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(jì)？一：簡(jiǎn)介CIP為Clean In Place的英文首字母縮寫(xiě)，即在位清洗，不改變?cè)O(shè)備位置的前提下清洗設(shè)備。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)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(duì)應(yīng)的清洗方式為COP即Clean Out of Place，即將設(shè)備拆下來(lái)之后進(jìn)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(jī)械能、化學(xué)能，通過(guò)溶解作用、熱作用、機(jī)械作用、界面活性作用和化學(xué)作用等機(jī)制的相互作用，在一定時(shí)間內(nèi)實(shí)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(dá)）：CR=Ti+A+C+TcCR：清洗效果，%為100%；Ti：時(shí)間，%，主要是與被清洗表面接觸、作用的時(shí)間；A：機(jī)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(lèi)型與濃度等；Tc：溫度作用，%；主要是清洗劑的溫度，跟污物的類(lèi)型與粘度有關(guān)。TACT四個(gè)因素相互影響又互為補(bǔ)充，當(dāng)一個(gè)要素不足時(shí)，需要通過(guò)其它要素來(lái)補(bǔ)充。下面分別介紹清洗效果四要素：1：時(shí)間Ti一般來(lái)說(shuō)，清洗的時(shí)間越長(zhǎng)，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(shí)間為23倍的完全覆蓋時(shí)間。整個(gè)在位清洗流程的每一步，都以清洗時(shí)間為運(yùn)行時(shí)間。2：機(jī)械作用A機(jī)械作用占據(jù)整個(gè)清洗效

3、果的50%以上，故需要重點(diǎn)對(duì)待，一般從以下幾個(gè)方面來(lái)著手，從而保證清洗清洗效果：（1）流速：對(duì)于設(shè)備罐體需要采用噴淋球，管道閥門(mén)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(guò)3m/s。1.5m/s基本上屬于流體的經(jīng)濟(jì)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(dòng)狀態(tài)：層流（Re2021）過(guò)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(jì)算

4、法：0.240.72m3/(m2*h)罐體周長(zhǎng)計(jì)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(lèi)表面活性劑（滲透與乳化）堿液（分散作用）強(qiáng)堿（皂化作用）（2）糖類(lèi)碳水化合物高溫水溶解作用（3）蛋白質(zhì)類(lèi)堿液溶解作用酸液溶解作用（3）淀粉類(lèi)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(duì)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(huì)隨著提高，如果溫度過(guò)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(dá)到80后，溫度再升高，清洗時(shí)間基本無(wú)變化，所以清洗液溫度一般控制在6080三：CIP工藝計(jì)算CIP工藝計(jì)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(jì)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(wú)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(lái)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(wú)菌配液采用注射水清洗

6、時(shí)間2輸送泵大小確定有兩種計(jì)算方法：被清洗罐體周長(zhǎng)法與被清洗罐體內(nèi)表面積法，下面以一個(gè)具體的例子來(lái)介紹這兩種計(jì)算方法。實(shí)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(zhǎng)法經(jīng)驗(yàn)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(yàn)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(yàn)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(yàn)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(jì)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(yáng)程確定H=(h1+h2+h3)*100H：清洗泵揚(yáng)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(shí)際需要進(jìn)行配置。通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)：所配置的CIP罐容積要保證清洗時(shí)有

8、10分鐘清洗的量，以此來(lái)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(jì)算，一是將CIP罐內(nèi)的溶液加熱到工藝溫度；二是循環(huán)過(guò)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(jì)算，一般加熱時(shí)間為半個(gè)小時(shí)到一個(gè)小時(shí)左右，這里以半個(gè)小時(shí)來(lái)計(jì)算。換熱器熱負(fù)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(duì)應(yīng)的溫度143，則平均傳熱溫差為87.6（按逆流計(jì)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(guò)程加熱假定循環(huán)回水溫度73，按循環(huán)時(shí)間10分鐘來(lái)計(jì)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(shí)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(jì)算d=sqrt(4*q/(*a*3600)*1000sqrt:開(kāi)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(jì)CIP清洗過(guò)程中，清洗液主要通過(guò)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(gè)合適的傾斜度，一般來(lái)說(shuō)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(jì)更多地關(guān)注減少清洗死角，可采用兩類(lèi)管路轉(zhuǎn)換方式，即轉(zhuǎn)接盤(pán)和閥陣。在管道功能上，兩者是完全等價(jià)的。目前，國(guó)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(gè)閥的開(kāi)啟由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，管路及閥門(mén)均可借助CIP程序進(jìn)行獨(dú)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(diǎn)：(1)由座閥組合成的防混閥陣，可以實(shí)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(guò)座閥外接一股CIP液對(duì)交叉管路進(jìn)行在線清洗；(3)在流道交叉處對(duì)不可混合的介質(zhì)進(jìn)行防混分隔，在閥門(mén)關(guān)閉位置，兩個(gè)管路之間為雙密封，液體從一個(gè)管道泄漏到另一個(gè)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(chǎng)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(shí)，泄漏物可通過(guò)閥門(mén)的泄漏腔排出到外面，而不會(huì)污染另一路通道；(6)用一個(gè)單獨(dú)的CIP連接，向隔離腔提供洗液，隔離腔的清洗與閥的位置無(wú)關(guān)。五：CIP控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)按控制方式

