BR112015022749B1 - reator para reduzir o número de patogênicos em um líquido - Google Patents

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Abstract

resumo “reator de esterilização e método” são divulgados um método e um dispositivo para tratar líquido para reduzir a quantidade de micro-organismos no líquido até um nível pré-selecionado e/ou para mitigar o crescimento de micro-organismos. utilizando-se o método ou dispositivo, produto líquido é aspergido para dentro de uma cavidade de um reator com o uso de um bico que produz uma aspersão retilínea para fornecer meio para aquecimento e tratamento eficientes do líquido.

Description

“REATOR PARA REDUZIR O NÚMERO DE PATOGÊNICOS EM UM LÍQUIDO”
CAMPO DA INVENÇÃO [001] A invenção se refere a sistemas e métodos para reduzir um número de micro-organismos em um líquido; mais particularmente, a invenção se refere a sistemas e métodos que usam uma mudança em pressão e/ou temperatura de líquido para matar ou mitigar o crescimento de micro-organismos, tais como bactérias. O sistema e o método podem ser usados para produtos ou substâncias líquidas em qualquer indústria, tais como as indústrias de alimento ou farmacológicas.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO [002] Existe um método conhecido de tratamento térmico de produto líquido destinado a destruir ou diminuir a quantidade de micro-organismos prejudiciais (também chamados no presente documento simplesmente de micro-organismos) em que micro-organismos são mortos misturando-se produto líquido com um meio de aquecimento (por exemplo, vapor d'água estéril) desse modo aquecendo o produto líquido, e mantendo o mesmo a uma temperatura que assegura pasteurização ou esterilização.
[003] Uma desvantagem desse método conhecido é que o produto líquido se mistura com água quando o vapor se condensa durante o processo de resfriamento do produto. Isso aumenta a massa do produto em média em cerca de 30% e como resultado é necessária remoção de água. A remoção de água em geral exige equipamento, etapas de processamento, tempo e gasto adicionais. Outra desvantagem desse método conhecido é a deterioração potencial de qualidade e gosto de produto após pasteurização devido à destruição de vitaminas e coagulação de proteína por causa da temperatura até a qual o produto é elevado.
[004] Outro método conhecido com características técnicas similares é um no qual o produto líquido é misturado com um meio de aquecimento de vapor de condensação, e o produto líquido é aquecido a uma taxa de cerca de 1.400o
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C/segundo ou mais para pasteurização e cerca de 7.600o C/segundo ou mais para esterilização até uma temperatura que não excede a temperatura à qual mudanças qualitativas ocorrem no produto líquido (tais mudanças qualitativas e temperaturas sendo conhecidas daqueles versados na técnica). O produto é difundido em gotas preferencialmente não excedendo 0,3 mm de diâmetro (esse processo é descrito na Patente RU 2.052.967, cuja divulgação que não seja inconsistente com a divulgação no presente documento é incorporada a título de referência). Esse método promove tratamento térmico eficiente do produto líquido, mata micro-organismos suficientemente e não impacta adversamente os aspectos qualitativos do produto líquido, porque o mesmo aumenta a taxa à qual o produto líquido é aquecido e mantém o produto a uma temperatura alta apenas por uma curta duração. O produto líquido é aquecido apenas até uma temperatura mais baixa do que aquela que não afete mudanças qualitativas no produto líquido. Esse método é desempenhado em um dispositivo de pasteurização, o qual contém um difusor de produto líquido, uma câmara de pasteurização, um bocal para vapor, um gerador de vapor, uma câmara de resfriamento, e uma bomba de vácuo.
[005] Uma desvantagem desse método é que o mesmo não exclui mistura de produto com condensado a vapor, o que pode impactar adversamente a estabilidade de propriedades organolépticas e fisioquímicas (tais como gosto, odor, cor e consistência) de tais produtos líquidos, que incluem, por exemplo, sucos concentrados não congelados (“NFC”) e laticínios, e o mesmo não garante a necessária destruição de micro-organismos que são resistentes ao calor.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO [006] O propósito da invenção é criar um método e um dispositivo eficientes para tratamento de produto líquido por pressão e/ou temperatura que promova estabilidade organoléptica e fisioquímica de produtos líquidos. Foi constatado que fornecer uma corrente plana (ou “aspersão plana”) de líquido entre superfícies substanci
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3/20 almente paralelas aquecidas de uma cavidade interior de um reator aumenta a eficácia e rendimento do método e do sistema de tratamento, e os custos operacionais gerais são reduzidos em comparação com dispositivos e métodos relacionados.
[007] De acordo com várias modalidades da invenção, um reator para esterilizar, tratar, pasteurizar, e/ou reduzir de outra maneira o número de microorganismos em um líquido, tal como um substância alimentar líquida, inclui uma cavidade interior que é preferencialmente definida por duas superfícies substancialmente paralelas (conforme usado doravante, o termo “paralelo (a) (os) (as)” significa substancialmente paralelo (a) (os) (as)), uma entrada para a cavidade interior, uma ou mais fontes de aquecimento para cada uma das superfícies paralelas, e um bocal na entrada da cavidade interior para fornecer uma aspersão plana do líquido para dentro da cavidade interior entre as superfícies paralelas. As superfícies paralelas e a cavidade interior são preferencialmente orientadas de maneira vertical de modo que a aspersão líquida permaneça substancialmente entre as superfícies durante um processo de tratamento. O reator pode também incluir uma bomba para abaixar a pressão na cavidade interior, e um ou mais canais para introduzir um meio de aquecimento (tal como vapor ou ar quente).
