1. Różnorodność zastosowania promieniowania UVPromieniowanie ultrafioletowe ma wiele zastosowań. Wykorzystane jest do dezynfekcji wody do picia, wody technologicznej ale również do niszczenia szkodliwych mikroorganizmów w innych cieczach Ponadto promieniowanie UV może być używane do sterylizacji powierzchni i sterylizacji powietrza.
Zapewnienie zdrowej wody do picia stanowi jedno z głównych zastosowań reaktorów UV, począwszy od dezynfekcji wody pitnej dla całego miasta, po wodę dla małych gospodarstw. W wielu gałęziach przemysłu (spożywczego, chemicznego, farmaceutycznego, czy w zakładach produkujących żywność) występuje zapotrzebowanie na czystą, pozbawioną patogenów, bakterii, wirusów stabilną mikrobiologicznie wodę technologiczną. Obecnie największym rynkiem dla technik reaktorów UV jest dezynfekcja ścieków. Jest to jedyny, niezawodny sposób blokowania kanału przenoszenia wirusów, bakterii i pasożytów w łańcuchu pokarmowym, dlatego z punktu widzenia ochrony zdrowia i środowiska został zadysponowany do pracy w miejskich lub przemysłowych oczyszczalniach ścieków.
Rynek spożywczy zmienia się dynamicznie, stawia nowe wyzwania i wymagania dla produktów żywnościowych. Rośnie również świadomość konsumentów, którzy oczekują produktów sprawdzonych, od znanych producentów a zarazem naturalnych, zachowujących wysokie walory smakowe i zdrowotne.
W wyniku własnych prac badawczo rozwojowych opracowany został patent reaktora UV i sposób sterylizacji soków, koncentratów owocowych oraz wody. Reaktor ten może być stosowany jako element linii technologicznej produkującej soki. Reaktor B&P Engineering poprzez emisję promieniowania UV-C zabija bakterie, drożdże, algi, jaja nicienie, wirusy, grzyby.
Sterylizacja produktu końcowego promieniowaniem UV-C – soku, koncentratu lub wody powoduje niezmienioną naturalną barwę, niezmienioną strukturę pod względem termicznym a jednocześnie zachowany naturalny smak, aromat owoców, witaminy i sole mineralne.
Innowacyjność produktu, a zarazem jego uniwersalność otwiera możliwość sterylizacji cieczy promieniami UV w wielu branżach bez względu na jej przeznaczenie.
Uniwersalność rozwiązania daje możliwość zastosowania reaktora UV:
- w formie systemu wmontowanego na stałe w istniejącą lub nowo powstałą linię do produkcji soków, koncentratów owocowych lub uzdatniania wody,
- w formie mobilnego urządzenia, jako sterylizator doraźny,
- w gospodarstwach domowych oraz budynkach użyteczności publicznej (szpitale, hotele) w celu sterylizacji wody pitnej (eliminując potrzebę jej zagotowania).
2. Zwiększona wydajność reaktora
Unikalne rozwiązanie technologiczne spółki B&P Engineering polega na odmiennym od obecnych standardów i rozwiązań na rynku podejściu do przepływu cieczy oraz sposobie i dawce promieniowania ultrafioletowego.
Reaktory UV obecne na rynku, służące sterylizacji wody pitnej i technologicznej transportują produkt do całej komory, w której znajdują się promienniki UV. Takie rozwiązanie w przypadku cieczy nieprzeźroczystych, mętnych o dużej absorbcji promieniowania uniemożliwia zastosowanie tego sposobu sterylizacji.
W naszej konstrukcji reaktora produkt poddawany procesowi sterylizacji transportowany jest specjalnymi kanałami w kształcie pierścieni, które zlokalizowane są w osłonie ze szkła kwarcowego. Aby zwiększyć wydajność działania lamp UV stosowane są podwójne rurki ze szkła kwarcowego. Szklana kwarcowa osłona promiennika oraz obudowa zewnętrzna wykonana również ze szkła kwarcowego, tworzą cylindryczny kanał do przepływu soku lub koncentratu owocowego w formie cienkiego “filmu”, przez który przenika promieniowanie lamp UV-C. Ilość cylindrycznych kanałów jest równa ilości promienników UV. Centralną częścią sterylizatora jest promiennik UV, generujący równomierne promieniowanie oddziaływujące na
przepływający w kanałach cylindrycznych produkt. Promieniowanie UV przenika przez przepływający produkt, rury osłonowe ze szkła kwarcowego i jest odbijane od lustrzanej powierzchni obudowy reaktora.