13、可分為手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)。下面主要介紹全自動(dòng)CIP的設(shè)計(jì)要點(diǎn)：設(shè)計(jì)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(lái)制定控制方案，編寫(xiě)控制程序。下圖為2021型帶PID的全自動(dòng)CIP工藝流程圖：帶PID的全自動(dòng)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(cè)部分、輸出控制部分和現(xiàn)場(chǎng)工藝設(shè)備。輸入檢測(cè)設(shè)備包括各類(lèi)智能儀表和狀態(tài)信號(hào)的檢測(cè)設(shè)備，輸出控制設(shè)備包括各類(lèi)調(diào)節(jié)控制機(jī)構(gòu)和接收各種狀態(tài)控制信號(hào)的控制設(shè)備?，F(xiàn)場(chǎng)工藝設(shè)備包括板式換熱器、離心泵、各種閥門(mén)等。1)PLC選用SIEMENS S7-300，.處理器選用CPU315-2DP。2)輸入檢測(cè)設(shè)備指的

14、是溫度、壓力、濃度、液位、流量等各類(lèi)變送器和轉(zhuǎn)換器。輸入的狀態(tài)信號(hào)為模擬量輸入信號(hào)和數(shù)字量輸入信號(hào)。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(hào)為模擬量輸出信號(hào)和數(shù)字量輸出信號(hào)。5.2 PLC模塊介紹SIEMENS S7-300系列的PLC具有功能強(qiáng)、可靠性高、擴(kuò)展靈活等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)它擁有緊湊的、無(wú)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(hào)模塊(SM)、功能模塊(FM)。SIEMENSS7-300系列的標(biāo)準(zhǔn)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(kāi)路保護(hù)可靠地隔離(2).處理單元CPU315-2DPCPU315-2DP：具有中、大規(guī)模程序存儲(chǔ)容量和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，同時(shí)具有PROFIBUS DP主從接口；對(duì)二進(jìn)制和浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)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(jìn)制指令的時(shí)間為0.3 rns，處理每個(gè)浮點(diǎn)運(yùn)算的時(shí)間為4 ,us。 RAM空間大小達(dá)到128KB用于存儲(chǔ)用戶實(shí)時(shí)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(chǔ)器最多可擴(kuò)展

16、到64MB。自帶多點(diǎn)接口(MPI)該系列的PLC集成的MPI接口最多可以同時(shí)建立16個(gè)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(jìn)行分布式自動(dòng)化組態(tài)口令保護(hù)口令能夠防止未經(jīng)授權(quán)進(jìn)入用戶程序，以保證程序不會(huì)隨便被篡改。診斷緩沖區(qū)能夠記錄運(yùn)行過(guò)程中最近100次出現(xiàn)的錯(cuò)誤和中斷事件，并被保存在一個(gè)緩沖區(qū)中，供以后診斷參考使用。免維護(hù)數(shù)據(jù)備份如果電源發(fā)生故障，CPU會(huì)自動(dòng)將保留的數(shù)據(jù)寫(xiě)入微型存儲(chǔ)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(cuò)顯示發(fā)光二極管能夠顯示硬件、程序設(shè)計(jì)或計(jì)時(shí)出錯(cuò)等，以及顯示運(yùn)行、停止等運(yùn)行狀態(tài)。信息功能用戶能夠

17、獲得相關(guān)存儲(chǔ)容量和CPU工作狀態(tài)，以及工作存儲(chǔ)器和裝載存儲(chǔ)器的當(dāng)前負(fù)荷。(3)模擬量輸入模塊SM331; AI 8x13bit本系統(tǒng)安裝有AI1 -AI4四個(gè)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(chǎng)過(guò)程傳迭過(guò)來(lái)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成使S7-315內(nèi)部能夠處理的數(shù)字信號(hào)，用于連接溫度、濃度、流量等變送器。該模塊還具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：4組8個(gè)輸入通道按組可設(shè)定被測(cè)量值的精度（取決于積分時(shí)間端的設(shè)定）一9位+符號(hào)一12位+符號(hào)一14位+符號(hào)測(cè)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(cè)量范圍可編程的診斷中斷兩個(gè)帶限幅監(jiān)視的通道

18、與CPU光電隔離被測(cè)值的精度與所選定的模擬量輸入模塊通道積分時(shí)間是成正比關(guān)系，亦即模擬輸入端的積分時(shí)間越長(zhǎng)，被測(cè)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(gè)模擬量輸出模塊。模擬量輸出模塊SM332將來(lái)自CPU-315的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成能被現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備處理的模擬信號(hào)，用于連接相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。該模塊具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：4組4個(gè)通道單個(gè)輸出通道輸出信號(hào)一電壓輸出一電流輸出被測(cè)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(gè)數(shù)字量輸入模塊。數(shù)字量輸入模塊把來(lái)自

19、現(xiàn)場(chǎng)儀器設(shè)備發(fā)送過(guò)來(lái)的信號(hào)轉(zhuǎn)換成S7-315內(nèi)部能夠處理的電平信號(hào)。適合于連接標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)關(guān)和雙線接近開(kāi)關(guān)。該模塊具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：有16個(gè)輸入點(diǎn)，每組有8個(gè)，并且?guī)Ч怆姼綦x額定輸入電壓為24V，直流適合于標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)關(guān)和雙線接近開(kāi)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(gè)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(hào)電平轉(zhuǎn)換成外部現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所要求的信號(hào)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(gè)特點(diǎn)：有32個(gè)輸出點(diǎn)，每組8個(gè)，并且?guī)в泄怆姼綦x輸出電流為0.5A負(fù)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(dòng)控制系統(tǒng)中，智能儀表在完成某一項(xiàng)自動(dòng)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(dòng)化程度高低一個(gè)指標(biāo)。全自動(dòng)CIP控制系統(tǒng)對(duì)智能儀表的依賴是很明顯的，其中包括對(duì)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(shí)時(shí)測(cè)量加熱后的水溫，并輸出信號(hào)控制蒸汽管道上的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，自動(dòng)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(guò)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(guò)氣動(dòng)隔膜泵來(lái)實(shí)現(xiàn)，由于