清洗理論及應用

1、清洗原理及應用,高萬東,清洗的定義和目的,所謂清洗就是通過物理和化學的方法去除被清洗表面上可見和不可見的雜質的過程，其目的是：物理清潔、化學清潔、微生物清潔、無菌清潔。,受熱表面,當牛乳加熱到60℃以上時，“乳石”開始形成。乳石就是磷酸鈣（和鎂）、蛋白質，脂肪等等的沉積物。經(jīng)過一較長時間的生產(chǎn)運行之后，在加熱段和熱回收第一部分的板式熱交器的板片上，你就很容易看到，沉淀物緊緊地附著在設備表面上，運行時間超過8 小時，你就可以看到沉淀物的顏

2、色從稍帶白色變成褐色。在受熱表面上，能看到的污物如圖21.1 所示。,乳石的表現(xiàn),冷表面,一層牛乳膜會粘附在管、泵、缸等等的壁面上（“冷”表面）。當系統(tǒng)排空時，要盡可能快地進行清洗，否則，這層牛乳膜將會干固而難于除去。,清洗要求,物理清潔度——除去表面上所有可見污物；化學清潔度——不僅除去全部可見污物，而且還除去了肉眼不可見的，但通過嘗味或嗅覺能探測出的殘留物；細菌清潔度——通過消毒獲得；無菌清潔度——殺滅所有的微生物。,清洗的作

3、用機理,水的溶解作用 熱的作用 機械作用 界面的活性作用 化學作用 酶的作用,清洗原理,100%的干凈的表面是可以得到的 99% clean is still 1% dirty!!99%干凈,1%不干凈 1% may cause you to fail!!1%卻會引起大麻煩,水的溶解作用,水是極性化合物，對于油脂性污垢幾乎沒有溶解作用，對于碳水化合物（如糖）、蛋白質、低級脂肪酸有一定的溶解作用，而對于電解質及有

4、機或無機鹽類的溶解作用較強。,Wetting Penetration滲透作用,熱的作用,加速污垢的物理與化學反應速度，提高清洗效果，縮短清洗時間。,機械作用,由于運動而產(chǎn)生的反作用，如攪拌、噴射清洗液而產(chǎn)生的壓力和摩擦力。,界面的活性作用,指清洗液與污垢，污垢與被清洗物體，被清洗物體與清洗液之間的交界面，界面的活性作用是指這些界面之間有選擇的物理或化學作用的總稱，包括濕潤、乳化、分散、溶解、起泡等具有這種界面活性作用的化學物質稱為表面活

5、性劑。,EmulsificationSurfactants乳化作用,化學作用,是指清洗劑成分的化學反應，例如NaOH與油脂的皂化反應（CH3COOC2H5+NaOH=CH3COONa+C2H5OH），與脂肪酸的中和反應，對蛋白質的分解反應，以及HNO3等酸性清洗劑對無機鹽性污垢的溶解反應以及過氧化物，氧化物類清潔劑對有機性污垢的氧化還原反應，有機螯合劑對金屬離子的螯合作用等。,Charge RepulsionAlkaline Bui

6、lders堿性清洗劑去除污垢的原理,,Soil,Soil,Soil,,Soil,Soil,Soil,,,,酶的作用,酶所具有的分解作用,BETTER RESULTS!更好的清潔效果 SURFACTANTS + BUILDERS表面活性劑+主洗劑,02468101213,[%] removed soil,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

7、,,,,,,,,,,,,,,,,80706050403020100,Cleaning time (mins),Builder(caustic)主洗劑(NaOH),Surfactant表面活性劑,Surfactant + causticSynergism表面活性劑與NaOH結合,Expected cleaning effectwhen adding the singlecleaning effects 單一成

8、分的作用,影響清洗的五個要素,清洗劑 清洗液的濃度 清洗時間 清洗溫度 清洗流量（清洗強度）,清洗劑,乳品車間常用的是NaOH和HNO3,清洗液的濃度,提高清洗液濃度后可適當縮短清洗時間或彌補清洗溫度的不足。但清洗液費用增加，而且濃度的提高并不是一定能有效地提高清洗效果，有時甚至會導致清洗時間的延長。有關作用機理，目前尚不清楚，下圖是清洗時間和清洗液濃度的關系。另外在清洗過程盡量保持清洗液濃度的均勻和穩(wěn)定。,,實際所需

