Получение органического пероксида в онлайн-режиме с использованием слоя катализатора
Настоящее изобретение относится к способу получения органического пероксида онлайн и к системе для онлайн-получения органического пероксида. Предлагаемый способ включает следующие стадии: введение органического раствора и раствора пероксида в смесительный бак для образования смеси; циркуляцию смеси над неподвижным каталитическим слоем для образования раствора, содержащего органический пероксид; возвращение указанного раствора, содержащего органический пероксид, в смесительный бак; измерение концентрации органического пероксида в смесительном баке и удаление по меньшей мере части раствора, содержащего органический пероксид, при достижении заданного значения концентрации или при его превышении, при этом органический раствор содержит воду и органическую кислоту, имеющую от 1 до 8 атомов углерода. Предлагаемая группа изобретений позволяет получить органический пероксид желаемой концетрации для непосредственного применения на тушах птицы и говядины и устранить необходимость производства концетрированных растворов органических пероксидов. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 1 пр.
I. Перекрестная ссылка на родственные заявки
Настоящая заявка испрашивает приоритет на основании предварительной патентной заявки США № 62/649988 от 29 марта 2018 года, озаглавленной «Online Production of Peroxyacetic Acid Using a Catalyst Bed», которая включена в настоящий документ во всей полноте посредством ссылки.
II. Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее описание относится к способу и системе для получения органических пероксидов.
III. Уровень техники
Органические пероксиды имеют разнообразные применения. Например, пероксиуксусная кислота (PAA) является широко используемым противомикробным средством в пищевой промышленности и, в частности, при переработке птицы, свинины и говядины. Хотя было показано, что PAA является очень эффективным противомикробным агентом, ее использование имеет несколько недостатков. А именно, растворы PAA нестабильны при нормальных условиях хранения и могут терять свою эффективность за относительно короткий промежуток времени. В дополнение к этому, пары PAA представляют опасность для здоровья работников предприятий и федеральных инспекций, а также обращение с относительно концентрированными растворами PAA представляет потенциальную опасность для работников перерабатывающих предприятий. Кроме того, транспортировка концентрированных растворов PAA маршрутами общественного транспорта представляет потенциальную опасность для населения в целом.
IV. Сущность изобретения
Приводимые в качестве примера варианты осуществления настоящего изобретения относятся к способу получения органического пероксида, в частности, PAA, в онлайн-режиме с использованием контролируемой системы перемешивания, которая позволяет одновременно и точно регулировать добавление раствора пероксида водорода и раствора органического соединения, такого как уксусная кислота, в смесительный бак для получения желаемой концентрации органического пероксида (PAA) для непосредственного применения на тушах птицы и говядины. Настоящее изобретение также относится к системе для онлайн-получения органического пероксида, такого как PAA. Система устраняет необходимость производства концентрированных растворов органических пероксидов и необходимость транспортировки этих растворов на перерабатывающие установки для последующего разбавления и применения.
V. Краткое описание чертежей
Неограничивающие и неисчерпывающие варианты осуществления настоящего изобретения описаны со ссылкой на следующую фигуру. Следует понимать, что элементы на данной фигуре показаны для простоты и ясности и не обязательно представлены в масштабе.
На фиг.1 схематически показан вариант осуществления настоящего изобретения.
VI. Подробное описание
Хотя настоящее изобретение описано здесь со ссылкой на иллюстративные варианты осуществления для конкретных применений, следует понимать, что изобретение этим не ограничивается. Возможны и другие варианты осуществления, и в варианты осуществления могут быть внесены изменения в пределах сущности и объема изложенных здесь идей, а также в дополнительных областях, в которых эти варианты осуществления были бы очень полезными.
Как видно из фиг.1, система 1 онлайн-получения включает органический источник 3 и источник 4 пероксида. Органический источник 3 обеспечивает органическое соединение для окисления. Неограничивающие примеры подходящих органических соединений включают органические кислоты с 1-8 атомами углерода, такие как уксусная кислота, лимонная кислота, молочная кислота и дикарбоновые кислоты, содержащие от 2 до 8 атомов углерода. Источник 4 пероксида обеспечивает пероксид, такой как пероксид водорода, который способен окислять органическое соединение. Каждый из источников 3 и 4 находится в сообщении по текучей среде со смесительным баком 10.
