Các hệ thống làm sạch tại chỗ thành công hay thất bại phụ thuộc vào hệ thống thủy lực trước khi hóa học có bất kỳ cơ hội nào để phát huy tác dụng. Mọi chương trình CIP được chứng nhận đều phụ thuộc vào dung dịch làm sạch chạm tới mọi bề mặt ẩm ướt với vận tốc hỗn loạn, ở nhiệt độ phù hợp, trong toàn bộ thời gian tiếp xúc. Thiết bị mang lại cả ba yếu tố này là cặp máy bơm nằm ở trung tâm của hệ thống skid: máy bơm cấp dẫn dung dịch qua mạch, và máy bơm hồi đưa dung dịch quay trở lại. Bơm cấp không đủ công suất sẽ khiến các nhánh ở trạng thái dòng chảy tầng, nơi vết bẩn vẫn còn nguyên vẹn. Bơm hồi yếu làm ngập đáy bình và phá vỡ chu trình làm sạch. Những máy bơm được lựa chọn mà không tính đến tác động hóa học và nhiệt học của chính chu trình sẽ bị rò rỉ xút chỉ trong vài tháng. Hướng dẫn kỹ thuật này bao gồm logic về kích thước, lựa chọn kiến trúc và thông số kỹ thuật vật liệu cho cả hai vị trí máy bơm, dựa trên các thông số chi phối hiệu suất CIP thực tế tại các nhà máy thực phẩm, đồ uống và dược phẩm.
Mục tiêu thủy lực: Dòng chảy rối ở mọi bề mặt
Làm sạch CIP dựa trên bốn yếu tố phụ thuộc lẫn nhau: nhiệt độ, tác động hóa học, thời gian và tác động cơ học. Ba yếu tố đầu tiên do chương trình thiết lập; yếu tố thứ tư hoàn toàn do máy bơm cung cấp. Cọ rửa cơ học đòi hỏi dòng chảy rối, và mức tối thiểu được ngành công nghiệp công nhận là vận tốc tuyến tính 1,5 m/s trong đường ống, đưa chỉ số Reynolds lên trên 10.000 đối với các dung dịch làm sạch điển hình. Dưới ngưỡng này, dòng chảy chuyển sang dạng chảy tầng, dung dịch lướt qua thành ống mà không có lực cắt, và màng protein cũng như khoáng chất vẫn ở nguyên vị trí bất kể nồng độ hóa chất hay nhiệt độ.
Yêu cầu về vận tốc cũng áp dụng cho việc loại bỏ không khí: các nghiên cứu về thủy lực làm sạch cho thấy vận tốc tối thiểu khoảng 1,5 m/s là đủ để quét sạch không khí bị mắc kẹt ra khỏi các đoạn uốn cong, các nhánh phụ và các điểm cao, và các túi khí ngăn chặn sự tiếp xúc của dung dịch hiệu quả như một van đóng. Đối với việc làm sạch bồn chứa qua thiết bị phun, yêu cầu áp suất được đặt lên trên yêu cầu về vận tốc: các quả cầu phun tĩnh cần 1,5 đến 3 bar tại cửa hút của thiết bị, và các thiết bị làm sạch bằng tia quay cần 3 đến 7 bar hoặc hơn. Đường cong của máy bơm phải đáp ứng được mức cao nhất của các yêu cầu này, chứ không phải mức trung bình.
