食品工業(yè)用CIP系統(tǒng)

  1.1容器清洗選用的洗罐器類型
固定洗球:在直徑5米以內罐應用較多，清洗劑經過洗球被送到頂部罐壁上，然后以層流形式順罐壁流下。罐頂部位的清洗效果一是取決于噴洗的機械力，二是取決于清洗劑的濃度及作用時間等。罐壁的清洗效果主要取決于清洗劑的化學作用，還受到溫度和時間的影響。
多向旋轉洗罐器:一般應用于直徑大于5米的發(fā)酵罐、清酒罐等，噴洗壓力要求略高于固定洗球。使用旋轉式洗罐器，可以增強機械作用效果。重要的是，射流是否能夠覆蓋容器的全部表面。多向旋轉洗罐器在使用過程中需經常檢查，防止旋轉系統(tǒng)損壞，降低清洗效果。
萬向式自動洗罐器:這是一種新型洗罐器，應用一種尼龍材料制成，無機械傳動部件，無磨損，工作時是以噴出的洗滌液產生反作用力推動洗罐器自動運轉的，在罐內呈萬向噴洗狀態(tài)，一般在直徑大于5米的發(fā)酵罐、清酒罐使用效果較好。不同種類洗罐器的技術參數要求詳見表1一3，其中可以看出，三種洗罐器都可用于發(fā)酵罐的清洗，固定洗球適用的容器直徑略小，而兩種旋轉洗罐器適用的容器直徑都較大，本設計中發(fā)酵罐、清酒罐直徑為5米，從表中參數看宜選用固定洗球。同時，固定洗球還具有工作壓力要求低、固定投資少、維修費用低、操作方便等優(yōu)點。因此，本設計選用GEA公司生產的G2一1型洗球，噴射直徑4一6米，工作壓力0.2一0.25MPa，工作流量34一40m3/hr。
1.3.2供液泵揚程和流量的確定
供液泵的揚程和流量首先必須滿足需清洗容器使用的洗罐器要求，同時，選擇揚程時要考慮流體流動過程中管路的阻力和至罐頂的位差阻力的損失;選擇流量時需考慮兩個方面:一是需清洗容器的周長，二是需清洗設備的內表面積。
管路中彎頭等管件產生的阻力損失，按照經驗數據計算:一個彎頭產生的阻力損失相當于10米直管路產生的阻力損失。本設計中最遠端發(fā)酵罐清洗管路中彎頭等管件最多可達30個，產生的壓頭損失相當于300米直管產生的壓頭損失=8.7*1.5=13.lm。
因此，供液泵的揚程應大于0.7MPa(0.25+0.2+0.087+0.131=0.668)，才能保證設備的正常運轉，提高發(fā)酵罐、清酒罐的清洗效果。本設計中用于清洗發(fā)酵罐、清酒罐供液泵流量為40m3/小時，揚程為80m，因為發(fā)酵罐、清酒罐離cIP站的距離不同，管路長度不同，造成壓力損失不同，為了保證罐頂壓力達到2.5巴，可通過設置供液泵的出口壓力，變頻控制，以保證清洗壓力要求。
1.3.2管網清洗用泵選擇
如果直管部分有三通的T型接頭，其流速必須提高。英國一家實驗室發(fā)表了T型接頭內流體流速與直管部分流速變化的試驗結果。當直管內流速達1.5m/S時，T型接頭處的流速為0.3m/s;當直管流速提高至3.5m/S時，T型接頭處的流速為0.7m/s，均未達到上述要求的沖刷強度1.5m/S。所以啤酒管道尤其是瞬時滅菌后或無菌過濾后的啤酒管道，盡可能不要設置三通及T型接頭。非設置不可，其接頭盡可能短，要緊貼近主干道，防止產生死角。
管道清洗流向的選擇，以采用物料流的反向流動為宜，薄板換熱器的清洗也應在物料出口處接入CIP，進口處開設CIP回流口。
膠管清洗，選用的膠管應當了解其材料性能、允許使用的溫度、壓力和抗腐蝕性，以便能合理使用。一般膠管經多次酸洗或熱堿清洗后，容易產生老化裂紋，表面變得粗糙，成為雜菌滋生的溫床，清洗就更加困難。所以輸送麥汁及啤酒應盡量少用膠管，其使用壽命一般為3一4年，應及時更換。
1.3.3回液系統(tǒng)的配置