9、時間 低 濃度 高,,,,,,清洗時間,此時間受諸多因素影響，如清洗液種類、清洗液濃度、清洗溫度、產(chǎn)品類型、生產(chǎn)管線布置及設備的設計等。,清洗溫度,清洗溫度應保持穩(wěn)定，測點應在回流管線上，清洗溫度的升高會縮短清洗時間，但能源消耗增加，但對乳品廠來說，清洗溫度一般不低于60℃，若用NaOH，溫度為80—90℃，若用HNO3，溫度為60—80℃，但清洗UHT設備時溫度將有明顯提高。,清洗流量（清洗強度

10、）,一般的清洗原則中，清洗液流速至少符合管路內1.5m/s，垂直罐中200—250L/(m2·h)臥式罐中250—300L/ m2·h)的要求，另外管路的設計也影響到清洗效果，盡量減少管路末端的設計，內壁保證鏡面。,清洗程序,乳品廠中的清洗循環(huán)包括以下幾個步驟：通過刮落、排出、用水置換或者用壓縮空氣排除等方法來回收殘留的產(chǎn)品；用水預沖掉松散的污物；用洗滌劑清洗；用清水漂洗用加熱法或用化學藥劑進行消毒（任選的

11、）；在后一種情況下，應再加一次最后清洗，假設水的質量是好的。,,殘留產(chǎn)品的回收,生產(chǎn)結束時，應從生產(chǎn)線中回收所有殘留產(chǎn)品，它的重要性有三方面：減少產(chǎn)品損失有利于清洗減輕廢水處理系統(tǒng)的負擔，即可以顯著地節(jié)約廢水處理費用。 清洗之前，要先用水將生產(chǎn)線中的殘乳沖出，如果有條件，也可將管線中的乳吹入或用水沖入收集罐中。,用水預洗,生產(chǎn)結束后，要立即進行預沖洗。否則牛乳殘留物會變干粘附在設備表面上，更難清洗。如用溫水進行預沖洗，乳脂肪殘

12、留物很容易被沖走，但其溫度不能超過55℃，以免蛋白變性。有效的預沖洗可以除去至少90% 的非結焦殘留物，一般為總殘留的99%。,用清洗劑清洗,受熱面上的污物通常用堿和酸性清洗劑進行清洗，按照這個順序或反過來都行，但都要用中間介質水進行漂洗。冷表面通常用堿來清洗，只是偶爾用酸液清洗。為了能使堿性洗滌劑溶液－－比較典型的是苛性鈉（NaOH）－－與污物膜充分地接觸，有必要在溶液中加入一些能降低液體表面張力的“潤濕劑”（表面活性劑），通常使

13、用的有陽離子表面活性劑（烷基、芳基、磺酸鹽）和陰離子表面活性劑。洗滌劑也必須能夠“分散”污物并且能使懸浮的顆粒分散，防止再絮集。多聚磷酸鹽是有效的乳化劑和分散劑，它也可以使水軟化，最常使用的是三磷酸鈉和絡合的磷酸鹽混合物。,洗滌劑的濃度,清洗開始之前，溶液中洗滌劑的量必須調整到正確的濃度，在清洗過程中，清洗液被漂洗水和牛乳殘留物所稀釋。同時也發(fā)生了一系列的中和作用。所以在清洗的過程中，有必要檢測一下清洗液的濃度。作不到這一點將會嚴重影

14、響清洗效果。檢查可以人工或自動進行。洗滌劑的用量必須始終遵照供應廠商的使用說明。增加其濃度并不一定會提高清洗效果，有時還會因起泡等現(xiàn)象而起到相反的效果。使用過多的洗滌劑只會使清洗產(chǎn)生不必要的浪費。,,Defoamers消泡能力,,,,,,,,,70°F 90°F 110°F 130° 150 °F,Low,FoamLevel,Cloud Point,,High,洗滌劑的溫度,一般

