Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

Изобретение относится к технологии обеззараживания сыпучих материалов, в частности фильтрующих шунгитовых и доломитовых порошков, также может быть использовано при производстве сыпучих продуктов пищевого, лекарственного и сельскохозяйственного назначения.

Известен способ стерилизации сушеных пищевых продуктов, предусматривающий нагревание продукта после его сушки или после его хранения СВЧ излучением при температуре 90-120°C в течение 10-30 мин (RU 2294124, A23L 3/01, опубл. 27.02.2007).

Недостатком данного способа является низкая эффективность процесса обеззараживания из-за длительного по времени СВЧ облучения без изменения ориентации отдельных частиц обрабатываемого материала, сопровождающегося слишком высоким нагревом последнего, что способствует изменению его внутренней структуры.

Известен способ обеззараживания продуктов, относящийся к технологии обеззараживания и стерилизации сыпучих и твердых продуктов, предусматривающий воздействие посредством плазмотронов и лазеров на обрабатываемый продукт холодного плазменного излучения при напряжении 3 кВ, частоте 10 Гц с расходом газа 0,6 л/мин в процессе перемещения продукта с изменением его ориентации относительно источника излучения (RU 2535625, A23B 9/06, B82B 3/00, опубл. 20.12.2014).

Недостатком данного способа является низкая эффективность процесса обеззараживания сыпучих материалов по причине повышенного расхода электроэнергии при использовании плазменных и лазерных технологий, которые сложны в эксплуатации, имеют крупные габаритные размеры и влияние которых на потребительские качества материалов не до конца изучено, что требует дополнительных исследований.

Наиболее близким аналогом способа, принятым в качестве прототипа, является способ обеззараживания сыпучих продуктов, предусматривающий воздействие на обрабатываемый продукт ультрафиолетового излучения с непрерывным спектром в диапазоне длин волн от 185 до 400 нм с длительностью импульса излучения от 1 мкс до 10 мс и с плотностью импульсной мощности излучения на обрабатываемом продукте не менее 100 кВт/м² в процессе его перемещения с изменением ориентации отдельных частиц относительно источника излучения (RU 2279806, A23B 9/06, опубл. 20.07.2006).

Недостатком способа-прототипа является низкая эффективность процесса обеззараживания сыпучих материалов по причине недостаточной мощности ультрафиолетового излучения для ликвидации микроорганизмов, патогенной флоры (палочковых бактерий, бактерий, вызывающих сальмонеллез, личинок гельминтов и пр.).

Известно устройство для обеззараживания сыпучих продуктов, содержащее узел загрузки, средство для транспортирования обрабатываемого продукта, средство для дезинфицирующего воздействия на обрабатываемый продукт и узел выгрузки (RU №2081599, A23B 9/32, A23L 9/3589, опубл. 20.06.1997).

Недостатком данного устройства является низкая эффективность процесса обеззараживания сыпучих материалов по причине использования паров пропионовой кислоты в качестве дезинфицирующего воздействия, что приводит к инициации различных химических реакций и, следовательно, к ухудшению потребительских свойств.

Известна установка для обработки сыпучих продуктов ультрафиолетовым излучением, содержащая загрузочное и разгрузочное устройства, рабочий орган, состоящий из верхнего и нижнего барабанов, внутри которых установлены источники инфракрасного и ультрафиолетового излучений. Причем загрузочное устройство соединено с разгрузочным замкнутым трубопроводом (RU 2228120, A23L 3/54, A61L 2/10, опубл. 02.08.2002).

Недостатком данной установки является низкая эффективность процесса обеззараживания из-за высокой скорости пролета частиц обрабатываемого материала в зоне облучения, что не позволяет получить достаточную для обеззараживания бактерицидную дозу.

Наиболее близким к предлагаемому устройству для осуществления способа, принятым за прототип, является устройство для обработки сыпучих продуктов, содержащее узел загрузки, источник ультрафиолетового излучения, средство транспортировки обрабатываемого продукта, выполненное с возможностью изменения ориентации отдельных частиц сыпучего продукта относительно источника ультрафиолетового излучения, и узел выгрузки (RU 2279806, A23B 9/06, опубл. 20.07.2006).

Недостатком устройства-прототипа является низкая эффективность процесса обеззараживания по причине недостаточной мощности ультрафиолетового излучения для ликвидации микроорганизмов и патогенной флоры, а также малой пропускной способности самого устройства при соблюдении качества обеззараживания и возможности изменения ориентации отдельных частиц сыпучего продукта относительно источника ультрафиолетового излучения.

