RU2323161C1

RU2323161C1 - Apparatus for ultraviolet inflow treatment of liquid

Info

Publication number: RU2323161C1
Application number: RU2006145722/15A
Authority: RU
Inventors: Виктор Львович Зелезецкий (RU); Виктор Львович Зелезецкий; Евгений Николаевич Ларин (RU); Евгений Николаевич Ларин
Original assignee: Виктор Львович Зелезецкий; Евгений Николаевич Ларин
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2008-04-27

Abstract

FIELD: equipment for ultraviolet treatment of liquid fluids, may be used in food-processing, chemical, pharmaceutical industry, and in medicine.

SUBSTANCE: apparatus has casing of flow-type cylindrical chamber with feeding and discharging branch pipes and cover, and extended ultraviolet radiation source. Chamber wall is defined by cylindrical radiation transmitting member. Casing of said chamber and cylindrical member are coaxially positioned in flanges and cover and have guaranteed gap in diametrical plane and are axially sectioned.

EFFECT: increased efficiency in treating liquid fluids and simplified technical maintenance of apparatus.

7 cl, 8 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к способам и устройствам для нетепловой обработки жидких сред ультрафиолетовым излучением и может быть использовано в пищевой, химической, фармацевтической и других отраслях промышленности и в медицине.The present invention relates to methods and devices for non-thermal treatment of liquid media with ultraviolet radiation and can be used in food, chemical, pharmaceutical and other industries and in medicine.

Применение ультрафиолетового излучения (УФИ) для целей нетепловой стерилизации, бактерицидной обработки, например, молока, вина пива, соков, проведения фотолиза известно уже около 100 лет. Поскольку УФИ имеет сильное поглощение в средах, а эффективность обработки зависит от дозы поглощенного излучения, то обработку проводят в тонких слоях, при этом оптимизируют параметры излучения (см., например, RU 2263450 С1, Гаврющенко, 10.11.2005). Для возможного уменьшения перегрева и повышения однородности обработки слои жидкости перемешивают. Так, описана обработка биологических жидкостей путем пропускания по последовательно соединенным трубкам, внутри которых установлены турбулизаторы, а источники УФИ размещены снаружи (US 6587172 В1, Gunn et al., 01.07.2003).The use of ultraviolet radiation (UVI) for non-thermal sterilization, bactericidal treatment, for example, milk, beer wine, juices, photolysis has been known for about 100 years. Since UVI has a strong absorption in media, and the processing efficiency depends on the dose of absorbed radiation, the treatment is carried out in thin layers, and the radiation parameters are optimized (see, for example, RU 2263450 C1, Gavryushchenko, 10.11.2005). To possibly reduce overheating and increase the uniformity of processing, the fluid layers are mixed. So, the treatment of biological fluids by passing through series-connected tubes, inside which turbulators are installed, and UV radiation sources are located outside (US 6587172 B1, Gunn et al., July 1, 2003), is described.

Известны способы обработки жидкости в реакторах с неподвижными элементами, в которых используют сужение по типу трубки Вентури, обеспечивающее перемешивание слоев и нейтрализующее проскок необработанных частиц (SU 1806098, Левченко, 30.03.1993), а также эжекционную подачу жидкости (SU 1768520, Веселов, 15.10.1992; DE 3710555, Spranger, 03.11.1988). Известно выполнение стенок проточной камеры с турбулизаторами при коаксиальном размещении УФИ-лампы (US 5785845, Colaiano, 28.07.1998; WO 01137675, Rix et al., 31.05.2001). Известны другие технические решения по организации последовательного пропускания жидкости через зону УФИ с использованием прозрачных перегородок (JP 2004050003, Kaneko et al., 19.02.2004); с лабиринтной системой (DE 19915289, Thielmann, 20.07.2000). Однако вышеописанные методы и устройства промышленного применения не нашли ввиду непригодности для обработки сильнопоглощающих сред типа молока.Known methods for treating liquids in fixed element reactors that use venturi-type constriction to ensure mixing of the layers and neutralizing the breakthrough of unprocessed particles (SU 1806098, Levchenko, 03.30.1993), as well as ejection fluid supply (SU 1768520, Veselov, 15.10 .1992; DE 3710555, Spranger, 11/03/1988). It is known that the walls of the flow chamber with turbulators are coaxially placed with a UV lamp (US 5785845, Colaiano, July 28, 1998; WO 01137675, Rix et al., May 31, 2001). Other technical solutions are known for organizing sequential transmission of fluid through the UVI zone using transparent partitions (JP 2004050003, Kaneko et al., 02/19/2004); with a labyrinth system (DE 19915289, Thielmann, 07.20.2000). However, the above methods and devices for industrial use were not found due to unsuitability for the processing of highly absorbing media such as milk.

