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淺談灌裝生產(chǎn)線的CIP系統(tǒng)
CIP系統(tǒng)
目錄
1,CIP系統(tǒng)簡(jiǎn)介
2,CIP清洗的作用機(jī)理
3,CIP清洗效果的影響因素
4,CIP清洗效果評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)
1,CIP系統(tǒng)簡(jiǎn)介
Clean In Place的縮寫，原位清洗（在線清洗、就地清洗）。
CIP系統(tǒng)CIP清洗即CLEAN IN PLACE(原位清洗)。
CIP清洗即不分解生產(chǎn)設(shè)備，又可用簡(jiǎn)單操作方法安全自動(dòng)的清洗系統(tǒng)，幾乎被引進(jìn)到所有的食品，飲料及制藥等工廠。CIP清洗不僅能清洗機(jī)器，而且還能控制微生物。
CIP清洗技術(shù)已經(jīng)很廣泛的應(yīng)用在先進(jìn)的食品行業(yè)，比如酵母行業(yè)的龍頭企業(yè)安琪酵母，就是采用的全套CIP清洗程序進(jìn)行管道和罐子的清洗的。
CIP清洗裝置其有以下的優(yōu)點(diǎn)：
1、能使生產(chǎn)計(jì)劃合理化及提高生產(chǎn)能力。
2、與手洗相比較，不但沒有因作業(yè)者之差異而影響清洗效果，還能提高其產(chǎn)品質(zhì)量。
3、能防止清洗作業(yè)中的危險(xiǎn)，節(jié)省勞動(dòng)力。
4、可節(jié)能清洗劑、蒸汽、水及生產(chǎn)成本。
5、能增加機(jī)器部件的使用年限。
2,CIP清洗的作用機(jī)理
化學(xué)能主要是加入其中的化學(xué)試劑產(chǎn)生的，它是決定洗滌效果最主要的因素。一般廠家可根據(jù)清洗對(duì)象污染性質(zhì)和程度、構(gòu)成材質(zhì)、水質(zhì)、所選清洗方法、成本和安全性等方面來選用洗滌劑。常用的洗滌劑有酸、堿洗滌劑和滅菌洗滌劑。
酸、堿洗滌劑的優(yōu)點(diǎn)有：能將微生物全部殺死；去除有機(jī)物效果較好。缺點(diǎn)有：對(duì)皮膚有較強(qiáng)的刺激性；水洗性差。
滅菌劑的優(yōu)點(diǎn)有：殺菌效果迅速，對(duì)所有微生物有效；稀釋后一般無毒；不受水硬度影響；在設(shè)備表面形成薄膜；濃度易測(cè)定；易計(jì)量；可去除惡臭。缺點(diǎn)有：有特殊味道；需要一定的儲(chǔ)存條件；不同濃度殺菌效果區(qū)別大；氣溫低時(shí)易凍結(jié)；用法不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生副作用；混入污物殺菌效果明顯下降；灑落時(shí)易沾污環(huán)境并留有痕跡。
酸堿洗滌劑中的酸是指1％—2％硝酸溶液，堿指1％—3％氫氧化鈉在65℃—80℃使用。滅菌劑為經(jīng)常使用的氯系殺菌劑，如次亞氯酸鈉等。
熱能在一定流量下，溫度越高，黏度系數(shù)越小，雷諾數(shù)（Re）越大。溫度的上升通?？梢愿淖兾畚锏奈锢頎顟B(tài)，加速化學(xué)反應(yīng)速度，同時(shí)增大污物的溶解度，便于清洗時(shí)雜質(zhì)溶液脫落，從而提高清洗效果、縮短清洗時(shí)間。
運(yùn)動(dòng)能的大小是由Re來衡量的。Re的一般標(biāo)準(zhǔn)為：從壁面流下的薄液，槽類Re＞200，管類Re＞3000，而Re＞30000效果最好。
水的溶解作用水為極性化合物，對(duì)油脂性污物幾乎無溶解作用，對(duì)碳水化合物、蛋白質(zhì)、低級(jí)脂肪酸有一定的溶解作用，對(duì)電解質(zhì)及有機(jī)或無機(jī)鹽的溶解作用較強(qiáng)。
機(jī)械作用由運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的作用，如攪拌、噴射清洗液產(chǎn)生的壓力和摩擦力等。
3,CIP清洗效果的影響因素
設(shè)備污染程度、污染物性質(zhì)及產(chǎn)品生產(chǎn)工藝等它是決定清洗效果的重要原因，如果清洗時(shí)不根據(jù)其特性來確定CIP的條件，很難達(dá)到理想的目的或因此導(dǎo)致清洗費(fèi)用過高等缺陷。
