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食品工厂机械与设备 第三章清洗机械与设备 1 第三章清洗机械与设备 食品加工过程中 需要对包括原料 加工设备 包装容器 加工场所和生产人员等在内的各种对象进行清洗 清洗是从源头上保证和提高食品质量安全性的重要措施 清洗分类清洗原理第一节原料清洗机械第二节包装容器清洗机械第三节CIP系统本章小结思考题自测题 2 清洗分类 清洗可分为湿洗与干洗 湿洗是利用水作清洗介质的清洗过程 就清洗的质量来说 以湿洗的效果最好 干洗相对于湿洗而言 诸如利用空气流 筛分 磁选等方法原理去泥尘 异质物和铁质等污染物的操作都属干洗范畴 干洗效果有局限性 只能作为湿洗的辅助手段 对于各种清洗对象均可采用人工方法进行清洗 但为了提高清洗效率和保证清洗质量 食品加工生产过程应尽可能采用机械清洗方法 至今为止 食品工厂中可以利用机械设备完成清洗操作的对象主要有原料 包装容器和加工设备三大类 3 清洗原理 清洗过程的本质是利用清洗介质将污染物与清洗对象分离的过程 各种清洗机械与设备一般用化学与物理原理结合的方式进行清洗 物理学原理主要利用机械力 如刷洗 用水冲等 将污染物与被清洗对象分开 而化学原理是利用水及清洗剂 如表面活性剂 酸 碱等 使污染物从被清洗物表面溶解下来 4 第一节原料清洗机械 食品原料在其生长 成熟 采收 包装和贮运过程中 会受到尘埃 砂土 肥料 微生物 包装物等的污染 因此 加工前必须进行有效的清洗 清洗方法湿洗方式与机械设备一 滚筒式清洗机二 鼓风式清洗机三 刷洗机 5 清洗方法 多数食品原料表面附着的杂质和污物 可以采用干洗的方法除去 但难于完全除尽 最终还得用湿法清洗去除 即利用清水或洗涤液进行浸泡和渗透 使污染物溶解和分离 最简单的湿洗方法是把原料置于清水池中浸泡一段时间 用人工翻动 擦洗或喷冲 但这种方式劳动强度大 生产效率低 只适合于小批量原料的清洗 因而 大批量的原料多采用机械方式进行清洗 6 湿洗方式与机械设备 由于食品原料的性质 形状 大小等多种多样 洗涤方法和机械设备的型式也很繁多 但所采用的手段不外乎刷洗 浸洗 喷洗和淋洗等 有代表性的果蔬原料清洗设备 滚筒式清洗机 鼓风式清洗机 刷洗机和刷果机 7 一 滚筒式清洗机 这是一类适合于质地较硬 块状原料的清洗机 常用于甘薯 马铃薯 生姜 马蹄等的清洗 结构分类 一 间歇式滚筒清洗机 二 连续式滚筒清洗机讨论 8 结构 从机械结构上来说 这类清洗机的主体是滚筒 其转动可以使筒内的物料自身翻滚 互相摩擦和与筒壁发生摩擦作用 从而使表面污物剥离 但这些作用只是清洗操作中的机械力辅助作用 因此 这类清洗机需要与淋水 喷水或浸泡配合 喷淋式 浸泡式清洗机也因此而取名 滚筒一般为圆形筒 但也可制成六角形筒 9 分类 按操作方式 滚筒式清洗机可以分为连续式和间歇式两种 按滚筒的驱动方式 可分为齿轮驱动式 中轴驱动式和托辊 滚圈驱动式三种 但目前 采用最多的是托辊 滚圈驱动方式 中轴驱动还有使用 齿轮驱动已经淘汰 10 一 间歇式滚筒清洗机 间歇操作的滚筒式清洗机两端加有挡板 周向开有带盖板的进出料口 料口向上时 可打开料口盖板向里加料 洗净后 筒体转至料口朝下 打开盖板便可卸料 为便于物料在筒内翻滚 加料不可太满 一般这种清洗机采用喷水管连续或间歇地向筒内喷水以便使污物浸润而迅速剥离和排走 间歇式清洗的特点是清洗时间可以视清洗效果加以控制 但生产效率不高 11 二 连续式滚筒清洗机 连续式滚筒清洗机的滚筒两端为开口式 原料从一端进入 另一端排出 物料在筒内的轴向运动 可以通过使筒倾斜安装 也可通过在筒体内壁设置螺线导板或抄板的方式实现 为提高清洗效果 有的滚筒式清洗机内安装了可上下 左右调节的毛刷 1 喷淋式滚筒清洗机2 浸泡式滚筒清洗机 12 13 1 喷淋式滚筒清洗机 这是一种连续式清洗机 结构较简单 适用于表面污染物易被浸润冲除的物料 