用於對液體進行殺菌的方法和設備的製作方法

2023-10-11 13:14:09 3

箍縮"效應的刺激下，這些區域收縮得很快。這些區域的溫度成指數增加，導致不可接受的局部加熱，或者甚至擊穿。這些約束產生了下述對於t2的限制關係t2<c.dT.R/E2其中，c、dT、R、E分別是比熱、限制溫差(limittemperaturegap)、介質電阻和電場幅度。考慮到如飲料的水性介質的電阻不超過10歐姆.米以及對於dT〈.5。C並且E=1000Kv/m，c=4兆焦耳/(加3'度)的實驗事實，那麼有t2L/v在對填充了飲料的密封的瓶進行巴氏滅菌的情況下，根據本發明，在當LX).003m並且v〈lm/s時，給出t3>0.001s。t3的上限由每個要處理的容器具有至少一個脈衝的條件給定。在t^LL/vv的情況下，其中LL是容器在其跨過電場的運動方向上的特徵尺寸，並且vv是其速度。對於0.51的並瓦的巴氏滅菌的典型情況，LL=0.3m，並且vv>lm/s，有t3<0.3s如果處理液體流，t3lm/s,有t3<0.3s在根據本發明的殺菌方法中，對液體的加熱可以與電場的脈衝同時發生。在實踐中，更有益的是先使液體經受加熱脈衝，然後施加電場脈衝。該停頓對於更好地平均化要殺菌的液體中的溫度場，以便該液體的所有區域(包括接近容器的液體-固體分界面的層的那些區域)，在施加電場之前獲得基本相同的溫度，是有用的。如果x是邊界層的特徵厚度(至多0.3mm)，該停頓tp的持續時間優選地大於tp=(d.c.x2)/z其中，d、c和z分別是要殺菌的液體的密度、熱容量和導熱率。對大部分應用來說，該停頓的持續時間不超過1或2秒。對某些應用來說，有益地是將熱脈衝的作用區域與電場脈衝的作用區域隔開。例如，可以插入在這兩個區域之間的過渡區，其中，電場為零或可忽略，並且其中，溫度場在液體的體積內被平均，以使得液體中心和外圍部分之間的溫度差不超過一度。要處理的液體在加熱液體和電場施加之間的上述4f頓期間，通過該過渡區。圖3示出了用於實現根據本發明的方法的設備的圖解。設備1包括要處理的液體3的傳送系統2、用於對要處理的液體按體積(involume)進行力口熱的臺4以及以脈沖形式的電場施加臺5。傳送系統2包括入口臺6、傳送管道7以及出口臺8。容器可以被標準傳送器33導引並被置於管道7的柱形部分7a中的鬥鏈(bucketchain)(或任何其他等同的機構)上。傳送系統還可以包括泵系統9a、9b，用於在處理持續流動的液體的情況下對要處理的液體進行循環，或者用於在將包含要處理的液體3的密閉容器11浸入傳送液體時循環傳送液體10。傳送系統可以有利地包括力口熱電路(hotcircuit)12a和冷卻電路(coldcircuit)12b，每個配備有泵系統9a、9b以及再循環傳送液體的系統。加熱電路12a傳送容器通過用於加熱和電場施加的臺，並通過返回管道13a將傳送液體返回到入口臺附近的傳送管道7。冷卻電路12b也具有泵系統9b以及返回管道13b,所述返回管道13b在出口臺8附近的位置和分開加熱電路和冷卻電路的接口14之間處與傳送管道7互連。接口14有利地包括多個柔性的並列的壁的形式的密壁15，該密壁例如用橡膠製造並包括適合要處理的容器的輪廓的開口。以這種方法，容器參與加熱電路和冷卻電路之間的密封的創建。加熱電路和冷卻電路還可以包括在返回管道上的熱交換器31和32，用於從傳送液體和/或要處理的液體回收熱。冷卻電路快速地降低要處理的液體的溫度，以保持液體的特性，並且如果必要，減少塑料材料製成的容器的變形的問題。加熱臺4包括用於產生由熱能發生器37饋送的熱脈衝的系統35。熱發生器例如可以是以大於1MHZ的頻率工作的高頻電場發生器的形式或者是微波發生器。能量從發生器37通過同軸電纜或波導管1516發送到系統35。可以提供多個沿著傳送管道7以並列的方式設置的發生器。電場施加臺5包括通過同軸電纜19連接到雙極振蕩電場脈沖發生器18的雙極振蕩電場脈沖分配器17。熱脈衝臺4和電場施加臺5通過管道的熱絕緣過渡部分20隔開，產生了熱處理和電脈衝處理之間的停頓。該停頓有利地使得要處理的液體中以及與其接觸的固體的表面上的溫度場能夠均勻分布。