啤酒生产CIP 系统的工艺设计分析

张 聪

（北京布赫乌尼贝丁设备有限公司淄博分公司，山东淄博 255300）

0 引言

近年来，啤酒生产规模日益扩大，各种容器及工艺管线也随之增多和加长，为确保啤酒生产的卫生和质量，定位清洗工艺至关重要。将清洗和消毒程序落实到啤酒生产的糖化、发酵、滤酒、清酒等流程，且需确保配置的科学性和合理性。CIP（Cleaning In Place，原位清洗系统）系统，可在啤酒生产的过程中，采取恰当的清洗剂和消毒剂，对各个生产设备及容器内表面进行清洗和消毒，且不需对其进行拆卸和重新安装。为了加强对CIP 系统的进一步认识，对其相关内容进行讲解和分析，以供借鉴和参考。

1 CIP 自动清洗系统结构

酵母抽提物生产中的CIP 系统主要包含以下组成：清洗贮罐，清洗管路，清洗液过滤装置，送液回液泵，清洗喷头及各种控制阀等。

（1）清洗剂站。清洗剂站主要用来配制和贮存洗涤杀菌液，组成部分为酸贮罐、碱贮罐、清水贮罐及热水贮罐。其中，酸贮罐、碱贮罐及热水贮罐中均具有蒸气加热装置和温度传感器，酸贮罐和碱贮罐还具有清洗液补给装置。在CIP 清洗站工作时，需依据既定程序采取送液泵将清洗液泵入待清洗管道及设备中，再用回液泵将清洗后的洗液送入清洗液贮罐。清洗液在清洗的过程中逐渐被稀释，为调节清洗液的浓度，可利用清洗液补给装置将一些浓度较高的介质加入其中。

（2）清洗管路和送液、回液泵。在CIP 系统中，清洗液在送液管道、回液管道、送液泵及回液泵的作用下实现循环。送液管道、回液管道及送液泵等，也将CIP 清洗站和待清洗设备连接在一起，并在其作用下形成清洗回路。

（3）清洗液过滤装置。设备经清洗液清洗后，由于清洗液中存在多种残留物，如啤酒酵母、酒花及抽提物等，因此为排污除杂，需对清洗液进行过滤，过滤装置的安装位置为清洗液贮罐一侧的回液管路上。

（4）清洗喷头和控制阀门。清洗喷头的类型较多，如T 形、环形、漏斗形、球面形及自转式类等，在CIP 系统中，其为执行机构。清洗喷头的安装位置为待清洗容器中，在清洗时，由喷头喷孔喷出的清洗液依据工艺流程对各个容器进行消毒和清洗。喷孔呈螺旋形排列在喷管上，为使喷孔喷出的液体进入到容器各个角落，从而保障清洗效果，需确保喷液的冲击力较大。酸、碱贮罐、热水贮罐的进出口阀门需采取二位三通类型，蒸气加热阀及贮液罐的进水阀类型为气动O 形切断阀。

2 CIP 设备的工艺设计

在设计CIP 系统时，首先需确保清洗过程中的清洗液具有Re＞2000 的流动状态，从而达到高度湍流效果，相比于工艺物料流速，清洗液在薄板与管道口的流速应较大，为其1.5～2.0 倍。清洗液的泵出口流速＞2.5 m/s。在清洗容器大罐时，为确保清洗效果，且实现节能减排、无污染的目的，需将洗罐球等喷射装置的半径、流量、喷射压力和角度等因素考虑在内。

（1）A 路：出液，清洗各容器。出液位置为CIP 罐底，在线定量添加消毒剂，采用换热器、接管板及各个容器顶部的洗罐器，对其进行喷射清洗，之后在容器底部的回液泵作用下，将其回入CIP 罐中。设计管径DN65 或者DN80，设计依据为对最大和最远端容器均可进行清洗。发酵大罐洗罐器的喷射压力一般为0.2～0.25 MPa，采取管式或者板式换热器加热CIP 液，将其加热到80～85 ℃。若为常温冷清洗工艺，可采取酸、碱液对其进行冷清洗。采用容器底部的离心泵，将回液泵至回液管板处，然后在电导仪、管道过滤器及气动阀的作用下，使其进入CIP 罐上口，可由电导仪的检测数值，判断碱液浓度是否符合工艺数据要求。

（2）B 路：出液，对各管道进行清洗。打开CIP 罐的底部的气动阀，进行出液，在变频泵的作用下，在线定量添加消毒剂，对板换热器进行加热，对管板和管道过滤器进行回液，并在电导仪的作用下，将其回至CIP 罐上口，设计管径与物料管径相同，为DN80，清洗液的流速需大于工艺流速，流动状态Re＞2000。回液在接管板、电导率仪、管道过滤器和气动阀的作用下，进入CIP 罐的上口。

