食品生产线CIP清洗系统

  1.1容器清洗选用的洗罐器类型
固定洗球:在直径5米以内罐应用较多，清洗剂经过洗球被送到顶部罐壁上，然后以层流形式顺罐壁流下。罐顶部位的清洗效果一是取决于喷洗的机械力，二是取决于清洗剂的浓度及作用时间等。罐壁的清洗效果主要取决于清洗剂的化学作用，还受到温度和时间的影响。
多向旋转洗罐器:一般应用于直径大于5米的发酵罐、清酒罐等，喷洗压力要求略高于固定洗球。使用旋转式洗罐器，可以增强机械作用效果。重要的是，射流是否能够覆盖容器的全部表面。多向旋转洗罐器在使用过程中需经常检查，防止旋转系统损坏，降低清洗效果。
万向式自动洗罐器:这是一种新型洗罐器，应用一种尼龙材料制成，无机械传动部件，无磨损，工作时是以喷出的洗涤液产生反作用力推动洗罐器自动运转的，在罐内呈万向喷洗状态，一般在直径大于5米的发酵罐、清酒罐使用效果较好。不同种类洗罐器的技术参数要求详见表1一3，其中可以看出，三种洗罐器都可用于发酵罐的清洗，固定洗球适用的容器直径略小，而两种旋转洗罐器适用的容器直径都较大，本设计中发酵罐、清酒罐直径为5米，从表中参数看宜选用固定洗球。同时，固定洗球还具有工作压力要求低、固定投资少、维修费用低、操作方便等优点。因此，本设计选用GEA公司生产的G2一1型洗球，喷射直径4一6米，工作压力0.2一0.25MPa，工作流量34一40m3/hr。
1.3.2供液泵扬程和流量的确定
供液泵的扬程和流量首先必须满足需清洗容器使用的洗罐器要求，同时，选择扬程时要考虑流体流动过程中管路的阻力和至罐顶的位差阻力的损失;选择流量时需考虑两个方面:一是需清洗容器的周长，二是需清洗设备的内表面积。
管路中弯头等管件产生的阻力损失，按照经验数据计算:一个弯头产生的阻力损失相当于10米直管路产生的阻力损失。本设计中最远端发酵罐清洗管路中弯头等管件最多可达30个，产生的压头损失相当于300米直管产生的压头损失=8.7*1.5=13.lm。
因此，供液泵的扬程应大于0.7MPa(0.25+0.2+0.087+0.131=0.668)，才能保证设备的正常运转，提高发酵罐、清酒罐的清洗效果。本设计中用于清洗发酵罐、清酒罐供液泵流量为40m3/小时，扬程为80m，因为发酵罐、清酒罐离cIP站的距离不同，管路长度不同，造成压力损失不同，为了保证罐顶压力达到2.5巴，可通过设置供液泵的出口压力，变频控制，以保证清洗压力要求。
1.3.2管网清洗用泵选择
如果直管部分有三通的T型接头，其流速必须提高。英国一家实验室发表了T型接头内流体流速与直管部分流速变化的试验结果。当直管内流速达1.5m/S时，T型接头处的流速为0.3m/s;当直管流速提高至3.5m/S时，T型接头处的流速为0.7m/s，均未达到上述要求的冲刷强度1.5m/S。所以啤酒管道尤其是瞬时灭菌后或无菌过滤后的啤酒管道，尽可能不要设置三通及T型接头。非设置不可，其接头尽可能短，要紧贴近主干道，防止产生死角。
管道清洗流向的选择，以采用物料流的反向流动为宜，薄板换热器的清洗也应在物料出口处接入CIP，进口处开设CIP回流口。
胶管清洗，选用的胶管应当了解其材料性能、允许使用的温度、压力和抗腐蚀性，以便能合理使用。一般胶管经多次酸洗或热碱清洗后，容易产生老化裂纹，表面变得粗糙，成为杂菌滋生的温床，清洗就更加困难。所以输送麦汁及啤酒应尽量少用胶管，其使用寿命一般为3一4年，应及时更换。