结构如图3 1所示 它主要由栅状滚筒 喷淋管 机架和驱动装置等构成 滚筒是清洗机的主体 可由角钢 扁钢 条钢焊接成 必要时可衬以不锈钢丝网或多孔薄钢板 滚筒的驱动清洗过程 14 滚筒的驱动 滚筒的驱动可有两种形式 一种是在滚筒外壁两端配装滚圈 滚筒 通过滚圈 以一定倾斜角度 3 5 由安装在机架上的支承托轮支承 并由传动装置驱动转动 喷水管可安装在滚筒内侧上方 另一种是在滚筒内安装 由结构幅条固定的 中轴 驱动装置带动中轴从而带动滚筒转动 这种形式的清洗机 喷水管只能装在滚筒外面 15 物料由进料斗进入落到滚筒内 随滚筒的转动而在滚筒内不断翻滚相互摩擦 再加上喷淋水的冲洗 使物料表面的污垢和泥砂脱落 由滚筒的筛网洞孔随喷淋水经排水斗排出 清洗过程 16 图3 2浸泡式转筒清洗机 17 2 浸泡式滚筒清洗机 图3 2所示为一种浸泡式滚筒清洗机的剖面示意图 这是一种通过驱动中轴使滚筒旋转的清洗机 工作原理清洗过程 18 工作原理 转动的滚筒2的下半部浸在水槽1内 电动机10通过V带传动蜗轮减速器9及偏心机构11 滚筒的主轴6由蜗轮减速器9通过齿轮8驱动 水槽l内安装有振动盘12 通过偏心机构11产生前后往复振动 使水槽内的水受到冲击搅动 加强清洗效果 滚筒2的内壁固定有按螺旋线排列的抄板5 19 物料从进料斗7进入清洗机后落入水槽内 由抄板5将物料不断捞起再抛入水中 最后落到出料口3的斜槽上 在斜槽上方安装的喷水装置 将经过浸洗的物料进一步喷洗后卸出 清洗过程 20 滚筒式清洗机 由于物料在其中翻滚碰撞激烈 除了能使表面污物剥离外 有时还会损伤皮肉 故它只适合于块状硬质果蔬的清洗 对于叶菜和酱果类物料的清洗不适用 有时该设备可以作为硬质块状物料的清洗和去皮两用 但经这样去皮后的物料 其表面已不光滑 只能用在去皮后进行切片和制酱的罐头生产中 不适用于整只果蔬罐头的制造 讨论 21 鼓风式清洗机主要由洗槽 输送机 喷水装置 鼓风机 空气吹泡管 传动系统等构成 结构 22 二 鼓风式清洗机 鼓风式清洗机 也称气泡式 翻浪式和冲浪式清洗机等 外形结构输送机清洗原理吹泡管生产能力 23 清洗原理 用鼓风机把具有一定压头的空气送进洗槽中 使清洗原料的水产生剧烈地翻动 物料在空气对水的剧烈搅拌下进行清洗 利用空气进行搅拌 可使原料在较强烈翻动而不损伤的条件下 加速去除表面污物 保持原料的完整性和美观 因而最适合于果蔬原料的清洗 24 图3 3鼓风式清洗机外形 25 鼓风机式清洗机一般采用链带式装置输送清洗的物料 链带可采用辊筒式 承载番茄等 金属丝网带 载送块茎 叶菜类原料 或装有刮板的网孔带 用于水果类原料等 作为物料的载体 输送机的主动链轮由电动机经多级皮带带动 主动链轮和从动链轮之间链条运动方向通过压轮改变 分为水平 倾斜和水平三个输送段 下面的水平段 处于洗槽水面之下 原料在此首先得到鼓风浸洗 中间的倾斜段是喷水冲洗段 上面的水平段则可用于对原料进行拣选和修整 输送机 26 鼓风机吹出的空气由管道送入吹泡管中 吹泡管安装于输送机的工作轨道之下 被浸洗的原料在输送带上沿轨道移动 移动过程中在吹泡管吹出的空气搅动下翻滚 由洗槽溢出的水顺着两条斜槽排入下水道 因此需要新水补充 吹泡管 27 生产能力 28 三 刷洗机 滚筒式和鼓风式清洗机是主要以流体力学原理达到清洗效果的设备 而对于某些果蔬的清洗则需要增加机械力以提高洗涤效果 一 XG 2型洗果机 二 GT5A9型柑橘刷果机 29 一 XG 2型洗果机 这是一种具有浸泡 刷洗和喷淋作用的果蔬清洗机 主要由清洗槽 刷辊 喷水装置 出料翻斗 机架等构成 工作原理该机生产能力可达2t h 破碎率小于2 洗净率达99 该机效率高 清洗质量好 破损率低 结构紧凑 造价低 使用方便 是目前国内一种较为理想的果品清洗机 30 工作原理如图3 5所示 由进料口进入清洗槽内的原料 首先在两个转动刷辊产生的涡流中得以清洗 同时 由于两个刷辊间隙较窄 