清洗理論及應(yīng)用

1、清洗原理及應(yīng)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(xué)的方法去除被清洗表面上可見和不可見的雜質(zhì)的過程，其目的是：物理清潔、化學(xué)清潔、微生物清潔、無菌清潔。,受熱表面,當(dāng)牛乳加熱到60℃以上時(shí)，“乳石”開始形成。乳石就是磷酸鈣（和鎂）、蛋白質(zhì)，脂肪等等的沉積物。經(jīng)過一較長時(shí)間的生產(chǎn)運(yùn)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(shè)備表面上，運(yùn)行時(shí)間超過8 小時(shí)，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(dāng)系統(tǒng)排空時(shí)，要盡可能快地進(jìn)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(xué)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(xì)菌清潔度——通過消毒獲得；無菌清潔度——?dú)缢械奈⑸铩?清洗的作

3、用機(jī)理,水的溶解作用 熱的作用 機(jī)械作用 界面的活性作用 化學(xué)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(zhì)、低級脂肪酸有一定的溶解作用，而對于電解質(zhì)及有

4、機(jī)或無機(jī)鹽類的溶解作用較強(qiáng)。,Wetting Penetration滲透作用,熱的作用,加速污垢的物理與化學(xué)反應(yīng)速度，提高清洗效果，縮短清洗時(shí)間。,機(jī)械作用,由于運(yùn)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(xué)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(xué)物質(zhì)稱為表面活

5、性劑。,EmulsificationSurfactants乳化作用,化學(xué)作用,是指清洗劑成分的化學(xué)反應(yīng)，例如NaOH與油脂的皂化反應(yīng)（CH3COOC2H5+NaOH=CH3COONa+C2H5OH），與脂肪酸的中和反應(yīng)，對蛋白質(zhì)的分解反應(yīng)，以及HNO3等酸性清洗劑對無機(jī)鹽性污垢的溶解反應(yīng)以及過氧化物，氧化物類清潔劑對有機(jī)性污垢的氧化還原反應(yīng)，有機(jī)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(jié)合,Expected cleaning effectwhen adding the singlecleaning effects 單一成

8、分的作用,影響清洗的五個(gè)要素,清洗劑 清洗液的濃度 清洗時(shí)間 清洗溫度 清洗流量（清洗強(qiáng)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(dāng)縮短清洗時(shí)間或彌補(bǔ)清洗溫度的不足。但清洗液費(fèi)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(shí)甚至?xí)?dǎo)致清洗時(shí)間的延長。有關(guān)作用機(jī)理，目前尚不清楚，下圖是清洗時(shí)間和清洗液濃度的關(guān)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(shí)際所需

9、時(shí)間 低 濃度 高,,,,,,清洗時(shí)間,此時(shí)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(shè)備的設(shè)計(jì)等。,清洗溫度,清洗溫度應(yīng)保持穩(wěn)定，測點(diǎn)應(yīng)在回流管線上，清洗溫度的升高會縮短清洗時(shí)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(shè)備時(shí)溫度將有明顯提高。,清洗流量（清洗強(qiáng)度

10、）,一般的清洗原則中，清洗液流速至少符合管路內(nèi)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(shè)計(jì)也影響到清洗效果，盡量減少管路末端的設(shè)計(jì)，內(nèi)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(gè)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(yù)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(xué)藥劑進(jìn)行消毒（任選的

11、）；在后一種情況下，應(yīng)再加一次最后清洗，假設(shè)水的質(zhì)量是好的。,,殘留產(chǎn)品的回收,生產(chǎn)結(jié)束時(shí)，應(yīng)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(fù)擔(dān)，即可以顯著地節(jié)約廢水處理費(fèi)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(yù)洗,生產(chǎn)結(jié)束后，要立即進(jìn)行預(yù)沖洗。否則牛乳殘留物會變干粘附在設(shè)備表面上，更難清洗。如用溫水進(jìn)行預(yù)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(yù)沖洗可以除去至少90% 的非結(jié)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(jìn)行清洗，按照這個(gè)順序或反過來都行，但都要用中間介質(zhì)水進(jìn)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(luò)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(diào)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(shí)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(diǎn)將會嚴(yán)重影