Известно устройство для обработки ультрафиолетовым (УФ) излучением жидких сред в тонком слое, преимущественно для пастеризации молока, вина, соков (RU 2055493 С1, Чапурин и др., 10.03.1996). Оно представляет собой цилиндрическую камеру облучения с патрубками подвода и отвода жидкости, внутри которой установлен источник облучения. Однако это устройство не обеспечивает производительности, сравнимой с пастеризаторами. Известно устройство проточного типа для обработки УФИ сильнозамутненных сред (RU 2177452, Костюченко и др., 27.12.2001). Лампы в кварцевых чехлах установлены по внутренней поверхности корпуса. Жидкость подается в пространство, ограниченное лампами и коаксиально установленным цилиндром с завихрителями. Однако в этом устройстве обрабатываются слои толщиной, намного превышающей толщину молочного слоя, с проницаемостью, достаточной для бактерицидной обработки.A device for processing ultraviolet (UV) radiation of liquid media in a thin layer, mainly for pasteurization of milk, wine, juices (RU 2055493 C1, Chapurin and others, 03/10/1996). It is a cylindrical irradiation chamber with nozzles for supplying and discharging liquid, inside which an irradiation source is installed. However, this device does not provide performance comparable to pasteurizers. A flow-through device is known for the processing of ultraviolet radiation of highly turbid environments (RU 2177452, Kostyuchenko et al., December 27, 2001). Lamps in quartz cases are installed on the inner surface of the housing. The fluid is fed into a space bounded by lamps and a coaxially mounted cylinder with swirls. However, in this device, layers are processed with a thickness far exceeding the thickness of the milk layer, with a permeability sufficient for bactericidal treatment.

Наиболее близким по совокупности признаков является устройство для стерилизации жидкости в тонком слое (SU 1806098, Левченко, 30.03.1993), включающее корпус проточной цилиндрической камеры с подводящими и отводящими патрубками и крышкой, а также установленные коаксиально корпусу прозрачный для излучения цилиндрический элемент и источник ультрафиолетового излучения.The closest in combination of features is a device for sterilizing a liquid in a thin layer (SU 1806098, Levchenko, 03.30.1993), including a body of a flowing cylindrical chamber with inlet and outlet pipes and a cover, as well as a cylindrical element transparent to radiation and a UV source installed coaxially to the body radiation.

Анализ показывает, что это устройство обеспечивает создание эффективного для облучения гарантированного тонкого слоя сильнопоглощающей УФИ среды лишь в режиме самопроизвольного стекания по стенке кожуха и не предполагает возможности создания принудительного потока среды, способствующего промышленной производительности.The analysis shows that this device provides the creation of a guaranteed effective thin layer of a highly absorbing UVI medium for irradiation only in the mode of spontaneous runoff along the wall of the casing and does not imply the possibility of creating a forced flow of the medium that promotes industrial productivity.

Задачей изобретения является повышение эффективности бактерицидной обработки сильнопоглощающих УФИ сред, в первую очередь молока, упрощение изготовления и технического обслуживания - сборки-разборки и промывки.The objective of the invention is to increase the effectiveness of the bactericidal treatment of highly absorbing UVI media, especially milk, simplifying the manufacture and maintenance - assembly-disassembly and washing.

Технический результат изобретения - обеспечение гарантированного зазора на всей длине протяженного УФИ источника при эффективном перемешивании среды.The technical result of the invention is the provision of a guaranteed gap along the entire length of the extended UVI source with effective mixing of the medium.

Технический результат обеспечивается тем, что устройство для ультрафиолетовой обработки жидкости в потоке включает корпус проточной цилиндрической камеры с подводящими и отводящими патрубками и крышкой, по меньшей мере один образующий стенку камеры прозрачный для излучения цилиндрический элемент и протяженный источник ультрафиолетового излучения.The technical result is ensured by the fact that the device for ultraviolet treatment of a liquid in a stream includes a body of a flowing cylindrical chamber with inlet and outlet pipes and a cover, at least one cylindrical element forming a chamber wall and transparent to radiation, and an extended source of ultraviolet radiation.