（3）C 路：添加浓酸、浓碱。出液位置为罐底，在隔膜泵、气动蝶阀及球式视镜的作用下，将碱液或酸液定量泵入CIP 罐中，为避免残留结晶阻塞管道，需采用热水或自来水冲洗管道。以防应急维修，需将手动蝶阀安装至罐底出液管的气动阀门前。设计管径DN20 或DN25，在低压力下保持均匀输送。

（4）D 路：在线添加消毒剂。在隔膜泵过滤器、单向阀、气动阀的作用下，在管线中定量添加不同的消毒剂，加入位置为泵出口管路处，可随时调节流量。配模式压力表和管道视镜的设计管径DN15 或DN10，逆向均匀喷入管中。

3 清洗工艺

（1）清洗发酵罐、清酒罐等容器。采取回收水罐中的洗液，将其泵出，并清洗15～20 min；排净后，再使用浓度为1%～1.5%的清洗剂对其进行清洗，清洗时间为30～40 min，清洗剂来源为CIP 酸罐；再利用CIP 无菌水罐中的CIO2和H2O2等无菌水对其进行循环冲洗，将其排净后作为备用。容器罐的清洗可使用浓度为2%～2.5%、温度为85 ℃的热碱液，间隔时间为30 d 对其进行清洗，且要注意在清洗时需确保将罐中的CO2已排净。若夹套为氨冷，在清洗时不可使用热碱液，只能采用常温碱液，且完全关闭氨冷却夹套的进氨阀门，保持回气阀呈全开状态，安全阀可发挥作用。在CIP 清洗时，若使用氨冷式换热器，也应注意此类问题。但氨冷式板换热器在清洗时，不可使用热碱液。

（2）清洗发酵、滤酒、清酒等管路。采取回收水对其循环清洗10 min，然后使用NaOH 和0.3Na3PO4对其进行循环冲洗，NaOH 浓度为2%～2.5%，时间为20 min；之后使用清水进行循环冲洗，清洗时间为10 min；再用酸性洗涤液循环冲洗10 min，其浓度为1%～1.5%；然后再用热水对其进行冲洗，水温为85 ℃，pH 值为6.5～7.0，将其作为备用；最后使用由CIO2配制的无菌水，对其循环清洗10 min。

4 工艺设计要素

（1）确保回液泵流量较大。在设计时，相比于供液泵流量，需确保回液泵流量较大，比值为1.1～1.2 倍，在清洗时，保持洗液罐底具有较少的回液留存量。泵扬程可进行变频调节，喷洗液经CIP 罐泵至终端洗器的压力需保持0.2～0.25 MPa，为确保具有较佳的机械剪切力，需合理设置喷射角度和喷射方位。

（2）在设计CIP 管路内径时，需确保流速Re＞2000。相比于工艺物料流速，CIP 液流速应为其1.5～2.0 倍，选择逆向清洗方式，并根据此参数设计泵的流量和扬程。

（3）清洗板式换热器。可采取浓度为2%～2.5%、温度＞85 ℃的热碱液，逆向清洗板换热器的麦汁侧，流速为1.5 倍的麦汁流速。冰水侧需采用酸性洗涤剂在常温下对其进行浸泡，浓度为1.5%～2.0%，6 h 后再对其进行逆向接管循环清洗，时间间隔为一月一次。一般情况下，为防止板片密封胶圈老化，配置的溶液不可使用无机强酸，且浓度不可过高。

（4）CIP 管路及阀的材料。应选用高于304 的不锈钢材料，若采用的不锈钢材料不正确，容器将会出现裂纹、变质等现象。管阀选材不正确，将会导致其外表生锈，且焊缝处易出现漏裂。若添加固态碱，应采取内置式井蓝设计，热水喷淋溶碱，或者选取外置容器搅拌溶碱的方式，将其经计量泵泵入CIP 罐。

（5）分别清洗容器和管路。在设计CIP 时，需将清洗容器和管路的功能，在CIP 罐出液口分成两路，并为其配置气动阀、变频泵或管路等，从而达到分别清洗的目的，将工艺时间大大缩短。将过滤器和电导仪分别安装在回液管路中，并依据说明书对其进行安装、保养和校验。

（6）为提高准确性，应选取名牌产品。配置显示、测量和控制装置，确保安装点和精度的准确。CIP 系统还需具备电磁阀、独立控制柜等电器元件，按钮和接线端子需采取优质品牌产品。

5 结语

为了充分保障CIP 设备相关功能符合工艺卫生标准，且达到节能减排的目的，需合理安排和设置啤酒生产CIP 工艺，并依据清洗对象，在全面分析工艺要素的前提下，对清洗系统进行设计、制造、安装和调试。CIP 系统作为一种理想的设备清洗方式，在啤酒、果汁、药液等食品工业生产的过程中，具有广泛应用。在制定和应用CIP 程序时，需依据企业自身实际，确立相应的监测体系，并在设计系统时，对各方面因素进行分析，合理调整温度、浓度及时间等参数，从而保障清洗效果。