Chu trình làm sạch ảnh hưởng thế nào đến máy bơm
Một chương trình CIP năm giai đoạn tiêu chuẩn khiến máy bơm phải tiếp xúc với một chuỗi các chất lỏng khác nhau về mặt hóa học và nhiệt học trong một chu kỳ duy nhất:
| Giai đoạn | Môi chất | Nhiệt độ | Áp lực lên máy bơm |
|---|---|---|---|
| Tráng sơ bộ | Nước thu hồi hoặc nước uống được | Môi trường đến 40 °C | Lưu lượng lớn, khí bị cuốn theo khi hồi lưu, có thể có chất rắn của sản phẩm |
| Rửa xút | 1–2% natri hydroxit | 70–85 °C | Tác động hóa học lên chất đàn hồi, sốc nhiệt lên phớt |
| Tráng giữa chừng | Nước uống được | Môi trường | Dao động sốc nhiệt từ 80 °C xuống nhiệt độ môi trường trong vòng vài phút |
| Rửa axit | 0,5–1,5% axit nitric hoặc photphoric | 50–75 °C | Axit ăn mòn các hợp kim nhạy cảm và các mối nối hàn đồng |
| Tráng cuối / khử trùng | Nước tinh khiết, axit peracetic | Môi trường đến 60 °C | Tác động oxy hóa của chất khử trùng lên phớt đàn hồi |
Hai sự thật nổi bật từ bảng này. Thứ nhất, máy bơm phải chịu nhiều dao động nhiệt độ lớn trong mỗi chu kỳ, hàng chục chu kỳ mỗi tuần, và sự giãn nở chênh lệch giữa các bề mặt phớt, bệ giữ phớt và vỏ bơm chính là nguyên nhân tạo ra các khe hở rò rỉ. Thứ hai, chất đàn hồi chịu được xút nóng không tự động có nghĩa là nó cũng chịu được axit nóng và axit peracetic, đó là lý do tại sao việc lựa chọn vật liệu cho phớt và miếng đệm phải thuộc về thông số kỹ thuật của máy bơm, chứ không phải trong lịch trình thay thế bảo trì.
Xác định kích cỡ máy bơm cấp CIP
Kích thước máy bơm cấp bắt đầu từ vận tốc, chứ không phải từ thể tích bồn chứa. Lưu lượng yêu cầu là diện tích mặt cắt ngang của ống nhân với tối thiểu 1,5 m/s, được tính toán cho mọi đường kính ống trong mạch. Để tham khảo, một đường ống DN80 (3 inch) cần khoảng 24 m³/h và một ống góp DN100 (4 inch) cần khoảng 42 m³/h để duy trì ngưỡng này.
Trường hợp mạch bao gồm các nhánh có đường kính và độ dài khác nhau, trường hợp định cỡ là nhánh tệ nhất về mặt thủy lực—nhánh có tổn thất ma sát cao nhất ở vận tốc yêu cầu—bởi vì dòng chảy phân bổ về phía có sức cản ít nhất và làm giảm lưu lượng ở các nhánh có sức cản cao. Đây là sự cố thường gặp nhất trong hệ thống thủy lực CIP: các thiết bị đo tại đầu xả của máy bơm cho thấy lưu lượng ổn định trong khi một nhánh bị thiếu hụt chỉ hoạt động ở một nửa vận tốc yêu cầu, và nhật ký chu kỳ ghi nhận quá trình làm sạch đã hoàn thành mặc dù nó chưa từng diễn ra ở nhánh đó. Ngoài lưu lượng vận tốc, cột áp của máy bơm phải bao gồm cả ma sát đường ống tại lưu lượng đó, sự thay đổi độ cao, áp suất tại đầu vào thiết bị phun và sự sụt áp qua van điều khiển. Mức dự phòng thực tế từ 10 đến 20 phần trăm cho lưu lượng sẽ đáp ứng được hao mòn cánh bơm trong khoảng thời gian giữa các kỳ bảo trì.
Kỹ thuật máy bơm hồi CIP
Bơm hồi lưu đảm nhận công việc khó khăn hơn. Nhiệm vụ của nó là giữ cho bình chứa hoặc đường ống được làm sạch luôn trống trong khi dung dịch liên tục đi tới, điều đó có nghĩa là nó phải bơm hỗn hợp chất lỏng và không khí bị cuốn theo, tự mồi từ một đường ống trống vào đầu mỗi giai đoạn, và làm như vậy với lưu lượng cố tình lớn hơn lưu lượng cấp. Thực tế thiết kế xác định công suất hồi lưu ở mức 10 đến 30 phần trăm cao hơn công suất cấp để đáy bình không bao giờ tích tụ dung dịch; đáy bị ngập sẽ pha loãng hóa chất, phá vỡ tác động làm sạch kiểu màng rơi trên thành bình và có thể đẩy chất lỏng làm sạch vào vùng sản phẩm.
