摘要：CIP清洗廣泛應(yīng)用于食品行業(yè)，特別是乳品加工行業(yè)。作為乳品加工行業(yè)的生產(chǎn)人員和 工程技術(shù)人員，都要熟悉和掌握CIP的設(shè)計中的一些問題。

關(guān)鍵詞：CIP 設(shè)計

中圖分類號： 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-5336（2013）24-0000-00

CIP（Cleaning In Place）即就地清洗，是近為了適應(yīng)工業(yè)化的乳品生產(chǎn)發(fā)展起來的清洗技術(shù)。它具有清洗效果好，自動化程度高，安全可靠，運行費用低，勞動強度低，清洗時間短，生產(chǎn)效率高等特點。因此在工業(yè)化的乳品生產(chǎn)中廣泛運用，CIP已經(jīng)成為乳品企業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分，它對提高產(chǎn)品質(zhì)量和食品安全具有非常重要的作用。

1 CIP清洗效果與清洗的基本要素的關(guān)系

1.1.1清洗的基本要素

CIP清洗效果與清洗的基本要素存在以下函數(shù)關(guān)系： E= ?（S，C，t，υ，T），如果清洗要之一發(fā)生變化時，其它要素也要隨之發(fā)生改變，才能達到清洗的目的和清洗效果。

式中： E：清洗效果；S：污垢的類型；C：清洗液的濃度； t：清洗液的溫度；

υ：清洗液 的流動速度； T：清洗的時間。

1.2清洗效果與污垢的關(guān)系

污垢是在乳品加工過程中產(chǎn)生的無用的，甚至是有害的物質(zhì)。下表列舉出了乳制品加工中出現(xiàn)的污垢類型，以及它們在不同的溶解液中的溶解性：

1.3清洗效果與清洗液及其濃度的關(guān)系

在乳制品的CIP清洗過程中，我們一般選擇食品級NaOH，HNO3和水作為清洗液，對于化 學(xué)清洗劑，我們要求它本身必須具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性，并且無毒即便是在加溫狀態(tài)，與 污垢或其它化學(xué)清洗液反應(yīng)也不能產(chǎn)生毒物；必須具有很好表面去除污物能力；成本低，對環(huán)境無損壞。我們一般把清洗液的濃度規(guī)定堿液的濃度控制在2.3%～2.7%，酸的濃度控制在1%～2%。

1.4清洗效果與清洗液溫度的關(guān)系

溫度是CIP清洗的重要參數(shù)。提高清洗液的溫度可以提高清洗效果，但是一味的提高溫會使乳糖結(jié)焦，蛋白質(zhì)變性，脂肪聚合等情況發(fā)生，使得清洗變得困難。因此建議不要無限的提高清洗液的溫度，一般我們設(shè)定酸的溫度為60～700C，堿的溫度為70～800C，對于清洗UHT設(shè)備的堿的溫度90～1300C。

1.5清洗效果與清洗液的流速的關(guān)系

清洗速度是由泵產(chǎn)生的機械力，這種機械力通過擾動，摩擦，剪切和撞擊等方式把污物去除。因此提高泵的能力，也能大大提高清洗效果，但從經(jīng)濟運行和安全來角度說，也不要過高提高泵的能力。一般我們把清洗模式分為閉路和開路系統(tǒng)，下面分別討論。

閉路系統(tǒng)清洗。對于管道，設(shè)備等的清洗，我們可以看作是對閉路系統(tǒng)清洗，它的清洗方式一般為流動性清洗，即只有清洗液的流動速度大于某一臨界值時，即形成湍流才能達到清洗效果。該狀態(tài)用雷諾數(shù)表示： Re=V ρ d /μ = u d / υ

式中：Re：雷諾數(shù)；V：清洗液通過截面的平均線速度，m/s；ρ：流體的密度 ，Kg/m3；

d： 管道的內(nèi)經(jīng)，m；μ----流體的動力粘度，Pa.s；υ：流體的運動粘度，m2/s。

實踐證明要獲得高質(zhì)量的清洗效果其雷諾數(shù)必須滿足：對于圓形截面的Re >30000。對于矩形截面的Re >7500。根據(jù)此數(shù)值，一般我們要求通過截面的流速≥1.5m/s。

開路系統(tǒng)清洗。對于罐體的清洗，我們可以看作是對開路系統(tǒng)清洗，它的清洗方式一般為噴射或噴淋式清洗。即把加壓的清洗液通過噴嘴噴射到被清洗的表面，用清洗液的物理沖擊力和化學(xué)清洗力去除污物的綜合清洗方法。在高壓狀態(tài)下，物理清洗力起主要作用，因此在高壓噴射清洗時就不要使用過濃的清洗液，如果過濃清洗液會產(chǎn)生泡沫，從而阻礙清洗液的流動和物理沖擊力對清潔表面的撞擊，而達不到清洗效果。在低壓清洗時，化學(xué)清洗力起主導(dǎo)作用，物理清洗力起輔助作用，低壓清洗時可以使用較高濃度的清洗液。噴射壓力1.0MPa以上為高壓，0.5～1.0MPa為中壓，0.5MPa 以下為低壓。實踐表明對于罐的清洗，CIP清洗液的理論計算需求量Q≥288 S內(nèi)表面積 ，L/h。

1.6清洗效果與清洗的時間的關(guān)系

清洗時間和清洗效果成正比例關(guān)系的。清洗時間越長，清洗效果越好。但是從運行成本來說，我們不能把清洗時間無限延長。這就需要我們對每一回路制定合理的清洗時間，以達到完美的清洗效果。每個CIP回路清洗時間由下面時間組成：

