1、清洗原理及应用,高万东,清洗的定义和目的,所谓清洗就是通过物理和化学的方法去除被清洗表面上可见和不可见的杂质的过程，其目的是：物理清洁、化学清洁、微生物清洁、无菌清洁。,受热表面,当牛乳加热到60以上时，“乳石”开始形成。乳石就是磷酸钙（和镁）、蛋白质，脂肪等等的沉积物。经过一较长时间的生产运行之后，在加热段和热回收第一部分的板式热交器的板片上，你就很容易看到，沉淀物紧紧地附着在设备表面上，运行时间超过8 小时，你就可以看到沉淀物的颜色从稍带白色变成褐色。在受热表面上，能看到的污物如图21.1 所示。,乳石的表现,冷表面,一层牛乳膜会粘附在管、泵、缸等等的壁面上（“冷”表面）。当系统排空时，要
2、尽可能快地进行清洗，否则，这层牛乳膜将会干固而难于除去。,清洗要求,物理清洁度除去表面上所有可见污物；化学清洁度不仅除去全部可见污物，而且还除去了肉眼不可见的，但通过尝味或嗅觉能探测出的残留物；细菌清洁度通过消毒获得；无菌清洁度杀灭所有的微生物。,清洗的作用机理,水的溶解作用 热的作用 机械作用 界面的活性作用 化学作用 酶的作用,清洗原理,100%的干净的表面是可以得到的 99% clean is still 1% dirty!99%干净,1%不干净 1% may cause you to fail!1%却会引起大麻烦,水的溶解作用,水是极性化合物，对于油脂性污垢几乎没有溶解作用，对于碳水化
3、合物（如糖）、蛋白质、低级脂肪酸有一定的溶解作用，而对于电解质及有机或无机盐类的溶解作用较强。,Wetting Penetration渗透作用,热的作用,加速污垢的物理与化学反应速度，提高清洗效果，缩短清洗时间。,机械作用,由于运动而产生的反作用，如搅拌、喷射清洗液而产生的压力和摩擦力。,界面的活性作用,指清洗液与污垢，污垢与被清洗物体，被清洗物体与清洗液之间的交界面，界面的活性作用是指这些界面之间有选择的物理或化学作用的总称，包括湿润、乳化、分散、溶解、起泡等具有这种界面活性作用的化学物质称为表面活性剂。,EmulsificationSurfactants乳化作用,化学作用,是指清洗剂成分的
4、化学反应，例如NaOH与油脂的皂化反应（CH3COOC2H5+NaOH=CH3COONa+C2H5OH），与脂肪酸的中和反应，对蛋白质的分解反应，以及HNO3等酸性清洗剂对无机盐性污垢的溶解反应以及过氧化物，氧化物类清洁剂对有机性污垢的氧化还原反应，有机螯合剂对金属离子的螯合作用等。,Charge RepulsionAlkaline Builders碱性清洗剂去除污垢的原理,Soil,Soil,Soil,Soil,Soil,Soil,酶的作用,酶所具有的分解作用,BETTER RESULTS!更好的清洁效果 SURFACTANTS + BUILDERS表面活性剂+主洗剂,02468101213
5、,% removed soil,80706050403020100,Cleaning time (mins),Builder(caustic)主洗剂(NaOH),Surfactant表面活性剂,Surfactant + causticSynergism表面活性剂与NaOH结合,Expected cleaning effectwhen adding the singlecleaning effects 单一成分的作用,影响清洗的五个要素,清洗剂 清洗液的浓度 清洗时间 清洗温度 清洗流量（清洗强度）,清洗剂,乳品车间常用的是NaOH和HNO3,清洗液的浓度,提高清洗液浓度后可适当缩短清洗时间或弥
6、补清洗温度的不足。但清洗液费用增加，而且浓度的提高并不是一定能有效地提高清洗效果，有时甚至会导致清洗时间的延长。有关作用机理，目前尚不清楚，下图是清洗时间和清洗液浓度的关系。另外在清洗过程尽量保持清洗液浓度的均匀和稳定。,实际所需时间 低 浓度 高,清洗时间,此时间受诸多因素影响，如清洗液种类、清洗液浓度、清洗温度、产品类型、生产管线布置及设备的设计等。,清洗温度,清洗温度应保持稳定，测点应在回流管线上，清洗温度的升高会缩短清洗时间，但能源消耗增加，但对乳品厂来说，清洗温度一般不低于60，若用NaOH，温度为8090，若用HNO3，温度为6080，但清洗UHT设备时温度将有明显提高。,清洗流量