Задачей предлагаемой группы изобретений является создание простого высокоэффективного и надежного способа обеззараживания сыпучих материалов и устройства для его реализации.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении предлагаемой группы изобретений, является повышение эффективности обеззараживания сыпучих материалов при сохранении их потребительских свойств.

Технический результат от применения заявляемого способа, включающего воздействие ультрафиолетовым излучением с длиной волны в спектральном диапазоне 185-400 нм в процессе перемещения материала относительно источника ультрафиолетового излучения, достигается за счет того, что материал облучают последовательно и непрерывно в две ступени, причем на первой ступени обеспечивают взаимную неподвижность частиц сыпучего материала при перемещении их относительно источника ультрафиолетового излучения, а на второй ступени обеспечивают принудительное изменение ориентации частиц относительно друг друга и относительно источника ультрафиолетового излучения, одновременно воздействуя озоном в концентрации от 0,03 до 0,10 мг/м³ воздуха.

Разделение процесса обеззараживания на две ступени обусловлено специфичностью самого процесса, где необходимо сначала обезвредить функционирующие патогенные микроорганизмы, а затем их яйца, личинки и споры.

Принудительное изменение ориентации частиц сыпучего материала относительно друг друга и относительно источника ультрафиолетового излучения реализовано именно на второй ступени для повышения эффективности процесса обеззараживания, так как яйца, личинки и споры патогенных микроорганизмов за счет малого размера зачастую прикрепляются к микронеровностям и микротрещинам отдельных частиц сыпучего материала, а также они чрезвычайно стойки к неблагоприятным условиям.

Воздействие ультрафиолетового излучения с длиной волны в спектральном диапазоне 185-400 нм оказалось недостаточным для ликвидации микроорганизмов и патогенной флоры (палочковых бактерий, бактерий, вызывающих сальмонеллез, личинок гельминтов и пр.), поэтому необходимо было повысить эффективность обеззараживания, используя по возможности недорогие, простые в эксплуатации и достаточно эффективные методы. Таким методом оказалось озонирование в концентрации от 0,03 до 0,10 мг/м³ в воздухе. Озон является одним из наиболее сильных окислителей (окислительный потенциал - 2,06 В), уничтожающих бактерии, споры и вирусы (в частности, вирусы полиомиелита), патогенные микроорганизмы уничтожаются им в 15-20 раз, а споровые формы бактерий - в 300-600 раз быстрее, чем хлором. Кроме того, озон не изменяет химический состав веществ, не образует новых соединений, влияющих на потребительские свойства продукта, обладает иссушающим действием и быстро распадается с превращением в кислород.

Технический результат от применения заявляемого устройства, состоящего из средства транспортировки с ультрафиолетовыми облучателями, вибрационным блоком и узлом выгрузки, достигается за счет того, что узел выгрузки выполнен в виде бункера, открытого сверху и изготовленного в виде трапецеидальной пирамиды, сужающейся книзу относительно открытого верха под углом в пределах 30°-45°, при этом к дну бункера прикреплен вибрационный блок, а в верхней части бункера размещены ультрафиолетовые лампы, по крайней мере одна из которых озонообразующая.

Кроме того, технический результат от применения заявляемого устройства достигается также за счет того, что над открытой частью бункера установлен не связанный с ним механически ультрафиолетовый облучатель с бактерицидными лампами, а также за счет того, что средство транспортировки представляет собой ленточный конвейер, а вибрационный блок выполнен в виде электромагнитного вибратора, и за счет того, что в верхней части бункера на внутренних боковых стенках ультрафиолетового облучателя по всему периметру закреплена предохранительная пленка с внутренним отражающим покрытием.

После размола в загрузочном узле материал равномерным тонким слоем попадает на конвейерную ленту, что способствует увеличению пропускной способности устройства при уменьшении скорости прохождения частиц сыпучего материала относительно источников ультрафиолетового излучения, что, в свою очередь, обеспечивает повышение эффективности первой ступени обеззараживания устройства.

Форма трапецеидальной пирамиды узла выгрузки с наклонным гофрированным дном, к которому прикреплен электромагнитный вибратор, обусловлена технологичностью изготовления из-за снижения отходов при раскройке листового проката и способствует надежному перемешиванию сыпучего материала, т.е. изменению ориентации его отдельных частиц относительно неподвижного источника ультрафиолетового излучения и озона. Причем для выработки озона используется по крайней мере одна озонообразующая лампа с излучением в ультрафиолетовом диапазоне, что обеспечивает практически максимальную эффективность обеззараживания второй ступени устройства.