Устройство отличается тем, что корпус проточной камеры и цилиндрический элемент выполнены секционированными в осевом направлении с образованием гарантированного зазора в диаметральной плоскости, установлены коаксиально во фланцах и крышке, имеющих кольцевые проточки и уплотнения, при этом во внутренней стенке концевых частей секций корпуса и/или в наружной стенке цилиндрического элемента выполнены коллекторы в виде кольцевых выточек, сообщенные с подводящими и отводящими патрубками.The device is characterized in that the body of the flow chamber and the cylindrical element are axially partitioned with a guaranteed clearance in the diametrical plane, are installed coaxially in the flanges and the cover having annular grooves and seals, while in the inner wall of the end parts of the housing sections and / or the outer wall of the cylindrical element is made of collectors in the form of annular grooves in communication with the inlet and outlet pipes.

Устройство может характеризоваться тем, что протяженный источник ультрафиолетового излучения образован совокупностью цилиндрических ламп, размещенных в полости цилиндрического элемента в сквозных отверстиях фланцев и крышки, а внутренняя поверхность корпуса выполнена отражающей ультрафиолетовое излучение.The device can be characterized in that an extended source of ultraviolet radiation is formed by a combination of cylindrical lamps placed in the cavity of the cylindrical element in the through holes of the flanges and the cover, and the inner surface of the housing is made reflective of ultraviolet radiation.

Устройство может характеризоваться, кроме того, тем, что протяженный источник ультрафиолетового излучения образован совокупностью цилиндрических ламп, размещенных по наружной поверхности корпуса, выполненного прозрачным, а внешняя поверхность цилиндрического элемента выполнена отражающей ультрафиолетовое излучение.The device can be characterized, in addition, by the fact that an extended source of ultraviolet radiation is formed by a set of cylindrical lamps placed on the outer surface of the housing made transparent, and the outer surface of the cylindrical element is made reflective ultraviolet radiation.

Устройство может характеризоваться и тем, что протяженный источник ультрафиолетового излучения образован совокупностью цилиндрических ламп, размещенных в полости цилиндрического элемента и по наружной поверхности корпуса, выполненного прозрачным для излучения.The device can be characterized by the fact that an extended source of ultraviolet radiation is formed by a combination of cylindrical lamps located in the cavity of the cylindrical element and on the outer surface of the housing made transparent to radiation.

Устройство может характеризоваться, кроме того, тем, что гарантированный зазор обеспечивается вставками, установленными вблизи торцов цилиндрического элемента, а также тем, что число секций составляет 2-6, а также тем, что размеры сечения кольцевых выточек выбраны из условия ас³/b²>>h³/L, где а и с - ширина и глубина выточки соответственно, b - расстояние между патрубками в плоскости выточек, a h, L - толщина гарантированного зазора и длина секции.The device can be characterized, in addition, by the fact that the guaranteed clearance is ensured by inserts installed near the ends of the cylindrical element, and also by the fact that the number of sections is 2-6, and also by the fact that the cross-sectional dimensions of the ring grooves are selected from the condition ac ³ / b ² >> h ³ / L, where a and c are the width and depth of the groove, respectively, b is the distance between the nozzles in the plane of the grooves, ah, L is the thickness of the guaranteed clearance and the length of the section.

Устройство может характеризоваться и тем, что подводящие и отводящие патрубки секций соединены трубами для крепления секций между собой и транспортировки обрабатываемой среды.The device can be characterized by the fact that the inlet and outlet pipes of the sections are connected by pipes for fastening the sections to each other and transporting the processed medium.

Существо изобретения поясняется на чертежах, где на:The invention is illustrated in the drawings, where:

фиг.1 представлен вид устройства в разрезе;figure 1 presents a view of the device in section;

фиг.2, 3 - крепление элементов в крышке и фланце соответственно;figure 2, 3 - mounting elements in the cover and flange, respectively;

фиг.4, 5, 6 - варианты размещения источников УФИ;figure 4, 5, 6 - options for the placement of UV sources;

фиг.7 - устройство с параллельным соединением секций;7 is a device with a parallel connection of the sections;

фиг.8 - экспериментальные зависимости пропускания УФИ в молоке и молочном жире.Fig - experimental dependence of the transmission of UVI in milk and milk fat.

