什么是CIP清洗

1、什么是CIP清洗什么是CIP清洗，CIP清洗系統(tǒng)該如何設(shè)計？一：簡介CIP為Clean In Place的英文首字母縮寫，即在位清洗，不改變設(shè)備位置的前提下清洗設(shè)備。簡單來說就是一種清洗方式。CIP清洗不僅能清洗設(shè)備，而且還能控制微生物，廣泛應(yīng)用于食品、飲料及制藥等企業(yè)。與CIP對應(yīng)的清洗方式為COP即Clean Out of Place，即將設(shè)備拆下來之后進行清洗。CIP清洗站二：清洗原理向被清洗物的表面污物施加熱能、機械能、化學(xué)能，通過溶解作用、熱作用、機械作用、界面活性作用和化學(xué)作用等機制的相互作用，在一定時間內(nèi)實現(xiàn)被清洗設(shè)備的有效清洗。清洗理論模型-TACT模型，也即清洗效果四要素模型

2、（公式表達）：CR=Ti+A+C+TcCR：清洗效果，%為100%；Ti：時間，%，主要是與被清洗表面接觸、作用的時間；A：機械作用，%，一般占到50%以上，主要是壓力、流速等；C：化學(xué)作用，%，主要是清洗劑類型與濃度等；Tc：溫度作用，%；主要是清洗劑的溫度，跟污物的類型與粘度有關(guān)。TACT四個因素相互影響又互為補充，當(dāng)一個要素不足時，需要通過其它要素來補充。下面分別介紹清洗效果四要素：1：時間Ti一般來說，清洗的時間越長，效果則越好。但在工業(yè)化生產(chǎn)中必須保證生產(chǎn)的速率，通常清洗時間為23倍的完全覆蓋時間。整個在位清洗流程的每一步，都以清洗時間為運行時間。2：機械作用A機械作用占據(jù)整個清洗效

3、果的50%以上，故需要重點對待，一般從以下幾個方面來著手，從而保證清洗清洗效果：（1）流速：對于設(shè)備罐體需要采用噴淋球，管道閥門等需要保證流體處于湍流狀態(tài)。一般保證清洗流速1.5m/s左右，不要超過3m/s。1.5m/s基本上屬于流體的經(jīng)濟流速，優(yōu)先采用。推薦的雷諾數(shù)范圍：管道管件清洗：Re30000容器內(nèi)壁清洗，沿壁流下的清洗液：Re200 矩形缸體，清洗液：Re7500注：流體的流動狀態(tài)：層流（Re2021）過渡流（2021Re4000）湍流（Re4000）（2）壓力極易清洗罐體：13bar較易清洗罐體：26ba r較難清洗罐體：610bar極難清洗罐體：10bar（3）流量罐內(nèi)表面積計算

4、法：0.240.72m3/(m2*h)罐體周長計算法：1.53.5m3/（h.m）矩形缸體，清洗液：Re75003：化學(xué)作用C常用化學(xué)清洗劑有：酸性、堿性、中性。根據(jù)污物的不同有如下幾種選擇原則（1）油脂類表面活性劑（滲透與乳化）堿液（分散作用）強堿（皂化作用）（2）糖類碳水化合物高溫水溶解作用（3）蛋白質(zhì)類堿液溶解作用酸液溶解作用（3）淀粉類碳水化合物堿液溶解作用酸液溶解作用淀粉酶的分解作用化學(xué)劑性能對比4：溫度在一定溫度范圍內(nèi)溫度每升高10，化學(xué)反應(yīng)速度提高1.5-2倍，清洗速度、溶解速度都會隨著提高，如果溫度過高，殘留的蛋白質(zhì)成分發(fā)生變性，導(dǎo)致設(shè)備更難清洗。所以并不是溫度越高越好。一般情

5、況下：當(dāng)溫度達到80后，溫度再升高，清洗時間基本無變化，所以清洗液溫度一般控制在6080三：CIP工藝計算CIP工藝計算主要涉及到：清洗工藝、CIP罐、輸送泵、換熱器、清洗管徑等設(shè)備的選型與計算。1清洗工藝(1)三步法(2)五步法(3)七步法CIP清洗工藝選擇清洗工藝的原則：一般工藝都是采用3步法清洗（水沖洗-堿洗-終淋）無菌配液工藝采用5步法清洗（水沖洗-堿洗-水沖洗-酸洗-終淋）水沖洗采用飲用水或回收回來的終淋水，水溫根據(jù)不同殘留物可調(diào)節(jié)，一般控制水的溫度在6080。堿洗采用2%NAOH溶液，在不存在交叉污染的前提下堿洗回收液可循環(huán)利用酸洗采用2%硝酸終淋采用純化水，無菌配液采用注射水清洗

