食品饮料行业的CIP工艺及仪表应用

上海恩德斯豪斯自动化设备有限公司　陈帅



食品饮料行业的CIP工艺及仪表应用

上海恩德斯豪斯自动化设备有限公司陈帅

编者按：Endress+Hauser（以下简称E+H）创建于1953年，其测量及自动化仪表广泛应用于世界各地的各种工业领域。近年来，E+H在食品饮料行业也频频发力。E+H能够为食品饮料行业提供全方位的测量解决方案，五大产品（流量、压力、物位、分析、温度）系列完美解决现代食品饮料工厂中遇到的测量问题。在食品饮料行业，E+H的优势明显：由于耕耘食品饮料行业多年，对生产工艺有着全面深刻的理解，现场测量方案成熟可靠；其产品线齐全丰富，尤其是卫生型产品，认证齐全。

目前在食品加工厂中，与产品直接接触的设备的清洗是食品生产过程中必不可少的部分。CIP英文描述为Clean In Place，在国内经常翻译为原位清洗或就地清洗，在食品饮料行业通常通过分配盘自动程序完成清洗过程。与CIP对应的COP英文描述为Clean Out of Place，通常手工完成，需要把设备进行拆解然后使用刷子和软管等工具进行清洗。主要应用在机械连接比较复杂的系统。CIP清洗系统作为一种理想的设备及管道清洗方法，食品加工企业特别在食品饮料企业中的应用越来越广泛。

CIP清洗的目的是去除设备或管道内的食品残留物或污物，防止食品污染和交叉污染。食品残留物或污物多以蛋白质、碳水化合物、脂肪、无机盐（磷酸盐、碳酸盐）、微生物等形态存在。现代食品厂的CIP清洗过程多针对食品残留物或污物的物理、化学性质，综合使用清洗剂的热能、机械能、化学能，在一定的时间内进行清洗，以达到食品厂安全生产的要求。对于清洗状态的描述，通常有以下术语来进行表示：

物理清洁度——除去表面上所有可见污物；

化学清洁度——不仅除去全部可见污物，而且还除去了肉眼不可见的，但通过尝味或嗅觉能探测出的残留物；

细菌清洁度——通过消毒获得；

无菌清洁度——杀灭所有的微生物。

这里必须指出，设备不需经过物理或化学清洗就能达到细菌清洗度。然而，需要清洗的表面如果首先经过最起码的物理清洗后，就更容易达到细菌清洁度。而乳品厂清洗工作的要求是要经常达到化学和细菌清洁度。因此，设备表面首先用化学洗涤剂进行彻底清洗，然后再进行消毒。

在现代化的食品饮料厂，CIP的清洗过程多在自动程序的控制下完成，清洗过程也分为很多不同的步骤，但通常清洗过程按照以下流程进行：

（1）温/热水冲洗：利用脂肪在温/热水中的融解特性，使用60℃左右的温/热水冲洗设备或管道，以达到预冲洗的作用；

（2）碱洗会使蛋白质更容易膨胀和去除；

（3）酸洗可以溶解矿物杂质，并且酸可以中和碱，并能够通过破坏细胞膜来杀死微生物；

（4）减酸洗后颗粒处于悬浮状态，最后使用清水冲洗掉悬浮状态的污染物。

CIP站通常有两罐式、三罐式、四罐式和五罐式，目前四罐式（酸罐、碱罐、水管和回收罐）和五罐（酸罐、碱罐、药剂消毒罐、水罐和回收罐）式CIP站居多。CIP中央控制站是CIP清洗的核心执行机构，是负责酸碱（稀酸稀碱）调配和自动清洗的硬件基础。CIP站作为食品饮料厂最复杂的执行机构之一，其运行的精确性、可靠性以及稳定性都至关重要。由于CIP站有大量的工艺参数需要测量，故现场在线仪表的使用较为普遍，接下来将结合CIP清洗的工艺介绍一下Endress+Hauser的仪表在CIP清洗中的应用情况。