15、而言，洗滌劑的清洗效力隨著溫度的上升而增加，而混合洗滌劑通常有一個最佳的使用溫度。根據(jù)經(jīng)驗，采用堿性洗滌劑清洗的溫度與產(chǎn)品在加工過程中的溫度一樣，至少70℃，用酸性洗滌劑清洗要求溫度為68-70℃。,清洗的程序,第一步：溫水（40—50℃）沖洗3—15分鐘 第二步：用NaOH堿性清洗液清洗 第三步：清水（40—50℃）沖洗至中性 第四步：（可選擇）酸性清洗液清洗（HNO3） 第五步：清水沖至中性第六步：消毒或殺菌,第一步：

16、溫水（40—50℃）沖洗3—15分鐘,1.對于冷料管路和設備需3—5分鐘； 2.對于熱料管路和設備需5—8分鐘； 3.對于UHT設備需10—15分鐘；,第二步：用NaOH堿性清洗液清洗,時間：10—20分鐘；濃度：0.8%—2.5%；溫度：75℃—85℃,,1、       對于冷料管路及其設備時間：10—15分鐘；濃度：0.8%—1.2%；溫度：75℃—8

17、0℃；,,2、對于熱料管路及其設備包括巴氏殺菌機時間：15—20分鐘；濃度：1.2%—1.7%；溫度：80℃—85℃；,,3、、對于板式超高溫（UHT）和亞超高溫設備時間：15—20分鐘；濃度：1.7%—2.5%；溫度：用生產(chǎn)溫度（如137℃或125℃）；,,4.、 對于管式超高溫和亞超高溫度設備時間：45—55分鐘；濃度：2%—2.5%； 溫度：用生產(chǎn)溫度；,第三步：清水（40—50℃）沖洗至中性,,第四步

18、：（可選擇）酸性清洗液清洗（HNO3）,時間：15—20分鐘；濃度：0.8%—1.5%；溫度：65℃—80℃；,,1、對于冷料管路及設備時間：10—15分鐘；濃度：0.8%—1.0%；溫度：65℃—70℃；,,2、對于熱料管路及設備包括巴氏殺菌機時間：15—20分鐘；濃度：1.0%—1.5%；溫度：65℃—75℃；,,3、對UHT設備時間：15—20分鐘；濃度：1.0%—1.5%；溫度：75℃—80℃；,第五步：清

19、水沖至中性,,第六步：消毒或殺菌,,清洗用水的質量,硬度 3~40dHPH >8.3氯化物 <50ppm硫化物 <100ppm鐵離子 <0.1ppm鎂離子 <0.1ppm,,清洗用水的微生物指標主要包括大腸菌群和細菌總數(shù)，要定期檢查，一般情況下細菌總數(shù)要低于5

20、00cfu/ml，而大腸菌群要低于1cfu/100ml，檢驗方法可用涂抹法和取水方法，涂抹的理想結果為：細菌總數(shù)<1cfu/100cm2，大腸菌群<1cfu/100 cm2，酵母菌和霉菌均<1cfu/100 cm2。取水法理想結果為：細菌總數(shù)<3cfu/ml，大腸菌群<1cfu/100ml，酵母霉菌均<1cfu/ml。,Rough Surfaces trap Soil表面活性劑去除污垢的大致描述,,,

21、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,10 µm,ground,cross ground,ground and electronically polished,,,,2000 µm,,,,,Microorganisms:,Bacteria細菌,Bacilli桿菌,Yeasts酵母菌,mold spores孢子,Formulated Detergents 合成清潔劑One Conce

22、ntration for Many Soils可以去除許多污垢,NaOH-concentration [%],[%]Clean,,,,,,,1000,NaOHsoil A,NaOHsoil B,NaOHsoil C,Alkaline cleaner堿性清潔劑soil A, B, C污垢A,B,C,,,,,Surfactants improve cleaning results!!表面活性劑提高清洗效果,surfac

23、tant Asurfactant B,surfactant Csurfactant D,Surfactants reduce water tension表面活性劑減少水的表面張力Allows cleaning solution to penetrate small areas可以使清洗液滲入細小區(qū)域,Detergent清潔劑,,不易清洗之管路設計,死端,不平滑彎管,管路擴張,死端,死端(Dead area),,排水設計,自排水設

