啤酒生產CIP 系統的工藝設計分析

張 聰

（北京布赫烏尼貝丁設備有限公司淄博分公司，山東淄博 255300）

0 引言

近年來，啤酒生產規模日益擴大，各種容器及工藝管線也隨之增多和加長，為確保啤酒生產的衛生和質量，定位清洗工藝至關重要。將清洗和消毒程序落實到啤酒生產的糖化、發酵、濾酒、清酒等流程，且需確保配置的科學性和合理性。CIP（Cleaning In Place，原位清洗系統）系統，可在啤酒生產的過程中，采取恰當的清洗劑和消毒劑，對各個生產設備及容器內表面進行清洗和消毒，且不需對其進行拆卸和重新安裝。為了加強對CIP 系統的進一步認識，對其相關內容進行講解和分析，以供借鑒和參考。

1 CIP 自動清洗系統結構

酵母抽提物生產中的CIP 系統主要包含以下組成：清洗貯罐，清洗管路，清洗液過濾裝置，送液回液泵，清洗噴頭及各種控制閥等。

（1）清洗劑站。清洗劑站主要用來配制和貯存洗滌殺菌液，組成部分為酸貯罐、堿貯罐、清水貯罐及熱水貯罐。其中，酸貯罐、堿貯罐及熱水貯罐中均具有蒸氣加熱裝置和溫度傳感器，酸貯罐和堿貯罐還具有清洗液補給裝置。在CIP 清洗站工作時，需依據既定程序采取送液泵將清洗液泵入待清洗管道及設備中，再用回液泵將清洗后的洗液送入清洗液貯罐。清洗液在清洗的過程中逐漸被稀釋，為調節清洗液的濃度，可利用清洗液補給裝置將一些濃度較高的介質加入其中。

（2）清洗管路和送液、回液泵。在CIP 系統中，清洗液在送液管道、回液管道、送液泵及回液泵的作用下實現循環。送液管道、回液管道及送液泵等，也將CIP 清洗站和待清洗設備連接在一起，并在其作用下形成清洗回路。

（3）清洗液過濾裝置。設備經清洗液清洗后，由于清洗液中存在多種殘留物，如啤酒酵母、酒花及抽提物等，因此為排污除雜，需對清洗液進行過濾，過濾裝置的安裝位置為清洗液貯罐一側的回液管路上。

（4）清洗噴頭和控制閥門。清洗噴頭的類型較多，如T 形、環形、漏斗形、球面形及自轉式類等，在CIP 系統中，其為執行機構。清洗噴頭的安裝位置為待清洗容器中，在清洗時，由噴頭噴孔噴出的清洗液依據工藝流程對各個容器進行消毒和清洗。噴孔呈螺旋形排列在噴管上，為使噴孔噴出的液體進入到容器各個角落，從而保障清洗效果，需確保噴液的沖擊力較大。酸、堿貯罐、熱水貯罐的進出口閥門需采取二位三通類型，蒸氣加熱閥及貯液罐的進水閥類型為氣動O 形切斷閥。

2 CIP 設備的工藝設計

在設計CIP 系統時，首先需確保清洗過程中的清洗液具有Re＞2000 的流動狀態，從而達到高度湍流效果，相比于工藝物料流速，清洗液在薄板與管道口的流速應較大，為其1.5～2.0 倍。清洗液的泵出口流速＞2.5 m/s。在清洗容器大罐時，為確保清洗效果，且實現節能減排、無污染的目的，需將洗罐球等噴射裝置的半徑、流量、噴射壓力和角度等因素考慮在內。

（1）A 路：出液，清洗各容器。出液位置為CIP 罐底，在線定量添加消毒劑，采用換熱器、接管板及各個容器頂部的洗罐器，對其進行噴射清洗，之后在容器底部的回液泵作用下，將其回入CIP 罐中。設計管徑DN65 或者DN80，設計依據為對最大和最遠端容器均可進行清洗。發酵大罐洗罐器的噴射壓力一般為0.2～0.25 MPa，采取管式或者板式換熱器加熱CIP 液，將其加熱到80～85 ℃。若為常溫冷清洗工藝，可采取酸、堿液對其進行冷清洗。采用容器底部的離心泵，將回液泵至回液管板處，然后在電導儀、管道過濾器及氣動閥的作用下，使其進入CIP 罐上口，可由電導儀的檢測數值，判斷堿液濃度是否符合工藝數據要求。

（2）B 路：出液，對各管道進行清洗。打開CIP 罐的底部的氣動閥，進行出液，在變頻泵的作用下，在線定量添加消毒劑，對板換熱器進行加熱，對管板和管道過濾器進行回液，并在電導儀的作用下，將其回至CIP 罐上口，設計管徑與物料管徑相同，為DN80，清洗液的流速需大于工藝流速，流動狀態Re＞2000。回液在接管板、電導率儀、管道過濾器和氣動閥的作用下，進入CIP 罐的上口。