Известно, что снижение интенсивности излучения в среде, определяющее качество бактерицидной обработки, происходит в результате его поглощения и рассеяния, что при соблюдении ряда условий может быть описано законом Бугера-Ламберта-Бера: i=i₀ exp (-yD) (i - величина светового потока после прохождения сквозь среду толщиной D, i₀ - исходная величина) и характеризуется коэффициентом экстинкции y=a+b, где а и b коэффициенты поглощения и рассеяния соответственно (Физический энциклопедический словарь, М., Советская энциклопедия, 1984, с.60). Интенсификация излучения для усиления бактерицидного воздействия (т.е. увеличение i₀) может усиливать также его деструктивное воздействие на жидкую пищевую среду, например молоко. Сглаживание противоречия можно достигнуть использованием излучения с низким коэффициентом у для конкретной среды. Одним из условий применимости закона Бугера-Ламберта-Бера является условие: yD≤0,1 (П.Райст, Аэрозоли. М., Мир, 1987), что может не соблюдаться для молока даже в весьма тонких слоях. Молоко поступает на переработку как охлажденным, так и при температуре окружающей среды, а в процессе обработки возможны изменения температуры молока, поэтому размеры жировых шариков, окруженных белковой оболочкой, и их концентрация в молоке могут колебаться весьма значительно.It is known that a decrease in the radiation intensity in a medium, which determines the quality of bactericidal treatment, occurs as a result of its absorption and scattering, which, subject to a number of conditions, can be described by the Bouguer-Lambert-Beer law: i = i ₀ exp (-yD) (i is the quantity luminous flux after passing through a medium of thickness D, i ₀ is the initial value) and is characterized by an extinction coefficient y = a + b, where a and b are the absorption and scattering coefficients, respectively (Physical Encyclopedic Dictionary, M., Soviet Encyclopedia, 1984, p.60 ) The intensification of radiation to enhance the bactericidal effect (i.e., an increase in i ₀ ) can also enhance its destructive effect on a liquid food medium, such as milk. Smoothing the contradiction can be achieved by using radiation with a low coefficient of γ for a particular environment. One of the conditions for the applicability of the Bouguer-Lambert-Beer law is the condition: yD≤0.1 (P. Raist, Aerosols. M., Mir, 1987), which may not be observed for milk even in very thin layers. Milk is processed both chilled and at ambient temperature, and during processing, changes in the temperature of milk are possible, therefore, the size of fat globules surrounded by a protein shell and their concentration in milk can fluctuate quite significantly.

В основе изобретения лежат собственные экспериментальные исследования пропускания УФИ в молоке в диапазоне длин волн 200-350 нм. Измерения проводились при Т=2 и 50°С на приборе "SPECORD UV VIS" фирмы Carl Zeiss Jena в молоке жирностью 0,5-10% и в молочном жире (топленом сливочном масле) в слоях толщиной D=15-95 мкм. На фиг.8 приведены графики спектральной зависимости потока УФИ, нормированного относительно исходного, пропущенного через слой молока с различным процентом жирности (фиг.8, а), через слои различной толщины молока (фиг.8, б) и молочного жира (фиг.8, в). На фиг.8, г показана спектральная зависимость величины (yD) - показателя степени при экспоненте в формуле закона Бугера-Ламберта- Бера для тех же толщин слоя молока, что на фиг.8, б.The basis of the invention is its own experimental studies of the transmission of UVI in milk in the wavelength range of 200-350 nm. The measurements were carried out at T = 2 and 50 ° C using a Carl Zeiss Jena "SPECORD UV VIS" device in milk with a fat content of 0.5-10% and in milk fat (melted butter) in layers with a thickness of D = 15-95 μm. Fig. 8 shows graphs of the spectral dependence of the UVI flux normalized with respect to the initial one, passed through a layer of milk with a different percentage of fat content (Fig. 8, a), through layers of different thicknesses of milk (Fig. 8, b) and milk fat (Fig. 8 , at). On Fig, g shows the spectral dependence of the quantity (yD) - exponent with the exponential in the formula of the Bouger-Lambert-Beer law for the same milk layer thicknesses as in Fig. 8, b.

Для диапазона УФИ вблизи интересующего бактерицидного пика 254 нм получены следующие результаты.The following results were obtained for the UVI range near the bactericidal peak of 254 nm.

1. Пропускание и коэффициент экстинкции у в указанном диапазоне вблизи бактерицидного пика 254 нм не зависят от фазового состояния молочного жира: при температурах 2 и 50°С графики пропускания идентичны, в то время как в первом случае жир находится заведомо в твердом состоянии, а во втором - в жидком. Это позволяет задавать одинаковые технологические параметры во всем практически встречающемся диапазоне температуры молока, предназначенного для обработки.1. The transmission and extinction coefficient y in the indicated range near the bactericidal peak of 254 nm are independent of the phase state of milk fat: at temperatures of 2 and 50 ° C, the transmission schedules are identical, while in the first case the fat is obviously in the solid state, and in the second is in liquid. This allows you to set the same technological parameters in the entire practically encountered temperature range of milk intended for processing.