Ponadto unikalna konstrukcja reaktora UV wykorzystuje innowacyjny rozdzielacz strumienia, optymalizujący przepływ produktu bez względu na parametry w komorze wlotowej.
Opatentowana konstrukcja nie pozwala na tworzenie się martwych stref podczas przepływu cieczy roboczej, a mieszanie produktu i zawirowania tworzą się w sposób kontrolowany przez odpowiednio ukształtowaną i wykonaną geometrię kanałów wlotowych. Śrubowa konstrukcja stożkowej komory wlotowej rozprowadza sterylizowany produkt do wszystkich kanałów równomiernie. Zwiększa to wydajność i równomierność pracy reaktora.
3. Dowolna konfiguracja - praca równoległa i szeregowa reaktorów UV
W zależności od potrzeb możliwa jest równoległa lub szeregowa praca reaktorów UV dla zwiększenia ogólnej wydajności układu za zachowaniem takiej samej dawki promieniowania. Takie rozwiązanie może być stosowane dla produktów o wyższych lepkościach dynamicznych, pozwala dostosować wydajność procesu sterylizacji w zależności od potrzeb (np. wydajności napełniarki).
Rysunek 4. Podłączenie równoległe sterylizatorów UV dla zapewnienia ciągłej pracy napełniarki butelek
Rysunek 5. Przykład konfiguracji szeregowej połączenia reaktorów UV
Podłączenie szeregowe reaktorów jest stosowane w celu osiągnięcia wysokiej dawki promieniowania UV oraz zwiększeniu prędkość przepływu przez sterylizator.
4. Energochłonność
Podczas konstruowania reaktora UV do soków, koncentratów owocowych oraz wody inżynierowie B&P Engineering zwrócili szczególną uwagę na obniżenie zużycia energii elektrycznej przy jednoczesnym utrzymaniu takiej samej dawki promieniowania. Szczególny nacisk został położony na jakość, dokładność wykonania i wykończenia powierzchni wewnątrz reaktora UV. Oprócz tego
w czasie rzeczywistym jest dokonywany pomiar natężenia promieniowania UV i dla zapewnienia takiej samej dawki promieniowania regulowana jest moc lub prędkość przepływu produktu przez reaktor.
Elektro polerowanie
Reaktor UV do soków, koncentratów oraz wody jest szlifowany i polerowany celem uzyskania niskiej chropowatości powierzchni wewnętrznej Ra<0,4µm oraz Ra<0,1µm, mającej kontakt z produktem.
Dodatkowo w celu nadania powierzchni wewnętrznej struktury lustra odbijającej światło i potęgującej efekt naświetlania lampami UV generator przechodzi proces elektro polerowania. Technologia elektro polerowania jest przeprowadzana w specjalnych roztworach kwaśnych. Jest to obróbka ubytkowa elektroerozyjna, powoduje dodatkowo obniżenie parametru Ra, wygładzenie, nabłyszczenie powierzchni ale również taka powierzchnia jest bardziej odporna na korozję, łatwiejsza w utrzy
maniu czystości. Wpływa to pozytywnie na promieniowanie UV które jest odbijane od obudowy wewnętrznej. Przenikanie promieni ultrafioletowych pomiędzy kanałami którymi płynie produkt oraz odbicia ich od powierzchni elektro polerowanej powoduje ograniczenie zużycia energii liczonej na jednostkę wysterylizowanego produktu.
Sensor UV
W celu ciągłego monitoringu przebiegu procesu sterylizacji w sterylizatorze jest zamontowany sensor natężenia promieniowania UV. Czujnik ten pracuje w układzie sprzężenia zwrotnego z mocą emitowanego promieniowania przez promienniki i wydajnością pompy tłoczącej produkt. Zaprogramowany algorytm w sterowniku PLC realizuje dostosowanie przepływ soku w czasie rzeczywistym do natężenia promieniowania UV emitowanego przez promienniki. Zabezpiecza on przed łatwymi i niepotrzebnymi stratami energii elektrycznej - nawet do 10% w czasie pracy, bez obniżania wydajności sterylizacji.