1.3.3回液系统的配置
必须注意，刷洗发酵罐及清酒罐系统的回液泵必须比供液泵的流量高10—15%，避免罐内积存较多的清洗液，影响罐底锥间部分的清洗效果。而且要加强回液泵的自动控制，防止罐底的清洗液被抽空，气体进入管路产生气蚀，造成系统不能正常运转。在传统的CIP系统中，因控制系统相对落后，经常发生气蚀，影响系统正常运转。为了解决气蚀问题，通过研究分析，我们在回流泵前添加一套气体排放装置(如图所示)，在管路上设立一个直径较大的U型弯管，上部安装液位探测器和气动阀门，当液位探测器测不到液体时，表明气体进入，此时信号传到气动阀门，令其打开排放气体，回流泵关闭。测到液体信号时，气动阀门关闭，回流泵继续运转，减少了气蚀问题的发生。但是，由于洗液
的起泡问题，有时会影响液位探测系统的灵敏性，但不失为一种选择。本设计过程中，在每个发酵罐、清酒罐底安装气液分离装置，既可以解决气蚀问题，又可以实现带压清洗，达到节约清洗时间、节约二氧化碳降低消耗的目的。
1.4CIP系统管路的配置
根据输送流体管路流量限制标准，结合系统供液泵的流量，选择本系统的供液、回液管路。输送与水类似的流体管路流量限制见表1-4，超过限定值运行，压力损失将明显增力口。发酵罐、清酒罐的清洗系统供液泵的流量为40m3/小时，选择直径80mm的管路即可。过滤机前的管路清洗系统及清酒管路清洗系统供液泵的流量分别为80m3/小时及60m3/小时，应分别选择直径为125mm和1O0mm的管路。回液管路直径选择与供液管相同直径。
1.5 CIP加热系统的配置
      列管式换热器及板式换热器是啤酒生产企业应用泛的两种换热器。然而，由于secespol螺纹螺管换热器具有高效换热、节能环保、耐高温、高压、结构紧凑、体积小重量轻、安装方便、易于清洗、设计寿命长等优点，成为本设计的加热设备，见附图。设备选型可根据具体工况条件通过欧洲专业软件确定，依次保证足够的换热面积。
1.6 CIP回流液的混浊物补集器设计
循环清洗过程中，由于多种设备和管路内部较脏，一些颗粒物、沉淀物等将混入清洗液，带回CIP系统。因此，清洗液进入储液罐之前，需对清洗液进行过滤处理，去除杂质，提高清洗液的清亮度，保证系统有效运转。同时，避免在CIP间歇时间内，这些物质与清洗液反应，增加消耗;并减少CIP系统交叉污染的几率等。下图为CIP系统的回液过滤器，其工作过程如下:CIP回液从底部进入过滤器，通过内部的金属过滤网将颗粒物、沉淀物等杂质截流，中间的清液通过上部管路回到CIP储罐。金属过滤网外截流的杂质定期清洗，CIP洗液从上部进入，中间立管管壁及底部分布均匀小孔，提高冲洗金属网的效果，从底部排污。
消毒剂多不稳定，循环使用后有效成份大幅度下降，有些厂家的消毒剂不做回收，并采用间歇喷冲的方法降低消毒剂用量，使用一个大容量储罐长时间存放高浓消毒剂的作法不可取，消毒剂配置完成后及时使用，避免损失。本设计中的消毒剂储罐用于短时间存放消毒剂，因需要消毒的污染点较多，消毒剂一次性使用浪费较大，但是又不能长时间存放，因此，通过多次试验，我们确定消毒剂存放时间不得超过48小时，否则，其中的有效成分将无法起到应有的作用，追加高浓消毒剂的做法同样不可取，得不偿失。