2. Характер зависимости пропускания УФИ молочным жиром и молоком с разным содержанием жира и толщиной слоя от длины волны в области вблизи 254 нм свидетельствует о том, что снижение интенсивности потока УФИ в значительной степени контролируется рассеянием на жировых шариках, поглощением белковыми оболочками шариков и самим молочным жиром. При этом известно, что поглощение УФИ может привести к деструкции хромофоров белковой и липидной природы (см. Ультрафиолетовое излучение. Официальный научный обзор. Всемирная организация здравоохранения. Женева, 1995).2. The nature of the dependence of UV radiation transmittance by milk fat and milk with different fat contents and layer thickness on wavelength in the region near 254 nm indicates that the decrease in UV radiation flux is largely controlled by scattering on the fat globules, absorption by the protein shells of the globules and the milk itself fat. Moreover, it is known that the absorption of UVI can lead to the destruction of chromophores of protein and lipid nature (see Ultraviolet radiation. Official scientific review. World Health Organization. Geneva, 1995).

3. В слое молока толщиной 15 мкм происходит снижение интенсивности УФИ почти на порядок, 30 мкм - более чем в 50 раз, однако даже при 95 мкм есть вероятность бактерицидного облучения. Поскольку снижение интенсивности излучения в значительной степени связано с рассеянием на жировых шариках, при облучении молока протяженным источником в гарантированном кольцевом зазоре результирующее облучение на каждом участке будет несколько выше, в том числе в удаленных слоях за счет облучения от областей источника, находящихся под непрямым углом к участку, и многократного отражения от жировых шариков. Отсюда следует, что целесообразно пропустить весь объем обрабатываемого продукта через наиболее бактерицидно эффективную область толщиной порядка 10-50 мкм, примыкающую к прозрачной для излучения стенке камеры со стороны источника, используя вместе с тем рассеянную часть излучения в более удаленных слоях.3. In the milk layer with a thickness of 15 μm, the UVR intensity decreases by almost an order of magnitude, 30 μm more than 50 times, however, even with 95 μm there is a possibility of bactericidal exposure. Since the decrease in radiation intensity is largely associated with scattering by fat globules, when milk is irradiated with an extended source in a guaranteed annular gap, the resulting irradiation in each area will be slightly higher, including in remote layers due to irradiation from areas of the source at an indirect angle to plot, and multiple reflections from fat globules. It follows that it is advisable to pass the entire volume of the processed product through the most bactericidal effective region with a thickness of the order of 10-50 μm adjacent to the transparent wall of the chamber for radiation from the source side, while using the scattered part of the radiation in more distant layers.

Источники УФИ могут находиться как по обе стороны кольцевого слоя, в этом случае задающие его толщину цилиндрические элементы выполнены из прозрачных материалов, так и только по одну из сторон, когда один из цилиндрических элементов выполнен отражающим УФИ (фиг.4-6). Сущность патентуемого технического решения подробно раскрывается на примере конструктивного выполнения устройства с внутренним цилиндром из прозрачного материала и источниками УФИ, расположенными внутри цилиндра.UV sources can be located on both sides of the annular layer, in this case, the cylindrical elements defining its thickness are made of transparent materials, and only on one of the sides when one of the cylindrical elements is made reflective UV (Figs. 4-6). The essence of the patented technical solution is disclosed in detail on the example of a structural embodiment of the device with an inner cylinder of transparent material and UV sources located inside the cylinder.

Устройство (фиг.1, 4) представляет собой проточную цилиндрическую камеру, состоящую из нескольких секций в осевом направлении, каждая из которых содержит корпус 10, выполненный из цилиндрического отрезка трубы 12. Внутренняя стенка 14 трубы 12 выполнена из металла и имеет гладкую поверхность (отполирована). С зазором 16 относительно внутренней стенки 14 коаксиально установлен прозрачный для излучения цилиндрический элемент 18. Он может быть выполнен из кварцевого стекла или другого подходящего материала, имеющего малое поглощение УФИ. Толщина рабочего зазора обеспечивается вставками 20 из фольги, тонкого слоя пластмассы или другого материала, инертного к обрабатываемой среде для обеспечения его гарантированной величины в диаметральной плоскости. Каждая секция камеры установлена во фланцах 22 и крышке 24, имеющих кольцевые проточки 26 и уплотнения 28, показанные схематично. На фиг.2 показана проточка 26 в крышке, которая выполнена односторонней, а на фиг.3 - во фланце, которая выполнена двухсторонней. Основание для крепления корпуса 10 может быть выполнено любым подходящим путем, и ввиду тривиальности его конструкция не приводится.The device (figures 1, 4) is a flowing cylindrical chamber, consisting of several sections in the axial direction, each of which contains a housing 10 made of a cylindrical section of the pipe 12. The inner wall 14 of the pipe 12 is made of metal and has a smooth surface (polished ) With a gap 16 relative to the inner wall 14, a cylindrical transparent element 18 is installed coaxially for radiation. It can be made of silica glass or other suitable material having a low UV absorption. The thickness of the working gap is provided by inserts 20 made of foil, a thin layer of plastic or other material inert to the medium to ensure its guaranteed value in the diametrical plane. Each section of the chamber is mounted in flanges 22 and cover 24 having annular grooves 26 and seals 28 shown schematically. Figure 2 shows the groove 26 in the lid, which is made unilateral, and figure 3 - in the flange, which is made bilateral. The base for mounting the housing 10 can be made in any suitable way, and due to the triviality of its design is not given.