2 CIP站主要參數(shù)的設(shè)計計算

2.1 CIP的規(guī)劃，分組和清洗回路制定

在乳制品生產(chǎn)中CIP的清洗對象包括：儲罐，分離機和凈乳機，蒸發(fā)器，換熱器，殺菌器，泵，管道及閥門等，因在設(shè)計CIP時，我們首先就要對清洗的目標(biāo)要清楚，要合理規(guī)劃。我們在清楚了清洗目標(biāo)就要把所要清洗對象分成不同的組，即A，B，C，D…等不同的組別，這些組別就決定了我們在CIP站設(shè)置多少CIP供液泵。我們把各個不同的組別分成不同的回路，即每個組別可以有1，2，3，4等不同的回路。這樣我們就可以把CIP清洗對象定義為A1，A2，A3，B1，B2，B3，C1，C2，C3等回路。

2.2酸堿罐體積的估算

酸罐和堿罐的大小的估算也就是對酸液和堿液最大用量的估算。如我們對A組用量的估算，也就是對A組的所有回路即A1，A2，…An等用量進行計算，然后找出A組的最大用量VAmax，同理我們可以找到B組最大用量VBmax，C組最大用量VCmax等。這樣我們就可知酸堿的最大用量和酸堿罐的大小。

酸堿的用量為 ：V酸堿罐=VAmax+VBmax+VCmax+…。酸堿罐的大小為： V酸堿罐=1.5 V酸堿用量。

2.3泵的流量和壓力估算

對泵的流量估算。我們需要對每個回路需要的流量都應(yīng)該計算，如我們對A組泵的流量估算為例。即要對A1，A2…An等回路所需流量分別計算，從中找出流量的最大值QAmax，則A組泵的流量即為：Q A泵=1.2 Q Amax ，L/h。閉路系統(tǒng)的流量，QAmax ≥ 5.4SAmax ， L/h。

開路系統(tǒng)的流量，QAmax ≥ 288 S內(nèi)表面積，L/h。

泵的壓力估算。如果我們根據(jù)流體力學(xué)的方法是非常復(fù)雜的，因此在此我們不加表述。但根據(jù)我們的經(jīng)驗無論是供液泵和回流泵，可按下面方法估算 H泵 = Δh0+Δh1+Δh2+Δh3

式中： H泵：泵的楊程，MPa。Δh0 ：系統(tǒng)需要的靜壓，一般我們?nèi)?.3～0.5MPa。

Δh1：系統(tǒng)的高程靜壓，一般我們根據(jù)設(shè)計和安裝可以計算出。

Δh2： 摩擦阻力，對于衛(wèi)生級不銹鋼管道按10m損失 0.01MPa 估算。

Δh3： 彎頭損失的壓力，一般我們按每個10個彎頭損失0.01MPa。

2.4清洗管徑的計算

在清洗泵流量確定的情況下，管道的管徑也不能選得太大，從而增加投資費用，特別是在 管道較長的情況下，不僅使管道的投資大，而且使管道的容積增大，清洗液的用量增大，清洗液罐容積也將增大，運行成本也增大。相反若管徑選得太小則會造成清洗液在管道內(nèi)壓力損失過大，從而影響清洗效果。因此清洗管徑的選擇既要考慮清洗效果，又要考慮投資成本和運行成本。對于不銹鋼衛(wèi)生管道其經(jīng)濟管路的管徑計算式：D經(jīng)濟 = 226 Q0.5 ρ-0.35

式中： D經(jīng)濟：最經(jīng)濟管路， mm；Q：最大流量流量，Kg/s；ρ ：流體密度， Kg/m3；

管道的壁厚按下面公式核算：δ = P D /（2 [σ]ψ） + C

式中： δ：管道壁厚，mm；P：管內(nèi)介質(zhì)的最大壓力， MPa；D：管道外徑，mm；

[σ]：工作溫度下的許用壓力，MPa；

ψ：管子的縱向焊縫系數(shù)，對于無縫管Ψ=1，對于焊接管ψ=0.8；

C：管壁厚度附加值，mm。對于不銹鋼衛(wèi)生 管，C=1.5-0.1δ。

2.5在利用水罐的估算

2.6清水罐的估算。

對于清水罐體積的計算，我們采取下面方法：首先對A，B，C，等組的各個回路的用量分別計算。如A1回路的清水的消耗量 V A1清水=（T16+T17）QA1泵流量。同理我們可以計算出V A2清水… V An清水和V Bn清水，V Cn清水，從中找出A組，B組，C組等消耗水的最大值。即

V Amax清水 ，V Bmax清水和VCmax清水，同時我們還應(yīng)考慮補水V補水。

則清水灌的體積 V 清水罐 = 1.2（V Amax清水+V Bmax清水+V Cmax清水+… ）- V補水。

3 結(jié)語

本文所述CIP系統(tǒng)的設(shè)計和計算等方面的問題，只適用于乳制品企業(yè)的CIP設(shè)計與計算，對于其他行業(yè)，僅供參考。由于CIP在設(shè)計與計算方面涉及許多問題，而且復(fù)雜，由于篇幅所限和本人知識所限不能一一闡述，本文只是給讀者提供一些思路，僅供參考，不當(dāng)之處敬請廣大讀者批評指正。

參考文獻

[1] 雀巢公司自編.《雀巢CIP設(shè)計手冊》.

[2] 孔保華主編.《乳品科學(xué)與技術(shù)》.科學(xué)技術(shù)出版社.

[3] 張和平，張列兵.《現(xiàn)代乳品工業(yè)手冊》.中國輕工出版社.