Органический источник 3 может находиться в сообщении по текучей среде с источником 5 воды. Интенсивности подачи из органического источника 3 и источника 5 воды, соответственно, можно независимо регулировать, чтобы обеспечить желаемую концентрацию органического соединения в органическом растворе, подаваемом в смесительный бак 10. Например, органический раствор может содержать 10-50% масс. органического соединения, например, 15-40% масс., 15-35% масс., 15-30% масс., 20-35% масс., 20-30% масс., 10% масс., 15% масс., 20% масс., 25% масс., 30% масс., 35% масс., или 40% масс. В некоторых вариантах осуществления органический раствор разбавляют до желаемой концентрации перед поступлением в систему 1. В некоторых вариантах осуществления вода может подаваться непосредственно в смесительный бак 10, а не смешиваться сначала с органическим соединением.
Источник 4 пероксида может находиться в сообщении по текучей среде с источником 6 воды. Интенсивности подачи из источника 4 пероксида и источника 6 воды, соответственно, можно независимо регулировать, чтобы обеспечить желаемую концентрацию пероксида в растворе пероксида, подаваемом в смесительный бак 10. Например, раствор пероксида может содержать 10-50% масс. пероксида, например, 10-30% масс., 10-20% масс., 15-40% масс., 15-35% масс., 15-30% масс., 20-35% масс., 20-30% масс., 5% масс., 10% масс., 15% масс., 20% масс., 25% масс., 30% масс., 35% масс., или 40% масс. В некоторых вариантах осуществления раствор пероксида разбавляют до желаемой концентрации перед поступлением в систему 1. В некоторых вариантах осуществления вода может подаваться непосредственно в смесительный бак 10, а не смешиваться сначала с пероксидом.
Порядок добавления органического раствора и раствора пероксида в смесительный бак 10 не имеет особых ограничений. В некоторых вариантах осуществления органический раствор может быть добавлен первым, раствор пероксида может быть добавлен первым, органический раствор и раствор пероксида могут быть добавлены одновременно, или же органический раствор и раствор пероксида могут быть добавлены поочередно в смесительный бак 10. В любом варианте осуществления, органический раствор и раствор пероксида могут быть добавлены в смесительный бак 10 по одному трубопроводу, как показано на фиг.1, или по разным трубопроводам (не показано).
В некоторых вариантах осуществления первый раствор (органический раствор или раствор пероксида) подается в смесительный бак 10 до тех пор, пока смесительный бак 10 не будет заполнен до первого заданного объема, например, до 10 об.%, 20 об.%, 30 об.%, 40 об.%, 50 об.% или 60 об.%. После этого добавляют другой раствор, пока смесительный бак 10 не будет заполнен до второго заданного объема. Второй заданный объем может, например, быть на 10 об.%, 20 об.%, 30 об.%, 40 об.%, 50 об.% или 60 об.% больше, чем первый заданный объем. В некоторых вариантах осуществления органический раствор и раствор пероксида добавляются одновременно в смесительный бак до тех пор, пока объем не достигнет, например, 60 об.%, 70 об.%, 80 об.%, 90 об.% или 100 об.%.
После добавления органического раствора и раствора пероксида в смесительный бак 10 смесь может циркулировать через каталитический слой 15. Каталитический слой 15 включает катализатор, который облегчает реакцию между органическим соединением и пероксидом с образованием при этом органического пероксида. Каталитический слой 15 может включать кислотную смолу. Кислотная смола не имеет особых ограничений и может включать, например, кислотные смолы под следующими торговыми наименованиями: Amberlite® IR120 Plus, Amberlyst® 15, Amberlyst® 36, Dowex® 50WX2, Dowex® 50WX4, Dowex® 50WX8, Dowex® HCR-S, Dowex® 650C, Dowex® Marathon C, Dowex® DR-2030 (каждая доступна от The Dow Chemical Company), Nafion® NR40 или Nafion® NR50 (каждая доступна от DuPont). Во время или перед циркуляцией смесь может быть нагрета, например, до 30°С, 35°С, 40°С, 45°С или 50°С.
