[发明专利]辐射处理系统及方法

说明书

一种具有细长形状和中心纵轴的辐射处理单元，包括：(a)第一管组件，包括：第一盘管，用于使待处理流体通过并具有限定第一圆柱形空腔的第一线圈内圆柱形表面；设置在所述第一圆柱形空腔内的第一辐射源；以及支撑至少所述第一盘管的第一支撑组件，和(b)第二管组件，其包括：第二盘管，用于使待处理流体通过并具有限定第二圆柱形空腔的第二线圈内圆柱形表面，设置在所述第二圆柱形空腔内的第二辐射源；以及支撑至少所述第二盘管的第二支撑组件；所述第二管组件被构造成同轴地插入所述第一圆柱形空腔内，使得第二盘管设置在所述第一辐射源和所述第二辐射源之间，使得通过所述第一盘管的流体暴露于第一辐射源的内部辐射并且通过第二盘管的流体暴露于来自第一辐射源的外部辐射和来自第二辐射源的内部辐射。

技术领域

本公开的主题涉及辐射处理系统，特别是Dean流动反应器。

背景技术

紫外光(UV-C)处理是杀死微生物的非热技术之一。蛋白质和核酸的光化学变化使得紫外线在紫外线处理过程中被食物吸收时导致微生物灭活。

因此，作为传统热处理的替代品，紫外线(UV)在食物加工中具有相当大的希望。其应用包括液体食物如牛奶和果汁的巴氏消毒，肉类的后期致死性处理，食物接触表面的处理，以及延长新鲜食物的保质期。

高UV可透过流体如水的消毒相对容易，因为光子高度贯入到基质中。然而，对于不透明液体如牛奶，紫外光子的贯入被限制在表面下。因此，为了促进牛奶的UV处理，有必要确保有效的混合，使得流体的每部分暴露于UV。

通常已知在包括盘管的反应器中对牛奶进行UV处理，因为它们提供二次涡流并且可以引起流过反应器的流体的优异混合。一种这样的反应器例如在Tucker(US 4,798,702)中披露，并且其包括围绕杀菌辐射源缠绕成螺旋形状的波纹管的线圈。

发明概述

影响UV-C处理效率的关键因素包括反应器设计、流体动力学参数和液态食物的UV-C吸光度。连续流动式UV反应器中液态食物的湍流增加了新鲜果汁、葡萄酒、液体蛋白、啤酒和牛奶、工艺用水的特殊混浊和不清洁的水中的微生物的灭活。雷诺数(Re)是盘管中流体流动的惯性力与粘性力之比的度量。它表示为：

(1)Re＝(ρ/μ)×vD

其中Re是雷诺数，ρ是流体的密度，μ是流体的动态粘度，D是承载流体的管的直径，v是流速。当Re<2100时发生层流，而Re>4000表示湍流。Re在这些数字之间的流被认为是瞬态流。

Dean数De是一个相似度参数，用于控制盘管流动配置中的流体运动：

其中D是管直径，Dc是线圈直径，Re是管雷诺数。当盘管式反应器中的流体流伴随着二次流涡流时，称为Dean流。当等式(2)中的比率(D/Dc)在0.03和0.1之间时发生这种情况(Dean，1927)。

如上所述，UV-C处理的注量效率的另一关键因素是液态食物的UV-C吸光度，即由施加的强度和接触时间定义的UV照射的有效性，满足：

(3)F＝i×t

其中i是施加的UV光源的强度，t是流体暴露于上述UV光的时间。

根据目前公开的主题的一个方面，提供了一种具有细长形状和中心纵轴的辐射处理单元，包括：

(a)第一管组件，包括：

-第一盘管，用于使待处理流体通过并具有限定第一圆柱形空腔的第一线圈内圆柱形表面；

-设置在所述第一圆柱形空腔内的第一辐射源；和

-支撑至少所述第一盘管的第一支撑组件，

(b)第二管组件，包括：