故其间的水流有较高流速从而该压力降低 被清洗物料在压力差和刷辊摩擦作用下通过刷辊 进一步得到刷洗 而后 被清洗物料在出料翻斗中又经高压水得到进一步喷淋清洗 31 32 二 GT5A9型柑橘刷果机 结构主要由进出料斗 纵横毛刷辊 传动系统 机架等部分组成 该机原主要用于对柑橘类水果蔬进行表面泥砂污物的刷洗 根据需要 可在毛刷辊上方安装清水喷淋管 增加刷洗效果 从而可适合于多种水果及块根类物料的清洗 33 毛刷 毛刷辊表面的毛束分组长短相间 呈螺旋线排列 相邻毛刷辊的转向相反 毛刷辊组的轴线与水平方向有3 5 的倾角 物料入口端高 出口端低 这样物料从高端落入辊面后 不但被毛刷带动翻滚 而且作轻微的上下跳动 同时顺着螺旋线和倾斜方向从高端滚向低端 在低端的上方 还有一组直径较大 横向布置的毛刷辊 它除了对物料擦洗外 还可控制出料速度 即物料在机内停留时间 34 第二节包装容器清洗机械 目前 可用机械方式进行清洗的空包装容器主要有 玻璃瓶 塑料瓶和制造罐头用的金属空罐等 包装后需要清洗的主要是实罐 一 洗瓶机二 洗罐机 35 一 洗瓶机 为何需要洗瓶 一 基本洗瓶方法与洗瓶机类型 二 双端式全自动洗瓶机 三 单端式全自动洗瓶机 36 瓶子种类 1 回收使用瓶 2 一次性使用 回收瓶常有食品残留物和各种其它污染物 一次性容器在制造 存放和运输过程中 亦不可避免地会在其内壁和外表面带上污染物 如尘埃 金属或非金属杂物及微生物等 可见 两种瓶均需要清洗 但回收瓶的清洗比一次性使用的瓶复杂 为何需要洗瓶 37 基本洗瓶方法 瓶中的污物 食物残液 污垢和瓶外的旧商标等 基本清洗方法 浸泡 喷射 刷洗 辅助手段 加热和洗涤剂等物理和化学手段的辅助 38 浸泡 将容器浸没于一定浓度和温度的洗涤液中 一般为碱性溶液 软化 乳化或溶解黏附于瓶上的不清洁物 并加以杀菌 浸泡后 再将瓶中污水倒去 通常为洗瓶机流程的前道工序 39 喷射 利用喷嘴将清水或洗涤液以一定压力 0 2 0 5MPa 对瓶内 或瓶外 进行喷射 清除瓶内 外 污物的清洗方法 喷射多用于小口径瓶子的清洗机 40 刷洗 刷洗利用旋转刷子将瓶内污物刷洗掉 由于是直接接触污物洗刷 故去除效果好 问题 较难实现连续洗瓶 转刷遇到油污瓶 会污染刷子 若遇到破瓶 会切断转刷的刷毛 使毛刷失效并污染其它净瓶 须经常更换毛刷 41 目前各类洗瓶机应用均较多 按操作的机械化程度可分为 半机械 机械化和全自动洗瓶机 按瓶子在设备中的行进方式 可以分为回转式和链带载运式两种 洗瓶机类型 42 回转式洗瓶机 回转式洗瓶机是一类利用一个垂直 或水平 转盘 轮 完成洗瓶过程的机器 这类清洗机结构简单 但清洗功能单一 生产效率低 且多为半机械方式 适用于小规模生产 43 链带载运式洗瓶机 相对于回转式洗瓶机 这是一种瓶由输瓶链带运送的洗瓶机 大型全自动洗瓶机均采用这种输瓶方式 全自动洗瓶机中 按被清洗瓶子在机内的走向又可分成单端式和双端式 44 二 双端式全自动洗瓶机 双端式洗瓶机亦称直通式洗瓶机 因其进 出瓶分别在机器的前后两端 一种双端式自动洗瓶机内部结构洗瓶过程其它结构形式双端洗瓶机特点 45 46 内部结构 上述洗瓶机的内部结构如图3 8所示 它主要由箱式壳体 进出瓶机构 输瓶机构 预泡槽 洗涤液浸泡槽 喷射机构 加热器以及具有热量回收作用的集水箱及其净化机构等构成 47 由给瓶端进入机器的瓶子 先后经过预冲洗 预浸泡 洗涤剂浸泡 洗涤剂喷射 热水预喷 热水喷射 温水喷射和冷水喷射等清洗作用 最后从出瓶端离开洗瓶机 预冲洗是为了将瓶子外附着的污垢除去 以降低后面洗涤液消耗量 洗液喷洗区位于洗液浸泡槽上方 这样从瓶中沥下的洗液又回到液洗槽 洗瓶过程 48 后面的几个喷洗区域采用不同的水温 主要是为了防止瓶子因温度变化过大造成应力集中损坏 喷洗由靠高压喷头对瓶内逐个进行多次喷射清洗实现的 可见 这种洗瓶机主要利用了刷洗 浸泡和喷射三种方式对瓶子进行清洗 