Во внутренней стенке 14 концевых частей секций трубы 12 выполнены кольцевые выточки 30, образующие коллектор для подачи/сбора обрабатываемой среды 31. Аналогично кольцевые выточки могут быть выполнены также в наружной стенке цилиндрического элемента или в обоих элементах, образующих кольцевой зазор в камере.In the inner wall 14 of the end parts of the pipe sections 12, annular recesses 30 are formed to form a collector for supplying / collecting the medium 31. Similarly, annular recesses can also be made in the outer wall of the cylindrical element or in both elements forming an annular gap in the chamber.

В донной части выточек 30 установлены подводящие и отводящие патрубки 32, размещенные равномерно по окружности. Сечение кольцевых выточек выбрано из условия, чтобы падение напора в коллекторах было намного меньшим, чем в зоне гарантированного зазора в рабочей части камеры, которое, как показывают расчеты, надежно выполняется при соблюдении неравенства: ас³/b²>>h³/L, где а и с - ширина и глубина коллектора соответственно, b - расстояние между патрубками в плоскости выточек, а h и L - толщина гарантированного зазора и длина секции. Для варианта при двух патрубках, установленных по диаметру (фиг.1), b=πR; R - радиус внутренней стенки 14 трубы 12.In the bottom part of the recesses 30, the inlet and outlet pipes 32 are mounted uniformly around the circumference. The cross section of the annular grooves is selected so that the pressure drop in the collectors is much smaller than in the guaranteed clearance zone in the working part of the chamber, which, according to calculations, is reliably fulfilled subject to the inequality: ac ³ / b ² >> h ³ / L, where a and c are the width and depth of the collector, respectively, b is the distance between the nozzles in the plane of the grooves, and h and L are the thickness of the guaranteed clearance and the length of the section. For the option with two nozzles installed in diameter (Fig. 1), b = πR; R is the radius of the inner wall 14 of the pipe 12.

Бактерицидные цилиндрические лампы 34 с максимумом излучения в диапазоне около 254 нм установлены в сквозных отверстиях 36 фланцев 22 и крышки 24. Их число выбирается исходя из необходимой плотности УФИ в зазоре 16 и скорости потока обрабатываемой среды, которая определяется для данного типоразмера экспериментальным путем.Bactericidal cylindrical lamps 34 with a radiation maximum in the range of about 254 nm are installed in the through holes 36 of the flanges 22 and the cover 24. Their number is selected based on the required UV density in the gap 16 and the flow rate of the processed medium, which is determined experimentally for this size.

На фиг.5, 6 показаны варианты выполнения устройства при внешнем расположении источников и двухстороннем их расположении. Труба 121, которая может являться корпусным элементом, выполнена прозрачной для УФИ, а цилиндрический элемент 181 - отражающим УФИ, например, из металла с зеркальной поверхностью. Лампы 34 размещены по периферии трубы 121. При двухстороннем размещении ламп 34 оба элемента 121 и 18 выполнены из прозрачного для УФИ материала.5, 6 show embodiments of the device with an external arrangement of sources and their two-sided arrangement. The pipe 121, which may be a body element, is transparent to UVI, and the cylindrical element 181 is reflective UVI, for example, of metal with a mirror surface. Lamps 34 are placed on the periphery of the pipe 121. When the lamps 34 are placed on both sides, both elements 121 and 18 are made of UV-transparent material.

