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(nèi)罐應(yīng)用較多，清洗劑經(jīng)過(guò)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(jī)械力，二是取決于清洗劑的濃度及作用時(shí)間等。罐壁的清洗效果主要取決于清洗劑的化學(xué)作用，還受到溫度和時(shí)間的影響。
多向旋轉(zhuǎn)洗罐器:一般應(yīng)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(zhuǎn)式洗罐器，可以增強(qiáng)機(jī)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(zhuǎn)洗罐器在使用過(guò)程中需經(jīng)常檢查，防止旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)損壞，降低清洗效果。
萬(wàn)向式自動(dòng)洗罐器:這是一種新型洗罐器，應(yīng)用一種尼龍材料制成，無(wú)機(jī)械傳動(dòng)部件，無(wú)磨損，工作時(shí)是以噴出的洗滌液產(chǎn)生反作用力推動(dòng)洗罐器自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的，在罐內(nèi)呈萬(wàn)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(shù)參數(shù)要求詳見(jiàn)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(zhuǎn)洗罐器適用的容器直徑都較大，本設(shè)計(jì)中發(fā)酵罐、清酒罐直徑為5米，從表中參數(shù)看宜選用固定洗球。同時(shí)，固定洗球還具有工作壓力要求低、固定投資少、維修費(fèi)用低、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。因此，本設(shè)計(jì)選用GEA公司生產(chǎn)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(yáng)程和流量的確定
供液泵的揚(yáng)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(shí)，選擇揚(yáng)程時(shí)要考慮流體流動(dòng)過(guò)程中管路的阻力和至罐頂?shù)奈徊钭枇Φ膿p失;選擇流量時(shí)需考慮兩個(gè)方面:一是需清洗容器的周長(zhǎng)，二是需清洗設(shè)備的內(nèi)表面積。
管路中彎頭等管件產(chǎn)生的阻力損失，按照經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算:一個(gè)彎頭產(chǎn)生的阻力損失相當(dāng)于10米直管路產(chǎn)生的阻力損失。本設(shè)計(jì)中最遠(yuǎn)端發(fā)酵罐清洗管路中彎頭等管件最多可達(dá)30個(gè)，產(chǎn)生的壓頭損失相當(dāng)于300米直管產(chǎn)生的壓頭損失=8.7*1.5=13.lm。
因此，供液泵的揚(yáng)程應(yīng)大于0.7MPa(0.25+0.2+0.087+0.131=0.668)，才能保證設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，提高發(fā)酵罐、清酒罐的清洗效果。本設(shè)計(jì)中用于清洗發(fā)酵罐、清酒罐供液泵流量為40m3/小時(shí)，揚(yáng)程為80m，因?yàn)榘l(fā)酵罐、清酒罐離cIP站的距離不同，管路長(zhǎng)度不同，造成壓力損失不同，為了保證罐頂壓力達(dá)到2.5巴，可通過(guò)設(shè)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(wǎng)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(guó)一家實(shí)驗(yàn)室發(fā)表了T型接頭內(nèi)流體流速與直管部分流速變化的試驗(yàn)結(jié)果。當(dāng)直管內(nèi)流速達(dá)1.5m/S時(shí)，T型接頭處的流速為0.3m/s;當(dāng)直管流速提高至3.5m/S時(shí)，T型接頭處的流速為0.7m/s，均未達(dá)到上述要求的沖刷強(qiáng)度1.5m/S。所以啤酒管道尤其是瞬時(shí)滅菌后或無(wú)菌過(guò)濾后的啤酒管道，盡可能不要設(shè)置三通及T型接頭。非設(shè)置不可，其接頭盡可能短，要緊貼近主干道，防止產(chǎn)生死角。
管道清洗流向的選擇，以采用物料流的反向流動(dòng)為宜，薄板換熱器的清洗也應(yīng)在物料出口處接入CIP，進(jìn)口處開(kāi)設(shè)CIP回流口。