7、（清洗强度）,一般的清洗原则中，清洗液流速至少符合管路内1.5m/s，垂直罐中200250L/(m2h)卧式罐中250300L/ m2h)的要求，另外管路的设计也影响到清洗效果，尽量减少管路末端的设计，内壁保证镜面。,清洗程序,乳品厂中的清洗循环包括以下几个步骤：通过刮落、排出、用水置换或者用压缩空气排除等方法来回收残留的产品；用水预冲掉松散的污物；用洗涤剂清洗；用清水漂洗用加热法或用化学药剂进行消毒（任选的）；在后一种情况下，应再加一次最后清洗，假设水的质量是好的。,残留产品的回收,生产结束时，应从生产线中回收所有残留产品，它的重要性有三方面：减少产品损失有利于清洗减轻废水处理系统的负担，即
8、可以显著地节约废水处理费用。 清洗之前，要先用水将生产线中的残乳冲出，如果有条件，也可将管线中的乳吹入或用水冲入收集罐中。,用水预洗,生产结束后，要立即进行预冲洗。否则牛乳残留物会变干粘附在设备表面上，更难清洗。如用温水进行预冲洗，乳脂肪残留物很容易被冲走，但其温度不能超过55，以免蛋白变性。有效的预冲洗可以除去至少90% 的非结焦残留物，一般为总残留的99%。,用清洗剂清洗,受热面上的污物通常用碱和酸性清洗剂进行清洗，按照这个顺序或反过来都行，但都要用中间介质水进行漂洗。冷表面通常用碱来清洗，只是偶尔用酸液清洗。为了能使碱性洗涤剂溶液比较典型的是苛性钠（NaOH）与污物膜充分地接触，有必要在
9、溶液中加入一些能降低液体表面张力的“润湿剂”（表面活性剂），通常使用的有阳离子表面活性剂（烷基、芳基、磺酸盐）和阴离子表面活性剂。洗涤剂也必须能够“分散”污物并且能使悬浮的颗粒分散，防止再絮集。多聚磷酸盐是有效的乳化剂和分散剂，它也可以使水软化，最常使用的是三磷酸钠和络合的磷酸盐混合物。,洗涤剂的浓度,清洗开始之前，溶液中洗涤剂的量必须调整到正确的浓度，在清洗过程中，清洗液被漂洗水和牛乳残留物所稀释。同时也发生了一系列的中和作用。所以在清洗的过程中，有必要检测一下清洗液的浓度。作不到这一点将会严重影响清洗效果。检查可以人工或自动进行。洗涤剂的用量必须始终遵照供应厂商的使用说明。增加其浓度并不一
10、定会提高清洗效果，有时还会因起泡等现象而起到相反的效果。使用过多的洗涤剂只会使清洗产生不必要的浪费。,Defoamers消泡能力,70F 90F 110F 130 150 F,Low,FoamLevel,Cloud Point,High,洗涤剂的温度,一般而言，洗涤剂的清洗效力随着温度的上升而增加，而混合洗涤剂通常有一个最佳的使用温度。根据经验，采用碱性洗涤剂清洗的温度与产品在加工过程中的温度一样，至少70，用酸性洗涤剂清洗要求温度为68-70。,清洗的程序,第一步：温水（4050）冲洗315分钟 第二步：用NaOH碱性清洗液清洗 第三步：清水（4050）冲洗至中性 第四步：（可选择）酸性清洗
11、液清洗（HNO3） 第五步：清水冲至中性第六步：消毒或杀菌,第一步：温水（4050）冲洗315分钟,1.对于冷料管路和设备需35分钟； 2.对于热料管路和设备需58分钟； 3.对于UHT设备需1015分钟；,第二步：用NaOH碱性清洗液清洗,时间：1020分钟；浓度：0.8%2.5%；温度：7585,1、 对于冷料管路及其设备时间：1015分钟；浓度：0.8%1.2%；温度：7580；,2、对于热料管路及其设备包括巴氏杀菌机时间：1520分钟；浓度：1.2%1.7%；温度：8085；,3、对于板式超高温（UHT）和亚超高温设备时间：1520分钟；浓度：1.7%2.5%；温度：用生产温度（如13
12、7或125）；,4.、对于管式超高温和亚超高温度设备时间：4555分钟；浓度：2%2.5%； 温度：用生产温度；,第三步：清水（4050）冲洗至中性,第四步：（可选择）酸性清洗液清洗（HNO3）,时间：1520分钟；浓度：0.8%1.5%；温度：6580；,1、对于冷料管路及设备时间：1015分钟；浓度：0.8%1.0%；温度：6570；,2、对于热料管路及设备包括巴氏杀菌机时间：1520分钟；浓度：1.0%1.5%；温度：6575；,3、对UHT设备时间：1520分钟；浓度：1.0%1.5%；温度：7580；,第五步：清水冲至中性,第六步：消毒或杀菌,清洗用水的质量,硬度 340dHPH 8