(6)无菌水: 每次使用前，启动相应CIP站的备液程序，向无菌水罐内自动添加无菌水;无菌水来自在线添加过氧乙酸的一次水。
(7)洗涤剂浓度的测定
洗涤剂在清洗过程中会与设备内的污垢等物质发生反应，从而浓度降低。如碱洗剂清洗发酵罐的过程中，将与罐内残存的二氧化碳发生反应生成碳酸钠，而碳酸钠也是碱性物质，使用滴定方法无法分辨出碱液真正浓度，因此，测定之前，向样品中加入氯化钡，生成碳酸钡沉淀，然后再测定，结果就较为真实，
加入氯化钡之后检测出的碱液浓度要低，这说明碳酸钠的存在影响了浓度检测的准确性，而碳酸钠并不会有助于清洗效果。所以检测碱液浓度时一定要去除碳酸钠对碱液浓度的影响，确保碱液浓度的有效性，保证清洗的效果。在实际生产过程中，用上述方法检测清洗剂浓度比较繁琐，而且，在生产旺季将花费很多时间。为了实现在线监测清洗剂浓度，我们做了大量实验，找出了不同浓度的清洗剂对应的电导率值，实现了CIP系统的自动控制。
1.8 CIP系统的自清洗
CIP是用来清洗发酵设备及管路的原位清洗系统，因为该系统的清洗对象较多，为了减少交叉污染的几率，必须保证CIP系统自身的清洁、无菌。下面简要介绍CIP系统的自清洗要求及清洗制度(见表1一9)。
●清洗卫生要求:①无菌水罐必须保持清洁、无菌状态。②酸罐、碱罐、消毒剂罐须保持清洁状态。③热水罐须定期除垢。
●CIP原则:根据贮液的性质，定期进行清洗及杀菌工作。
●CIP系统包括:无菌水罐、酸罐、碱罐、消毒剂罐、清水罐、热水罐、回收水罐。
对于大多数CIP系统中的碱罐及热水罐都不可避免的产生水垢，这是因为:
●以草酸钙形式带入系统钙离子
●以二氧化碳的溶解形式带入系统碳酸根
●CIP水中含有暂时硬度
所以，根据实际的水质情况及操作控制水平，定期对CIP系统的热水罐及热碱罐进行酸洗是有必要的。酸洗的过程也同时对加热器的水垢进行了处理。
对于消毒剂罐及酸洗剂罐定期的碱洗可以去除可能存在的有机物。对于无菌水罐经常的消毒及定期清洗可以保证次冲洗水确实无菌。因此，CIP自清洗制度的是保证生产工艺有效执行的前提和基础，在生产控制过程中占
据非常重要的地位，不可轻视。否则，可能严重影响清洗、杀菌效果，并造成交叉污染现象的发生。
1.9 CIP系统控制及注意事项
1.9.1系统控制流程
本设计通过在相关储罐及回液管路分别安装温度、液位监测仪表及电导率仪，其分布见表2一10及附图二，分别达到对洗液的温度、储罐的液位及洗液的浓度的监控，供液泵、回液泵通过变频控制;通过双座阀、气动阀实现CIP系统的自动控制，控制系统流程见下图。
1.9.2相关注意事项
在CIP系统的设计过程中，还应注意以下几点:
●高温碱储罐及热水储罐应具有保温装置。
●贮罐应设溢流口和排气孔，并将排气孔集中引向室外，避免CIP液蒸发的气体污染工作场所。
●CIP设备设观察走廊，并有良好的通风照明条件。
●酸、碱及其他有腐蚀性介质的贮罐，要有明显的安全标志和应急标志等。
●碱储罐应设置手动取样阀，定期检查浓度。
因为，当碱液循环使用几次之后，由于受二氧化碳的影响，系统中清洗效果很差的及碳酸钠的含量会逐渐增加，虽然这些成份与钙离子的沉淀反应总是在发生，但是在操作不当的时候，这些成份的含量会显著增加，而电导率并不能将其检测出来。所以，定期使用人工方法检测系统中的有效碱的含量对保证CIP效果是的。