膠管清洗，選用的膠管應(yīng)當(dāng)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(jīng)多次酸洗或熱堿清洗后，容易產(chǎn)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(yīng)盡量少用膠管，其使用壽命一般為3一4年，應(yīng)及時(shí)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(nèi)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(qiáng)回液泵的自動(dòng)控制，防止罐底的清洗液被抽空，氣體進(jìn)入管路產(chǎn)生氣蝕，造成系統(tǒng)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在傳統(tǒng)的CIP系統(tǒng)中，因控制系統(tǒng)相對(duì)落后，經(jīng)常發(fā)生氣蝕，影響系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。為了解決氣蝕問(wèn)題，通過(guò)研究分析，我們?cè)诨亓鞅们疤砑右惶讱怏w排放裝置(如圖所示)，在管路上設(shè)立一個(gè)直徑較大的U型彎管，上部安裝液位探測(cè)器和氣動(dòng)閥門(mén)，當(dāng)液位探測(cè)器測(cè)不到液體時(shí)，表明氣體進(jìn)入，此時(shí)信號(hào)傳到氣動(dòng)閥門(mén)，令其打開(kāi)排放氣體，回流泵關(guān)閉。測(cè)到液體信號(hào)時(shí)，氣動(dòng)閥門(mén)關(guān)閉，回流泵繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，減少了氣蝕問(wèn)題的發(fā)生。但是，由于洗液
的起泡問(wèn)題，有時(shí)會(huì)影響液位探測(cè)系統(tǒng)的靈敏性，但不失為一種選擇。本設(shè)計(jì)過(guò)程中，在每個(gè)發(fā)酵罐、清酒罐底安裝氣液分離裝置，既可以解決氣蝕問(wèn)題，又可以實(shí)現(xiàn)帶壓清洗，達(dá)到節(jié)約清洗時(shí)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(jù)輸送流體管路流量限制標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)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(jiàn)表1-4，超過(guò)限定值運(yùn)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(shí)，選擇直徑80mm的管路即可。過(guò)濾機(jī)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(shí)及60m3/小時(shí)，應(yīng)分別選擇直徑為125mm和1O0mm的管路。回液管路直徑選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(chǎn)企業(yè)應(yīng)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(jié)構(gòu)緊湊、體積小重量輕、安裝方便、易于清洗、設(shè)計(jì)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，成為本設(shè)計(jì)的加熱設(shè)備，見(jiàn)附圖。設(shè)備選型可根據(jù)具體工況條件通過(guò)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(bǔ)集器設(shè)計(jì)
循環(huán)清洗過(guò)程中，由于多種設(shè)備和管路內(nèi)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(jìn)入儲(chǔ)液罐之前，需對(duì)清洗液進(jìn)行過(guò)濾處理，去除雜質(zhì)，提高清洗液的清亮度，保證系統(tǒng)有效運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)，避免在CIP間歇時(shí)間內(nèi)，這些物質(zhì)與清洗液反應(yīng)，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(guò)濾器，其工作過(guò)程如下:CIP回液從底部進(jìn)入過(guò)濾器，通過(guò)內(nèi)部的金屬過(guò)濾網(wǎng)將顆粒物、沉淀物等雜質(zhì)截流，中間的清液通過(guò)上部管路回到CIP儲(chǔ)罐。金屬過(guò)濾網(wǎng)外截流的雜質(zhì)定期清洗，CIP洗液從上部進(jìn)入，中間立管管壁及底部分布均勻小孔，提高沖洗金屬網(wǎng)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(gè)大容量?jī)?chǔ)罐長(zhǎng)時(shí)間存放高濃消毒劑的作法不可取，消毒劑配置完成后及時(shí)使用，避免損失。本設(shè)計(jì)中的消毒劑儲(chǔ)罐用于短時(shí)間存放消毒劑，因需要消毒的污染點(diǎn)較多，消毒劑一次性使用浪費(fèi)較大，但是又不能長(zhǎng)時(shí)間存放，因此，通過(guò)多次試驗(yàn)，我們確定消毒劑存放時(shí)間不得超過(guò)48小時(shí)，否則，其中的有效成分將無(wú)法起到應(yīng)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(wú)菌水: 每次使用前，啟動(dòng)相應(yīng)CIP站的備液程序，向無(wú)菌水罐內(nèi)自動(dòng)添加無(wú)菌水;無(wú)菌水來(lái)自在線添加過(guò)氧乙酸的一次水。