在圖3的實施例中，要殺菌的液體被包含在浸入到在用於傳送容器的管道7中流動的傳送液體10中的容器11中。容器例如可以是塑料製成的瓶(例如裝有飲料或液體食品)。一旦它們在管道7b的出口柱形部分中被運送，容器可以通過撞錘或其他機構被排出到傳送器33上。還可以利用管道中的液體以外的其他物，例如管道中的增壓氣體流(氣體的壓力被選擇以抵消容器內部的壓力，從而避免由於加熱引起的容器的任何變形)或者例如傳送系統的機械傳送機構，來傳送包含要殺菌的液體的容器通過加熱臺或者電場施加臺。然而，通過流體的傳送系統具有能夠使得在加熱期間和施加電場之前的停頓期間在容器周圍的溫度分布能夠良好均勻的優點。具有類似於要殺菌的液體的介電特性的傳送液體的使用，有利地允許對要殺菌的液體的加熱以及要殺菌的液體中的局部電場的施加進行好的控制。由介電材料製成的容器可以是硬質容器的形式，例如玻璃瓶或者由塑料製成(如PET)，或者是柔質容器的形式，例如由塑料(聚丙烯、PET或者其他聚合體)製成的袋子。要殺菌的液體還可以直接流到通過加熱臺和電場施加臺的i殳備的管道中。攪動設備21可以增加到系統中以攪動液體，並在必要時攪動傳送液體中的物體。在一個變形中，攪動設備在管道中流動的液體中產生湍動，從而使得液體中的溫度場均勻。例如通過控制傳送液體中的液體流，還可以攪動或旋轉在管道中傳送的容器以使得在容器中要處理的液體均勻。介電材料(例如，石英)製成的導管22被安裝在管道中以確保用於加熱管道內部的液體的電場的通過。溫度傳感器23全部被沿著管道設置，用於測量用於產生熱脈衝的臺的入口處、加熱區域中、該區域的出口處以及管道的過渡部分的出口處的液體的溫度。電場傳感器24設置在電場的施加區域內。在設備的實施例中，提供一種機構以確保在固體通過管道期間具有可變的移動速度，例如，通過改變管道的橫截面(直徑)來使傳送液體的流速發生變化。在圖4a中示出了根據第一變形的電場分配器設備。在該變形中，分配器包括位於管道的每一側上的電極25a、25b，以確保頻率在100kHz到1000kHz之間的交變電場脈沖橫向通過管道7(圖3),如場力線26所示。具體來說，電場從上電極25a到達下電極25b，這兩個電極安裝在導管27(例如，石英)內部，所述導管27密閉地結合在液體3和10流動的管道內。電極之間的距離"a，，可以被經驗地優化以確保在容器11的體積中的坤黃截電場(electrictransversalfield)儘可能均勻。如果距離a是例如4cm的量級，那麼必定有在400-1200kV的量級的電極之間的電勢差，以產生l-3Kv/cm的有效電場的幅度。圖4b示出了根據第二變形的電場分配器設備。在該變形中，由電感系統創建電場脈沖並且電場的場力線26，基本上是縱向的。填充了水(例如傳送容器ll(如包含要殺菌的液體的瓶)的傳送液體IO)的管道7通過電感系統25的主體中。電場分配器設備配置有芯28和通過連接30a、30b連接到饋送端的一個或多個初級繞組29。初級繞組的數量可以經驗地確定，例如通過測量傳送液體中存在的電場。在圖3的實施例中，容器11在填充了傳送液體10的傳送管道7的柱形部分7a中，浸入到H的深度。傳送液體的柱形部分根據如下公式(2)來施加外部壓力，該外部壓力傾向於抵消在對要處理的液體進行加熱期間的內部壓力，所述Tn確定柱形部分的高度H:(2)Hxdxg=(T2/T，)xPi-C+VP+Vs其中，"H"是要處理的容器浸入其中的液體的柱形部分的高度；"d"是外部液體的密度；"g"是本地重力加速度；"Po"是設備入口處上的容器內的可壓縮液體的初始壓力；"Vs"是在溫度為T2和1\時不可壓縮液體的飽和蒸汽壓力之間的差。對水來說，例如在T^-20。C時，飽和蒸汽壓力最小並且Vs在實踐中等於在溫度T2時的水的飽和蒸汽壓力。例如，如果T2-65。C，那麼Vs=0.25巴；"C"等於(kxVv)，其中k是溫度T2時的容器的材料的體積彈性係數並且Vv是體積變形；導致的內部壓力的變化。Vp在與被處理的容器相同的形狀和體積的非可變形容器(例如，玻璃)中測量為在溫度t2時的實際壓力計壓力與壓力P2-P。x(iyTj之間的壓力差。對於C02未飽和的飲料，例如，加味水或者牛奶，Vp接近零。