14、響清洗效果。檢查可以人工或自動進(jìn)行。洗滌劑的用量必須始終遵照供應(yīng)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(shí)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(fèi)。,,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(gè)最佳的使用溫度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，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(shè)備需3—5分鐘； 2.對于熱料管路和設(shè)備需5—8分鐘； 3.對于UHT設(shè)備需10—15分鐘；,第二步：用NaOH堿性清洗液清洗,時(shí)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(shè)備時(shí)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(shè)備包括巴氏殺菌機(jī)時(shí)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(shè)備時(shí)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(shè)備時(shí)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(shí)間：15—20分鐘；濃度：0.8%—1.5%；溫度：65℃—80℃；,,1、對于冷料管路及設(shè)備時(shí)間：10—15分鐘；濃度：0.8%—1.0%；溫度：65℃—70℃；,,2、對于熱料管路及設(shè)備包括巴氏殺菌機(jī)時(shí)間：15—20分鐘；濃度：1.0%—1.5%；溫度：65℃—75℃；,,3、對UHT設(shè)備時(shí)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(zhì)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(biāo)主要包括大腸菌群和細(xì)菌總數(shù)，要定期檢查，一般情況下細(xì)菌總數(shù)要低于5

20、00cfu/ml，而大腸菌群要低于1cfu/100ml，檢驗(yàn)方法可用涂抹法和取水方法，涂抹的理想結(jié)果為：細(xì)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(jié)果為：細(xì)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(xì)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(xì)小區(qū)域,Detergent清潔劑,,不易清洗之管路設(shè)計(jì),死端,不平滑彎管,管路擴(kuò)張,死端,死端(Dead area),,排水設(shè)計(jì),自排水設(shè)

24、計(jì),,,機(jī)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(jī)械刷洗效果，圖21.2 所示。在機(jī)械清洗管道系統(tǒng)，罐和其它加工設(shè)備中，靠洗滌劑的流速來提供機(jī)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(nèi)產(chǎn)生1.5~3.0m/s 的流速，在這個(gè)速度下，液流呈湍流，在設(shè)備的表面產(chǎn)生良好的洗刷效果。,,關(guān)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(jì)錄事實(shí)檢查,就地清洗系統(tǒng),就地清洗就是在無需

25、進(jìn)行設(shè)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(jī)器和其它設(shè)備形成一個(gè)清洗循環(huán)回路，高速液流流過設(shè)備表面產(chǎn)生一種能除去沉淀污物的機(jī)械沖擊力。 此方法僅適用于管道、熱交換器、泵、閥、分離機(jī)等。而清洗大罐時(shí)，是在罐的頂部裝置一個(gè)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(jī)械刷洗效果可以通過特殊設(shè)計(jì)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(jìn)行循環(huán)才可達(dá)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(shè)計(jì),分散式就地清洗,清洗效果的檢驗(yàn),肉眼檢查和細(xì)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(dá)到目的的，必須由集中在加工線上的若干關(guān)鍵點(diǎn)，以嚴(yán)格的細(xì)菌監(jiān)測來代替。就地清洗的結(jié)果一般用培養(yǎng)大腸桿菌來檢查，其標(biāo)準(zhǔn)為每100 平方厘米少于1 個(gè)大腸桿菌。如果細(xì)菌數(shù)多于這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，清洗結(jié)果就不合格。這些試驗(yàn)可以在就地清洗程序完成后，在設(shè)備的工作面上進(jìn)行。對罐和管道系統(tǒng)中可應(yīng)

27、用此種試驗(yàn)，特別是當(dāng)產(chǎn)品中檢查出過多的細(xì)菌數(shù)目時(shí)進(jìn)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(shè)備構(gòu)造材料,無毒性不繡鋼材料AISI-304通用材質(zhì)，適用於不與含鹽類食品接觸之設(shè)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(dǎo)管AISI-410,食品接觸表面之衛(wèi)生設(shè)計(jì)原則,須為無毒性材料，不吸

28、附食品且不與食品化學(xué)反應(yīng)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(shè)備製造之考量因素,支撐點(diǎn)或架管路和設(shè)備支撐架應(yīng)設(shè)計(jì)使水或灰塵不易蓄留於表面或內(nèi)部,設(shè)備支撐設(shè)計(jì),設(shè)備製造之考量因素,表面拋光度與食品接觸表面光滑度應(yīng)有適當(dāng)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(yīng)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(dá)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(shè)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(shí)必須有惰性氣體保護(hù)兩面焊接表面，使不產(chǎn)生粗糙縫適當(dāng)?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(jī)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