Выполнение камеры секционированной расширяет возможности устройства, так как дает возможность обеспечить работу в параллельном режиме, когда входы всех секций и, соответственно, выходы соединены между собой, и последовательном, когда выход секции соединен с входом следующей. Случай последовательного соединения показан на фиг.1 - шланги 38 соединяют две секции, при этом в процессе перетока среды 31 она перемешивается. Общее число секций может быть две и более и определяется необходимой степенью обработки, применяемыми лампами УФИ, величиной зазора, скоростью течения жидкой среды. Крепление всех элементов устройства осуществляется посредством стяжек в осевом направлении (не показаны). При разборке и профилактике секции разбирают, освобождая от стяжек, и отделяют трубы 12 вместе с элементами 18, 20, которые разъединяют. Промывку устройства в сборе осуществляют обычным способом путем подачи моющего раствора под давлением. На фиг.7 показана конструкция устройства с параллельным соединением секций. Трубы 40 для транспортировки обрабатываемой среды могут выполнять также функции элементов крепления секций между собой взамен стяжек, для чего содержат соединительные элементы 41.The performance of a sectioned camera expands the capabilities of the device, as it makes it possible to work in parallel mode, when the inputs of all sections and, accordingly, the outputs are connected to each other, and sequentially, when the output of the section is connected to the input of the next. The case of serial connection is shown in figure 1 - hoses 38 connect two sections, while in the process of flowing medium 31 it is mixed. The total number of sections can be two or more and is determined by the required degree of processing used by UV lamps, the size of the gap, the flow rate of the liquid medium. The fastening of all elements of the device is carried out by means of ties in the axial direction (not shown). During disassembly and prevention, the sections are disassembled, free from screeds, and the pipes 12 are separated together with the elements 18, 20, which are disconnected. Rinsing the complete device is carried out in the usual way by supplying a washing solution under pressure. 7 shows the design of the device with a parallel connection of the sections. Pipes 40 for transporting the medium to be processed can also perform the functions of fastening sections to each other instead of screeds, for which they contain connecting elements 41.

Устройство работает следующим образом. При подаче обрабатываемой среды 31 под давлением через патрубки 32 в местах входа в коллектор-выточку 30 среда поступает в зазор 16, где обрабатывается УФИ от ламп 34. Обработка проводится в тонком слое протекающей жидкости и его толщина определяется величиной зазора - фиксированной толщиной вставок 20. Для молока толщина зазора составляла 100 мкм. При сливе из патрубков 32 и прохождении по соединительным трубкам 39 происходит усреднение продукта по микробной массе. Дополнительное усреднение происходит благодаря наличию сужений/расширений в местах перехода: выточка 30 - отверстие в патрубке 32. Эти факторы обеспечивают эффективность обработки среды в последующих секциях камеры, связанных шлангами 39. Таким образом, в области наибольшего бактерицидного воздействия, прилегающей к поверхности внутреннего цилиндрического элемента 18, обработке подвергается объем среды, обогащенный микробной массой по сравнению с порцией среды, находившейся в той же позиции на выходе предыдущей секции. В то же время, в удаленной от источника УФИ области, прилегающей к цилиндрическому элементу 18, находится среда, обедненная микробной массой по сравнению с порцией среды, находившейся в той же позиции на выходе предыдущей секции, вносящая максимальный вклад в уровень остаточной микробной массы на выходе аналогичного устройства, но без секционирования. Это особенно важно с учетом того, что во время бактерицидной обработки концентрация микробов изменяется на порядки и даже небольшое количество необработанной среды может резко снизить результирующую эффективность процесса. Сравнивались результаты обработки УФИ с использованием лампы ДБ-15 (длина 451 мм, диаметр 30 мм) для несекционированной и секционированной камер. Несекционированная камера длиной 320 мм выполнена из отрезка трубы 12 из нержавеющей стали с внутренним диаметром 40 мм и кварцевого цилиндра 18 диаметром 39,8 мм, которые образовывали рабочий кольцевой зазор 16 толщиной 100 мкм. Секционированная камера состояла из 4-х секций длиной около 80 мм каждая, соединенных пластмассовыми шлангами. В обоих случаях молоко с исходной концентрацией мезофильных аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов (МАФАнМ) 1,5·10⁵ КОЕ/г пропускалось сквозь эти камеры под давлением З атм с расходом 18 л/час. Результирующая концентрация после обработки составляла для несекционированной камеры 2,3·10⁴, а для секционированной - 3,25·10³ КОЕ/г МАФАнМ.The device operates as follows. When the medium being processed is supplied under pressure through nozzles 32 at the points of entry to the collector-undercut 30, the medium enters the gap 16, where UV light from the lamps 34 is processed. Processing is carried out in a thin layer of flowing fluid and its thickness is determined by the size of the gap — the fixed thickness of the inserts 20. For milk, the gap thickness was 100 μm. When draining from the nozzles 32 and passing through the connecting tubes 39, the product is averaged over the microbial mass. Additional averaging occurs due to the presence of contractions / extensions at the transition points: recess 30 — hole in the nozzle 32. These factors ensure the processing efficiency of the medium in subsequent sections of the chamber connected by hoses 39. Thus, in the area of the greatest bactericidal effect adjacent to the surface of the inner cylindrical element 18, a volume of medium enriched in microbial mass is subjected to processing as compared with a portion of the medium at the same position at the outlet of the previous section. At the same time, in the region adjacent to the cylindrical element 18, located far from the UVI source, there is a medium depleted in microbial mass compared to a portion of the medium in the same position at the output of the previous section, which makes the maximum contribution to the level of residual microbial mass at the output similar device, but without sectioning. This is especially important given that during bactericidal treatment, the concentration of microbes changes by orders of magnitude and even a small amount of untreated medium can dramatically reduce the resulting efficiency of the process. The UVI processing results were compared using a DB-15 lamp (length 451 mm, diameter 30 mm) for non-sectioned and sectioned cameras. A non-sectioned chamber 320 mm long is made of a section of stainless steel pipe 12 with an inner diameter of 40 mm and a quartz cylinder 18 with a diameter of 39.8 mm, which formed a working annular gap 16 with a thickness of 100 μm. The sectioned chamber consisted of 4 sections, each about 80 mm long, connected by plastic hoses. In both cases, milk with an initial concentration of mesophilic aerobic and facultative anaerobic microorganisms (MAFAnM) 1.5 · 10 ⁵ CFU / g was passed through these chambers under a pressure of 3 atm with a flow rate of 18 l / h. The resulting concentration after treatment was 2.3 · 10 ⁴ for the non-sectioned chamber, and 3.25 · 10 ³ CFU / g MAFANM for the sectioned chamber.

