在线清洗(CIP)

在线清洗(CIP)是指在不拆卸设备、管道的前提下,通过专用清洗液循环流动,对罐体、管道、阀门等进行自动化清洗、灭菌的技术。广泛应用于食品、饮料、制药、日化等卫生要求极高的行业,可有效去除物料残留、微生物与污垢。相比人工清洗,CIP 具有清洗均匀、效率高、重复性好、减少污染风险等优势,能稳定保障生产卫生安全,是现代化洁净生产的标配工艺。


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1、在线清洗(CIP)设备广泛应用

在食品行业,保持工艺清洁是必须的。这能确保设备内部的卫生水平足以向消费者提供安全的产品。清洗工作必须定期进行,有时一天要进行多次。例如,在更换产品时需要清洗以避免交叉污染;在生产同一种产品时,要定期清洗以确保物料不会在管道和设备中停留过久并开始变质;在设备停机前(如周末前)也可能需要清洁。对于不需要频繁清洗的小型设备,人工清洗(将管道带到清洗站、进入储罐进行清洗)是可行的,但工厂操作人员很快会发现,人工清洗需要大量人力,清洗时间长导致停机,且有时清洁不彻底。因此,为确保质量和生产率,采用无需拆卸设备且无需人工干预就能清洁设备的自动化系统很快就变得必不可少。这就是就地清洗(CIP)系统的作用。设计此类系统需要遵循多项良好实践,以保证工艺的安全性和高效性。

在线清洗(CIP)装置

 

2.CIP的基本原则:4T原则

CIP系统的原理是在工艺设备内部循环多种清洗溶液,以清洁管道和设备。然而,仅在任意条件下循环任意清洁产品,并不能达到可重复的理想清洁效果。

为实现彻底清洁,在设计和运行CIP系统时,必须遵循以下原则:

•时间(Time)•温度(Temperature)•浓度(Titration)•湍流(Turbulence)

2.1时间(Time)

这一点看似显而易见,但在实际操作中,由于理解不到位或单纯为了尽快恢复生产,往往难以严格遵守——清洁需要时间。

仅仅循环几分钟的清洁溶液是不够的,清洁溶液需要时间充分扩散并渗透到待清除的物料中,然后对“污物”发挥化学作用,再通过溶液流动将分解后的物料带走。

所需时间必须通过清洁验证试验凭经验确定。时间不能太短,以确保清洁效果;但工厂操作人员也应留意总清洁时间,确保其不会过多降低生产线的产能(进行CIP时无法生产)。

 

2.2温度(Temperature)

加热能极大地提高清洁效率,尤其是在使用化学试剂时。对于碱性和酸性等清洁溶液,典型的加热温度约为70-80℃。但出于安全考虑,温度不宜过高,以避免腐蚀性液体沸腾。

使用水冲洗清洁溶液时,常温即可。

 

2.3浓度(Titration)

确保苛性碱和酸的浓度适当,对清洁管道和设备中的物料至关重要。浓度过低,清洁效果差;但需要注意的是,浓度过高也会降低效果,导致清洁时间延长,此外,使用高浓度试剂会增加清洁步骤的成本,却无法提高清洁效率。

最佳浓度应凭经验确定。

 

了解清洁步骤的顺序也很重要,特别是确定是否需要酸性步骤(并非总是需要)。可根据待清洁物料的成分确定所需的化学试剂:

 

“+”:代表该类清洗溶液对清洁对应物料是有积极作用、建议采用的。比如乳糖对应的“水”列是“+”,说明用水清洗乳糖类物料能起到有效清洁效果,是推荐的清洗方式;淀粉对应的“碱性溶液”列是“+”,即碱性溶液适合用来清洁淀粉类物料。

“-”:表示该类清洗溶液对清洁对应物料作用小或不适用、不建议采用。像乳糖对应的“碱性溶液”列是“-”,意味着碱性溶液对于清洁乳糖类物料效果不佳,不推荐使用;糖类对应的“酸性溶液”列是“-”,即酸性溶液不太适合清洁糖类物料。

“=”:指该类清洗溶液对清洁对应物料效果一般、作用不明显,可根据实际情况灵活选择是否采用。例如纤维对应的“碱性溶液”“酸性溶液”列是“=”,说明碱性或酸性溶液对清洁纤维类物料效果普通,可结合成本、清洁难度等因素,决定是否用这类溶液清洁。

 

典型的清洁顺序如下:

•水洗

•碱洗(通常为约2%的苛性碱溶液)

•水洗

•酸洗(通常为约1%的磷酸或硝酸溶液)

•水洗某些步骤可能不需要,例如,如果物料主要成分为糖类,可能就不需要酸性步骤。

 

安全提示:CIP过程中的安全极为重要,会使用高温腐蚀性溶液,且碱性和酸性溶液不相容。必须进行工艺风险评估,并要求操作人员穿戴适当的个人防护装备(PPE)。

 

2.4湍流(Turbulence)

试想操作人员清洁管道或储罐时,即使已用清洁化学品浸泡过物料,仍需要用力才能清除污物。在CIP中,能量以流体湍流的形式提供,流体的运动有助于清除待清洁物料并将其带走。

为确保足够的湍流以实现清洁,管道内的流速必须>1.5 m/s。

因此,CIP泵的设计必须与管道直径相匹配,以达到这一流速。

 

但需要注意的是,工艺设备不仅仅由管道组成……管道只是用于连接设备。为清洁储罐,需要安装喷淋球。喷淋球有不同的设计,但对于每种喷淋球,必须确保球入口处有适当的压力,这才能使流体从球中正常喷出,进而对罐壁产生冲击和剪切应力,这与管道中的湍流效果相对应。使用喷淋球对储罐进行CIP清洁时,重要的是要持续排水,避免液位积聚影响清洁效果;但在完整清洁周期前,可能需要先进行一个“浸泡”步骤。

 

3.良好CIP的其他考虑因素

确保"4T"原则得到满足是实现良好清洁的基本要求。如果缺少其中任何一个“T”,都无法达到满意的清洁效果。然而,设备的设计也会影响清洁的难易程度。

 

食品生产工艺的设计必须考虑卫生因素。卫生设计包括但不限于:

卫生设备设计;

卫生厂房设计;

卫生管道设计(如上图所示):

•无长度>1.5倍管道直径的死角

•死角的朝向必须尽可能有利于流动

•管道必须平直且略微倾斜,以实现自排液

•管道变径处必须设计为偏心,从顶部改变直径。

 

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