由于需要浸泡 并在同一区域进行冲洗 所以瓶子需要在同一截面上反复绕行 因此 设备的高度较高 内部结构 49 除了以上结合了刷洗方式的以外 有的双端式洗瓶机采用浸泡结合喷射的方式进行清洗 它主要经过热水 碱液的连续浸泡槽和喷射 或间隔地进行浸泡和喷射 还有的全部采用喷射方式对瓶子进行清洗 后者没有浸瓶槽 单用喷射清洗 因此结构简单而成本低 但用水较多 动力消耗高 其它结构形式 50 由于进瓶和出瓶分别在机器的两端进行 因此 双端式洗瓶机生产卫生条件较好 且便于生产线的流程安排 但这种类型的洗瓶机 输瓶带的利用率较低 有的只有一半 因此设备的空间利用率也低 从而占地面积较大 双端洗瓶机特点 51 三 单端式全自动洗瓶机 也称来回式洗瓶机 进 出瓶在机器同一端 一种单端式全自动洗瓶机内部结构洗瓶过程特点 52 待洗瓶从进瓶处进入到达预泡槽1 预泡槽中洗液的温度为30 40 在此处对瓶子进行初步清洗与消毒 预泡后的瓶子到达第一洗涤剂浸泡槽7 此处洗涤液温度可达70 75 通过充分浸泡 使瓶子上的杂质溶解 脂肪乳化 当瓶子运动到改向滚筒10的地方升起并倒过来时 瓶内洗液倒出 流在下面未倒转的瓶子外表 对其有淋洗作用 在洗涤剂喷射区9处设有喷头 对瓶子进行大面积喷洗 喷洗后的瓶子达到第二洗涤剂浸泡槽8 在此瓶上未被去除的少量污物得到充分软化溶解 从第二洗涤剂浸泡槽出来的瓶子 依次经过第一 第二次热水喷射区 温水喷射区 冷水喷射区和新鲜水喷射区的喷射清洗 最后 洗净并得到降温的瓶子由出瓶处出瓶 洗瓶过程 53 输送瓶的链带是匀速连续运动的 因此所需的驱动力较低 且避免了磨损和较大的噪声 平面槽形凸轮机构使得连续喷射区的喷嘴与连续移动的瓶子同步运动 浸泡与喷射式洗瓶机特点 54 与双端式自动洗瓶机相比 单端式洗瓶机仅需一人操作 输送带在机内无空行程 所以空间利用率较高 但由于净瓶与脏瓶相距较近 从卫生角度来看 净瓶有可能为脏瓶污染 所以 现在一般不采用 单端式洗瓶机特点 55 图3 9单端式全自动洗瓶机 56 这种洗瓶机无刷瓶机构 对瓶子的清洗主要靠洗涤液浸泡和喷射实现 喷射时间约占工作循环的2 3 其余的1 3为浸泡 内部结构 57 二 洗罐机 洗罐机是用于对未装料的空罐和对封口杀菌后的实罐进行清洗的机械设备 因此 洗罐机分空罐清洗机和实罐清洗机两类 洗罐的目的洗罐机类型 一 空罐清洗机 二 实罐清洗机 58 洗罐的目的 用来直接盛装食品的空罐应确保其卫生 由于在加工 运输和贮存过程中不可避免地会受到微生物 尘埃 污渍甚至残留焊药水等的污染 因此 所有的罐装容器 在装罐前必须得到有效地清洗和消毒 59 洗罐机类型 空罐和实罐的清洗 可采用人工清洗和机械清洗两种方法进行 采用何种方式清洗要看容器的种类和企业的生产规模而定 一般小型企业多采用人工方式清洗 而大中型企业多采用机械方式进行清洗 60 一 空罐清洗机 空罐的清洗与回收玻璃瓶的清洗相比要容易得多 空罐清洗机有不同种类 但采用的清洗方法基本相同 多采用热水进行冲洗 必要时再用蒸汽进行杀菌或用干燥热空气吹干 空罐清洗机之间的差异主要在于空罐的传送方式以及对空罐类型适应性不同 各种洗罐机有一个共同的特点 即清洗过程中罐内的积水可以自动流出 1 旋转圆盘式清洗机2 滚动式洗罐机3 LB4Bl型空罐清洗机4 GT7D3型空罐清洗机 61 1 旋转圆盘式清洗机 结构如右图所示原理生产能力与特点 62 原理 清洗圆盘由连接杆3固定在天花板上 空罐经由进罐槽1进入逆时针方向转动的星形轮10中 洗罐用的热水通过星形轮10的空心轴 再由分配管送入8个喷嘴9 喷嘴与星形轮是一体化的 即同步转动 喷出的热水对空罐内部进行冲洗 热水清洗过的空罐离开星形轮10后 即进入第二个星形轮4中 在此空罐受到蒸汽喷射消毒 消毒后的空罐最后由第三个星形轮5送到出罐轨道进入装罐工序 空罐在清洗机中回转时有一定的倾斜 因此可使罐内的水流出 污水由排水管7排入下水道 63 