13、.3氯化物 50ppm硫化物 100ppm铁离子 0.1ppm镁离子 0.1ppm,清洗用水的微生物指标主要包括大肠菌群和细菌总数，要定期检查，一般情况下细菌总数要低于500cfu/ml，而大肠菌群要低于1cfu/100ml，检验方法可用涂抹法和取水方法，涂抹的理想结果为：细菌总数1cfu/100cm2，大肠菌群1cfu/100 cm2，酵母菌和霉菌均1cfu/100 cm2。取水法理想结果为：细菌总数3cfu/ml，大肠菌群1cfu/100ml，酵母霉菌均1cfu/ml。,Rough Surfaces trap Soil表面活性剂去除污垢的大致描述,10 m,ground,cross gro
14、und,ground and electronically polished,2000 m,Microorganisms:,Bacteria细菌,Bacilli杆菌,Yeasts酵母菌,mold spores孢子,Formulated Detergents 合成清洁剂One Concentration for Many Soils可以去除许多污垢,NaOH-concentration %,%Clean,1000,NaOHsoil A,NaOHsoil B,NaOHsoil C,Alkaline cleaner碱性清洁剂soil A, B, C污垢A,B,C,Surfactants improv
15、e cleaning results!表面活性剂提高清洗效果,surfactant Asurfactant B,surfactant Csurfactant D,Surfactants reduce water tension表面活性剂减少水的表面张力Allows cleaning solution to penetrate small areas可以使清洗液渗入细小区域,Detergent清洁剂,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,自排水設計,机械清洗作用,在手工清洗中，使用硬毛刷来生产所要求的机械刷洗效果，图21.2 所示。在机械清洗
16、管道系统，罐和其它加工设备中，靠洗涤剂的流速来提供机械作用。洗涤剂供液泵的能力比产品泵的能力高， 从而使液流在管道内产生1.53.0m/s 的流速，在这个速度下，液流呈湍流，在设备的表面产生良好的洗刷效果。,关于手工清洗,选择合适的清洗剂选择合适的工具制定专门的手工清洗程序完整的纪录事实检查,就地清洗系统,就地清洗就是在无需进行设备拆卸的情况下，冲洗水和洗涤剂溶液循环通过罐，管路和加工线。CIP可以被定义为清洗液通过机器和其它设备形成一个清洗循环回路，高速液流流过设备表面产生一种能除去沉淀污物的机械冲击力。 此方法仅适用于管道、热交换器、泵、阀、分离机等。而清洗大罐时，是在罐的顶部装置一个清洗
17、喷射装置，洗涤剂溶液由上沿罐壁靠其重力流下。虽然机械刷洗效果可以通过特殊设计的喷咀。如图21.3所示取得一定程度的提高，但得需大量的洗涤液进行循环才可达到良好的效果。,集中式就地清洗,图.21.6普通的中央就地清洗站的设计,分散式就地清洗,清洗效果的检验,肉眼检查和细菌监测。由于自动化的发展，现代的加工线中肉眼检查是很难达到目的的，必须由集中在加工线上的若干关键点，以严格的细菌监测来代替。就地清洗的结果一般用培养大肠杆菌来检查，其标准为每100 平方厘米少于1 个大肠杆菌。如果细菌数多于这个标准，清洗结果就不合格。这些试验可以在就地清洗程序完成后，在设备的工作面上进行。对罐和管道系统中可应用此
18、种试验，特别是当产品中检查出过多的细菌数目时进行。通常是从第一批冲洗水或从清洗后第一批通过该线的产品中取样。,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,食品接觸表面之衛生設計原則,須為無毒性材料，不吸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(slope3o)表面粗糙度Ra0.8mm,設備製造之考
19、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，使不產生粗糙縫適當的焊接則不需後處理，如磨平、拋光平直管路焊接最好能使用自動連續旋焊機非食品接觸表面焊接也必須確保連續焊接觸平整，以利清洗,氬焊,Gas tungsten arc welding (GTAW) ，或Tungsten inert gas welding (TIG),焊接不良縫隙,焊接不良表面粗糙不平,標準焊接表面平滑,不正確的焊接,正確的管路焊接,金屬與金屬接觸之衛生風險,Gasket過度壓縮,桶槽邊緣設計,桶槽上蓋設計,馬達之污染防止措施,