[008] Um reator de acordo com aspectos da invenção pode incluir mais do que duas superfícies paralelas aquecidas. Neste caso, uma cavidade interna pode ser definida entre cada duas superfícies paralelas adjacentes, e pelo menos um bocal que produza uma corrente plana de líquido localizado na entrada de cada cavidade interior. De acordo com vários aspectos dessas modalidades, as superfícies interiores são preferencialmente orientadas em uma configuração vertical, de modo que a aspersão plana de líquido se mova dentro da cavidade interior entre as superfícies internas e substancialmente paralela às mesmas. De acordo com aspectos adicionais, um ou mais bocais introduzem uma aspersão plana em cada entrada, e preferencialmente no centro de cada cavidade interna.
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4/20 [009] Um reator de acordo com a invenção pode incluir adicionalmente um reservatório para coletar o líquido tratado. Em uma modalidade preferida, o reservatório está no fundo do reator.
[010] Além disso, outro aspecto da invenção é um bocal que converte uma corrente de fluido em geral cilíndrica em uma corrente plana. O bocal preferencialmente inclui uma estrutura interior (por exemplo, uma placa plana, em formato de disco) para converter a corrente de uma corrente cilíndrica ou cônica em uma aspersão plana que entra na cavidade interior entre as superfícies internas paralelas. Em uma modalidade particularmente preferida a corrente cilíndrica de líquido flui em uma direção e é convertida em uma corrente plana que se desloca em outra direção.
[011] De acordo com modalidades adicionais da invenção, um processo para tratar (por exemplo, pasteurizar, esterilizar ou reduzir de outra maneira o número de micro-organismos em) um líquido, tal como uma substância alimentar líquida, inclui fornecer um reator que tenha uma cavidade preferencialmente entre duas superfícies paralelas, criar um vácuo dentro da cavidade, aquecer as duas superfícies paralelas, e introduzir uma aspersão plana de líquido no interior da cavidade entre as superfícies paralelas. De acordo com aspectos exemplificativos dessas modalidades, as duas paredes paralelas são aquecidas até substancialmente a mesma temperatura a fim de aquecer uniformemente o líquido que passa através da cavidade interna. De acordo com aspectos adicionais, a queda de pressão do líquido que entra no bocal em relação ao líquido que entra na cavidade interior preferencialmente varia entre cerca de 105 Pa/segundo a 1010 Pa/segundo. Ainda de acordo com aspectos adicionais, o processo preferencialmente inclui difundir o líquido em gotas (preferencialmente em gotas não excedendo cerca de 0,3 mm em diâmetro) e expor o líquido a uma velocidade de variação de pressão de cerca de 105 Pa/segundo, ou 105 Pa/segundo a 1010 Pa/segundo, ou cerca de 1010 Pa/segundo, ou mais. De acordo com aspectos adicionais, a velocidade das gotas que saem do bocal pode ser de
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5/20 cerca de 105 m/segundo ou mais e a queda de pressão ocorre durante a difusão do líquido no interior da cavidade interna enquanto o mesmo sai do bocal. O líquido é difundido utilizando o bocal e pode ser mantido a uma pressão em um lado do bocal (a pressão sendo mensurável e controlável, preferencialmente usando-se uma bomba) e é liberado quando o líquido se difundiu no interior da cavidade interna no outro lado do bocal. A pressão dentro do reator também pode ser regulada e, caso seja, a pressão pode ser regulada pelo uso de uma bomba de vácuo.
[012] De acordo com vários aspectos do dispositivo e do método exemplificativos descritos no presente documento, o produto líquido pode ser exposto a aquecimento adicional. Caso seja, o aquecimento adicional pode ser realizado na cavidade ou câmara de reator à medida que o produto líquido é difundido e pode ser feito utilizando vapor superaquecido ou qualquer outro método ou meio de aquecimento adequado (outras opções incluem frequência ultrassônica, luz infravermelha e ar quente). Se vapor ou outro meio for usado o mesmo pode ser introduzido no interior da câmara através de um canal separado e enviado na mesma direção que o produto líquido, ou na direção oposta, ou qualquer direção. Além disso, a taxa de aquecer o produto líquido preferencialmente não excede 1.100oC/segundo, mas qualquer taxa de aquecimento pode ser utilizada que mate suficientemente o número exigido de micro-organismos e que não aqueça o produto líquido até uma temperatura à qual os atributos qualitativos sejam adversamente afetados.
[013] Em outra modalidade, a câmara interior é mantida a uma temperatura de entre cerca de 48°C e 82°C, e preferencialmente entre cerca de 50°C a 75°C, e mais preferencialmente de cerca de 56°C a 72°C. Tais temperaturas estão mais preferencialmente abaixo do calor exigido para pasteurização HTST de um líquido. Em modalidades preferidas, a temperatura do líquido antes que o mesmo entre no bocal é de cerca de 10°C a 20°C menor do que a temperatura do líquido quando o mesmo entra na cavidade interior.
