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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)簡介
2,CIP清洗的作用機理
3,CIP清洗效果的影響因素
4,CIP清洗效果評定標準
1,CIP系統(tǒng)簡介
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，又可用簡單操作方法安全自動的清洗系統(tǒng)，幾乎被引進到所有的食品，飲料及制藥等工廠。CIP清洗不僅能清洗機器，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清洗程序進行管道和罐子的清洗的。
CIP清洗裝置其有以下的優(yōu)點：
1、能使生產(chǎn)計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，節(jié)省勞動力。
4、可節(jié)能清洗劑、蒸汽、水及生產(chǎn)成本。
5、能增加機器部件的使用年限。
2,CIP清洗的作用機理
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)點有：能將微生物全部殺死；去除有機物效果較好。缺點有：對皮膚有較強的刺激性；水洗性差。
滅菌劑的優(yōu)點有：殺菌效果迅速，對所有微生物有效；稀釋后一般無毒；不受水硬度影響；在設(shè)備表面形成薄膜；濃度易測定；易計量；可去除惡臭。缺點有：有特殊味道；需要一定的儲存條件；不同濃度殺菌效果區(qū)別大；氣溫低時易凍結(jié)；用法不當(dāng)會產(chǎn)生副作用；混入污物殺菌效果明顯下降；灑落時易沾污環(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。溫度的上升通常可以改變污物的物理狀態(tài)，加速化學(xué)反應(yīng)速度，同時增大污物的溶解度，便于清洗時雜質(zhì)溶液脫落，從而提高清洗效果、縮短清洗時間。
運動能的大小是由Re來衡量的。Re的一般標準為：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，對油脂性污物幾乎無溶解作用，對碳水化合物、蛋白質(zhì)、低級脂肪酸有一定的溶解作用，對電解質(zhì)及有機或無機鹽的溶解作用較強。
機械作用由運動而產(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，如果清洗時不根據(jù)其特性來確定CIP的條件，很難達到理想的目的或因此導(dǎo)致清洗費用過高等缺陷。
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。堿類洗滌劑對含蛋白質(zhì)較高的污物有很好的去除作用，但對食品橡膠墊圈等有一定腐蝕作用。酸類洗滌劑對堿性清洗劑不能去除的頑垢有較好效果，但對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，但只在特殊需要時才使用，如清洗用水硬度較高時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，可適當(dāng)縮短清洗時間或彌補清洗溫度的不足。清洗劑濃度增高會造成清洗費用的增加，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℃。
清洗時間清洗時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)計等。清洗時間必須合適，太短不能對污物進行有效去除，太長則浪費資源。
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際上是為了保證清洗時的清洗液流速，從而產(chǎn)生一定的機械作用，即通過提高流體的湍動性來提高沖擊力，取得一定的清洗效果。
4,CIP清洗效果評定標準
作為食品行業(yè)理想的CIP，清洗效果必須達到以下標準：
感官
●氣味：清新、無異雜味，對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，經(jīng)過CIP處理后，設(shè)備的生產(chǎn)處理能力明顯改變。
衛(wèi)生指標微生物指標達到相關(guān)要求；不能造成產(chǎn)品其他衛(wèi)生指標的提高。
經(jīng)濟性在同時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)計便于清洗；管路按作用可分為進水管路、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、在線檢測儀、過濾器、清洗頭等配置按設(shè)計要求配備；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)點是眾所周知的傳熱系數(shù)高、占地空間較小，但相對價格高、易堵塞；盤管式熱交換器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，價格低，但要放置罐內(nèi)，易結(jié)垢，表面要進行人工清洗；無聲加熱器結(jié)構(gòu)簡單，價格低，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。
自動控制和清洗工藝
CIP系統(tǒng)控制有兩種方式:手動控制和自動控制。
手動控制完全由手工操作閥門，如加液、清洗、排放、控溫等功能。自動控制是由設(shè)計人員按要求來設(shè)置能夠調(diào)節(jié)的流量、溫度、濃度、壓力、時間等參數(shù)儀器和儀表對CIP系統(tǒng)進行自動控制，并且按設(shè)定的清洗工藝，以最少的時間、工作量、耗量，完成清洗的目的，實現(xiàn)最大的利潤。由于考慮酸、堿等清洗液對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的自動控制顯得十分必要。
可能很多人都認為CIP裝置就是用水和堿水對著清洗設(shè)備內(nèi)腔進行沖洗。如果僅停留在這樣的認識，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。首先該明確它的清洗對象是什么，需要用什么樣的清洗劑對它清洗，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啤酒、飲料、乳制品等等行業(yè)一個完整的、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)計上的盲目性，只有設(shè)備設(shè)計者、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。現(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對于清洗時間是否為最理想尚可商酌。
CIP裝置在整個罐裝線中僅扮演著一個輔助角色，盡管它是必不可少的。所以很容易被人們忽視。一旦新的標準在食品飲料生產(chǎn)中頒布和強制實行，也必將提高對CIP設(shè)備的設(shè)計和功能的要求，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格的法律要求。
洗罐裝置
CIP裝置是針對罐裝線中的密閉容器進行清洗，而洗罐裝置則是針對CIP裝置中的罐體內(nèi)壁進行清洗。它清洗的潔凈度直接影響CIP裝置對清洗對象的清洗效果，故應(yīng)該引起重視，當(dāng)不久的將來HACCP或GMP的標準在食品、飲料、乳制品生產(chǎn)行業(yè)執(zhí)行之際，必將要對CIP設(shè)備的清洗功效進行技術(shù)測定。