为何洗罐也能带来收益？新一代高效自动的清洗设备 - 文章

为何洗罐也能带来收益？新一代高效自动的清洗设备

作者：Bo Knudsen 张燕译来源：PROCESS《流程工业》

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加工行业面临的卫生安全、生产效率以及盈利能力等各方面的要求日益增加。化工、制药与化妆品行业更不例外。灵活高效地安排生产，使不同产品之间的切换快速顺畅地进行，并且将浪费降至最低程度是现代化生产的一项基本要求。同时对环境保护的关注也必须提高，例如，尽可能多地重复利用和再使用各种材料。设备清洗是实现这些目标的重要途径之一，因此，人们开始越来越多地关注到原位就地清洗（CIP）系统的优化。

旋转喷淋头或旋转喷射头为快速自动清洗储罐、反应器或其他加工设备提供了一个高效率的途径，因而能够节约和充分利用清洗剂，最大限度地减少生产批次之间的停工时间，从而提高生产率和设备利用率。

清洗流程

清洗设备的选择应取决于被清洗容器的形状、内部结构以及其所接触的产品的性状。另一个需考虑的重要方面是清洗过程中每个环节的可靠性和可控性。提高可靠性的一个途径就是提高自动化程度和完善在线控制。

最原始的储罐清洗是由人工借助刷子、高压喷枪或干脆采用浸泡-沸煮-排净的方式。随着CIP的出现，储罐更多地采用自动方式，即在罐内安装固定喷淋球、旋转喷淋头，或由清洗介质和导向齿轮驱动的旋转喷射头。

自动清洗的优点是明显的。本文将详述若干高效自动的新一代清洗设备。

固定喷淋球

传统的固定安装的喷淋球是于20世纪初期推出的，至今仍广泛应用。各种形状、尺寸和容量的固定喷球，简单地将清洁液体分配至储罐和容器表面。

小股液体从喷球的每个孔中持续喷向罐壁上固定的点。由于喷嘴的尺寸限制，与细小的水流接触的点上冲击力很低，而未被直接喷射到的地方所受的冲击力则为零。因此，需要使用大流量或高浓度清洗液体通过层流的方式完成清洗。提高清洗效果还有赖于提高温度或延长冲洗时间。

固定喷淋球还会“过滤”清洗液体中的颗粒，而这些颗粒会阻塞喷淋球，造成清洗不到位，经过相当长时间后才能被发现。

最近的监测结果显示，细菌与微生物极易粘附在光滑的表面上，如不锈钢。为了确保有效地清除这些微生物，必须依靠更强的机械冲击力。

旋转喷淋头

旋转喷淋头是传统的固定喷淋球的替代产品。旋转喷淋头产生的扇形涡流以振动的模式均匀地喷向容器表面。振动模式与物理冲击力的结合可快速清除沉淀物，与固定喷淋球相比，水与化学品的用量更少。

使用固定喷球的储罐都可以改装旋转喷淋头。

旋转喷射头

旋转喷射头（图1）通过旋转的喷嘴将清洗液体喷射在储罐的整个内部表面上并形成逐步密集的网状覆盖。早期的旋转喷射头的喷嘴与微型喷射臂融为一体。通过不同的水压控制旋转速度，由此提供的清洁作用可被看作是花园洒水装置的改进。由于很难保持稳定的旋转速度和良好的清洗效果，导致2.5～5.5mm大口径喷嘴出现以提供足够的清洗半径，同时采用清洁介质驱动涡轮，通过齿轮传动使喷嘴同时在垂直和水平方向旋转。在第一个循环周期，喷嘴射出的水流在储罐表面形成交错的网状分布。随后的循环周期确保网状的分布逐渐密集，直至8个循环后达到直接水射流的全覆盖。

图1 旋转喷射头

喷嘴直径可以使适当压力下射流的冲击长度和流量达到最佳的状态，电子的旋转感应器可监测储罐的全部表面的覆盖状况。

水平旋转与垂直旋转相结合形成的高速射流以及由储罐壁上反射回的水流可以作用于最难达到的位置。在装有搅拌器、挡板等各种复杂内部结构的储罐中这种旋转喷头的好处更为突出，因为这些比较复杂的储罐通常需要多个喷淋球，而一个旋转喷射头往往就足以清洗整个储罐。