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6/20 [014] Uma modalidade da invenção também inclui um bocal para converter uma corrente cilíndrica ou cônica de alta pressão de líquido que flui em uma primeira direção em uma corrente plana do líquido que flui em uma segunda direção. O bocal inclui uma entrada em uma primeira extremidade, uma extremidade afunilada, um conduto entre as mesmas, e uma estrutura interior próxima da extremidade afunilada, a estrutura interior sendo em geral plana e incluindo um recorte para formar uma aspersão plana de líquido recebido da extremidade afunilada. A segunda direção pode ser perpendicular à primeira direção.
[015] A invenção fornece um método e um dispositivo de tratamento altamente eficientes, eficazes quanto ao custo, sem mudanças significativas em seus recursos organolépticos ou fisioquímicos.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS DOS DESENHOS [016] As modalidades exemplificativas da presente invenção serão descritas em conexão com as figuras dos desenhos anexas, nas quais:
[017] A Figura 1 ilustra um reator para tratar um líquido de acordo com modalidades exemplificativas da divulgação;
[018] A Figura 2 ilustra uma porção do reator ilustrado na Figura 1;
[019] A Figura 3 ilustra um bocal para uso no tratamento de um líquido de acordo com modalidades adicionais da invenção; e [020] A Figura 4 ilustra um método de tratar um líquido de acordo com modalidades adicionais da invenção.
[021] Será apreciado que as figuras não são necessariamente desenhadas em escala. Por exemplo, as dimensões de alguns dos elementos nas figuras podem ser exageradas com relação a outros elementos para ajudar a aumentar o entendimento de modalidades ilustradas da presente invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODALIDADES PREFERIDAS [022] A descrição de modalidades exemplificativas da presente invenção for
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7/20 necida abaixo é meramente exemplificative e é destinada apenas a propósitos de ilustração; a descrição a seguir não é destinada a limitar o escopo da invenção divulgada no presente documento.
[023]Conforme descrito em mais detalhe abaixo, um método e reator exemplificativos podem ser usados para tratar um líquido, tal como uma substância alimentar, para pasteurizar, esterilizar ou reduzir de outra maneira a quantidade de microorganismos em um líquido em uma maneira efetiva e eficaz com relação ao custo. O reator e o processo têm um rendimento relativamente alto comparado a dispositivos e processos de tratamento similares, porque o dispositivo e o processo descritos no presente documento são configurados para aquecer de modo eficiente uma corrente plana de líquido. Fazendo-se as paredes do reator planas e criando-se uma cavidade interior entre as mesmas, muito mais cavidades interiores podem ser formadas dentro de um dado volume do que com reatores anteriores, os quais são em geral recipientes grandes, abertos. Além disso, pelo fato das superfícies internas do reator preferencialmente serem substancialmente paralelas e uma aspersão plana de líquido a ser tratado ser preferencialmente introduzida entre as mesmas, o calor das superfícies internas aquece o líquido de modo mais eficiente. A título de exemplo, se um reator em questão tem um volume do tamanho de uma sala, numerosos reatores de acordo com aspectos da invenção poderiam se encaixar no mesmo espaço, e significativamente mais líquido poderia ser tratado ao longo de um dado período de tempo na mesma quantidade de espaço.
[024] O reator e o método descritos no presente documento podem ser usados para tratar uma variedade de líquidos e podem ser particularmente bem adequados para o tratamento de substâncias alimentares, tais como laticínios, sucos concentrados não congelados, e similares. Conforme usado no presente documento “corrente plana” ou “aspersão plana” significa uma aspersão que é substancialmente mais plana. A título de exemplos, a aspersão pode ser substancialmente mais plana em uma primeira direção e um ângulo da aspersão em uma direção perpendicular à primeira direção pode
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8/20 ser de cerca de vinte graus ou menos, cerca de dez graus ou menos, cerca de cinco graus ou menos ou cerca de dois graus ou menos. A aspersão tem uma espessura preferencialmente de cerca de 5 mm a 30 mm.
[025] Figura 1 ilustra um reator 100 de acordo com modalidades exemplificativas da divulgação. Conforme mostrado, as paredes, as superfícies e a cavidade interior dessa modalidade são verticalmente orientadas. O reator 100 conforme mostrado inclui duas superfícies paralelas aquecidas 102, 104, uma fonte de aquecimento e um bocal
112. O reator 100 pode incluir paredes adicionais, não ilustradas, para formar uma cavidade interior 110 dentro do reator. A cavidade interior pode ser hermeticamente vedada. O reator 100 pode também opcionalmente incluir um reservatório 116 para coletar o líquido. O reator 100 pode adicionalmente incluir um ou mais canais para introduzir vapor ou outro fluido aquecido, tal como ar, na cavidade interior 110. Opcionalmente, o mesmo pode também incluir uma fonte de vácuo 114, que é preferencialmente uma bomba de vácuo.