Máy bơm ly tâm tiêu chuẩn không thể thực hiện nhiệm vụ này vì chúng mất khả năng tự mồi khi có không khí xâm nhập. Hai kiến trúc được thiết lập là máy bơm vòng chất lỏng tự mồi, có khả năng chịu đựng hỗn hợp khí-lỏng liên tục, và máy bơm ly tâm được trang bị vít không khí hoặc giai đoạn tự mồi hỗ trợ chân không. NPSH của máy bơm hồi lưu cũng cần được kiểm tra kỹ lưỡng: máy bơm hút từ một bình hở ở nhiệt độ lên đến 85 °C, nơi áp suất hơi nước đã tiêu thụ một phần lớn áp suất khí quyển. Một máy bơm hồi lưu bị xâm thực giữa chu kỳ sẽ phá vỡ sự cân bằng của mạch ngay tại thời điểm máy bơm cấp vẫn đang hoạt động. Về các chiến lược giải quyết vấn đề này, hãy tham khảo các thông tin chi tiết của chúng tôi về phòng ngừa xâm thực trong công nghiệp.
Vật liệu và phớt cho Xút, Axit và Sốc nhiệt
Vật liệu tiếp xúc với chất lỏng dùng cho chức năng CIP được tóm gọn trong một danh sách ngắn. Vỏ máy bơm và cánh bơm bằng thép không gỉ AISI 316L đáp ứng toàn bộ chuỗi các giai đoạn, bao gồm cả axit nitric nóng, với điều kiện thép được thụ động hóa đúng cách và các mối hàn được tẩy rửa hóa học. Các chất đàn hồi phân loại theo đặc tính hóa học: EPDM xử lý tốt xút nóng và hơi nước nhưng bị phân hủy trong chất khử trùng oxy hóa và dầu; FKM chịu được axit và dung dịch peracetic nhưng hoạt động kém trong dung dịch xút đậm đặc nóng; FFKM có thể chịu được tất cả nhưng với chi phí cao hơn. Bề mặt phớt nên sử dụng silicon carbide chạy trên silicon carbide, vì mặt carbon tiêu chuẩn sẽ phồng rộp và mòn nhanh chóng dưới tác động của sốc nhiệt.
Trong trường hợp hệ thống CIP (CIP skid) phục vụ môi trường nhà máy hóa chất thay vì một dây chuyền yêu cầu vệ sinh nghiêm ngặt, máy bơm ly tâm dẫn động từ không phớt sẽ loại bỏ hoàn toàn phớt ra khỏi ma trận lỗi. Điều này giúp loại bỏ sự rò rỉ xút khỏi nhật ký bảo trì. Máy bơm ly tâm dẫn động từ Aulank bằng thép không gỉ bao phủ lớp CIP công nghiệp này, phản ánh các cấu hình được tìm thấy trong các giải pháp máy bơm chống rò rỉ của chúng tôi. Đối với các hệ thống vệ sinh nghiêm ngặt trong ngành thực phẩm và dược phẩm, các mẫu vệ sinh sinh học chi tiết trong các giải pháp máy bơm thực phẩm của chúng tôi và máy bơm ly tâm lưu lượng lớn bằng thép không gỉ CPS-L mang đến nhiệm vụ cung cấp mạnh mẽ trong phạm vi máy bơm ly tâm.
Chi tiết Điều khiển Giúp bảo vệ Máy bơm và Quy trình
- Kiểm soát tăng/giảm tốc chống lại búa nước: Mạch CIP chạy nhanh hơn dây chuyền sản xuất, do đó việc dừng máy bơm đột ngột và đóng van nhanh tạo ra các cú sốc áp suất lặp lại gây mỏi phớt, vòng đệm và các thiết bị. Hãy trang bị cho chuỗi CIP các bước tăng và giảm tốc độ bằng biến tần VFD riêng, đồng thời lập trình cho máy bơm dừng trước khi van đóng lại.