24、計,,,機械清洗作用,在手工清洗中，使用硬毛刷來生產(chǎn)所要求的機械刷洗效果，圖21.2 所示。在機械清洗管道系統(tǒng)，罐和其它加工設備中，靠洗滌劑的流速來提供機械作用。洗滌劑供液泵的能力比產(chǎn)品泵的能力高， 從而使液流在管道內產(chǎn)生1.5~3.0m/s 的流速，在這個速度下，液流呈湍流，在設備的表面產(chǎn)生良好的洗刷效果。,,關于手工清洗,選擇合適的清洗劑選擇合適的工具制定專門的手工清洗程序完整的紀錄事實檢查,就地清洗系統(tǒng),就地清洗就是在無需

25、進行設備拆卸的情況下，沖洗水和洗滌劑溶液循環(huán)通過罐，管路和加工線。CIP可以被定義為清洗液通過機器和其它設備形成一個清洗循環(huán)回路，高速液流流過設備表面產(chǎn)生一種能除去沉淀污物的機械沖擊力。 此方法僅適用于管道、熱交換器、泵、閥、分離機等。而清洗大罐時，是在罐的頂部裝置一個清洗噴射裝置，洗滌劑溶液由上沿罐壁靠其重力流下。雖然機械刷洗效果可以通過特殊設計的噴咀。如圖21.3所示取得一定程度的提高，但得需大量的洗滌液進行循環(huán)才可達到良好

26、的效果。,,集中式就地清洗,圖.21.6普通的中央就地清洗站的設計,分散式就地清洗,清洗效果的檢驗,肉眼檢查和細菌監(jiān)測。由于自動化的發(fā)展，現(xiàn)代的加工線中肉眼檢查是很難達到目的的，必須由集中在加工線上的若干關鍵點，以嚴格的細菌監(jiān)測來代替。就地清洗的結果一般用培養(yǎng)大腸桿菌來檢查，其標準為每100 平方厘米少于1 個大腸桿菌。如果細菌數(shù)多于這個標準，清洗結果就不合格。這些試驗可以在就地清洗程序完成后，在設備的工作面上進行。對罐和管道系統(tǒng)中可應

27、用此種試驗，特別是當產(chǎn)品中檢查出過多的細菌數(shù)目時進行。通常是從第一批沖洗水或從清洗后第一批通過該線的產(chǎn)品中取樣。,設備構造材料,無毒性不繡鋼材料AISI-304通用材質，適用於不與含鹽類食品接觸之設備含氯溶液易造成腐蝕而產(chǎn)生針孔AISI-316適用於含氯成分食品且操作溫度低於60℃適用於閥組、泵體、軸承等AISI-316L較易焊接施工適用於桶槽和導管AISI-410,食品接觸表面之衛(wèi)生設計原則,須為無毒性材料，不吸

28、附食品且不與食品化學反應能抵抗清洗劑和殺菌劑之侵蝕塑膠或橡膠類墊片不可突出於食品中必須控制塑膠或橡膠類墊片之被壓縮程度表面必須能排水(slope≧3o)表面粗糙度Ra≦0.8mm,設備製造之考量因素,支撐點或架管路和設備支撐架應設計使水或灰塵不易蓄留於表面或內部,設備支撐設計,設備製造之考量因素,表面拋光度與食品接觸表面光滑度應有適當Ra值，並且無針孔、摺痕和裂縫等缺陷大面積與食品接觸表面拋光應至少為0.8mm Ra粗

29、糙度＞0.8mm可接受冷軋鋼材通常表面粗糙度達0.2-0.5mm，若其表面無缺陷並不需再拋光非食品接觸表面必須平滑以確保容易清洗,設備製造之考量因素,焊接金屬與金屬間永久接合必須連續(xù)焊接且無缺陷焊接時必須有惰性氣體保護兩面焊接表面，使不產(chǎn)生粗糙縫適當?shù)暮附觿t不需後處理，如磨平、拋光平直管路焊接最好能使用自動連續(xù)旋焊機非食品接觸表面焊接也必須確保連續(xù)焊接觸平整，以利清洗,氬焊,Gas tungsten arc welding