Использование в верхней части бункера пленки на внутренних боковых стенках ультрафиолетового облучателя за счет своего отражающего покрытия дополнительно оказывает бактерицидное воздействие на сыпучий материал, обеспечивая при этом максимально возможную утилизацию ультрафиолетового излучения.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображено заявляемое устройство обеззараживания сыпучих материалов, на фиг. 2 - накопительный бункер.

Заявляемое устройство содержит узел загрузки 1 в виде бункера с механизмом размола и загрузки, средство транспортировки 2 в виде ленточного конвейера с ультрафиолетовыми облучателями 3 и 4, узел выгрузки 5 с вибрационным блоком 6, в котором новым является то, что узел выгрузки 5 выполнен в виде бункера, открытого сверху и изготовленного в виде трапецеидальной пирамиды, сужающейся книзу относительно открытого верха под углом в пределах 30-45°, при этом к дну бункера прикреплен вибрационный блок 6, а в верхней части бункера размещены ультрафиолетовые лампы 7, по крайней мере одна из которых озонообразующая 8, а также в верхней части бункера на внутренних боковых стенках ультрафиолетового облучателя 9 по всему периметру закреплена предохранительная пленка 10 с внутренним отражающим покрытием.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. После размола в узле загрузки 1 материал равномерным тонким слоем попадает на средство транспортировки 2, представленное в виде движущейся конвейерной ленты, где происходит первичное обеззараживающее воздействие ультрафиолетовых облучателей 3 и 4. Далее, ссыпаясь в накопительный бункер 5, сыпучий материал попадает на наклонное относительно горизонтали гофрированное дно, которое вибрирует посредством электромагнитного вибратора 6 и вторично подвергается обеззараживанию ультрафиолетовым излучением и озоном, которое генерируют ультрафиолетовые лампы 7, по крайней мере одна из которых озонообразующая 8. Дополнительное бактерицидное воздействие на сыпучий материал оказывает закрепленная по всему периметру на внутренних боковых стенках ультрафиолетового облучателя 9 предохранительная пленка 10 с внутренним отражающим покрытием. После накопления достаточного количества сыпучий материал по команде оператора ссыпается в транспортную тару и передается на окончательную упаковку для отправки потребителю.

Весь процесс обработки и транспортирования материала происходит непрерывно за счет согласованных режимов работы устройства загрузки, конвейера и электромагнитного вибратора в накопительном бункере.

Экспериментальное исследование повышения эффективности процесса обеззараживания сыпучего материала за счет дополнительного использования по крайней мере одной озонообразующей лампы проведено при использовании фильтрующего полидисперсного материала - доломита гатчинского месторождения фракционного состава от 0,3 до 3,5 мм. Навеска доломитовой фракции была в объеме 100 дм³. Угол наклона дна накопительного бункера определялся экспериментальным путем и был выбран в пределах 30°-45°, причем именно в этих пределах угла наклона обеспечиваются необходимые скорость ссыпания и качество перемешивания сыпучего материала для достижения максимальной эффективности обеззараживания доломитового порошка. Основное облучение велось ультрафиолетовыми облучателями с лампами марки ДРБ-8 с мощностью бактерицидного потока 3 Вт. Расстояние до обрабатываемого материала было выбрано в пределах 10…15 мм с целью достижения максимального дополнительного бактерицидного эффекта от озона, что обусловлено его свойством рассеиваться за короткое время. При обеззараживании верхний предел допустимой концентрации озона выбирался, прежде всего, руководствуясь обеспечением безопасности лиц, находящихся вблизи работающего устройства, согласно методическим указаниям по применению ультрафиолетового бактерицидного излучения для обеззараживания воздушной среды помещений организаций пищевой промышленности, общественного питания и торговли продовольственными товарами (далее по тексту «МУ 2.3.975-00»), и равен 0,1 мг/м³. Нижний предел допустимой концентрации озона выбран равным 0,03 мг/м³, исходя из минимально достаточного бактерицидного эффекта, ниже которого данного эффекта не наблюдается, и также согласно «МУ 2.3.975-00». Измерение концентрации озона проводилось газоанализатором озона 0342М как в воздухе помещения, так и непосредственно на поверхности обрабатываемого материала. Микробиологический анализ образцов доломитовой фракции проводился в специализированной микробиологической лаборатории Санкт-Петербурга.

Результаты проведенных исследований представлены в таблице 1.

Таким образом, из представленных данных результатов эксперимента видно, что даже при малой длительности обработки добавление озона в процесс ультрафиолетового облучения является недорогим, простым в эксплуатации и в то же время весьма эффективным методом обеззараживания сыпучих материалов при сохранении их потребительских свойств, что свидетельствует о достижении требуемого технического результата.