Система 1 включает в себя датчик 11 для измерения скорости превращения органического соединения и пероксида в органический пероксид, например, путем непрерывного или периодического измерения концентрации органического пероксида в растворе. Например, в вариантах осуществления, в которых органический пероксид представляет собой PAA, датчик 11 может быть зондом PAA, который измеряет концентрацию PAA в растворе. Местоположение датчика 11 не имеет особых ограничений. Например, датчик может находиться внутри или соединяться со смесительным баком 10, как показано на фиг.1. В некоторых вариантах осуществления предусмотрено более одного датчика 11, и в таких вариантах осуществления датчики 11 могут быть одинаковыми или различными.
В некоторых вариантах осуществления циркуляция смеси из смесительного бака 10 в каталитический слой 15 может быть остановлена через определенный промежуток времени или после того, как датчик 11 обнаружит целевую концентрацию органического пероксида в растворе органического пероксида. Например, целевая концентрация может составлять от 10 ч/млн до 10 000 ч/млн включительно, в расчете на общую массу смеси. Например, в расчете на общую массу смеси, целевая концентрация может составлять 10 ч/млн, 20 ч/млн, 30 ч/млн, 40 ч/млн, 50 ч/млн, 75 ч/млн, 100 ч/млн, 125 ч/млн, 150 ч/млн, 200 ч/млн, 250 ч/млн, 300 ч/млн, 350 ч/млн, 400 ч/млн, 450 ч/млн, 500 ч/млн, 550, ч/млн, 600 ч/млн, 650 ч/млн, 700 ч/млн, 750 ч/млн, 800 ч/млн, 900 ч/млн, 1000 ч/млн, 1100 ч/млн, 1200 ч/млн, 1300 ч/млн, 1400 ч/млн, 1500 ч/млн, 1600 ч/млн, 1700 ч/млн, 1800 ч/млн, 1900 ч/млн или 2000 ч/млн.
После того, как раствор органического пероксида или его часть в системе 1 достигнет целевой концентрации или превысит таковую, раствор органического пероксида может быть удален из циркуляции. Раствор органического пероксида может отводиться по мере необходимости в зависимости от требований эксплуатации. Например, как показано стрелкой А на фиг.1, весь раствор органического пероксида или его часть могут быть направлены к различным точкам применения. В вариантах осуществления, в которых раствор органического пероксида обладает антимикробными свойствами, как, например, PAA, различные применения раствора органического пероксида описаны ниже. В некоторых вариантах осуществления весь раствор органического пероксида или его часть может временно храниться в технологическом резервуаре 20. В любом варианте осуществления органический раствор и раствор пероксида могут непрерывно добавляться в смесительный бак 10, например, со скоростью, равной скорости удаления раствора органического пероксида.
В некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение относится к способу обработки пищевого продукта, включающему дезинфекцию пищевого продукта в отношении по меньшей мере одного микроорганизма. В некоторых вариантах осуществления дезинфекция пищевого продукта в отношении по меньшей мере одного микроорганизма может включать контактирование пищевого продукта с описанным здесь раствором органического пероксида. В различных вариантах осуществления микроорганизмы могут включать грамположительные бактерии, грамотрицательные бактерии, грибы, простейшие или их комбинацию. Грамотрицательные бактерии могут включать Salmonella, Campylobacter, Arcobacter, Aeromonas, не продуцирующую токсины Escherichia, патогенную токсин-продуцирующую Escherichia, или их комбинацию. Грамположительные бактерии могут включать Staphylococcus, Bacillus, Listeria, или их комбинацию. Грибы могут включать Aspergillus flavus, Penicillium chrysogenum, или их комбинацию. Простейшие могут включать Entomoeba histolytica.
В некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение относится к способу дезинфекции изделия в отношении, по меньшей мере, одного микроорганизма, причем способ включает контактирование изделия с описанным здесь раствором органического пероксида. Микроорганизм может, например, быть таким, как описано выше. Изделие может, например, включать в себя упаковку для пищевых продуктов, предметы и поверхности, связанные с пищевыми продуктами или обработкой пищевых продуктов, или предметы и поверхности, не связанные с пищевыми продуктами или обработкой пищевых продуктов.