[026] Durante a operação do reator 100, líquido pressurizado é introduzido em uma entrada do reator 100, por exemplo, próxima da ou na parte superior do reator 100, por meio de um bocal 112, e o líquido é projetado para baixo na forma de uma aspersão plana entre as superfícies internas 106, 108, respectivamente às paredes 102, 104. À medida que o líquido entra na cavidade interior 110 na entrada 110A, o líquido passa por uma rápida mudança em pressão e/ou temperatura. O líquido é preferencialmente aquecido por meio de calor radiante a partir das superfícies 106, 108. Fornecendo-se uma aspersão plana de líquido para a cavidade interior 110 permite-se um rápido aquecimento do líquido, o que reduz ou elimina a necessidade de que qualquer fluido aquecido adicional, tal como ar ou vapor, seja adicionado para aquecer o líquido. Porque menos ou nenhum fluido adicional é exigido para aquecer o líquido tratado, se comparado a outras sistemas que usam vapor, menos investimento de capital é exigido para tratar o líquido, porque menos água teria de ser removida do líquido tratado se o mesmo
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9/20 fosse aquecido com o uso de vapor.
[027] Embora não ilustrado, um sistema que inclui o reator 100 pode incluir uma fonte de aquecimento opcional adicional, tal como um gerador de vapor, uma fonte de ar quente, radiação infravermelha ou qualquer outro adequado método de aquecimento. Um sistema exemplificativo que inclui uma fonte de calor adicional e uma câmara de resfriamento é divulgada na Patente US 7.708.941, cujo conteúdo é aqui incorporada no presente documento por referência, até o ponto em que esse conteúdo não conflite com a presente divulgação.
[028] Com referência mais uma vez à Figura 1, cada parede 102, 104 tem uma superfície interior, 106, 108, respectivamente. Uma cavidade interior 110 entre as superfícies interiores 106, 108 define pelo menos parte de uma cavidade interior dentro do reator 100. Paredes que são aquecidas e/ou paredes que não são aquecidas podem definir qualquer porção restante de cavidade interior 110. As paredes podem ser acopladas juntas com o uso de qualquer técnica adequada, tal como soldagem, ou as paredes podem ser formadas de maneira integrada. A título de exemplo, as paredes 102, 104 podem ter dimensões de 1200 mm x 1200 mm e um espaçamento entre as paredes pode ser de cerca de 60 mm. As paredes 102, 104 podem ser formadas de qualquer material adequado, tal como aço inoxidável e ter qualquer dimensão ou espaço adequados entre as mesmas.
[029] No exemplo ilustrado, a parede 102 e a parede 104 são verticais e o líquido a ser tratado se desloca a partir de uma entrada entre as paredes 102, 104 para baixo na direção do fundo do reator 100 e pode ser coletado no reservatório 116. Pelo fato do líquido preferencialmente se deslocar em uma direção substancialmente vertical, o mesmo tende a permanecer no centro da cavidade interna e ser uniformemente aquecido.
[030] Em outra modalidade não ilustrada, as paredes podem não ser paralelas, mas podem ser no formato de um “V” invertido, estando as mesmas mais próximas na
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10/20 parte superior onde a aspersão líquida plana é introduzida. Alternativamente, as mesmas poderiam ser formadas em um formato de “V” sendo mais afastadas na parte superior onde a aspersão líquida plana é introduzida.
[031] As superfícies interiores 106, 108 das paredes 102, 104 podem ser aquecidas até as mesmas ou diferentes temperaturas com o uso de uma variedade de técnicas. Por exemplo, as paredes 102, 104 podem ser aquecidas com o uso de um ou mais elementos de aquecimento, tais como elementos de aquecimento 150 que podem ser camisas de aquecimento (por exemplo, vapor ou outras camisas de fluido aquecido) em torno de um ou mais dentre o exterior ou o interior das paredes. Alternativamente, as paredes 102, 104 podem ser aquecidas com o uso de calor elétrico ou fazendo-se passar fluido aquecido através de uma porção interior das paredes. De acordo com modalidades exemplificativas da invenção, as paredes 102, 104 são aquecidas até uma temperatura de cerca de 65,55°C a 93,33°C, embora as mesmas possam ser aquecidas até qualquer temperatura adequada.
[032] Embora o reator 100 seja ilustrado com duas paredes paralelas, verticais, um reator de acordo com a presente invenção pode ter mais do que duas paredes e uma pluralidade de cavidades interiores, sendo uma entre cada duas superfícies de parede. Cada cavidade interior definida por duas superfícies de parede pode ter um ou mais bocais na entrada para a cavidade, de modo que a corrente plana que sai do um ou mais bocais é projetada substancialmente para o centro da cavidade interior, equidistante de cada superfície de parede.
[033] O bocal 112 é localizado em uma entrada para a cavidade interior 110. O bocal 112 converte uma corrente de líquido que está entrando (por exemplo, uma corrente cilíndrica ou cônica) que flui em uma primeira direção em uma corrente plana que flui em uma segunda direção. No exemplo ilustrado, a segunda direção é perpendicular à primeira direção. A Figura 3 ilustra o bocal exemplificativo 112 em maior detalhe. O bocal 112 inclui uma entrada 302 em uma primeira extremidade
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304, uma extremidade afunilada 306 em uma extremidade de um conduto 308 entre a primeira extremidade 302 e a extremidade afunilada 306. A entrada 302 e o conduto 308 podem ter um diâmetro entre cerca de 1 e 3 mm. O bocal 112 também inclui uma estrutura interior 310 que recebe líquido a partir do conduto 308 ou da extremidade afunilada 306 (por exemplo, em um padrão cilíndrico ou cônico) e converte o líquido em um padrão de aspersão plana, conforme ilustrado na Figura 2, a qual sai na extremidade 312 da estrutura interior 310. A espessura da aspersão plana que sai do bocal pode ser de não mais do que 5 mm, não mais do que 10 mm, não mais do que 20 mm, ou não mais do que 30 mm.