6、時間2輸送泵大小確定有兩種計算方法：被清洗罐體周長法與被清洗罐體內(nèi)表面積法，下面以一個具體的例子來介紹這兩種計算方法。實例：已知被清洗罐的直徑為1500mm，筒體高度為1500mm，試確定所需CIP 清洗系統(tǒng)的輸送泵大小。(1) 按周長法經(jīng)驗值為：1.53.5m3/（h.m）q=*D*q：泵的清洗流量m3/hD:待清洗容器的直徑m：經(jīng)驗值，1.53.5m3/(h.m)，小直徑為1.5大直徑為3.5q=3.14*(1500/100)*1.57m3/h(2) 按內(nèi)表面積法經(jīng)驗值為：0.240.72m3/(m2*h)q=A*q：泵的清洗流量m3/hA：容器內(nèi)表面積：經(jīng)驗值，0.240.72m3/(m

7、2*h)，小直徑為0.24大直徑為0.72本例中A=12.2m2q=12.2*0.56.1 m3/h取以上兩種計算方法的大值，q=7m3/h，圓整到泵的常用規(guī)格則q=10m3/h 3泵的揚程確定H=(h1+h2+h3)*100H：清洗泵揚程mh1：清洗球所需壓力Mpah2：待清洗罐高度造成的壓力損失Mpah3：管道壓力損失Mpa一般清洗球所需壓力為0.25MpaH=(0.25+0.1*1500/10000+0.05)*100=31.5m4清洗罐大小確定根據(jù)清洗罐的數(shù)量可分為單罐CIP，雙罐CIP，三罐CIP，四罐CIP等，可根據(jù)實際需要進行配置。通常根據(jù)經(jīng)驗：所配置的CIP罐容積要保證清洗時有

8、10分鐘清洗的量，以此來確定CIP罐的大小。V=q*10/60q：泵的流量m3V=7/6=1.2m3取一定的富裕量，這里取CIP罐大小為1500L。5換熱器換熱面積確定分為兩部分計算，一是將CIP罐內(nèi)的溶液加熱到工藝溫度；二是循環(huán)過程中因溫度下降而需要重新加熱。if !supportLists(1) endif加熱罐內(nèi)溶液按從常溫25加熱到最高80計算，一般加熱時間為半個小時到一個小時左右，這里以半個小時來計算。換熱器熱負荷，假定采用水循環(huán)清洗。Q1=cmtc：比熱容，Kj/(kgK)，這里為4.2m：被加熱介質(zhì)的質(zhì)量，kgQ1=1500*4.2*(80-25)/(30/60)= 693000

9、Kj/hm1=Q1/(k*t)m1：換熱面積m2K：換熱系數(shù)，一般為板式換熱器，這里取1500 W/(m2?)t：平均傳熱溫差假設(shè)加熱蒸汽壓力0.3Mpa則對應(yīng)的溫度143，則平均傳熱溫差為87.6（按逆流計算）。則需要的換熱面積m1= Q1/(k*t)=693000/(1500*87.6)/3.61.5m2取安全系數(shù)1.2，則換熱面積為1.5*1.21.8m2if !supportLists(2) endif循環(huán)過程加熱假定循環(huán)回水溫度73，按循環(huán)時間10分鐘來計算所需換熱面積m2，平均傳熱溫差為66.4。Q2=cmt=10000*4.2*(80-73)/(10/60)1764000 Kj/

10、hM2=Q2/(k*t)= 1764000/(1500*66.4)4.9m2取安全系數(shù)1.2，則實際需要的換熱面積m2=1.2*4.95.9m2綜合取m1與m2中的大值，則所需換熱面積為5.9m26清洗管道管徑計算d=sqrt(4*q/(*a*3600)*1000sqrt:開平方根d：清洗管道管徑mmq：泵的流量m3a：流速m/s，一般取1.5d= sqrt(4*7/(*1.5*3600)*100040mm四：CIP管路設(shè)計CIP清洗過程中，清洗液主要通過管道將清洗液輸送至需要的清洗設(shè)備。因此，需要確保走物料的管路和走清洗劑的管路要保證隔離，避免因泄漏而發(fā)生交叉污染現(xiàn)象。當(dāng)清洗完畢后，需要將管