（3）C 路：添加濃酸、濃堿。出液位置為罐底，在隔膜泵、氣動蝶閥及球式視鏡的作用下，將堿液或酸液定量泵入CIP 罐中，為避免殘留結晶阻塞管道，需采用熱水或自來水沖洗管道。以防應急維修，需將手動蝶閥安裝至罐底出液管的氣動閥門前。設計管徑DN20 或DN25，在低壓力下保持均勻輸送。

（4）D 路：在線添加消毒劑。在隔膜泵過濾器、單向閥、氣動閥的作用下，在管線中定量添加不同的消毒劑，加入位置為泵出口管路處，可隨時調節流量。配模式壓力表和管道視鏡的設計管徑DN15 或DN10，逆向均勻噴入管中。

3 清洗工藝

（1）清洗發酵罐、清酒罐等容器。采取回收水罐中的洗液，將其泵出，并清洗15～20 min；排凈后，再使用濃度為1%～1.5%的清洗劑對其進行清洗，清洗時間為30～40 min，清洗劑來源為CIP 酸罐；再利用CIP 無菌水罐中的CIO2和H2O2等無菌水對其進行循環沖洗，將其排凈后作為備用。容器罐的清洗可使用濃度為2%～2.5%、溫度為85 ℃的熱堿液，間隔時間為30 d 對其進行清洗，且要注意在清洗時需確保將罐中的CO2已排凈。若夾套為氨冷，在清洗時不可使用熱堿液，只能采用常溫堿液，且完全關閉氨冷卻夾套的進氨閥門，保持回氣閥呈全開狀態，安全閥可發揮作用。在CIP 清洗時，若使用氨冷式換熱器，也應注意此類問題。但氨冷式板換熱器在清洗時，不可使用熱堿液。

（2）清洗發酵、濾酒、清酒等管路。采取回收水對其循環清洗10 min，然后使用NaOH 和0.3Na3PO4對其進行循環沖洗，NaOH 濃度為2%～2.5%，時間為20 min；之后使用清水進行循環沖洗，清洗時間為10 min；再用酸性洗滌液循環沖洗10 min，其濃度為1%～1.5%；然后再用熱水對其進行沖洗，水溫為85 ℃，pH 值為6.5～7.0，將其作為備用；最后使用由CIO2配制的無菌水，對其循環清洗10 min。

4 工藝設計要素

（1）確保回液泵流量較大。在設計時，相比于供液泵流量，需確保回液泵流量較大，比值為1.1～1.2 倍，在清洗時，保持洗液罐底具有較少的回液留存量。泵揚程可進行變頻調節，噴洗液經CIP 罐泵至終端洗器的壓力需保持0.2～0.25 MPa，為確保具有較佳的機械剪切力，需合理設置噴射角度和噴射方位。

（2）在設計CIP 管路內徑時，需確保流速Re＞2000。相比于工藝物料流速，CIP 液流速應為其1.5～2.0 倍，選擇逆向清洗方式，并根據此參數設計泵的流量和揚程。

（3）清洗板式換熱器。可采取濃度為2%～2.5%、溫度＞85 ℃的熱堿液，逆向清洗板換熱器的麥汁側，流速為1.5 倍的麥汁流速。冰水側需采用酸性洗滌劑在常溫下對其進行浸泡，濃度為1.5%～2.0%，6 h 后再對其進行逆向接管循環清洗，時間間隔為一月一次。一般情況下，為防止板片密封膠圈老化，配置的溶液不可使用無機強酸，且濃度不可過高。

（4）CIP 管路及閥的材料。應選用高于304 的不銹鋼材料，若采用的不銹鋼材料不正確，容器將會出現裂紋、變質等現象。管閥選材不正確，將會導致其外表生銹，且焊縫處易出現漏裂。若添加固態堿，應采取內置式井藍設計，熱水噴淋溶堿，或者選取外置容器攪拌溶堿的方式，將其經計量泵泵入CIP 罐。

（5）分別清洗容器和管路。在設計CIP 時，需將清洗容器和管路的功能，在CIP 罐出液口分成兩路，并為其配置氣動閥、變頻泵或管路等，從而達到分別清洗的目的，將工藝時間大大縮短。將過濾器和電導儀分別安裝在回液管路中，并依據說明書對其進行安裝、保養和校驗。

（6）為提高準確性，應選取名牌產品。配置顯示、測量和控制裝置，確保安裝點和精度的準確。CIP 系統還需具備電磁閥、獨立控制柜等電器元件，按鈕和接線端子需采取優質品牌產品。

5 結語

為了充分保障CIP 設備相關功能符合工藝衛生標準，且達到節能減排的目的，需合理安排和設置啤酒生產CIP 工藝，并依據清洗對象，在全面分析工藝要素的前提下，對清洗系統進行設計、制造、安裝和調試。CIP 系統作為一種理想的設備清洗方式，在啤酒、果汁、藥液等食品工業生產的過程中，具有廣泛應用。在制定和應用CIP 程序時，需依據企業自身實際，確立相應的監測體系，并在設計系統時，對各方面因素進行分析，合理調整溫度、濃度及時間等參數，從而保障清洗效果。