[034] A estrutura interior 310 pode incluir, por exemplo, uma placa plana, a qual pode ser no formato de um disco. A estrutura interior 310 inclui uma borda dianteira 318 distal à extremidade 312. De acordo com aspectos exemplificativos dessas modalidades, a mudança de pressão da borda dianteira para a borda de arrasto é de pelo menos cerca de 105 Pa/segundo a 1010 Pa/segundo. O volume do líquido que sai do bocal 112 pode ser, por exemplo, entre cerca de 500 l/hora a 1.000 l/hora ou mais. O bocal 112 pode ser formado de qualquer material adequado, tal como aço inoxidável de qualidade para alimentos.
[035] O bocal 112 pode ser fixado a uma ou mais paredes 102, 104 com o uso de qualquer técnica adequada. A título de exemplo, o bocal 112 pode incluir um anel de gaxeta 314, um disco de aperto 316, e um mecanismo de prender, tal como um parafuso 318 para segurar o bocal 112 na parede 104. O bocal 112 pode ser preso, de modo que a aspersão a partir do bocal 112 seja centrada entre as superfícies 106, 108, respectivamente, das paredes 102 e 104, conforme ilustrado nas Figuras 1 a 2.
[036] De acordo com modalidades exemplificativas da invenção, o bocal 112 é projetado para criar gotas que têm um diâmetro que em geral não excede cerca de 0,3 mm (embora seja possível que algumas gotas excedessem esse diâmetro mes
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12/20 mo na modalidade preferida). Uma velocidade das gotas no reator pode ser de cerca de 10 m/segundo ou mais, embora isso possa variar de acordo com parâmetros de operação desejados.
[037] A fonte de vácuo 114 pode incluir qualquer bomba de vácuo adequada. A fonte ou bomba de vácuo 114 pode ser configurada para manter uma pressão na cavidade interior 110 de qualquer quantidade adequada, e preferencialmente de abaixo de uma atmosfera a cerca de 0,25 Pa. A pressão na cavidade interior 110 é selecionada para manter uma rápida queda de pressão por tempo para matar microorganismos quando o líquido sai do bocal e entra na cavidade interior.
[038] A taxa de pressão diferencial à qual o líquido é submetido pode variar largamente. Por exemplo, a taxa de pressão diferencial pode ser de cerca de 105 Pa/segundo ou mais ou de cerca de 109 Pa/segundo ou mais, ou entre 105 Pa/segundo a 1010 Pa/segundo. Para fornecer uma pressão diferencial desejada, o líquido que entra no bocal 112 pode ser pressurizado.
[039] A Figura 4 ilustra um método 400 de tratar um líquido de acordo com modalidades adicionais da invenção. O método 400 inclui as etapas de fornecer um reator que tem cavidade entre duas paredes paralelas (etapa 402), aquecendo cada uma das duas paredes paralelas (etapa 406), e introduzir uma aspersão plana de líquido (por exemplo, produto alimentar líquido) no interior da cavidade (etapa 408). Embora não ilustrado, o método 400 pode também incluir criar um vácuo na cavidade interior, tratamento do produto líquido com gases, ou componentes, ou substâncias quimicamente ativos, tais como um ou mais gases quimicamente ativos que incluam um ou mais dentre o grupo que consiste em oxigênio, cloro e flúor que matam bactérias.
[040] A etapa 402 inclui a etapa de fornecer um reator que tem pelo menos duas paredes paralelas. O reator pode ser o reator 100, conforme descrito acima, e pode incluir mais do que duas paredes paralelas.
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13/20 [041] Na etapa 406, as paredes paralelas do reator são aquecidas. Conforme observado acima, as paredes podem ser aquecidas, por exemplo, com o uso de uma ou mais camisas de aquecimento em torno de um ou mais de um exterior ou interior das paredes, ou as mesmas podem ser aquecidas de qualquer outra maneira adequada tal como se passando fluido quente através do interior.
[042] Durante a etapa 408, uma aspersão plana do líquido é introduzida no interior da cavidade. O líquido pode entrar no bocal em cerca de 10OC a cerca de 100OC ou cerca de 50OC a cerca de 75OC e o produto líquido pode ser difundido em gotas que têm um diâmetro em geral não excedendo cerca de 0,3 mm (embora seja possível que algumas gotas excedessem esse diâmetro mesmo na modalidade preferida). O líquido pode também ser pressurizado em uma primeira extremidade do bocal antes de entrar na cavidade. A taxa de variação de pressão em combinação com o calor das paredes é suficiente para matar micro-organismos pré-selecionados ou reduzir um número de micro-organismos a um nível predeterminado, o que é frequentemente exigido por um padrão governamental. A taxa de mudança de pressão à qual o líquido é submetido pode variar largamente, e taxas preferidas de mudança de pressão são mencionadas acima. A velocidade preferida das gotas na cavidade é também mencionada acima e varia de acordo com parâmetros de operação desejados.
[043] As etapas de acordo com o método podem ser desempenhadas em qualquer ordem adequada até o produto final desejado.
[044] O líquido é aquecido até uma temperatura que não leva às mudanças qualitativas do mesmo, essas temperaturas sendo específicas para cada produto líquido e sendo conhecidas daqueles versados na técnica.