(7)洗滌劑濃度的測(cè)定
洗滌劑在清洗過(guò)程中會(huì)與設(shè)備內(nèi)的污垢等物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，從而濃度降低。如堿洗劑清洗發(fā)酵罐的過(guò)程中，將與罐內(nèi)殘存的二氧化碳發(fā)生反應(yīng)生成碳酸鈉，而碳酸鈉也是堿性物質(zhì)，使用滴定方法無(wú)法分辨出堿液真正濃度，因此，測(cè)定之前，向樣品中加入氯化鋇，生成碳酸鋇沉淀，然后再測(cè)定，結(jié)果就較為真實(shí)，
加入氯化鋇之后檢測(cè)出的堿液濃度要低，這說(shuō)明碳酸鈉的存在影響了濃度檢測(cè)的準(zhǔn)確性，而碳酸鈉并不會(huì)有助于清洗效果。所以檢測(cè)堿液濃度時(shí)一定要去除碳酸鈉對(duì)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(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，用上述方法檢測(cè)清洗劑濃度比較繁瑣，而且，在生產(chǎn)旺季將花費(fèi)很多時(shí)間。為了實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)清洗劑濃度，我們做了大量實(shí)驗(yàn)，找出了不同濃度的清洗劑對(duì)應(yīng)的電導(dǎo)率值，實(shí)現(xiàn)了CIP系統(tǒng)的自動(dòng)控制。
1.8 CIP系統(tǒng)的自清洗
CIP是用來(lái)清洗發(fā)酵設(shè)備及管路的原位清洗系統(tǒng)，因?yàn)樵撓到y(tǒng)的清洗對(duì)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(wú)菌。下面簡(jiǎn)要介紹CIP系統(tǒng)的自清洗要求及清洗制度(見(jiàn)表1一9)。
●清洗衛(wèi)生要求:①無(wú)菌水罐必須保持清潔、無(wú)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(jù)貯液的性質(zhì)，定期進(jìn)行清洗及殺菌工作。
●CIP系統(tǒng)包括:無(wú)菌水罐、酸罐、堿罐、消毒劑罐、清水罐、熱水罐、回收水罐。
對(duì)于大多數(shù)CIP系統(tǒng)中的堿罐及熱水罐都不可避免的產(chǎn)生水垢，這是因?yàn)?
●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(shí)硬度
所以，根據(jù)實(shí)際的水質(zhì)情況及操作控制水平，定期對(duì)CIP系統(tǒng)的熱水罐及熱堿罐進(jìn)行酸洗是有必要的。酸洗的過(guò)程也同時(shí)對(duì)加熱器的水垢進(jìn)行了處理。
對(duì)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(jī)物。對(duì)于無(wú)菌水罐經(jīng)常的消毒及定期清洗可以保證次沖洗水確實(shí)無(wú)菌。因此，CIP自清洗制度的是保證生產(chǎn)工藝有效執(zhí)行的前提和基礎(chǔ)，在生產(chǎn)控制過(guò)程中占
據(jù)非常重要的地位，不可輕視。否則，可能嚴(yán)重影響清洗、殺菌效果，并造成交叉污染現(xiàn)象的發(fā)生。
1.9 CIP系統(tǒng)控制及注意事項(xiàng)
1.9.1系統(tǒng)控制流程
本設(shè)計(jì)通過(guò)在相關(guān)儲(chǔ)罐及回液管路分別安裝溫度、液位監(jiān)測(cè)儀表及電導(dǎo)率儀，其分布見(jiàn)表2一10及附圖二，分別達(dá)到對(duì)洗液的溫度、儲(chǔ)罐的液位及洗液的濃度的監(jiān)控，供液泵、回液泵通過(guò)變頻控制;通過(guò)雙座閥、氣動(dòng)閥實(shí)現(xiàn)CIP系統(tǒng)的自動(dòng)控制，控制系統(tǒng)流程見(jiàn)下圖。
1.9.2相關(guān)注意事項(xiàng)
在CIP系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn):
●高溫堿儲(chǔ)罐及熱水儲(chǔ)罐應(yīng)具有保溫裝置。
●貯罐應(yīng)設(shè)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(chǎng)所。
●CIP設(shè)備設(shè)觀察走廊，并有良好的通風(fēng)照明條件。
●酸、堿及其他有腐蝕性介質(zhì)的貯罐，要有明顯的安全標(biāo)志和應(yīng)急標(biāo)志等。
●堿儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)置手動(dòng)取樣閥，定期檢查濃度。
因?yàn)?，?dāng)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(huì)逐漸增加，雖然這些成份與鈣離子的沉淀反應(yīng)總是在發(fā)生，但是在操作不當(dāng)?shù)臅r(shí)候，這些成份的含量會(huì)顯著增加，而電導(dǎo)率并不能將其檢測(cè)出來(lái)。所以，定期使用人工方法檢測(cè)系統(tǒng)中的有效堿的含量對(duì)保證CIP效果是的。