必須注意，刷洗發(fā)酵罐及清酒罐系統(tǒng)的回液泵必須比供液泵的流量高10—15%，避免罐內積存較多的清洗液，影響罐底錐間部分的清洗效果。而且要加強回液泵的自動控制，防止罐底的清洗液被抽空，氣體進入管路產生氣蝕，造成系統(tǒng)不能正常運轉。在傳統(tǒng)的CIP系統(tǒng)中，因控制系統(tǒng)相對落后，經常發(fā)生氣蝕，影響系統(tǒng)正常運轉。為了解決氣蝕問題，通過研究分析，我們在回流泵前添加一套氣體排放裝置(如圖所示)，在管路上設立一個直徑較大的U型彎管，上部安裝液位探測器和氣動閥門，當液位探測器測不到液體時，表明氣體進入，此時信號傳到氣動閥門，令其打開排放氣體，回流泵關閉。測到液體信號時，氣動閥門關閉，回流泵繼續(xù)運轉，減少了氣蝕問題的發(fā)生。但是，由于洗液
的起泡問題，有時會影響液位探測系統(tǒng)的靈敏性，但不失為一種選擇。本設計過程中，在每個發(fā)酵罐、清酒罐底安裝氣液分離裝置，既可以解決氣蝕問題，又可以實現帶壓清洗，達到節(jié)約清洗時間、節(jié)約二氧化碳降低消耗的目的。
1.4CIP系統(tǒng)管路的配置
根據輸送流體管路流量限制標準，結合系統(tǒng)供液泵的流量，選擇本系統(tǒng)的供液、回液管路。輸送與水類似的流體管路流量限制見表1-4，超過限定值運行，壓力損失將明顯增力口。發(fā)酵罐、清酒罐的清洗系統(tǒng)供液泵的流量為40m3/小時，選擇直徑80mm的管路即可。過濾機前的管路清洗系統(tǒng)及清酒管路清洗系統(tǒng)供液泵的流量分別為80m3/小時及60m3/小時，應分別選擇直徑為125mm和1O0mm的管路?；匾汗苈分睆竭x擇與供液管相同直徑。
1.5 CIP加熱系統(tǒng)的配置
      列管式換熱器及板式換熱器是啤酒生產企業(yè)應用泛的兩種換熱器。然而，由于secespol螺紋螺管換熱器具有高效換熱、節(jié)能環(huán)保、耐高溫、高壓、結構緊湊、體積小重量輕、安裝方便、易于清洗、設計壽命長等優(yōu)點，成為本設計的加熱設備，見附圖。設備選型可根據具體工況條件通過歐洲專業(yè)軟件確定，依次保證足夠的換熱面積。
1.6 CIP回流液的混濁物補集器設計
循環(huán)清洗過程中，由于多種設備和管路內部較臟，一些顆粒物、沉淀物等將混入清洗液，帶回CIP系統(tǒng)。因此，清洗液進入儲液罐之前，需對清洗液進行過濾處理，去除雜質，提高清洗液的清亮度，保證系統(tǒng)有效運轉。同時，避免在CIP間歇時間內，這些物質與清洗液反應，增加消耗;并減少CIP系統(tǒng)交叉污染的幾率等。下圖為CIP系統(tǒng)的回液過濾器，其工作過程如下:CIP回液從底部進入過濾器，通過內部的金屬過濾網將顆粒物、沉淀物等雜質截流，中間的清液通過上部管路回到CIP儲罐。金屬過濾網外截流的雜質定期清洗，CIP洗液從上部進入，中間立管管壁及底部分布均勻小孔，提高沖洗金屬網的效果，從底部排污。
消毒劑多不穩(wěn)定，循環(huán)使用后有效成份大幅度下降，有些廠家的消毒劑不做回收，并采用間歇噴沖的方法降低消毒劑用量，使用一個大容量儲罐長時間存放高濃消毒劑的作法不可取，消毒劑配置完成后及時使用，避免損失。本設計中的消毒劑儲罐用于短時間存放消毒劑，因需要消毒的污染點較多，消毒劑一次性使用浪費較大，但是又不能長時間存放，因此，通過多次試驗，我們確定消毒劑存放時間不得超過48小時，否則，其中的有效成分將無法起到應有的作用，追加高濃消毒劑的做法同樣不可取，得不償失。
(6)無菌水: 每次使用前，啟動相應CIP站的備液程序，向無菌水罐內自動添加無菌水;無菌水來自在線添加過氧乙酸的一次水。