В описанных здесь способах дезинфекции способ применения раствора органического пероксида не имеет особых ограничений. Способы применения могут включать, в числе прочего, распыление, обволакивание туманом, запотевание, погружение, поливание, капельное нанесение и их комбинации. Некоторые способы дезинфекции относятся к дезинфекции пищевых продуктов или оборудования во время заготовки и переработки пищевого продукта. На протяжении всего процесса заготовки существует множество возможностей для противомикробных вмешательств, и определение того, что работает наиболее эффективно на каждом этапе, может различаться от переработчика к переработчику. По существу, время нанесения раствора органического пероксида на целевое изделие не имеет особых ограничений. В некоторых вариантах осуществления раствор органического пероксида может быть нанесен на пищевой продукт перед процессом потрошения, для адгезии к пищевому продукту во время всего процесса потрошения, а также при контакте с оборудованием, внутренними органами и людьми.
В вариантах осуществления, в которых целевым изделием является птица, раствор органического пероксида может применяться на перерабатывающем предприятии в нескольких различных местоположениях, включая, без ограничения, следующие: во время операции отбора до операций после отбора перед потрошением, на оборудовании для потрошения во время эксплуатации, место переработки в онлайн-режиме (OLR), место переработки в оффлайн-режиме (OFLR), место предварительного охлаждения, холодильники, охлаждение после заморозки, на каркасах тушек после отделения мяса от кости, и на различных частях птицы во многих местах предприятия. В вариантах осуществления, в которых целевым изделием является говядина или свинина, раствор органического пероксида может применяться на перерабатывающем предприятии в нескольких различных местоположениях, включая, без ограничения, следующие: нанесение на шкуру на туше, оборудование, используемое в процессе заготовки, станция погружения ножей, нанесение на говяжью тушу, субпримальное применение, применения на нежирной обрези и говяжьем фарше. В вариантах осуществления, в которых целевым изделием являются фрукты или овощи, раствор органического пероксида может применяться на перерабатывающем предприятии в нескольких различных местоположениях, включая, без ограничения, следующие: вся загрузка/разгрузка, вся обработка до и после лотка, а также до и после всех операций по нарезке и дроблению.
В вариантах осуществления, в которых раствор органического пероксида представляет собой PAA, на стабильность PAA может влиять соотношение компонентов (например, уксусной кислоты, пероксида водорода и воды), используемых для получения PAA. Кроме того, в любом варианте осуществления на стабильность раствора органического пероксида могут влиять экологические факторы, такие как температура окружающей среды, прямой солнечный свет и место хранения.
Получение PAA в онлайн-режиме с немедленным использованием устраняет необходимость в стабилизирующих соединениях, таких как этидроновая кислота. Этидроновая кислота представляет собой фосфорсодержащее соединение, которое в конечном итоге будет осаждаться в системах очистки сточных вод. Фосфатные соединения могут приводить к эвтрофикации окружающей среды.
Эквиваленты и альтернативы наряду с очевидными изменениями и модификациями следует рассматривать как входящие в объем настоящего изобретения. Соответственно, приведенное выше описание предназначено для иллюстрации, но не для ограничения объема изобретения, определяемого прилагаемой формулой изобретения.
ПРИМЕРЫ
Пример 1:
Один мл концентрированной PAA (содержащий 15-17% PAA по массе на день приготовления) смешивали с одним галлоном (3,8 л) воды. Концентрацию разбавленного раствора измеряли с помощью стандартного набора для титрования PAA. Измерения проводились с интервалом в одну неделю в течение в общей сложности 16 недель. Результаты обобщены в таблице 1 ниже.
Таблица 1
| Количество недель после первоначального приготовления | Концентрация PAA |
| 1 неделя | 70-75 ч/млн |
| 2 неделя | 60 ч/млн |
| 3 неделя | 60-65 ч/млн |
| 4 неделя | 50 ч/млн |
| 5 неделя | 55 ч/млн |
| 6 неделя | 40-45 ч/млн |
| 7 неделя | 50-55 ч/млн |
| 8 неделя | 50 ч/млн |
| 9 неделя | 40-45 ч/млн |
| 10 неделя | 40-45 ч/млн |
| 11 неделя | 40-45 ч/млн |
| 12 неделя | 40 ч/млн |
| 13 неделя | 45 ч/млн |
| 14 неделя | 55-60 ч/млн |
| 15 неделя | 40-45 ч/млн |
| 16 неделя | 35-40 ч/млн |
Как показано выше, раствор имел максимальную концентрацию PAA через 1 неделю, и концентрация PAA снижалась по мере старения раствора. Эти результаты подтверждают летучие свойства PAA и необходимость получения в онлайн-режиме для обеспечения достаточной концентрации PAA для противомикробных применений.