[045] Embora não ilustrada, o método 400 pode incluir uma etapa adicional de adicionar fluido aquecido, tal como ar ou vapor, à cavidade interior para aquecer adicionalmente o líquido sendo tratado. Caso além das paredes aquecidas seja usa
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14/20 do aquecimento, o líquido pode ser aquecido com o uso de vapor d'água superaquecido ou ar quente. Adicionalmente ou alternativamente, caso aquecimento adicional seja aplicado ao líquido, o líquido poderia ser aquecido com o uso de qualquer outro método adequado, tal como luz infravermelha ou frequência ultrassônica.
[046] O líquido tratado juntamente com qualquer vapor que possa ter sido usado pode ser enviado para uma câmara de resfriamento onde qualquer excesso de água pode ser removido com a ajuda de um condensador e uma bomba de vácuo, o que é conhecido na técnica, e o produto líquido é resfriado até uma temperatura desejada.
[047] O uso da invenção proporciona estabilidade microbiológica do produto líquido tratado ao mesmo tempo em que preserva as propriedades qualitativas do produto líquido em seus níveis originais ou perto de seus níveis originais. Esse é um importante recurso para a produção industrial de produtos líquidos tais como leite, sucos (tais como sucos reconstituídos ou sucos NFC), néctares e outros produtos.
[048] Adicionalmente, após tratamento utilizando um dispositivo e um método de acordo com a invenção, o líquido tratado pode ser tratado uma segunda vez utilizando um método padrão de pasteurização ou esterilização.
[049] A seguir se encontram combinações exemplificativas de elementos de aspectos da invenção:
1.Um reator para reduzir o número de patogênicos em um líquido, o reator compreendendo:
(a) uma cavidade interior;
(b) uma entrada para a cavidade interior;
(c) em duas paredes espaçadas em que cada parede tem uma superfície interior, e um espaço entre as superfícies interiores, o espaço definindo parte da ou toda a cavidade interior;
(d) um ou mais elementos de aquecimento que aquecem cada uma das su
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15/20 perfícies interiores das paredes; e (e)um bocal na entrada, o bocal tendo uma entrada pela qual o produto alimentar líquido entra e uma saída que se abre para a cavidade interior e através da qual o produto alimentar líquido entra na cavidade, o bocal projetando uma corrente plana do líquido para dentro da cavidade interior.
2.O reator do exemplo 1 em que as superfícies interiores das paredes são paralelas.
3.O reator do exemplo 2 em que as superfícies interiores paralelas das paredes são verticalmente orientadas.
4.O reator dos exemplos 1 a 3 em que o bocal é centrado entre as superfícies interiores de cada parede.
5.O reator de qualquer dos exemplos 1 a 4 em que a entrada se encontra na parte superior do reator e a aspersão plana é direcionada para baixo.
6.O reator de qualquer dos exemplos 1 ou 4 em que as superfícies interiores não são paralelas.
7.O reator do exemplo 6 em que as superfícies internas são verticalmente orientadas.
8.O reator do exemplo 7 em que as superfícies internas estão mais próximas uma da outra na parte superior do que no fundo.
9.O reator do exemplo 7 em que as superfícies internas estão mais próximas uma da outra no fundo do que na parte superior.
10.O reator de qualquer dos exemplos 1 a 9 que inclui uma pluralidade de superfícies interiores com uma cavidade interior definida entre cada uma das superfícies interiores e um bocal na entrada de cada cavidade interior.
11.O reator do exemplo 10 em que existe uma pluralidade de bocais, e pelo menos um bocal é centrado entre cada cavidade interior.
12.O reator do exemplo 11 em que cada bocal está em uma entrada na par
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16/20 te superior do reator e o bocal projeta uma aspersão plana para baixo para dentro da cavidade interior.
13.O reator do exemplo 11 em que pelo menos um dentre a pluralidade de bocais é centrado entre cada cavidade interior.
14.O reator de qualquer dos exemplos 1 a 13 compreendendo adicionalmente um reservatório no fundo do reator para coletar o líquido.
15.O reator do exemplo 1 que inclui um ou mais canais para introduzir vapor ou ar quente para dentro da cavidade interior.
16.O reator do exemplo 3 que inclui um ou mais canais para introduzir vapor ou ar quente para dentro da cavidade interior.
17.O reator do exemplo 10 que inclui um ou mais canais para introduzir vapor ou ar quente dentro de cada uma das cavidades interiores.
18.O reator de qualquer dos exemplos 1 a 17 em que cada superfície interior é aquecida até entre 71,11°C e 93,33°C.
19.O reator de qualquer dos exemplos 1 a 18 em que a temperatura de cada cavidade interior está entre 48°C e 82°C.
20.O reator de qualquer dos exemplos 1 a 18 em que a temperatura de cada cavidade interior está entre 50°C e 72°C.
21.O reator de qualquer dos exemplos 1 a 18 em que a temperatura de cada cavidade interior está abaixo da temperatura de pasteurização do líquido.
22.O reator de qualquer dos exemplos 1 a 21 em que a pressão de líquido muda a uma taxa de entre 105 a 1010 Pa/segundo à medida que o líquido se move através do bocal e para dentro da cavidade interior.