(7)洗滌劑濃度的測定
洗滌劑在清洗過程中會與設備內的污垢等物質發(fā)生反應，從而濃度降低。如堿洗劑清洗發(fā)酵罐的過程中，將與罐內殘存的二氧化碳發(fā)生反應生成碳酸鈉，而碳酸鈉也是堿性物質，使用滴定方法無法分辨出堿液真正濃度，因此，測定之前，向樣品中加入氯化鋇，生成碳酸鋇沉淀，然后再測定，結果就較為真實，
加入氯化鋇之后檢測出的堿液濃度要低，這說明碳酸鈉的存在影響了濃度檢測的準確性，而碳酸鈉并不會有助于清洗效果。所以檢測堿液濃度時一定要去除碳酸鈉對堿液濃度的影響，確保堿液濃度的有效性，保證清洗的效果。在實際生產過程中，用上述方法檢測清洗劑濃度比較繁瑣，而且，在生產旺季將花費很多時間。為了實現在線監(jiān)測清洗劑濃度，我們做了大量實驗，找出了不同濃度的清洗劑對應的電導率值，實現了CIP系統(tǒng)的自動控制。
1.8 CIP系統(tǒng)的自清洗
CIP是用來清洗發(fā)酵設備及管路的原位清洗系統(tǒng)，因為該系統(tǒng)的清洗對象較多，為了減少交叉污染的幾率，必須保證CIP系統(tǒng)自身的清潔、無菌。下面簡要介紹CIP系統(tǒng)的自清洗要求及清洗制度(見表1一9)。
●清洗衛(wèi)生要求:①無菌水罐必須保持清潔、無菌狀態(tài)。②酸罐、堿罐、消毒劑罐須保持清潔狀態(tài)。③熱水罐須定期除垢。
●CIP原則:根據貯液的性質，定期進行清洗及殺菌工作。
●CIP系統(tǒng)包括:無菌水罐、酸罐、堿罐、消毒劑罐、清水罐、熱水罐、回收水罐。
對于大多數CIP系統(tǒng)中的堿罐及熱水罐都不可避免的產生水垢，這是因為:
●以草酸鈣形式帶入系統(tǒng)鈣離子
●以二氧化碳的溶解形式帶入系統(tǒng)碳酸根
●CIP水中含有暫時硬度
所以，根據實際的水質情況及操作控制水平，定期對CIP系統(tǒng)的熱水罐及熱堿罐進行酸洗是有必要的。酸洗的過程也同時對加熱器的水垢進行了處理。
對于消毒劑罐及酸洗劑罐定期的堿洗可以去除可能存在的有機物。對于無菌水罐經常的消毒及定期清洗可以保證次沖洗水確實無菌。因此，CIP自清洗制度的是保證生產工藝有效執(zhí)行的前提和基礎，在生產控制過程中占
據非常重要的地位，不可輕視。否則，可能嚴重影響清洗、殺菌效果，并造成交叉污染現象的發(fā)生。
1.9 CIP系統(tǒng)控制及注意事項
1.9.1系統(tǒng)控制流程
本設計通過在相關儲罐及回液管路分別安裝溫度、液位監(jiān)測儀表及電導率儀，其分布見表2一10及附圖二，分別達到對洗液的溫度、儲罐的液位及洗液的濃度的監(jiān)控，供液泵、回液泵通過變頻控制;通過雙座閥、氣動閥實現CIP系統(tǒng)的自動控制，控制系統(tǒng)流程見下圖。
1.9.2相關注意事項
在CIP系統(tǒng)的設計過程中，還應注意以下幾點:
●高溫堿儲罐及熱水儲罐應具有保溫裝置。
●貯罐應設溢流口和排氣孔，并將排氣孔集中引向室外，避免CIP液蒸發(fā)的氣體污染工作場所。
●CIP設備設觀察走廊，并有良好的通風照明條件。
●酸、堿及其他有腐蝕性介質的貯罐，要有明顯的安全標志和應急標志等。
●堿儲罐應設置手動取樣閥，定期檢查濃度。
因為，當堿液循環(huán)使用幾次之后，由于受二氧化碳的影響，系統(tǒng)中清洗效果很差的及碳酸鈉的含量會逐漸增加，雖然這些成份與鈣離子的沉淀反應總是在發(fā)生，但是在操作不當的時候，這些成份的含量會顯著增加，而電導率并不能將其檢測出來。所以，定期使用人工方法檢測系統(tǒng)中的有效堿的含量對保證CIP效果是的。