Czujnik ten w połączeniu ze zjawiskiem doświetlania poprzez elektro polerowane powierzchnie wewnętrzne obudowy wpływa na obniżenie zużycia energii. W efekcie prowadzi to do około 20% oszczędności energetycznej w stosunku do reaktorów UV z wewnętrzną powierzchnią matową i bez regulacji natężenia promieniowania i przepływu.
Promienniki serii ECORAY
Jednym z ważnych elementów reaktora UV są promienniki. W wyniku prac badawczo – rozwojowych w naszych reaktorach są używane promienniki amalgamatowe niskoprężne serii ECORAY, ponieważ wykazują wysoką trwałość i sprawność promieniowania w zakresie UV-C. Sprawność energetyczna tych promienników wynosi około 41%. Najefektywniejsza sterylizacja mikroorganizmów następuje w zakresie długości fali λ=245-265nm. Sterylizator wyposażony jest w promienniki niskociśnieniowe o zakresie promieniowania UV-C, gdzie prawie całość promieniowania emitowana jest w paśmie 254 nm, co świadczy o najbardziej efektywnym doborze promienników.
Dodatkowo, w celu zmniejszenia energochłonności, zastosowane zostają wysoko wydajne i wysokosprawne promienniki serii ECORAY oraz stateczniki o krótkim czasie nagrzewania i szybkim uzyskaniu pełnej mocy promieniowania. Ze względu na przeznaczenie pokryte są powłoką spowalniającą tempo starzenia, co pozwala na długotrwałe, bezproblemowe działanie.
Seria ECORAY w stosunku do konkurencji pozwala na niższe zużycie energii przy takiej samej mocy wyjściowej.
Rysunek 6. Porównanie mocy promienników UV wykonanych w technologii tradycyjnej i ECORAY
Źródło: http://www.xylemwatersolutions.com
Technologia sterylizacji reaktora UV do soków, koncentratów oraz wody będzie prowadzona w niskiej temperaturze, w zakresie od 10oC do 50oC. Dzięki temu zużycie energii również będzie zredukowane, nie jest wymagane podgrzewanie produktu do temperatury sterylizacji powyżej 110oC.
Rysunek 7. Promiennik UV serii ECORAY
Źródło: http://www.xylemwatersolutions.com
5. Sterylność
Obecnie produkowane na rynku reaktory UV budowane są ze stali o gatunkach 304 i 316, których odporność korozyjna spada podczas pracy w temperaturze 50-60oC. Praca w podwyższonej temperaturze w połączeniu z kwaśnym lub zasadowym środowiskiem wpływa na przyśpieszenie korozji chemicznej a także międzykrystalicznej i naprężeniowej, co znacząco obniża czas życia reaktorów. Dlatego, głównym materiałem konstrukcyjnym zastosowanym w budowie wysokowydajnych i zaawansowanych technologicznie reaktorów UV do soków, koncentratów oraz wody jest stal nierdzewna kwasoodporna AISI 316Ti oraz stale Duplex. Stal AISI 316Ti jest stalą nierdzewną kwasoodporną austenityczną, szczególnie odporną na związki takie jak chlorki, bromki, fluorki. Stale austenityczne i stale Duplex posiadają walory użytkowe takie jak wysoka odporność korozyjna na korozję naprężeniową, międzykrystaliczną, chemiczną w roztworach wodnych, oraz obojętność chemiczną w środowiskach kwaśnych i alkaicznych. Zastosowanie stali Duplex, która ma dwa razy większą wytrzymałość mechaniczną od stali nierdzewnych austenitycznych w gatunku AISI 304 pozwala na uzyskanie mniejszej masy całego reaktora przy tej samej funkcjonalności i wytrzymałości. Zastosowanie tego rodzaju stali gwarantuje długoterminowe użytkowanie bez konieczności napraw przestojowych oraz w znaczący sposób wydłuży jego żywotność.
6. Żywotność
Budowa reaktora UV oraz właściwy dobór komponentów pozwala na szacowanie okresu żywotności reaktora UV B&P Engineering na minimum 144 miesiące. Dotychczasowe standardy światowe reaktorów UV oscylowały wokół 120 miesięcznej żywotności, co stawia B&P Engineering na 1 stopniu podium w skali produkcji reaktorów UV, z ok. 20% przewagą żywotności nad konkurencją.
