乳品工业的CIP定位清洗系统的设计.doc

乳品工业的CIP定位清洗系统的设计陆宾(05107112)牛乳是一种高营养食品，含有蛋白质、脂肪、乳糖、矿物质、维生素、酶类等物质。在乳制品加工过程中，与牛乳接触的设备表面，特别是加热设备，容易产生各种沉积物，即奶垢如牛乳浓缩加工过程中，浓缩锅内的加热管常出现有沉积的焦结物，这些沉积焦结物（奶垢）会影响设备的传热效率，使得产品杀菌不彻底，浓缩物蒸发水分的效率下降，还造成乳固体的损失；奶垢又是微生物生长繁殖的良好的培养基。因此，食品加工企业，加工设备生产结束后，要进行彻底的清洗和消毒，防止微生物的大量生长繁殖，保证产品的卫生质量。 随着乳品工厂的管道越来越多，自动化程度也随着增加。CIP为Cleaning In Place （定位清洗）的简称。是一种不用拆卸设备、零部件、管道的清洗方法。因此，清洗中不必对设备和管道进行人工擦洗和冲刷，它利用设备上原有的管道和附件，送入清洗液，通过清洗液的化学作用、物理作用（如热溶解、离子交换等作用），以及清洗液在流动时本身产生的机械冲刷作用，从而直接清洗设备（加工设备、奶缸等）和管道本身。从而降低了劳动强度，缩短了设备清洗时间，提高了产品的卫生质量。经CIP清洗后，通过采样（采设备死角，管道弯接处）经微生物培养，微生物指标符合标准。 一般而言，现代的CIP系统均采用全自动控制，具有自动配液（浓度控制 ）及加热 （温 度控制）的功能。CIP的罐体上都装有上下限液位控制，有的甚至需要配中间液位。阀门均采用气动蝶阀，可由 PLC或PC控制阀门的开关以实现各清洗程序。在管线上还设有各种在线检测元件以保证各项清洗参数。CIP系统的组成部分由清洗贮液缸、清洗管路、送液泵、回液泵、清洗喷头和各种控制阀门构成。1. 清洗贮液缸有酸缸、碱缸、清水缸(平衡缸)，这三个缸都装有0100温度传感器，经过送液泵，再经过片式蒸汽加热器加热，酸缸和碱缸还有清洗液补给装置。当CIP清洗站工作时，按照预先设定的程序用送液泵把清洗液泵入要清洗的管道和设备，再用回液泵把清洗后的洗液送回到清洗液贮缸。在清洗过程中，清洗液的浓皮被稀释，可通过清洗液补给装里添加相应的高浓度介质，调节清洗液的浓度2. 清洗管路可分为送液管路和回液管路，它们连接CIP清洗站和待清洗设备，组成清洗回路。3. 清洗液过泌装叉清洗液经过对设备的清洗后，清洗液中含有奶垢等杂质，所以要对其进行过滤，过滤装置通常安装在接近清洗液贮缸的回液管路上4. 控制阀门、酸缸、碱缸、热水缸的进出口均采用两位三通气动阀门，热汽加热阀和贮液缸的进水阀均采用气动”O”型切断阀。5. 清洗喷头主要有T型喷头、环行喷头、漏斗状喷头、球面状喷头和自转式清洗喷头等类型。安装在被清洗的容器内，在清洗阶段，清洗液按工艺要求从喷头的喷孔喷出，对容器进行冲洗。喷孔在喷管上呈螺旋型均匀排列，并要求喷液具有一定的冲力，这样，当CIP工作站工作时，可保证从喷孔喷出的液体冲射到容器内的各个角落，提高清洗效果。6. 送液泵、回液泵的选择清洗泵一般采用不锈钢制造的离心泵，清洗液回收泵一般是离心泵与真空泵并用，以确保即使是少量的残液也能回收 。l 流量的确定 流量一般与被清洗物体有关，如清洗6m直径的清酒罐流量计算 ： Q = x D x 3 m3/h =56.5 m3/h （注 ：清洗周长每米需3 m3/h流量）回收泵的流量一般为Q 1=（110%- 120%) Ql 扬程的确定需要扬程H=D+S+hfd+hfs+ha+hb+pd其中： n 一 排出几何高度, mS 一 吸人几何高度, mPd 一 清洗压力，m液柱hfd一 排出管全部阻力损失hfs一 吸入管全部阻力损失ha 一 吸入口阻力损失，m液柱hb 排出口阻力损失，m液柱7定位清洗（CIP）的程序根据清洗设备和管道中是否包括加热设备而有所不同，一般可分为两类。l 带有热表面的巴氏杀菌器和其他设备管道的定位清洗程序，生产结束后必须走此程序。 这类设备的清洗过程必须有一个较长时间的酸洗循环阶段，以除去设备及管道热表面蛋白质的沉积焦结物，其原地清洗程序为：（1）用清水预冲洗设备及管道约5min；（2）碱顶水 1min;（3）用7080的碱液（一般用NaOH溶液）循环15 min；（4）碱回收 1min;（5）用清水冲洗约5min；（6）酸顶水 1min;（7）用70C酸溶液（通常用硝酸溶液）循环15min；（8）酸回收 1min;（9）用90热水冲洗约15min。