Kontrola CIP

Aplikacje Cleaning In Place (CIP) są powszechne w wielu zakładach produkcyjnych w przemyśle napojów i żywności. W niektórych zastosowaniach są one uzupełnione o sterylizację parową (Sterilisation In Place – SIP). Technologia procesu CIP umożliwia szybkie i efektywne czyszczenie linii produkcyjnych bez demontażu elementów. W rezultacie technika ta oferuje znacznie mniejszy nakład pracy, zmniejsza przestoje w produkcji i chroni pracowników przed bezpośrednim kontaktem z agresywnymi chemikaliami czyszczącymi.

Warunki wstępne dla skutecznego i powtarzalnego czyszczenia CIP

Podczas czyszczenia CIP wszystkie elementy instalacji produkcyjnych, tj. zbiorniki, rury i linie technologiczne, wraz ze wszystkimi wbudowanymi komponentami, takimi jak zawory, pompy czy czujniki, są uwalniane od pozostałości produktów, resztek chemikaliów czyszczących, mikrobów, bakterii lub innych substancji przez wielostopniowy system czyszczenia z różnymi płynami płuczącymi i czyszczącymi. Nowy proces produkcyjny można rozpocząć natychmiast po zakończeniu procesu CIP.

Jakość czyszczenia CIP może być monitorowana poprzez analizę inline lub pobieranie próbek po każdym etapie pośrednim i na końcu całego procesu.

Na nakłady, a tym samym koszty procesu CIP wpływają różne czynniki, takie jak:

• Straty produktu spowodowane niedokładnymi zmianami faz
• Zużycie wody z powodu zbyt długich procesów płukania
• Czas spowodowany utratą produkcji podczas czyszczenia
• Zużycie chemikaliów z powodu niewystarczającego odzysku i wielokrotnego użycia
• Koszty ścieków z powodu możliwych do uniknięcia ilości produktów lub substancji chemicznych w ściekach

Czujniki higieniczne mogą przyczynić się do zwiększenia stopnia automatyzacji i tym samym

• Zapewnienie powtarzalnej jakości wyników czyszczenia
• zapewnić bezpieczeństwo produktów (czystość produktów końcowych)
• optymalizacja czasu trwania poszczególnych etapów czyszczenia
• Ograniczenie utraty zasobów poprzez punktowe zmiany faz
• Monitorowanie wielokrotnego użycia środków czyszczących i wody
• monitorować i kontrolować prawidłowe stężenie środków czyszczących

Maksymalną wydajność czyszczenia CIP uzyskuje się zazwyczaj poprzez zastosowanie następujących typów czujników:

• Miernik przewodności, np. ILM-4
• Turbidymetr, np. ITM-51
• Przepływomierz, np. FMQ
• Monitor przepływu, np. FTS
• Czujniki ciśnienia, np. P41
• Czujniki temperatury, np. TSM
• Czujniki poziomu, np. L3 (hydrostatyczny) lub NSL-F (potencjometryczny)

Proces CIP

• Proces czyszczenia CIP odbywa się w kilku skoordynowanych krokach. Ogólnie rzecz biorąc są to
• Wypychanie produktu (wody lub świń)
• Płukanie wstępne (woda)
• Czyszczenie (ług)
• Płukanie pośrednie (woda)
• Czyszczenie (kwas)
• Płukanie (słodka woda)
• Sterylizacja parowa (tylko w przypadku czyszczenia CIP/SIP)

Najpierw wypycha się produkt pozostający w instalacji wodą lub świnkami, a w trakcie płukania wstępnego usuwa się zrosty. W kolejnych etapach organiczne pierwiastki śladowe są eliminowane za pomocą ługu, a osady mineralne są usuwane za pomocą kwasu. Jako etap pośredni i końcowy, system jest przepłukiwany słodką wodą.

Czas trwania, intensywność i temperatura poszczególnych etapów czyszczenia zależą od wielu czynników, takich jak właściwości chemiczne i lepkość produktów, czy w systemie prowadzony jest tylko jeden czy kilka zmieniających się produktów, właściwości techniczne systemu (np. wielkość zbiornika, średnica rury, długość rury itp.) oraz specjalne wpływające na proces elementy systemu (np. grzałka, filtr, dysze natryskowe itp.).

