一种用于对流体流进行灭菌的反应器，所述反应器包括：框架结构，所述框架结构具有纵向尺寸；和多个UV板式反应器，所述多个UV板式反应器能够以沿所述框架结构的所述纵向尺寸延伸的串的形式可移除地插入到所述框架结构中，所述多个UV板式反应器中的每个UV板式反应器均包括选定直径的单个通道或众多多个通道，所述流体流被输送到所述通道中；以及具有选定辐射通量的至少一个紫外线光源，所述至少一个紫外线光源联接到所述通道中的一个或多个通道。所述多个通道的所述直径和所述紫外线光源的所述辐射通量被选择为向所述多个通道的受限制空间中的所述流体流提供精确剂量的紫外线辐射，以便获得所述流体流的灭菌。以便获得所述流体流的灭菌。
【技术实现步骤摘要】
用于流体的紫外线灭菌的系统和方法
[0001]本公开涉及使用紫外线(UV)光辐照对水和其他流体进行灭菌处理的领域。更具体地，本公开涉及使用板式和框架式UV反应器对流体进行紫外线灭菌的系统和方法，该板式和框架式UV反应器使用受控的深度和表面积将流体暴露于紫外线辐射。
技术介绍
[0002]紫外线(UV)辐射已被用于灭菌目的达一段时间。一种被称为UVC的特殊高频段UV辐射在灭菌方面特别有效。多项研究已表明，当诸如细菌、病毒、霉菌、酵母和原生动物的微生物体暴露于光谱波长范围为100nm至280nm的深UVC辐射时，所述深UVC辐射会被DNA、RNA和蛋白质吸收。更具体地，是构成蛋白质的氨基酸中的一些氨基酸实际吸收了UV光。这可破坏微生物体的细胞膜，从而导致所述微生物体死亡。DNA对UVC的吸收可导致胸腺嘧啶
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胸腺嘧啶二聚化的产生和生物体的死亡。如果有足够多的链失活，则DNA/RNA复制过程会被中断，并且细胞无法复制。
[0003]UV辐照技术由于其优势，已在食品行业中用于消毒/灭菌过程应用达一段时间。它通常是优选的处理方法，因为在辐照处理的情况下，化学物质不会被引入到经处理的液体物质中。此外，辐照过程不会产生不利的副产物。
[0004]微生物灭菌的关键参数是UV剂量，所述UV剂量是微生物暴露于的UV辐射的量。剂量取决于UV辐射的强度和暴露的持续时间。许多生物学研究已经对消毒中最常见的目标微生物提出了广泛接受的典型UV剂量要求。例如，要实现枯草芽孢杆菌(B.Subtillus)(ATCC 6633)的3个对数减少(99.9％)，需要60mJ/cm2的剂量。
[0005]迄今为止，传统UV系统已由于不充分且不一致的UV暴露而效率低下。因此，需要提供充分且一致的UV定量投配(dosing)的UV灭菌系统和方法。
技术实现思路
[0006]在一个方面中，本公开描述了一种用于对流体流进行灭菌的反应器。所述反应器包括：框架结构，所述框架结构具有纵向尺寸；和多个UV板式反应器，所述多个UV板式反应器能够以沿所述框架结构的所述纵向尺寸延伸的串(series)的形式可移除地插入到所述框架结构中，所述多个UV板式反应器中的每个UV板式反应器均包括至少一个选定直径的通道，所述流体流被输送进入并且通过所述通道；以及具有选定辐射通量的至少一个紫外线光源，所述至少一个紫外线光源联接到所述多个通道中的一个或多个通道。
[0007]在另一方面中，本公开描述了一种用于对流体流进行灭菌的方法。所述方法包括将流体流输送通过反应器，所述反应器具有沿纵向尺寸布置的一串具有单个通道或多个通道的模块化UV板，每个UV板式反应器包括选定直径的单个通道或多个通道；以及随着所述流体流被输送通过所述UV板式反应器的所述多个通道，用选定辐射通量的紫外线辐射辐照所述流体流。所述多个通道的所述直径和所述紫外线光源的所述辐射通量被选择为向所述多个通道的受限制空间中的所述流体流提供精确剂量的紫外线辐射，以便实现所述流体流
的灭菌。
[0008]在另一方面中，剂量和流的流动特性可被选择为优化流体流的灭菌。
[0009]从本专利技术的某些实施方案的以下描述以及附图和权利要求书可以理解这些和其他方面、特征和优点。
附图说明
[0010]图1是根据本公开的实施方案的UV反应器系统的区段的透视图，其描绘了与单向流动通道串联布置的两个板式反应器。
[0011]图2是UV反应器系统的实施方案的进一步透视图，其示出了以具有单通道流的串的形式组装的总共十个板。流体随着它暴露于UV辐照度下而按顺序次序穿过每个板。
[0012]图3是用于在单个通道或多个通道中流动的板式反应器的示例性布置的侧视图。
[0013]图4是示出产物流体流按顺序次序穿过各个板式反应器并且暴露于UV辐射的示意性侧视图。
[0014]图5是根据本公开的另一实施方案的UV反应器的示意性侧视图。
[0015]图6是具有鱼骨设计的根据本公开的单独UV板式反应器的实施方案的平面图。