當C-0時，抵消是完全的。通過增加容器被浸入其中的外部液體介質的密度d，可以降低深度H。具體來說，小尺寸p(p必須遠遠小於容器的特徵尺寸)但密度大於該液體的密度(例如以粉末的形式)的固體可以被加到該液體。只有在該固體施加的壓力在所有方向上都相等時，該措施才有效。為此，該固體必須進行無序運動，且運動的平均速度大於gp的平方根，其中"g，，是本地重力加速度，"p"是固體的尺寸，並且它們的具體數量n(每單位體積的固體數量)必須對應於密度d的期望的增加。為了滿足該條件，質量m的固體的重力，即mg，必須小於由於該物體的慣性而由其在任何壁上施加的力F。如果v是無序運動的速度，那麼對F,可以獲得如下量級的幅度F=mx(v/t)，其中，t=d/v，那麼F-(mv2)/(1。因而，Fmg，從而v(gd)(1/2)。如果瓶順序地在它們的長度的方向上被一個接一個地處理，那麼撞錘34將瓶輸送到管道7c的水平部分中。本發明可以被用於醫學和藥學領域，尤其是用於對血液或血液成分或其他藥物製劑中的微生物進行選擇性淨化。其還可以用於破壞廢水中的軍團桿菌病菌落(coloniesoflegionellose)。本發明中提出的方法和設備可以有利地用於食品行業，來淨化(巴氏滅菌、殺菌)水基食品或者包含水的食品，例如果汁、譁酒、加p未水、天然礦泉水、牛奶、奶製品以及其他々欠料和液體食品。本發明適用於衛生學領域，尤其適用於對廢水、汙水以及積滯水進行殺菌。例子1、淨化0.51的PET瓶，該瓶中填充了被"雪白絲衣黴(5"^c/^i/iy^mVeflJ"微生物汙染的鮮榨橙汁。該處理在如圖3所示的類型的設備上被執行-微生物的初始濃度從3.6xlS到4.2xlS單位/毫升；-每個周期被處理的瓶的數量10;-初始溫度20°C;-處理持續時間3s(通過水平管道)；-加熱微波lGHz，功率180kW(35。C/s)以及45kW(9。C/s);—電場的施力口電場的振蕩頻率180kHz;一組振蕩的持續時間大約0.02ms;多組振蕩的頻率15Hz;'t,6ns，t2=20ns，t3=0.05s;脈衝數量對於180kW為12，並且對於45kW分別為3519和48;-生產率，瓶的線性速度對於180kW為0.4m/s並且對45kW為0.1m/s。電場施加區域的長度0.3m;電場脈衝施加的持續時間0.75s;結果:tableseeoriginaldocumentpage202、選擇性淨化0.51的PET瓶，該瓶中填充了蘋果汁並被釀酒酵母(Saccharomycescerevisiaeyeast)和黑麴黴(AspergillusNigermould)汙染。該處理在如圖3所示的類型的設備上被執行-釀酒酵母的初始濃度從1.2xlS到3."105單位/毫升；-黑麴黴的初始濃度從1.5xlS到4.2xlS單位/毫升；-每個周期被處理的瓶的數量10;-初始溫度20°C;-處理持續時間3s(通過水平管道)；-加熱微波lGHz,功率180kW(35。C/s)以及45kW(9。C/s);-電場的施力口電場的振蕩頻率180kHz;.一組振蕩的持續時間大約0.02ms;.多組振蕩的頻率15Hz;'t,6ps,t2=20ns,t3=0.05s;.脈衝數量對於180kW為12，並且對於45kW分別為35和48;-生產率，瓶的線性速度對於180kW為0.4m/s並且對45kW為0.1m/s。電場施力口區域的長度0.3m;電場樂P中施加的持續時間0.75s;tableseeoriginaldocumentpage22權利要求1、一種用於對要處理的液體進行殺菌或巴氏滅菌的方法，所述方法包括通過具有高於1MHz的頻率的電場波以大於每秒28℃的速度將該液體加熱至20℃到66℃之間的處理溫度T，並根據處理溫度T的值，在加熱該液體後立即或略遲將該液體暴露於脈衝形式的交變電場，以V/cm為單位的電場的幅度E被選擇以滿足下式C(T)≤log(E+1)≤B(T)其中B(T)＝-2.340×10-5T3+1.290×10-3T2-3.110×10-2T+5.0C(T)＝-4.503×10-5T3+2.888×10-3T2-5.900×10-2T+4.0其中，T為攝氏處理溫度。