（1）CIP罐的液位测量

CIP罐的高中低液位测量为数字量检测，测量方式简单易行，在调配酸碱以及在线清洗时作用巨大。酸碱调配时，配合自动程序及电导率控制外部加入的浓酸浓碱及稀释水的用量；在线清洗时，罐内清洗液的液位状况对于操作人员的操作至关重要，通常会使用高、中、低液位的方式进行液位控制。Endress+Hauser的卫生型音叉开关FTL20H/50H/51H坚固耐用，使用方便且无需标定，适合在CIP罐区有腐蚀的情况下使用。

（2）CIP管道流量及压力测量

手工清洗时，通常使用硬毛刷来增加机械刷洗效果，在CIP自动清洗程序中，为了达到清洗所需的机械能，通常通过清洗程序中的流量控制和压力控制来实现。由于CIP的清洗液都含有一定的导电性，Endress+Hauser的卫生型电磁流量计Promag 50H/53H测量精度高，稳定性好是CIP流量控制的最佳选择，通常电磁流量计安装在CIP压力线的出口位置进行流量控制。压力控制模式下可以通过安装在CIP压力出口处的压力变送器来完成对压力的控制，以保证清洗液具有足够的机械冲刷力。

（3）CIP清洗液的浓度控制

CIP清洗时的化学能主要通过CIP清洗液中的酸和碱来实现，但CIP清洗液中的酸碱浓度需要严格进行控制，浓度过高会造成对现场设备的腐蚀，造成不必要的经济损失；浓度过低则清洗的化学能不足，清洗达不到要求。此外，CIP管道经常会受到现场水锤等现象造成的震动影响，故对在线浓度测量仪表要求较高。Endress+Hauser的在线浓度计CLD 134及CLD 18是该工况下的最佳选择。CLD 134有一体式和分体式两种方式，其分体式仪表可以更好地避开管道震动保护仪表的变送器部分，使现场浓度计的使用更加稳定，寿命更长。如果CIP清洗管道布局较好，现场管道震动较少，也可以使用一体式的CLD 134或经济型的CLD 18。

（4）CIP清洗液的温度控制

一般而言，纯清洗剂的清洗效力随着温度的上升而增加，但现代工业中使用的多数是混合洗涤剂，实际使用都有一个最佳使用温度；根据经验，碱性清洗剂的温度至少70℃，酸性清洗剂的温度一般为68℃到70℃。CIP清洗中的温度控制非常重要，要在确保足够的清洗温度下不浪费过多的能源。Endress+Hauser的温度变送器TM401/TM411的QuickSens技术能够快速响应温度变化，响应时间比常规温度产品快9倍，同时QuickNeck技术能够方便维护，减少停车时间。

（5）CIP站的蒸汽流量测量

CIP站在现代化的食品饮料厂中使用频率高，耗能较大，是生产厂商进行节能减排的重点控制对象。CIP站的热能消耗巨大，其热能的体现形式主要通过蒸汽加热来实现。通过对蒸汽的精确测量可以实现对蒸汽用量的合理把控以及合理地进行CIP清洗计划排期。但蒸汽测量现场环境较为恶劣，常伴有水锤管振等现场，此外蒸汽的质量参差不齐，不饱和蒸汽、过热蒸汽经常存在，造成了蒸汽测量难度较大。Endress+Hauser新型的的蒸汽流量计Prowirl 200具有方便的变径功能，方便安装，仪表坚固可靠，可以应对各种恶劣工况，此外还有湿蒸汽检测功能，帮助用户改善现场蒸汽质量。

CIP清洗现场检测点多，程序控制复杂，但现代化的CIP清洗程序运行灵活方便，帮助食品饮料行业的客户解决了清洗的问题，保证了食品安全生产的环境。Endress+Hauser专注于食品行业，致力于打造满足食品行业卫生型要求的仪表，卫生型过程连接丰富，是食品饮料行业的测量好伙伴。

精彩提炼

食品饮料行业新建项目减少，改造项目将有所增加

基于中国经济的长线增长态势以及居民生活水平的提高，食品饮料行业未来仍有良好的发展势头；受制于近年来中国经济增速趋缓，未来食品饮料行业的投资也将受到一定影响，新建项目数量将有所减少，改造、技术升级项目将有所增加。

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