[0016]图7是多个流体通道从多个侧面被辐照的根据本公开的示例性板式反应器的区段的横断面图。
[0017]图8是其中多个流体通道在一个侧面上被辐照的根据本公开的板式反应器的替代实施方案的区段的横断面图。
[0018]图9是其中单个流体通道在多个侧面上被辐照的板式反应器的进一步实施方案的区段的横断面图。
[0019]图10是其中单个流体通道在单个侧面上被辐照的板式反应器的进一步实施方案的区段的横断面图。
具体实施方式
[0020]本公开描述了一种用于使用紫外线(UV)辐射，优选地UVC辐射来对流体(诸如可能含有或可能不含有机化合物的水或液体食品)进行灭菌的系统和方法。整个UV辐射光谱涵盖100nm至400nm的波长范围，并且被分为三个区域，所述三个区域中最短的是在100nm至280nm范围内的UVC，该UVC发射出高效的灭菌功率(power)。260mm处的UVC杀菌波长对于杀灭空气、水中和表面上的有害微生物体最有效。
[0021]本文所公开的系统的实施方案包括反应器(“UV反应器”)，所述反应器包括一串模块化板式反应器。在一些实施方案中，所述板式反应器包括不锈钢壳体、石英晶体套筒、UV辐射源和至少一个通道，待灭菌的流体被输送通过所述至少一个通道。所述钢壳体和石英套筒将紫外线辐射源与流体流分隔开。在UV反应器内，流体流被引导通过一串板式反应器的通道。流体在VFD(可变频率驱动)泵的控制下通过入口和出口循环进入和离开UV反应器。紫外线灭菌方法不需要在辐照前从流体中去除氧气。此外，该方法在灭菌期间也不需要对液体的温度范围进行限制。所公开的系统通过控制期望被灭菌的流体流的精确尺寸和被引导到该流体流上的UV光通量的量来进一步改进传统方法。
[0022]所述紫外线灭菌方法使用特定UV发光二极管(LED)来辐照液体，但也可以采用非
LED灯的调适(adaptation)。板式反应器中的每个板式反应器上都安装了几个LED的阵列。被引导到流体上的UV辐射(优选地UVC辐射)的量取决于LED阵列的UV光通量的量，也取决于流体被引导通过多少板式反应器(称为“停留时间”)。本专利技术人已发现，将流体流引导通过大致一致的小直径(其可以例如为约4mm)的通道提供了用于灭菌目的的足够的(优选最佳的)定量投配。
[0023]在一个实施方案中，所公开的UV反应器被调适成以连续模式运行，即不以间歇模式运行。在这个实施方案中，灭菌方法是连续流动系统，所述连续流动系统提供更高效率的有效的灭菌过程。一些灭菌反应器通过辐照流体达一定时长的暴露时间并且然后停止辐照暴露来以分批模式实现所需剂量。相反，本文所公开的UV反应器的实施方案在连续系统中提供了剂量的控制，该连续系统不需要被断开来实现所需的定量投配。停机时间的避免使得能够实现更高的灭菌生产量。需注意的是，所使用的所有流体接触材料均已获得FDA(食品和药物管理局)的批准。<本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于对流体流进行灭菌的紫外线(UV)反应器，所述紫外线(UV)反应器包括：框架结构，所述框架结构具有纵向尺寸；和多个板式反应器，所述多个板式反应器能够以沿所述框架结构的所述纵向尺寸延伸的串的形式可移除地插入到所述框架结构中，所述多个板式反应器中的每个板式反应器均包括至少一个通道，所述流体流被输送到所述至少一个通道中；以及具有选定辐射通量的至少一个紫外线光源，所述至少一个紫外线光源被定位成辐照所述至少一个通道。2.如权利要求1所述的反应器，其中至少一个通道的直径和所述紫外线光源的所述辐射通量被选择为向所述至少一个通道的受限制空间中的所述流体流提供选定剂量的紫外线辐射，以便获得所述流体流的灭菌。3.如权利要求2所述的反应器，其中所述至少一个通道的所述直径在3mm与10mm之间。4.如权利要求1所述的反应器，其中所述紫外线光源包括在UVC光谱范围内辐射的多个发光二极管(LED)。5.如权利要求4所述的反应器，其中所述多个板式反应器中的每个板式反应器均包括石英套筒和壳体，所述壳体将所述多个通道内的流体与辐照所述流体的所述多个LED分隔开。6.如权利要求1所述的反应器，其中冷却剂被输送通过所述反应器以冷却所述多个LED。7.如权利要求1所述的反应器，其中所述框架式反应器和板式反应器由不锈钢构成。8.如权利要求1所述的反应器，其中所述多个板式反应器各自包括用于输送待灭菌流体的多个通道。9.如权利要求1所述的反应器，其中所述多个板式反应器中的每个板式反应器均包...
【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：多佛布鲁克协会，
类型：发明
国别省市：
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