2、根據權利要求1所述的方法，其特徵在於電場以100kHz到1000kHz之間的振蕩頻率交替變化。3、根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於由所述電場脈衝提供給要處理的液體的總熱量小於0.05J/cm3。4、根據前述任一權利要求所述的方法，其特徵在於在對液體進行加熱的步驟後經過一個停頓之後執行一個或多個電場樂>衝的施加，在所述停頓期間，電場為零或可忽略並且水性溶液的溫度均勻化。5、根據前述任一權利要求所述的方法，其特徵在於電場脈衝的施加的持續時間在IO樣吏秒到IOO孩吏秒之間，並且電場脈衝重複的重複頻率為10Hz到100Hz之間。6、根據前述任一權利要求所述的方法，其其特徵在於加熱的速度大於每秒30。C。7、根據前述任一權利要求所述的方法，其特徵在於要處理的液體包含在由介電材料製成的密閉地密封的容器中。8、根據前述任一權利要求所述的方法，其特徵在於由在管道中流動的傳送液體傳送的容器通過加熱臺和電場施加臺。9、根據前述任一權利要求所述的方法，其特徵在於傳送液體的介電特性類似於要處理的液體的介電特性。10、根據權利要求8或9所述的方法，其特徵在於傳送液體和容器被攪動以使傳送液體和要處理的液體的溫度均勻。11、一種用於執行對水基的或包含水的要處理的液體進行殺菌的方法的設備，所述設備包括具有用於加熱液體的系統的加熱臺、具有要處理的液體的傳送設備，所述傳送設備包括能夠傳送液體通過電場加熱和施加臺的管道，其特徵在於加熱系統包括以高於lMHz的頻率工作的電波發生器，並且所述電波發生器被配置為對通過加熱臺的液體以大於每秒28。C的速率進行加熱，並且其中，用於以脈衝形式產生電場的系統被配置為產生具有100kHz到1000kHz之間的振蕩頻率的交變電場。12、根據權利要求11所述的設備，其特徵在於用於以脈衝形式產生電場的系統被配置為向要處理的液體提供小於0.05J/cm3的總熱13、根據權利要求11或12所述的設備，其特徵在於用於以脈沖形式產生電場的系統被配置為產生持續時間在IO微秒到100微秒之間的脈衝。14、根據權利要求11到13中任何一個所述的設備，包括處於用於產生電場的臺的下遊的冷卻臺，所述傳送設備通過所述電場。15、根據權利要求11到14中任何一個所述的設備，其特徵在於用於產生電場脈衝的系統包括設置在管道通道的橫截面的每一側上的電極，所述電極能夠產生就該截面而言為橫向的電場。16、根據權利要求11到14中任何一個所述的設備，其特徵在於用於產生電場脈衝的系統包括具有在管道通道的橫截面周圍環形地設置並能夠產生就該截面而言基本上為縱向的電場的一個或多個初級繞組的電感器。17、根據權利要求11到16中任何一個所述的設備，包括電場施加區域中的至少一個電場傳感器和沿著傳送設備位於所述加熱臺的上遊、下遊以及所述加熱臺中的多個溫度傳感器。18、根據權利要求11到17中任何一個所述的設備，其特徵在於所述傳送設備包括泵系統和傳送液體，用於沿著管道傳送包含要處理的液體的容器，以及用於從傳送設備的出口向入口返回傳送液體的返回電路。19、根據權利要求11到17中任何一個所述的設備，其特徵在於所述傳送液體的介電特性類似於要處理的液體的介電特性。20、根據權利要求11到17中任何一個所述的設備，其特徵在於所述管道包括具有不同的橫截面的通道的部分，意在改變傳送液體的流動速度。21、一種根據權利要求17到20中的任何一個所述的設備在對包含在密閉地密封的容器中的血液或者液體血液成分的淨化中的應用。22、一種根據權利要求17到20中的任何一個所述的設備在對包含在密閉地密封的容器中的飲料和液體食品的殺菌中的應用。全文摘要一種殺菌方法，包括通過具有大於1MHz的頻率的電場波，以大於每秒28℃的速度將液體加熱到20℃到66℃之間的處理溫度T，並根據處理溫度T的值在加熱該液體以後立即或略遲將該液體暴露於脈衝形式的交變電場。文檔編號A23L3/32GK101674736SQ200880014849公開日2010年3月17日申請日期2008年3月17日優先權日2007年3月21日發明者A·扎瓦德塞夫,P·P·庫裡克申請人:Opus工業股份有限公司