Sterowanie procesem często odbywa się poprzez predefiniowane, obliczone wcześniej parametry procesu. Ciśnienie, a tym samym natężenie przepływu, temperatura i czas trwania każdego etapu procesu oraz odpowiednie sterowanie zaworami i pompami są programowane w sterowniku PLC, a następnie uruchamiane automatycznie. Taka pasywna kontrola procesu CIP musi uwzględniać powyższe czynniki indywidualnie. Aby uniknąć błędnych wyników, a także aby pewnie osiągnąć wymaganą jakość czyszczenia, pomiędzy poszczególnymi etapami należy zapewnić bufory czasowe i marginesy bezpieczeństwa. Wydłuża to całkowity czas trwania procesu i prowadzi do strat zasobów z powodu zbyt wczesnych lub zbyt późnych przemian fazowych, tzn. zbyt duża ilość produktu lub chemikaliów może trafić do ścieków.

Czujniki analityczne w procesie CIP

Czujniki analityczne, takie jak mierniki mętności lub przewodności jako “oko w rurze” mierzą jakość cieczy inline i w sposób ciągły, a tym samym umożliwiają aktywną, sekundową kontrolę, zgodnie z rzeczywistą, aktualną sytuacją w czasie rzeczywistym.

Pozwala to na precyzyjną kontrolę w każdym momencie

• który produkt jest w rurze
• jakie stężenie ma produkt (czysty produkt / faza mieszana / zanieczyszczenia)
• stopień zanieczyszczenia cieczy

Umożliwia to

• kontrola czystości produktu końcowego, ponieważ wszelkie odchylenia od wartości zadanej są natychmiast zgłaszane do sterownika PLC. Dzięki temu do produktu nie dostają się np. ślady środka czyszczącego lub wody.
• precyzyjną zmianę fazy, ponieważ czas reakcji czujnika jest rzędu sekund, a zawory mogą być sterowane w czasie rzeczywistym.
• precyzyjne kierowanie wszystkich zasobów, takich jak produkt, detergent i woda, z jak najmniejszymi stratami.
• wielokrotne wykorzystanie wody do płukania i chemikaliów czyszczących, ponieważ mogą one być tymczasowo przechowywane w specjalnych zbiornikach do płukania wstępnego lub czyszczenia wstępnego, jeśli stopień zanieczyszczenia / zmętnienia jest niski. Również tutaj możliwe są znaczne oszczędności mediów, kosztów i zanieczyszczenia ścieków.
• minimalizacja czasu trwania procesu czyszczenia, ponieważ po osiągnięciu wartości zadanej można zawsze z sekundową dokładnością rozpocząć kolejny etap procesu.

Kontrola procesu CIP

Każdy etap procesu CIP-SIP musi być precyzyjnie kontrolowany, aby czyszczenie było również powtarzalne i możliwe do udokumentowania. W tym celu warunki procesu muszą być precyzyjnie monitorowane w sposób ciągły. Odpowiednie czujniki higieniczne do monitorowania temperatury, ciśnienia, przepływu są dostępne w firmie Anderson-Negele w szerokim zakresie do instalacji indywidualnych oraz do analogowych i cyfrowych systemów komunikacyjnych, takich jak IO-Link.

Monitorowanie stężenia detergentu

Aby uzyskać optymalny i powtarzalny rezultat czyszczenia, każdy kwas i każda zasada muszą zostać wyostrzone do określonej wartości poprzez kolejne dozowanie z koncentratem i świeżą wodą. W zależności od zastosowania wynosi to ok. 0,5 do 1,5 % dla zasad i 0,5 do 1,0 % np. dla roztworu kwasu azotowego i może być dokładnie monitorowane poprzez pomiar przewodności. W tym przypadku najważniejszą rolę odgrywa wysoka dokładność pomiaru i rozdzielczość z jednoczesną kompensacją temperatury, ponieważ określona wartość stężenia musi być zachowana niezwykle precyzyjnie, aby wynik czyszczenia był możliwy do sprawdzenia. Jest to zapewnione dzięki wysoce precyzyjnemu pomiarowi przewodności za pomocą ILM-4 w oddzielnej linii technologicznej.