- Xác minh lưu lượng mỗi giai đoạn: Một lưu lượng kế trên đường cấp, được theo dõi xu hướng theo từng giai đoạn đối chiếu với vận tốc đã được phê duyệt cho từng kích thước đường ống, sẽ phát hiện ra sự mài mòn của cánh bơm, bộ lọc bị bẩn và van bị lệch trước khi một lần làm sạch thất bại bị phát hiện bởi kết quả vi sinh.
- Khóa liên động độ dẫn điện: Độ dẫn điện có bù nhiệt độ giúp kiểm soát việc định lượng hóa chất và phát hiện điểm kết thúc quá trình rửa. Liên kết trình tự máy bơm với xác nhận độ dẫn điện sẽ ngăn máy bơm luân chuyển chất lỏng bị định lượng sai hoặc đi sai đường ống.
- Bảo vệ chạy khô và xâm thực: Máy bơm hồi lưu chạy khô ở mỗi lần thay đổi pha theo thiết kế, vì vậy kiến trúc được chọn phải chịu đựng được điều này; máy bơm cấp được cấp từ mức bình chứa thấp ở nhiệt độ cao cần các khóa liên động mức và trên các mạch dài, cần một máy tăng áp để giữ cho áp suất hút lớn hơn áp suất hơi.
Danh sách kiểm tra Thông số Kỹ thuật khi Mua sắm Bơm CIP
Một đơn đặt hàng máy bơm có thể tồn tại được qua quá trình nghiệm thu và kiểm toán cần phải nêu rõ ràng tám mục sau:
- Vận tốc yêu cầu và lưu lượng tương ứng cho mọi đường kính ống trong mạch, xác định rõ nhánh gặp bất lợi nhất.
- Yêu cầu về áp suất của thiết bị phun đối với mọi bồn chứa trên mạch.
- Điểm làm việc cụ thể của máy bơm được vẽ trên đường cong của nhà sản xuất, với mức biên độ dự phòng mài mòn được nêu rõ.
- Công suất của máy bơm hồi lưu, được định cỡ rõ ràng theo tỷ lệ phần trăm cao hơn công suất cấp, và nêu rõ kiến trúc tự mồi.
- Vật liệu tiếp xúc với chất lỏng và chất đàn hồi phải được tham chiếu chéo chính xác cho từng pha hóa chất và chất khử trùng đang sử dụng.
- Báo cáo về chu trình nhiệt trong đó nêu chi tiết số chu kỳ mỗi ngày và mức độ dao động nhiệt độ cực hạn trong mỗi chu kỳ.
- Việc xác minh nghiêm ngặt về NPSH đối với máy bơm hồi lưu ở mức nhiệt độ hồi lưu nóng nhất một cách tuyệt đối.
- Danh sách tích hợp hệ thống điều khiển: Các bước thiết lập tăng/giảm tốc độ VFD, khóa liên động và các điểm xác minh lưu lượng.
Aulank Pump sản xuất các loại máy bơm ly tâm bằng thép không gỉ và máy bơm dẫn động từ dành cho nhiệm vụ cấp CIP và luân chuyển hóa chất, bao gồm dịch vụ xử lý xút nóng, axit và chất khử trùng với cấu trúc bằng 316L, bề mặt phớt SiC và các tùy chọn không dùng phớt cho hệ thống làm sạch công nghiệp. Hãy gửi cho chúng tôi kích thước đường ống trong mạch của bạn, yêu cầu về thiết bị phun và chương trình làm sạch, và đội ngũ kỹ thuật của chúng tôi sẽ gửi lại cho bạn một cặp máy bơm phù hợp cùng với bảng tính toán kích cỡ đầy đủ. Hãy liên hệ với chúng tôi để nhận được đánh giá máy bơm CIP cho hệ thống giá đỡ hoặc dự án nâng cấp của bạn.