洗罐机的生产能力与星形轮的齿数和每罐清洗时间有关 星形轮越大 需要的清洗时间越短 则生产能力越大 反之则越小 特点 优点 这类空罐清洗机结构简单 生产率较高 耗水 耗汽量较少 缺点 对多罐型生产的适应性差 生产能力与特点 64 2 滚动式洗罐机 结构如图3 12所示 其外形是一个矩形截面 呈一定斜度安装的长条形箱体 工作原理特点 65 工作原理 它的输罐机构是箱内由6根钢条拦成的 矩形 滚道 滚道 截面 的轴线与箱体截面轴线又成一定角度 从而可使空罐在下滚时罐口以一定角度朝下 便于冲洗水的排出 空罐在由上而下沿栏杆围成的滚道滚动过程中 罐内 罐身和罐底同时受到三个方向的喷水冲洗 污水由箱体下部排出 由图可见 通过空罐滚道上下两端的 截面 取向变化 可使空罐以直立状态进出洗罐机 因而可与洗罐机前后的带式输送机平稳衔接 66 特点 优点 效率高 可达100罐 min 装置简单而体积小 并且在一定范围内可通过调整栏杆和喷嘴位置 适应不同的空罐清洗 缺点 空罐的进机有一定高度要求 67 3 LB4Bl型空罐清洗机 用于镀锡薄钢板制成的三片罐清洗 结构工作原理 68 需清洗的空罐置于进罐台15上 由人工推至自右向左的输送链16上 空罐经栏杆6及转盘14的导引 转向进至输送带8上 自左向右行进 由于磁性轮8及下磁架5的磁力作用 空罐受磁力吸引 罐底紧贴输送带8 罐口向下通过冲水管9 由喷出的高压热水对其内壁进行冲洗 以后空罐又通过吹风管2 由热风将空罐的水滴吹干 吹风管2与风管1和鼓风机12联接 空罐继续倒立行进至磁性轮3转向 罐口向上 由输送带8输送经转盘13转向进至平顶输送链16送出 冷水经过蒸汽加热器后进入 清洗速度可通过无级调速器11的手轮进行调节 通过对导罐栏杆的距离调整 可适应不同大小的清洗罐型 工作原理 69 它的输罐系统由一条链带式输送机 一对水平转盘和一条磁性带式输送机以及导罐栏杆等构成 清洗过程采用55 80 的热水对内壁进行冲洗 并以热风吹干 70 4 GT7D3型空罐清洗机 这种清洗机用于成捆空罐的清洗 结构工作过程特点 71 工作过程 成捆罐口向下的空罐 由人工放置在设备右端进口处的网带上 在网带自右向左的输送过程中 空罐先后通过初 终两个洗区 先后受到高压热水的喷洗 最后由左端出口送出 72 特点 由于输送空罐的网带式输送装置 因此这种洗罐机对罐型的适应性较强 但与其它洗罐机相比 它的体积较大 73 结构 结构如图3 14所示 全机由机架 传动系统 不锈钢丝网带 水箱 水泵和管路系统等组成 整台设备沿长度方向分初洗和终洗两个区 74 终洗和初洗区 终洗区采用热水喷洗 热水由蒸汽与冷水在热水器中混合形成 热水的温度可通过截止阀控制蒸汽和水的流量来进行调节 喷淋流下的水汇集在终洗区下方的水箱 再由水泵抽送至初洗区供喷淋清洗 喷淋后的水汇集在初洗区下方的斜底槽由排水管排放 75 钢丝网带 贯穿设备整个长度的不锈钢丝网带 以0 14m s的速度自右向左运动 机身全长约3 5m 因此空罐在机内总共受到的清洗时间约为0 4min 76 二 实罐清洗机 为什么要对实罐清洗 实罐清洗机的特点GCM系列实罐表面清洗机组特点与技术性能 77 为什么要对实罐清洗 实罐加工 排气 封口和杀菌 过程中 由于内容物的外溢或破裂外泄 会使实罐 尤其是肉类罐头 外壁受到污染 所以需要在进行贴标或外包装以前加以清洗 78 实罐清洗机的特点 实罐清洗机 又称实罐表面清洗机或洗油污机 与空罐清洗机不同的是 实罐清洗机一般需要与擦干或烘干机相配成为机组 79 特点与技术性能此机具有去污能力强 机械性能好 罐型适应性好 结构比较紧凑 清洗过程连续化 改变罐型时调整比较方便以及造价较低等优点 机组的技术性能如下 生产能力范围为80 100罐 min 适应罐径范围52 108mm 罐高范围54 124mm的圆罐 总功率为3 7kW 外形尺寸为9 5m 0 84m 1 15m 80 GCM系列实罐表面清洗机组该机组如图3 