11、道中的殘余清水排凈，管道需要有一個合適的傾斜度，一般來說小跨度3mm/m，大跨度5mm/m。在管路連接中，應(yīng)采用合適的接頭形式，盡量避免盲端和盡量減少支路，“死角”既不能朝上，也不能朝下，要水平，L1.5D，如下圖所示：L1.5D此外，隨著食品及醫(yī)藥行業(yè)的發(fā)展，為了確保走物料的管路和走清洗劑的管路要保證隔離，管路系統(tǒng)的設(shè)計更多地關(guān)注減少清洗死角，可采用兩類管路轉(zhuǎn)換方式，即轉(zhuǎn)接盤和閥陣。在管道功能上，兩者是完全等價的。目前，國外CIP清洗系統(tǒng)流行采用閥陣系統(tǒng)，其由若干的雙座防混閥組成，每個閥的開啟由計算機自動控制，管路及閥門均可借助CIP程序進行獨立清洗，可最大限度地減少清洗死角。此外，閥陣系統(tǒng)

12、還具有如下優(yōu)點：(1)由座閥組合成的防混閥陣，可以實現(xiàn)安全、高效、衛(wèi)生的物料操作；(2)可避免管路系統(tǒng)的清洗死角，可通過座閥外接一股CIP液對交叉管路進行在線清洗；(3)在流道交叉處對不可混合的介質(zhì)進行防混分隔，在閥門關(guān)閉位置，兩個管路之間為雙密封，液體從一個管道泄漏到另一個管道的現(xiàn)象完全可以排除；(4)需要頻繁切換物料通道的場合，座閥可以確保生產(chǎn)線的一部分處于在線清洗，另外部分可以照常工作，提高生產(chǎn)效率；(5)當(dāng)密封部分受損時，泄漏物可通過閥門的泄漏腔排出到外面，而不會污染另一路通道；(6)用一個單獨的CIP連接，向隔離腔提供洗液，隔離腔的清洗與閥的位置無關(guān)。五：CIP控制系統(tǒng)設(shè)計按控制方式

13、可分為手動、半自動、全自動。下面主要介紹全自動CIP的設(shè)計要點：設(shè)計CIP控制系統(tǒng)首先需要明確的是控制的流程，即操作流程，然后根據(jù)操作流程來制定控制方案，編寫控制程序。下圖為2021型帶PID的全自動CIP工藝流程圖：帶PID的全自動CIP5.1 控制系統(tǒng)組成CIP控制系統(tǒng)由四部分構(gòu)成：PLC、輸入檢測部分、輸出控制部分和現(xiàn)場工藝設(shè)備。輸入檢測設(shè)備包括各類智能儀表和狀態(tài)信號的檢測設(shè)備，輸出控制設(shè)備包括各類調(diào)節(jié)控制機構(gòu)和接收各種狀態(tài)控制信號的控制設(shè)備?，F(xiàn)場工藝設(shè)備包括板式換熱器、離心泵、各種閥門等。1)PLC選用SIEMENS S7-300，.處理器選用CPU315-2DP。2)輸入檢測設(shè)備指的

14、是溫度、壓力、濃度、液位、流量等各類變送器和轉(zhuǎn)換器。輸入的狀態(tài)信號為模擬量輸入信號和數(shù)字量輸入信號。3)輸出控制設(shè)備主要包括電磁調(diào)節(jié)閥和蒸汽調(diào)節(jié)閥等，以及其他控制器。輸出的狀態(tài)信號為模擬量輸出信號和數(shù)字量輸出信號。5.2 PLC模塊介紹SIEMENS S7-300系列的PLC具有功能強、可靠性高、擴展靈活等優(yōu)點，同時它擁有緊湊的、無槽位限制的模塊化結(jié)構(gòu)。它主要組成部分有電源模塊(PS)、.處理單元CPU模塊、接口模塊(IM)、信號模塊(SM)、功能模塊(FM)。SIEMENSS7-300系列的標準模塊化結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：PLC模塊(1)電源模塊本系統(tǒng)選用的是PS307(10A)電源模塊，具有以

15、下特性：輸入電壓：120V230V輸入電流：1A2A輸出電壓：24VDC輸出電流：5A防短路和開路保護可靠地隔離(2).處理單元CPU315-2DPCPU315-2DP：具有中、大規(guī)模程序存儲容量和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，同時具有PROFIBUS DP主從接口；對二進制和浮點數(shù)運算具有較高性能的處理性能；可用于大規(guī)模的I/O配置或建立分布式I/O結(jié)構(gòu)。CPU315-2DP的元件配置包括如下幾部分：微處理器；微處理器處理1KB二進制指令的時間為0.3 rns，處理每個浮點運算的時間為4 ,us。 RAM空間大小達到128KB用于存儲用戶實時輸入的數(shù)據(jù)和程序，為用戶程序提供了足夠的空間。外部裝載存儲器最多可擴展