Приведенные выше конкретные примеры осуществления не предназначены для ограничения объема формулы изобретения. Примеры осуществления могут быть модифицированы путем включения, исключения или комбинирования одного или более признаков или функций, описанных в изобретении. Описание настоящего изобретения приведено в иллюстративных целях, но не является исчерпывающим или ограничивающим варианты осуществления конкретной изложенной формой. Многие модификации и варианты будут очевидны специалистам, без отклонения от объема и сущности изобретения. Иллюстративные варианты осуществления, описанные в данном документе, представлены для объяснения принципов изобретения и их практического применения, а также для того, чтобы дать возможность другим специалистам понять, что раскрытые варианты осуществления могут быть модифицированы по мере необходимости для конкретной реализации или использования. Объем формулы изобретения предназначен для широкого охвата раскрытых вариантов осуществления и любых таких модификаций.
1. Способ получения органического пероксида онлайн, включающий:
введение органического раствора и раствора пероксида в смесительный бак для образования смеси;
циркуляцию смеси над неподвижным каталитическим слоем для образования раствора, содержащего органический пероксид;
возвращение указанного раствора, содержащего органический пероксид, в смесительный бак;
измерение концентрации органического пероксида в смесительном баке и
удаление по меньшей мере части раствора, содержащего органический пероксид, при достижении заданного значения концентрации или при его превышении,
в котором органический раствор содержит воду и органическую кислоту, имеющую от 1 до 8 атомов углерода.
2. Способ по п.1, в котором раствор пероксида содержит пероксид водорода и воду.
3. Способ по п.2, в котором раствор пероксида содержит 10-50% масс. пероксида водорода в расчете на общую массу раствора пероксида.
4. Способ по п.1, в котором органический раствор содержит 10-50% масс. органической кислоты в расчете на общую массу органического раствора.
5. Способ по п.1, в котором органическая кислота представляет собой уксусную кислоту.
6. Способ по п.4, в котором органическая кислота представляет собой уксусную кислоту.
7. Способ по п.1, в котором неподвижный каталитический слой содержит кислотную смолу.
8. Способ по п.1, в котором заданное значение составляет от 50 ч./млн до 2000 ч./млн органического пероксида.
9. Система для онлайн-получения органического пероксида, содержащая:
смесительный бак;
источник пероксида, находящийся в сообщении по текучей среде со смесительным баком и выполненный с возможностью подачи раствора пероксида в смесительный бак;
органический источник, находящийся в сообщении по текучей среде со смесительным баком и выполненный с возможностью подачи органического раствора в смесительный бак;
циркулятор, выполненный с возможностью контакта содержимого смесительного бака с неподвижным каталитическим слоем для формирования раствора, содержащего органический пероксид, циркулятор дополнительно выполнен с возможностью возврата раствора органического пероксида в смесительный бак;
датчик, выполненный с возможностью измерения концентрации органического пероксида в смесительном баке; и
выпуск, выполненный с возможностью удаления раствора органического пероксида из системы в случае, если измеренная датчиком концентрация равна или превышает заданное значение,
в которой органический раствор содержит воду и органическую кислоту, имеющую от 1 до 8 атомов углерода.
10. Система по п.9, в которой раствор пероксида содержит пероксид водорода и воду.
11. Система по п.10, в которой раствор пероксида содержит 10-50% масс. пероксида водорода в расчете на общую массу раствора пероксида.
12. Система по п.9, в которой органический раствор содержит 10-50% масс. органической кислоты в расчете на общую массу органического раствора.
13. Система по п.9, в которой органическая кислота представляет собой уксусную кислоту.
14. Система по п.12, в которой органическая кислота представляет собой уксусную кислоту.
15. Система по п.9, в которой неподвижный каталитический слой содержит кислотную смолу.
16. Система по п.9, в которой заданное значение составляет от 50 ч./млн до 2000 ч./млн органического пероксида.