15所示 由热水洗罐机 三刷擦罐机 擦干机和实罐烘干机组成 工作过程如下 实罐以滚动方式连续经过洗涤剂溶液浸洗 三刷擦洗 热水冲淋去污 布轮擦干和蒸汽烘干等过程处理 以去除实罐表面的油污和黏附物 整个机组由一个电气控制柜控制 81 第三节CIP系统 为什么要对设备清洗 为什么用CIP清洗 一 基本概念二 CIP系统构成三 CIP系统的控制 82 为什么用CIP清洗 食品加工生产设备可有不同的清洗方式 显然 小型简单的生产设备可以采用人工清洗的方式 但对于大型或复杂的生产设备系统进行人工清洗则既费时又费力 而且往往难以取得必要的清洗效果 因此 现代食品加工生产设备 多采用CIP清洗技术 83 为什么要对设备清洗 食品加工生产设备 在使用前后甚至在使用中应进行清洗 一是因为在使用过程中其表面可能会结垢 从而直接影响操作的效能和产品的质量 二是因为设备中的食品残留物会成为微生物的繁衍场所和产生不良化学反应 这种受到微生物或不良化学作用过的食品残留物 如进入下批食品中 会带来安全卫生质量问题 因此 食品加工设备必须得到及时或定期的清洗 84 一 基本概念 CIP概念CIP清洗的特点CIP清洗效果的相关因素CIP清洗对象 85 CIP清洗效果与CIP清洗能及清洗时间有关 在清洗相同时 清洗时间越长则清洗效果越好 CIP洗净能有三种 即动能 热能 化学能 一般CIP系统均需围绕以上三种洗净能及清洗时间的有机结合进行设计 CIP清洗效果相关因素及洗净能 86 动能 来自洗液的循环流动 流体动能否达到要求可以用雷诺数 Re 来衡量 增大雷诺数可缩短洗净时间 雷诺数对CIP洗涤效果的影响如图3 16所示 一般认为罐内壁面下淌薄液的Re应大于200 管道内液流的Re应大于3000 Re 30000为效果最好 87 热能来自洗液的温度 洗液流量一定时 温度升高其黏度会下降 而其Re数 与污物的化学反应速度以及污物中可溶物质的溶解量均会增大 热能 88 化学能来自洗液的化学剂 化学能是三种清洗能中对洗净效果影响最大的一种 所以 应针对污物的性质和量 水质 设备材料和清洗方法等选用合适的洗涤剂 化学能 89 CIP清洗对象 一般说来 输送食品的管路 贮存或加工食品用的罐器 槽器 塔器 运输工具以及各种加工设备都可应用CIP方式进行清洗 CIP特别适用于乳品 饮料 啤酒及制药等生产设备的班前 班后清洗消毒 以确保严格的卫生要求 90 CIP清洗的特点 l 清洗效率高 2 卫生水平稳定 3 操作安全 节省劳动力 4 节约清洗剂 水 蒸汽等的用量 5 自动化程度高 91 CIP概念 CIP为英文cleaninginplace的缩写 是就地清洗或现场清洗的意思 它是指在不拆卸 不挪动机械设备的情况下 利用清洗液在封闭的清洗管线中流动冲刷及喷头喷洗作用 对输送食品的管线及与食品接触的机械表面进行清洗 CIP往往与SIP Sterilizinginplace 就地消毒 配合操作 有的CIP系统本身就可用作SIP操作 92 雷诺数 10 2 污物残留率 图3 16雷诺数对CIP洗涤效果的影响 93 图3 17CIP清洗系统 图中三个容器为CIP清洗的对象设备 它们与管路 阀门 泵以及清洗液贮罐等构成了CIP循环回路 同时 借助管阀组的配合 可以允许部分设备或管路在清洗的同时 另一些设备正常运行 图中的容器1正在进行就地清洗 容器2正在泵入生产过程中的用料 容器3正在出料 管路上的阀门均为自动截止阀 根据控制系统的讯号执行开闭动作 94 二 CIP系统构成 典型CIP系统系统构成元素系统分类 一 洗液贮罐 二 加热器 三 喷头 四 供液系统 95 必要构成部件 清洗液 包括净水 贮罐 加热器 送液泵 管路 管件 阀门等 可选构成部件 过滤器 清洗头 回液泵 待清洗的设备以及程序控制系统等组成 系统构成元素 96 系统分类 固定式 指洗液罐是为固定不动的 与之配套的系统部件也保持相对固定 多数生产设备可采用固定式CIP系统 