16、到64MB。自帶多點接口(MPI)該系列的PLC集成的MPI接口最多可以同時建立16個到S7-300的連接。自帶PROFIBUS DP接口帶有PROFIBUSDP主從接口能夠容易、快速的進行分布式自動化組態(tài)口令保護口令能夠防止未經(jīng)授權(quán)進入用戶程序，以保證程序不會隨便被篡改。診斷緩沖區(qū)能夠記錄運行過程中最近100次出現(xiàn)的錯誤和中斷事件，并被保存在一個緩沖區(qū)中，供以后診斷參考使用。免維護數(shù)據(jù)備份如果電源發(fā)生故障，CPU會自動將保留的數(shù)據(jù)寫入微型存儲卡，這樣一旦電源再次被接通，數(shù)據(jù)依然能夠使用。狀態(tài)和出錯顯示發(fā)光二極管能夠顯示硬件、程序設(shè)計或計時出錯等，以及顯示運行、停止等運行狀態(tài)。信息功能用戶能夠

17、獲得相關(guān)存儲容量和CPU工作狀態(tài)，以及工作存儲器和裝載存儲器的當(dāng)前負荷。(3)模擬量輸入模塊SM331; AI 8x13bit本系統(tǒng)安裝有AI1 -AI4四個模擬量輸入模塊。其中兩塊為8x13bit，兩塊為8x12bit。模擬量輸入模塊SM331將從現(xiàn)場過程傳迭過來的模擬信號轉(zhuǎn)換成使S7-315內(nèi)部能夠處理的數(shù)字信號，用于連接溫度、濃度、流量等變送器。該模塊還具有如下幾個特點：4組8個輸入通道按組可設(shè)定被測量值的精度（取決于積分時間端的設(shè)定）一9位+符號一12位+符號一14位+符號測量方法，按通道組可設(shè)定一電壓一電流一溫度一濃度一流量按通道組選擇任意測量范圍可編程的診斷中斷兩個帶限幅監(jiān)視的通道

18、與CPU光電隔離被測值的精度與所選定的模擬量輸入模塊通道積分時間是成正比關(guān)系，亦即模擬輸入端的積分時間越長，被測值的精度越高。(4)模擬量輸出模塊SM332; AO8x12bit本系統(tǒng)安裝有AO1AO2兩個模擬量輸出模塊。模擬量輸出模塊SM332將來自CPU-315的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成能被現(xiàn)場設(shè)備處理的模擬信號，用于連接相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)。該模塊具有以下幾個特點：4組4個通道單個輸出通道輸出信號一電壓輸出一電流輸出被測量值精度為12位可編程的診斷中斷可編程的限幅中斷與CPU光電隔離(5)數(shù)字量輸入模塊SM321; DI 32xDC24V，本系統(tǒng)安裝有DI1DI5五個數(shù)字量輸入模塊。數(shù)字量輸入模塊把來自

19、現(xiàn)場儀器設(shè)備發(fā)送過來的信號轉(zhuǎn)換成S7-315內(nèi)部能夠處理的電平信號。適合于連接標準開關(guān)和雙線接近開關(guān)。該模塊具有以下幾個特點：有16個輸入點，每組有8個，并且?guī)Ч怆姼綦x額定輸入電壓為24V，直流適合于標準開關(guān)和雙線接近開關(guān)(6)數(shù)字量輸出模塊SM322; D0 32xDC24V; 0.5A本系統(tǒng)安裝有DOID03三個數(shù)字量輸出模塊。數(shù)字量輸出模塊是把S7-315內(nèi)部信號電平轉(zhuǎn)換成外部現(xiàn)場設(shè)備所要求的信號電平。適合于連接各種電磁閥、接觸器以及指示燈等設(shè)備。該模塊具有以下幾個特點：有32個輸出點，每組8個，并且?guī)в泄怆姼綦x輸出電流為0.5A負載輸出額定電壓為DC24V適合于各種電磁閥、接觸器及指示

20、燈等5.3 智能儀表在現(xiàn)代化工業(yè)自動控制系統(tǒng)中，智能儀表在完成某一項自動控制任務(wù)中是不可或缺的一部分，也是衡量控制系統(tǒng)自動化程度高低一個指標。全自動CIP控制系統(tǒng)對智能儀表的依賴是很明顯的，其中包括對清洗液的濃度、溫度、液位及流量等相關(guān)數(shù)據(jù)的采集和控制。相關(guān)智能儀表工作原理這里就不一一介紹了，下面主要介紹在儀表設(shè)置上需要注意的地方。1)溫度控制元件：由于板式換熱器的加熱速度較快，在換熱器的出口管段上通常須安裝一溫度傳感器，以實時測量加熱后的水溫，并輸出信號控制蒸汽管道上的氣動調(diào)節(jié)閥，自動調(diào)節(jié)蒸汽流量，以控制加熱速度，并確保加熱后的水溫不超過設(shè)定的清洗溫度。2)濃度控制元件：濃堿液或濃酸液的添加可通過氣動隔膜泵來實現(xiàn)，由于