляющего усеченного конуса, а также зазор δ2 между нижней кромкой малого направляющего усеченного конуса и внутренней конической поверхностью большого направляющего усеченного конуса равны и составляют 25-30 мм. Все детали, расположенные внутри СВЧ камеры, выполнены из диэлектрика. Изобретение позволяет повысить качество обработки фуражного зерна при широком диапазоне сельскохозяйственных процессов, снизить металлоемкость и удельные затраты энергии. 3 ил.
Изобретение относится к пищевой промышленности и может быть использовано при производстве пюре для диетического питания на основе топинамбура. Подготавливают клубни топинамбура, фруктовое и овощное сырье, грубо их измельчают, смешивают указанные компоненты. Обрабатывают смесь в электромагнитном поле сверхвысоких частот, протирают смесь, гомогенизируют, деаэрируют, подогревают, фасуют, укупоривают и стерилизуют. Обработку смеси в электромагнитном поле сверхвысоких частот проводят в два этапа. На первом этапе смесь обрабатывают при удельной мощности электромагнитного поля 180-300 Вт/дм3 в течение 60-90 секунд, а на втором этапе при удельной мощности электромагнитного поля 450-720 Вт/дм3. Смешивание осуществляют при соотношениях компонентов, мас.%: топинамбур - 40-50; фруктовое сырье - 25-40, овощное сырье - 20-25. Способ позволяет повысить физиологическую ценность готового продукта. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 4 пр.

Изобретение относится к пищевой промышленности и может быть использовано при производстве пюре для диетического питания на основе топинамбура. Подготавливают клубни топинамбура и фруктовое сырье, грубо их измельчают, смешивают указанные компоненты. Обрабатывают смесь в электромагнитном поле сверхвысоких частот, протирают смесь, гомогенизируют, деаэрируют, подогревают, фасуют, укупоривают и стерилизуют. Обработку смеси в электромагнитном поле сверхвысоких частот проводят в два этапа. На первом этапе смесь обрабатывают при удельной мощности электромагнитного поля 180-300 Вт/дм3 в течение 60-90 секунд, а на втором этапе при удельной мощности электромагнитного поля 450-720 Вт/дм3 в течение 60-90 секунд. Смешивание осуществляют при соотношениях компонентов, мас.%: топинамбур - 40-60; фруктовое сырье - 40-60. Способ позволяет повысить физиологическую ценность готового продукта. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 4 пр.

Изобретение относится к пищевой промышленности и может быть применено для обработки пищевых продуктов, преимущественно молочных. Способ осуществляют следующим образом. В верхний патрубок 4 подают продукт 12, подлежащий обеззараживанию, а в нижний - воду 13, которые соответственно заполняют верхние камеры 10. Колесо 6 с лопатками 7 поворачивается. Как только последующая лопатка пройдет входной патрубок 4, произойдет закрытие в камерах 10, находящихся между этими лопатками, соответственно объемов молока и воды. Формируют в замкнутом объеме воды 13 плазму путем подачи высокого напряжения на электрод 15. В результате возникновения плазмы резко возрастает давление и температура в плазменном канале, создается давление в воде. Вода, воздействуя на мембрану 2, передает давление на закрытый объем, в котором находится молоко 12. Воздействие высоким давлением, сформированным за очень малый промежуток времени на клетки микроорганизмов приводит к гибели последних, поскольку за малое время перепада давления клетка не успевает приспособиться к изменению параметров внешней среды. Использование изобретения позволит повысить качество получаемого продукта. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ включает производство компота из персиков без косточек, включает подготовку и расфасовку плодов с последующей обработкой СВЧ-полем с частотой 2400±50 МГц в течение 1,5-2,0 мин. Затем плоды заливают сиропом температурой 95°С, повторно обрабатывают этим же СВЧ-полем и нагревают содержимое банок до 90°С и герметизируют. Далее банки устанавливают в носитель для обеспечения предотвращения срыва крышек, подвергают нагреву в растворе диметилсульфооксида температурой 115°С в течение 8 мин с последующим охлаждением в ванне с температурой воды 85°С в течение 6 мин, 60°С в течение 6 мин и 40°С в течение 6 мин. При этом в процессе тепловой обработки банки вращают с донышка на крышку с частотой 0,166 с-1. Изобретение позволяет сократить количество разваренных плодов и плодов с треснувшейся кожицей и продолжительность процесса, а также сохранить биологически активные компоненты применяемого сырья. 1 пр.
Наверх