清洗劑種類目前食品行業(yè)應(yīng)用的清洗劑種類很多，主要有酸堿類等，其中氫氧化鈉和硝酸應(yīng)用最為廣泛。堿類洗滌劑對(duì)含蛋白質(zhì)較高的污物有很好的去除作用，但對(duì)食品橡膠墊圈等有一定腐蝕作用。酸類洗滌劑對(duì)堿性清洗劑不能去除的頑垢有較好效果，但對(duì)金屬有一定的腐蝕性，應(yīng)添加一些抗腐蝕劑或用清水沖洗干凈。清洗劑還有表面活性劑、螯合劑等，但只在特殊需要時(shí)才使用，如清洗用水硬度較高時(shí)可使用螯合劑去除金屬離子。
清洗劑濃度提高清洗劑濃度時(shí)，可適當(dāng)縮短清洗時(shí)間或彌補(bǔ)清洗溫度的不足。清洗劑濃度增高會(huì)造成清洗費(fèi)用的增加，而且濃度的增高并不一定能有效地提高清洗效果，因此廠家有必要根據(jù)實(shí)際情況確定合適的濃度。
洗液溫度通常而言，溫度每升高10℃，化學(xué)反應(yīng)速度會(huì)提高1．5—2．0倍，清洗速度也相應(yīng)提高，清洗效果較好。清洗溫度一般不低于60℃。
清洗時(shí)間清洗時(shí)間受許多因素的影響，如清洗劑種類、濃度、清洗溫度、產(chǎn)品特性、生產(chǎn)管線布置以及設(shè)備設(shè)計(jì)等。清洗時(shí)間必須合適，太短不能對(duì)污物進(jìn)行有效去除，太長(zhǎng)則浪費(fèi)資源。
以飲料行業(yè)為例，其清洗程序如下：
1．洗滌3—5分鐘，常溫或60℃以上的熱水；堿洗10—20分鐘，1％—2％溶液，60℃— 80℃；中間洗滌5—10分鐘，60℃以下的清水；最后洗滌3—5分鐘，清水。
2．洗滌3—5分鐘，常溫或60℃以上的熱水；堿洗5—10分鐘，1％—2％溶液，60℃—80℃，中間洗滌5—10分鐘，60℃以下的清水，殺菌10—20分鐘，90℃以上的熱水。
清洗流量保證流量實(shí)際上是為了保證清洗時(shí)的清洗液流速，從而產(chǎn)生一定的機(jī)械作用，即通過提高流體的湍動(dòng)性來提高沖擊力，取得一定的清洗效果。
4,CIP清洗效果評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)
作為食品行業(yè)理想的CIP，清洗效果必須達(dá)到以下標(biāo)準(zhǔn)：
感官
●氣味：清新、無異雜味，對(duì)于特殊的處理過程或特殊階段容許有輕微的氣味但不影響到最終產(chǎn)品的安全和自身品質(zhì)。
●視覺：清洗表面光亮，無積水，無膜，無污垢或其他。同時(shí)，經(jīng)過CIP處理后，設(shè)備的生產(chǎn)處理能力明顯改變。
衛(wèi)生指標(biāo)微生物指標(biāo)達(dá)到相關(guān)要求；不能造成產(chǎn)品其他衛(wèi)生指標(biāo)的提高。
經(jīng)濟(jì)性在同時(shí)能滿足清洗的條件下，成本是衡量清洗效果的重要因素。
操作CIP操作必須相對(duì)安全、方便等。
CIP裝置根據(jù)不同的分類，有不同的組成，但一般來說，它由罐(桶)、管路、加熱器、泵、控制柜及附帶設(shè)備所組成。整個(gè)裝置一般常用不銹鋼1Cr18Ni9(SUS302)、 0Cr19Ni9(SUS304)、0Cr17Ni12Mo2(SUS316)和1Cr18Ni9Ti來制作。罐是用來存儲(chǔ)清洗液的，內(nèi)壁必須經(jīng)拋光處理，內(nèi)表面Ra≤1.0μm;外表面Ra≤2.5μm可根據(jù)需要來做處理；上下封頭采用碟形和橢圓形，底封也可用錐形，錐角可參考安息角設(shè)計(jì)便于清洗；管路按作用可分為進(jìn)水管路、排液管路、加熱循環(huán)清洗管路、自清洗管路等，管路中的控制閥門、在線檢測(cè)儀、過濾器、清洗頭等配置按設(shè)計(jì)要求配備；加熱器常采用板式熱交換器、蛇形盤管形式間接加熱，也可用無聲蒸汽直接加熱。板式熱交換器的優(yōu)點(diǎn)是眾所周知的傳熱系數(shù)高、占地空間較小，但相對(duì)價(jià)格高、易堵塞；盤管式熱交換器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低，但要放置罐內(nèi)，易結(jié)垢，表面要進(jìn)行人工清洗；無聲加熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低，熱效率高，但易改變槽液濃度，且易結(jié)垢；泵常采用離心沖壓式，該種泵的最大特點(diǎn)是過流部位均被拋光，沒有死角，易清洗干凈，故俗稱衛(wèi)生泵。