23.O reator de qualquer dos exemplos 1 a 21 em que a pressão de líquido muda em uma taxa de entre 109 Pa/segundo ou mais à medida que o líquido se move através do bocal e para dentro da cavidade interior.
24.O reator de qualquer dos exemplos 1 a 23 em que a aspersão líquida se
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17/20 encontra em gotículas de 0,3 mm de diâmetro ou menos.
25.O reator de qualquer dos exemplos 1 a 24 em que a velocidade da aspersão líquida é de 103 m/segundo ou mais.
26.O reator de qualquer dos exemplos 1 a 25 em que o líquido é aquecido antes de entrar no bocal.
27.O reator de qualquer dos exemplos 1 a 26 em que a taxa de aquecimento de produto líquido que sai do bocal não excede 1.100°C/segundo.
28.O reator de qualquer dos exemplos 1 a 27 em que o bocal compreende uma cavidade, um bocal em comunicação fluida com a cavidade, o bocal para criar uma aspersão plana a partir de uma corrente cilíndrica ou cônica de líquido, uma unidade de controle de vácuo em comunicação com a cavidade, em que a unidade de controle de vácuo e o bocal criam uma mudança de pressão no produto líquido que entra na cavidade interna.
29.O reator de qualquer dos exemplos 1 a 28 em que a temperatura do líquido que entra no bocal é de 10°C a 20°C menor do que a do líquido que sai do bocal.
30.O reator de qualquer dos exemplos 1 a 29 em que o bocal é fixado a uma parede cuja superfície interna ajuda a definir a cavidade interna.
31.O reator de qualquer dos exemplos 1 a 30 em que o bocal inclui uma entrada, uma porção central e uma saída deslocada a um ângulo de 45° a 90° em relação à entrada.
32.O reator dos exemplos 30 a 31 em que o bocal inclui uma estrutura interior que compreende uma placa plana que converte uma corrente em geral cilíndrica de líquido em uma aspersão plana.
33.Um bocal para uso em um reator para esterilizar líquido, o bocal que inclui uma entrada, uma estrutura interior que compreende uma placa plana que converte uma corrente cilíndrica em uma aspersão plana, e uma saída formada em um
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18/20 ângulo deslocado em relação à entrada.
34.O bocal do exemplo 33 em a placa plana é em formato de disco.
35.Um processo para esterilizar um produto alimentar líquido, o processo incluindo as etapas de:
(a) fornecer um reator que tem uma cavidade entre duas paredes paralelas;
(b) criar um vácuo na cavidade;
(c) aquecer cada uma das duas paredes paralelas; e (d) introduzir uma aspersão plana do produto alimentar líquido dentro da cavidade.
36.O processo do exemplo 35 em que cada uma das duas paredes paralelas é aquecida até a mesma temperatura.
37.O processo do exemplo 35 em que o vácuo é 0, 25 Pa.
38.O processo do exemplo 35 em que o produto alimentar líquido é pressurizado antes de ser liberado para dentro da cavidade.
39.O processo do exemplo 35 em que a aspersão é em gotículas.
40.O processo do exemplo 35 em que o produto alimentar líquido é convertido de uma corrente cilíndrica ou cônica em uma aspersão plana antes de ser introduzido dentro da fonte.
41.Um método de tratamento de produto líquido em que o produto líquido é difundido no interior de uma cavidade de um reator a partir de uma aspersão plana enquanto a velocidade de mudança de pressão no líquido é suficiente para reduzir o nível de micro-organismos pré-selecionados até um nível predeterminado.
42.O processo do exemplo 35 em que a velocidade de mudança de pressão no produto líquido é de aproximadamente 105 Pa/segundo ou mais.
43.O processo do exemplo 39 em que a velocidade das gotículas é de cerca de 10 m/segundo ou mais.
44.O processo do exemplo 35 compreendendo adicionalmente a etapa de
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19/20 aquecer o produto líquido com o uso de uma pluralidade de paredes aquecidas verticais.
45.O processo do exemplo 35 em que a etapa de aquecimento é realizada em pressão mais baixa do que a pressão ambiente.
46.O processo do exemplo 35 compreendendo adicionalmente a etapa de adicionar um fluido aquecido ao produto líquido.
47.O processo do exemplo 35 em que a taxa de aquecimento do produto líquido não excede 1.100°C/segundo.
48.Um dispositivo para implantação de um método de tratamento de pressão de produto líquido, o dispositivo compreendendo uma cavidade, um bocal em comunicação fluida com a cavidade, o bocal para criar uma aspersão plana a partir de uma corrente cilíndrica ou cônica de líquido, uma unidade de controle de vácuo em comunicação com a cavidade, em que a unidade de controle de vácuo e o bocal criam uma mudança de pressão no produto líquido que entra na câmara de 105 Pa/segundo ou mais, e duas ou mais paredes aquecidas que aquecem o líquido à medida que o líquido entra na cavidade.
49.O dispositivo do exemplo 48 compreendendo adicionalmente uma câmara de resfriamento.
50.O dispositivo do exemplo 49 em que a parede compreende aço inoxidável.
51.O dispositivo do exemplo 50 em que o bocal é composto de aço inoxidável.
52.O reator do exemplo 1 em que o bocal tem um diâmetro de saída de entre 1 mm e 3 mm.