移动式 通常指只有一个洗液罐 并且与泵等构成一个可移动单元的CIP装置 多用于独立存在的小型设备清洗 图3 18 97 98 至奶油制造设备 图3 18摔油机就地清洗组合l 排放软管 2 承受槽小车 3 蒸汽软管 4 吸入管 5 泵 6 水汽混合器 7 三通阀 8 软管 9 喷洗头 10 蒸汽阀 11 水阀 99 一 洗液贮罐 用途 洗液和热水的贮存 单罐式与多罐式CIP系统 单罐式一般为移动CIP清洗装置采用 多罐式CIP系统供多台设备清洗用 贮罐数量 一般由 包括热水在内的 清洗液种类和系统对贮罐洗液进出操作控制方案决定 贮罐型式 立式和卧式 100 卧式贮液槽通常是由隔板隔成若干区的卧放圆筒 有时一个CIP系统的贮液容器既有卧式 也有立式 图3 20 卧式 101 1 2 3 4 5 6 7 图3 19三罐式CIP系统1 控制柜 2 酸液罐 3 碱液罐 4 热水罐 5 片式热交换器 6 过滤器 7 供液泵 102 卧罐分为两间 可分别贮存酸性洗液 如1 3 HNO3溶液 碱性洗液 如1 3 NaOH溶液 立式罐为热水罐 内设加热器 103 图3 20卧式贮液槽CIP系统1 配管板 2 控制柜 3 酸液槽 4 碱液槽 5 清水罐 104 二 加热器 可独立于贮液罐而串联在输液管路上 形式可用片式也可用套管式热交换器 也可以装在贮液罐 槽 内 与蒸汽冷水直接混合加热器 单机清洗用的单罐式CIP系统的常采用这种加热器 105 三 喷头 使用场合与安装方式清洗用喷头形式讨论 106 讨论 同一个喷头 在同样条件下 射得越远 其对污物的清洗力就越弱 因此 有些喷头 较远的喷射只能对设备作淋洗用 如果设备直径较小 则同样的喷头可以作 利用冲击力的 清洗用 具体要求应视被清洗场合的清洗难易程度而定 喷头的式样和结构关系到清洗质量的好坏 应根据容器的形状和结构进行选择 107 清洗用喷头形式 按洗涤时状态 喷头可分为固定式和旋转式两种 无论是哪种形式的喷头 最需要关心的是它的射程和喷头覆盖的角度两个方面 108 固定式喷头 清洗时喷头相对于接管静止不动 一般为球形喷头 在球面上按一定方式开有许多小孔 清洗时 具有一定压力 1 3atm 的清洗液从球面小孔向四周外射 对设备器壁进行冲洗 喷头水流的方向由喷头上的小孔位置与取向决定 常见的喷洗角度有120 240 180 和360 等 由于开孔较多 这种喷头喷出的水射程有限 一般为1 3m 所以一般用于较小的设备清洗 也可根据设备的具体情况进行专门设计 例如 图3 21 3 所示为一种用于清洗布袋过滤器的喷头 1 2 3 图3 21固定式CIP喷头 1 喷射角 120 240 2 喷射角 180 360 3 用于布袋过滤器的喷头 109 使用场合与安装方式 贮罐 贮槽和塔器等的清洗 均需要清洗喷头 可以固定安装在需要清洗的容器内 也可以做成活动形式 需要清洗时再装到容器内 110 对于体积较大的容器 往往需要采用旋转式喷头 旋转式喷头的喷孔数较少 因此 在一定的压力 一般为3 10atm 作用下 可以获得射程较远 最远可达10m以上 和覆盖面较大 270 360 的喷射 除了射程和覆盖面以外 旋转式喷头的旋转速度也对清洗效果有较大影响 一般说来 旋转速度低能获得的冲击清洗效果较好 旋转式喷头可进一步分为单轴式和双轴旋转式两种类型 旋转式喷头 111 双轴旋转式喷头 喷嘴可作水平和垂直两个方向的圆周运动 可对设备内壁进行360 的全方位喷洗 喷嘴数不多 一般只有2 3 4和6等 所以喷射距离较远 淋洗12m 清洗7 5m 三喷嘴双轴旋转喷头的喷射运动情形 图3 25双轴旋转式CIP喷头 112 单轴旋转式喷头 单轴旋转式一般为单个球形或柱形喷头 在球面上适当位置开孔 孔的形状多为偏形 可以得到270 360 覆盖面不等的喷射 单轴旋转喷头的喷射距离一般不大 一般淋洗距离约为5m 清洗距离约为3m 单轴旋转喷头在容器内喷洗情形 图3 