Патентуемая конструкция устройства, помимо обеспечения более высокого уровня бактерицидной обработки и производительности, позволяет снизить затраты на его изготовление. Выполнение цилиндрических элементов, в том числе оптического качества, с гарантированным зазором между ними (зазор на 3-4 порядка меньше диаметра) значительно усложняется при длинах порядка 1 метра и диаметре более 100 мм, обеспечивающих промышленную производительность, и требует уникального оборудования. Секционирование позволяет производить указанные элементы на стандартном, распространенном оборудовании.The patented design of the device, in addition to providing a higher level of bactericidal treatment and productivity, reduces the cost of its manufacture. The implementation of cylindrical elements, including optical quality, with a guaranteed gap between them (the gap is 3-4 orders of magnitude smaller than the diameter) is significantly complicated with lengths of the order of 1 meter and a diameter of more than 100 mm, providing industrial performance, and requires unique equipment. Partitioning allows the production of these elements on standard, common equipment.

Claims

1. Device for ultraviolet treatment of a liquid in a stream, comprising a body of a flowing cylindrical chamber with inlet and outlet pipes and a cover, at least one cylindrical element transparent to radiation forming a chamber wall and an extended source of ultraviolet radiation, characterized in that the flow chamber body and cylindrical the element is made axially sectioned with the formation of a guaranteed clearance in the diametrical plane, mounted coaxially in the flanges and roof collectors having annular grooves and seals, while in the inner wall of the end parts of the sections of the housing and / or in the outer wall of the cylindrical element, collectors are made in the form of annular grooves in communication with the inlet and outlet pipes.

2. The device according to claim 1, characterized in that the extended source of ultraviolet radiation is formed by a combination of cylindrical lamps located in the cavity of the cylindrical element in the through holes of the flanges and the cover, and the inner surface of the housing is made reflective ultraviolet radiation.

3. The device according to claim 1, characterized in that the extended source of ultraviolet radiation is formed by a combination of cylindrical lamps located on the outer surface of the housing made transparent, and the outer surface of the cylindrical element is made reflective ultraviolet radiation.

4. The device according to claim 1, characterized in that the extended source of ultraviolet radiation is formed by a combination of cylindrical lamps located in the cavity of the cylindrical element and on the outer surface of the housing made transparent to radiation.

5. The device according to claim 1, characterized in that the guaranteed clearance is provided by inserts installed near the ends of the cylindrical element.

6. The device according to claim 1, characterized in that the cross-sectional dimensions of the annular grooves are selected from the condition ac ³ / b ² >> h ³ / L,

where a and c are the width and depth of the undercut;

b is the distance between the nozzles in the plane of the grooves;

h, L is the thickness of the guaranteed clearance and the length of the section, respectively.

7. The device according to claim 1, characterized in that the inlet and outlet pipes of the sections are connected by pipes for fastening the sections to each other and transporting the medium to be treated.