53.O processo do exemplo 28 compreendendo adicionalmente a etapa de tratar o produto líquido com gases, ou componentes, ou substâncias quimicamente ativas que matam bactérias.
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54.O processo do exemplo 53 em que o um ou mais gases quimicamente ativos compreendem um ou mais dentre o grupo que consiste em oxigênio, cloro e flúor.
55.O reator de qualquer dos exemplos 1 a 30 em que o líquido é selecionado dentre o grupo que consiste em: (a) um produto alimentar, (b) um produto farmacêutico, e (c) uma vacina.
56.O reator de qualquer dos exemplos 1 a 30 ou 55 em que o patogênico é selecionado de um ou mais dentre o grupo que consiste em: (a) uma ou mais bactérias ou outros micro-organismos, (b) um ou mais vírus, e (c) um ou mais fungos.
57.O processo de qualquer dos exemplos 35 a 47 em que o líquido é selecionado dentre o grupo que consiste em: (a) um produto alimentar, (b) um produto farmacêutico, e (c) uma vacina.
58.O processo de qualquer dos exemplos 35 a 47 ou 57 em que o patogênico é selecionado de um ou mais dentre o grupo que consiste em: (a) uma ou mais bactérias ou outros micro-organismos, (b) um ou mais vírus, e (c) um ou mais fungos.
[050] A presente invenção foi descrita acima com referência a um número de modalidades exemplificativas e exemplos. Deve ser observado que as modalidades particulares mostradas e descritas no presente documento são ilustrativas das modalidades exemplificativas da invenção, e não são destinadas a limitar o escopo da invenção. Será reconhecido que mudanças e modificações podem ser feitas nas modalidades descritas no presente documento sem que haja um afastamento do escopo da presente invenção. Essas e outras mudanças ou modificações são destinadas a ser incluídas dentro do escopo da invenção reivindicada e das equivalentes legais da mesma.

Claims (16)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Reator para reduzir o número de patogênicos em um líquido, o reator CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:
    (a) uma cavidade interior;
    (b) uma entrada para a cavidade interior;
    (c) duas paredes espaçadas, em que cada uma das paredes espaçadas tem uma superfície interior plana, e um espaço entre as superfícies interiores planas, o espaço definindo parte da ou toda a cavidade interior;
    (d) um ou mais elementos de aquecimento que aquecem as superfícies interiores de cada uma das paredes espaçadas; e (e) um bocal, o bocal tendo uma saída por dentro da qual o líquido entra na cavidade interior, o bocal projetando uma corrente plana do líquido para dentro da cavidade interior.
  2. 2. Reator, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que as superfícies interiores planas das paredes espaçadas são paralelas.
  3. 3. Reator, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que as superfícies interiores planas, paralelas das paredes espaçadas são verticalmente orientadas.
  4. 4. Reator, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o bocal é centrado entre as superfícies interiores planas das duas paredes espaçadas.
  5. 5. Reator, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que o bocal se projeta da aspersão plana para baixo entre as superfícies interiores planas.
  6. 6. Reator, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que cada uma das superfícies interiores planas tem uma primeira posição adjacente
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    2/3 à entrada e uma segunda posição oposta à primeira posição e são mais próximas uma da outra na primeira posição do que na segunda posição.
  7. 7. Reator, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que cada uma das superfícies interiores planas tem uma primeira posição adjacente à entrada e uma segunda posição oposta à primeira posição e são mais próximas uma da outra na segunda posição do que na primeira posição.
  8. 8. Reator, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, CARACTERIZADO pelo fato de que inclui pelo menos quatro ou mais superfícies interiores planas com uma cavidade interior definida entre cada par adjacente de superfícies interiores planas, e em que um bocal separado se projeta de uma corrente plana de líquido para dentro de uma respectiva dentre as cavidades interiores.
  9. 9. Reator, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que cada bocal está na entrada para uma das cavidades interiores e projeta aspersão plana para baixo para dentro da cavidade interior.
  10. 10. Reator, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente um reservatório no fundo do reator para coletar o líquido.
  11. 11. Reator, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, CARACTERIZADO pelo fato de que cada superfície interior plana é aquecida até entre 71,11°C e 93,33°C (160°F e 200°F).
  12. 12. Reator, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, CARACTERIZADO pelo fato de que a temperatura da cavidade interior está entre 48°C e 82°C, ou 50°C e 72°C, ou a uma temperatura abaixo da temperatura de pasteurização do líquido.
  13. 13. Reator, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, CARACTERIZADO pelo fato de que a pressão de líquido muda a uma taxa de entre
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    105 a 1010 Pa/segundo, ou 109 Pa/segundo ou mais, à medida que o líquido se move através do bocal e para dentro da cavidade interior.
  14. 14. Reator, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, CARACTERIZADO pelo fato de que o líquido é aquecido antes de entrar no bocal.
  15. 15. Reator, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, CARACTERIZADO pelo fato de que cada bocal compreende uma entrada, uma placa plana entre a entrada e a saída, a placa plana para alterar uma corrente cilíndrica ou cônica de líquido que entra pela entrada em uma corrente plana de líquido que sai pela saída.
  16. 16. Reator, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, CARACTERIZADO pelo fato de que a temperatura do líquido que entra no bocal é 10°C a 20°C menor do que a temperatura mais alta à qual o líquido é aquecido na cavidade interior.
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