自動(dòng)控制和清洗工藝
CIP系統(tǒng)控制有兩種方式:手動(dòng)控制和自動(dòng)控制。
手動(dòng)控制完全由手工操作閥門，如加液、清洗、排放、控溫等功能。自動(dòng)控制是由設(shè)計(jì)人員按要求來設(shè)置能夠調(diào)節(jié)的流量、溫度、濃度、壓力、時(shí)間等參數(shù)儀器和儀表對(duì)CIP系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制，并且按設(shè)定的清洗工藝，以最少的時(shí)間、工作量、耗量，完成清洗的目的，實(shí)現(xiàn)最大的利潤(rùn)。由于考慮酸、堿等清洗液對(duì)人體的傷害及清洗質(zhì)量是無菌生產(chǎn)的重要因素，因此 CIP的自動(dòng)控制顯得十分必要。
可能很多人都認(rèn)為CIP裝置就是用水和堿水對(duì)著清洗設(shè)備內(nèi)腔進(jìn)行沖洗。如果僅停留在這樣的認(rèn)識(shí)，那是最低層的。CIP裝置應(yīng)該根據(jù)它的清洗工藝來設(shè)計(jì)。首先該明確它的清洗對(duì)象是什么，需要用什么樣的清洗劑對(duì)它清洗，清洗劑的種數(shù)決定洗罐的數(shù)量。其次是搞清清洗劑的濃度(包括水)、溫度、壓力、速度、時(shí)間、距離(距清洗罐)和雷諾數(shù)。第三是清洗的順序，先洗什么，后洗什么，哪些一次性洗，哪些定期洗。這些就是制定清洗工藝的依據(jù)，也是選擇配置的依據(jù)。CIP系統(tǒng)中關(guān)鍵的是其清洗工藝。設(shè)備是硬件，工藝是軟件。不同的清洗對(duì)象(啤酒、飲料、果汁、乳制品、藥液、礦泉水、食品、化妝品等等)，本質(zhì)上應(yīng)有不同的清洗工藝。研究CIP，應(yīng)該是研究清洗工藝。到目前為止還沒有制定出針對(duì)啤酒、飲料、乳制品等等行業(yè)一個(gè)完整的、科學(xué)的、系統(tǒng)的、規(guī)范的清洗工藝。由于提供設(shè)備的廠家往往不具備這種研究的條件。為了克服設(shè)計(jì)上的盲目性，只有設(shè)備設(shè)計(jì)者、清洗劑供貨商和客戶緊密聯(lián)系，共同分析、研究才能制做出較為理想的、滿足客戶要求的CIP設(shè)備?，F(xiàn)僅提供一種四罐CIP清洗工藝方案，僅作參考:
清洗劑 說明 溫度(℃ ) 濃度 時(shí)間(min)
(班前)
無菌水 ClO2壓洗 RT 2ppm 5
堿水 NaOH 50 0.5～3％ 20
熱水 80 5
熱水 消毒 85 30
熱水 50 20
(班后)
無菌水 ClO2消毒洗 RT 2ppm 5
堿水 NaOH 50 0.5～3％ 20
熱水 80 5
熱水 消毒 85 30
熱水 50 20
無菌水 ClO2封洗 RT 2ppm 5～10
(定期)
酸洗 HNO3去垢 RT 1～3％ 10～15
無菌水 ClO2消毒洗 RT 2ppm 15～20
該工藝清洗劑在管路中的壓力P=0.2MPa對(duì)于清洗時(shí)間是否為最理想尚可商酌。
CIP裝置在整個(gè)罐裝線中僅扮演著一個(gè)輔助角色，盡管它是必不可少的。所以很容易被人們忽視。一旦新的標(biāo)準(zhǔn)在食品飲料生產(chǎn)中頒布和強(qiáng)制實(shí)行，也必將提高對(duì)CIP設(shè)備的設(shè)計(jì)和功能的要求，如果從現(xiàn)在起就建立設(shè)備的基礎(chǔ)配置，將能盡快適應(yīng)今后立法者提出的更加嚴(yán)格的法律要求。
洗罐裝置
CIP裝置是針對(duì)罐裝線中的密閉容器進(jìn)行清洗，而洗罐裝置則是針對(duì)CIP裝置中的罐體內(nèi)壁進(jìn)行清洗。它清洗的潔凈度直接影響CIP裝置對(duì)清洗對(duì)象的清洗效果，故應(yīng)該引起重視，當(dāng)不久的將來HACCP或GMP的標(biāo)準(zhǔn)在食品、飲料、乳制品生產(chǎn)行業(yè)執(zhí)行之際，必將要對(duì)CIP設(shè)備的清洗功效進(jìn)行技術(shù)測(cè)定。