旋转喷射头的喷嘴尺寸和旋转喷射头的介质压力决定流量、清洗半径、喷嘴转速和相应的清洗时间。旋转喷射头的正常工作压力是大约3～8bar。

清洗模式

清洗储罐的过程模式取决于所选的清洗设备。传统的逐步清洗模式需要完整的程序以获得统一的清洁效果，而“黄金分割”清洗模式开始是非常粗糙的水射流轨迹网，然后通过随后的清洗轨迹（大约处于两条已完成的最远的清洗轨迹中间）进行细部清洗。这样，喷射流体快速将储罐壁上的产品大致清除，然后进行密集清洗模式，直至储罐表面被完全清洁干净，从而在最短的时间内尽可能多地清除沉淀物。

当不需要完全清洗模式时，“黄金分割”模式比传统的逐步清洗模式使用更少的清洗液，在更短的时间内完成清洗。而且，因为是统一清洗模式，所以可随时停止清洗，而传统的非统一清洗模式则不可能这样做。

设计

清洗过程模拟软件（图2）显示旋转喷射头如何对特定储罐进行清洗。模拟软件提供润湿密度、网状覆盖轨迹的间距以及清洗喷射速度等方面的数据。借助这些数据，可以确定储罐清洁设备的最佳安装位置和流量、清洗时间及压力的正确组合。因而，可以建立最有效的操作参数，并在最初的设计阶段优化清洗操作。

图2 安装前，软件可模拟储罐内旋转喷射头的表现

鉴定/论证

如今，可通过多种途径进行清洗鉴定。Riboflavin或其他覆盖测试被广泛采用，以确保正确清洗储罐或容器，避免微生物与交叉污染。在清洗验证过程中，通常要执行三个连续的清洁程序，以确认清洁程序的有效性。

为确保储罐清洗在执行和通过清洁验证后的一致性，需要一个在线监控系统，用来监控清洗设备是否始终如一地运转。无论使用哪种类型的清洗设备，都可能会有杂质或沉淀物阻塞清洗液出口或喷嘴的风险，或因其他原因而造成清洁设备出现故障。对于旋转喷射头，可探测喷射流产生的冲击压力，并且监测喷射流触动监控器的次数和间隔，从而确定系统的运转是否稳定。如果在预定的时间间隔内，监控传感器没有被触动，则会发出一个音频信号或视频信号，或集成到流程控制系统内。

旋转喷射头的优点

有效地优化清洗过程往往是很困难的，但旋转喷射头的应用给加工业带来的好处是显而易见的：

■选型软件确保最佳安装位置和全面有效的清洗，特别是带有搅拌器、挡板的储罐以及难以触及的区域。
■缩短清洁时间，降低耗水量和清洗剂用量，同时降低能耗。
■减少人工及使用人工清洗所带来的安全事故隐患。
■增加生产时间，减少产品损失。
■提供始终如一的清洗效果，清洗流程可以被持续监控。

成本比较

产品生产厂家往往不太了解清洗的实际成本或忽视了各种加工设备的清洗，因而很少考虑如何优化清洗程序以降低潜在成本。

毫无疑问，人们总是不太情愿投资较昂贵的清洗设备，但实际上必须考虑CIP的系统的费用和运行成本等所有暗含的问题。设备储罐、管道系统和阀门组成的CIP系统主要由所用的清洗设备和被清洁的容器的工况决定。使用固定喷淋球洗罐的总成本一般要比使用旋转喷射头高50%～100%。

在进行成本/收益分析时，将增加的产量和产品品质提高所带来的潜在收益以及减少废水处理所节约的成本考虑进去是很重要的。即使很难计算，在选择清洗设备时还是应该在确保始终如一的清洗效果的基础上对总成本进行全面核算。

结论

新一代旋转喷射头已被广泛应用于各个行业，包括食品、生物技术与制药行业。符合卫生要求的设计、自动清洗的能力以及清洗的稳定性和可监控性，使新一代的储罐清洗设备非常适合必须防止产品交叉污染的地方。

按照设计，它们特别适用于表面难以触及和清洗的储罐以及高粘度、发泡和触变型产品的储罐。旋转喷射头并不一定永远都是某一特定储罐的正确选择，但是在决定CIP系统的实际设计时，评估本文所述的所有因素则很重要。

如今，基于实际储罐图纸，储罐清洗设备供应商可以设计节省成本的系统，对如何选择最佳的储罐清洗设备给出建议，并进行相关的成本/收益分析。符合现代卫生标准设计的旋转喷淋头和旋转喷射头为优化清洁系统提供了机会，并给制造商带来了大量的好处。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (10/29/2007)


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