l 清洗有机物，不带热表面的管道、缸和其它加工设备的定位清洗程序，生产中期停机时间过长，需要走此程序。（1）用清水预冲洗约5min;（2）碱顶水 1min;（3）用7080碱液循环约10min；（4）碱回收 1min;（5）用90热水冲洗约10min。l 清洗无机物。 （1）用清水预冲洗约5min;（2）酸顶水 1min;（3）用6070酸液循环约10min；（4）酸回收 1min;（5）用90热水冲洗约10min。l 热水杀菌 生产中期短时间停机,需要走此程序。（1）90热水冲洗约15min （2）热水最后回程排放 l 冲水程序 生产结束后顶出剩余的物料，可以节约清洗成本。（1）冲水 5min 8CIP系统酸缸、碱缸的浓度测量传感器的选择用来清洗的设备的溶液通常使用强酸、强碱，如NaOH,H3PO4,HNO3等，腐蚀性较强，而清洗液的温度也较高，通常会在80以上，对探头的要求较高。电导传感器：适用于液体浓度等的在线监测。InPro7200系列电感型电导传感器采用PEEK材料制成，有很强的抗化学腐蚀性，并且工作温度可最大200。有多种安装接口可选。由于其独特的测量原理，其测量单元与介质完全隔离，进一步保证了过程的安全性。变送器：采用与InPro7200传感器相配套的CondI7100变送器，可直接显示酸、碱农度，图形式的人机对话使整个系统的操作更加简便。有以下系列可以选择：IaPro7000-VP系列 ， 0.1cm-1， 0.02uS/cm-2.5mS/cm 2线制InPro7100系列 ， 0.6cm-1 0.01-300mS/cm 4线制经济型InPro7010系列，0.01 cm-1， 0.lcm-1，0.01一200mS/cm 4线制在这里选InPro7100系列9PLC在乳品工业CIP系统中的选择 此控制系统由三只温度传感器、液位传感器、两只测浓度电导仪、可编程序控制器和自控调节阀等组成，PLC选择待定。 影响洗涤效果的因素 清洗装置的目的是去除粘附在机械上的污垢，以防止微生物在其间滋长。要把污垢 去掉，就必须使清洗系统能够供给克服污染物所需的洗净能力。洗净能力的来源有三个方面，即从清洗液流动中产生的运动能、从洗涤剂产生的化学能、从清洗液中的热能。这三种能力具有互补作用。同时，能量的因素与时间的因素有关。在同一状态下，洗涤时间越长则洗涤 效果越好。1. 运动能清洗液流速 清洗液的流速大，清洗效果好，但流速过大，清洗液用量就多，成本增加，因此最佳流速取决于清洗液从层流变为湍流的临界速度，其中雷诺数（Re）是一个重要指数。根据许多研究得知，临界速度时Re=2320,一般是：层流Re4000按此值考虑其最佳流速为1-3m/s。 清洗液压力 清洗液的压力越大，其冲击力就大，清洗作用就越强。常用喷射清洗，它是通过喷嘴把加压的清洗液喷射出去，在冲击力和化学作用的综合作用下，冲击被清洗表面的清洗方法。 喷射压力可分为高压（1.0MPa以上），中压(0.51.0 MPa)，低压(0.5 MPa以下）。CIP装置清洗工作压力是0.15-0.3MPa,属于低压范围。在低压喷射清洗中，化学清洗起主要作用，喷射清洗为辅助作用；在高压喷射清洗中，化学清洗起辅助作用，喷射清洗为主要作用；因此，高压用水，低压用化学清洗液来进行清洗。2. 热能 由于在一定的流量下，温度上升，粘性系数会减少，Re会增加，故清洗液的温度同样为洗净效果的另一因素。例如，牛奶残留物在32下，清洗液温度提高10，洗净效果增至1.6倍。一般，提高温度可得如下效果 ： 清洗液温度高，能提高水对沉积焦结物的溶解度，使物体表面沉积焦结物分离，还能减少清洗液的粘度，提高雷诺数Re,清洗效果好；但温度太商，对管道、设备有损坏作用，也会造成沉积焦结物中的蛋白质变性，致使污物与设备间的结合力提高：其最佳温度70左右。3化学能CIP装置的化学能，主要来自化学洗涤剂，化学能为三种洗净能中洗净效果最大的一 种。化学洗涤剂可根据污垢的性质和量、水质、机械材质、所利用的清洗方法和成本等条件选用。清洗液浓度，开始时随浓度增大，清洗效果也相应增强，当清洗液的浓度超过其临界浓度时，随清洗液浓度增