22单轴旋转式不锈钢CIP喷头 图3 23单轴旋转式工程塑料CIP喷头 113 图3 24单轴旋转CIP喷头的喷清情形 114 1个喷嘴水平旋转 2个喷嘴垂直 水平旋转 图3 26三喷嘴双轴旋转喷头的喷射情形 115 四 供液系统 CIP的供液系统由管道 泵 管件与阀等构成 1 管道2 泵3 阀和管件 116 1 管道 CIP系统的管道由两部分构成 一是被清洗的物料管道 二是将清洗液引入被清洗系统的管道 这些管道对产品应有安全性 内表面光滑 接缝处不应有龟裂和凹陷 CIP清洗系统的水平管路有一定的倾斜度要求 117 2 泵 CIP系统中的泵分供液泵和回液泵两类 供液泵用于将清洗液送到需要清洗的位置 为清洗液提供动能 以便以一定速度在管内流动和提供喷头所需的压头 一般系统均带有独立的供液泵 回液泵用于将清洗过的液体回收到贮液罐 供洗液回收使用 一些简单的系统可以不设回液泵 CIP系统一般采用不锈钢或耐腐蚀材料制造的离心泵 泵的规格由CIP清洗系统所需要液体循环流量 管路长度和喷头所需压力决定 118 3 阀和管件 起控制各种液流 清洗液 料液等 流向作用 阀的形式 不锈钢蝶阀 球阀 座阀和组合座阀等 CIP系统可以采用手动阀或自动阀 简单系统采用手动阀 复杂清洗系统往往采用自动阀 CIP系统供液管路上还需要有弯头 活接头 这些管件均应满足卫生要求 手动控制的CIP系统中 为了将不同清洗液分配到各个需要清洗的设备 常采用管路分配板 119 控制方式与成本 自动控制除了控制器本身成本以外 其它要求的硬件配置 如传感器 自动阀等 相对于人工控制而言 成本也将成倍地增加 这是需要投资者与设计人员加以注意的 120 控制因素任务控制方式手动 对于简单系统 可以用人工方式进行调控 人工调控的系统 对于系统的阀门配置要求较简单 自动方式 用于程序复杂 清洗设备较多场合的清洗系统 CIP系统可用继电器 PLC和工控机等3种方式进行自动控制 手动与自动结合 控制方式与成本 三 CIP系统的控制 121 PLC控制 PLC由于其运行可靠性高 利于顺序控制等特点 在CIP系统中应用较多 但是该方式也有它的缺陷 即模拟量控制成本较高 在线参数设定困难等 122 工控机 随着计算机技术的飞速发展 国外采用工业控制计算机的CIP控制系统越来越多 工控机可以通过各种工业I O模板 将各个模拟量 如罐温 液位等 进行A D转换后 在屏幕上直接显示 也可以用动态图线非常直观地显示各罐的液位 各阀门的状态和液体的流动方向及流动路线等 工控机系统的另一个优点是在线修改参数非常方便 针对不同的生产过程 工控机系统可以同时提供几种不同的清洗程序 并且提供具体参数在线修改对话框 且每次配置参数均可以保存下来 供下次启机时使用 123 继电器控制方式 继电器控制由于其分立元件多 接线复杂 易出故障且不易查找等原因 将逐渐淘汰 124 控制因素任务 CIP操作总体上需要控制的因素或完成的控制任务有 CIP贮液罐的液位 浓度和温度等 各洗涤工序 如酸洗工序 碱洗工序 中间清洗工序 杀菌工序 最后洗涤工序等 的时间 见表3 1 不同被清洗设备的清洗操作时段切换 125 126 本章小结 对各种与食品加工过程相关的对象进行清洗是保证食品质量安全性的重要操作 大规模生产需要机械方式进行清洗的对象有原料 包装容器和食品加工设备三大类 各种清洗机械一般运用化学与物理原理结合的方式对清洗对象进行清洗 常见的原料清洗机械设备有滚筒清洗机 鼓风式清洗机和刷洗机等 它们分别运用滚筒的转动 空气鼓泡作用和刷子的洗刷作用 使食物表面污染物剥离 但多需要与浸洗和喷洗结合 127 本章小结 自动洗瓶机主要用于回收旧瓶清洗 可分为单端式和双端式两种 清洗流程由冲洗 浸泡等手段选择性组合而成 并且均采用液体温度逐渐升高和降低及能量回收利用的设计模式 从使用角度看 单端式和双端式特点各有长短 CIP是对食品加工设备进行现场清洗的意思 CIP系统通常由清洗液