Konserwacja maszyn w przemyśle i zbiorników owocowo-warzywnym

od Redakcja , 31 marca, 2018

W utrzymaniu higieny maszyn i urządzeń służących do przetwarzania żywności bardzo ważne są prawidłowo przeprowadzone procesy mycia i dezynfekcji. Podczas tych procesów usuwane są zanieczyszczenia fizyczne, chemiczne i mikrobiologiczne nagromadzone na powierzchniach (maszyn, urządzeń, wyposażenia) zarówno kontaktujących się z przetwarzanym materiałem, jak i niemających styczności z produktem. Wymienione powyżej zanieczyszczenia mogą stanowić duże zagrożenie dla utrzymania zdrowotności żywności. Aby zapewnić bezpieczne wytwarzanie powtarzalnych partii produktów o najwyższej jakości, poszczególne elementy instalacji muszą być odpowiednio domywane.

Mycie w przemyśle owocowo-warzywnym dotyczy bardzo wielu obiektów zróżnicowanych co do postaci, ilości i wielkości. Specyficznymi obiektami mycia są urządzenia i instalacje technologiczne. Ze względu na warunki, w jakich prowadzony jest proces ich higienizacji, wyróżnić można urządzenia lub ich zespoły, które są niedemontowane, demontowalne lub częściowo demontowalne. Mogą być one myte dwiema metodami.

Metody mycia

W pierwszej metodzie – Cleaning Out Place (COP) elementy lub zespoły elementów są rozmontowywane i dopiero w tej postaci poddawane procesowi mycia ręcznego lub mechanicznego przy użyciu różnego rodzaju myjek. Wstępny demontaż, przenoszenie koniecznych do mycia elementów na stanowiska mycia są pracochłonne. Uciążliwość mycia ręcznego wynika również z bezpośredniego kontaktu pracowników z silnymi środkami myjącymi. Duże powierzchnie myje się za pomocą ręcznego mycia pianowego lub strugą wysokiego ciśnienia.

Druga metoda, bardziej nowoczesna, to mycie bez demontażu, na miejscu – Cleaning In Place (CIP). Proces CIP to metoda czyszczenia chemicznego wewnętrznych powierzchni rur, zbiorników, urządzeń technologicznych (wirówek, wymienników ciepła, dozowników) i filtrów bez ich demontażu z instalacji produkcyjnej. Roztwory środków myjących przygotowywane są w zbiornikach stacji mycia CIP, a mycie następuje w wyniku ich wymuszonego przepływu przez wewnętrzne przestrzenie urządzeń i rurociągów. Ciecz myjąca krąży w obiegu zamkniętym i jest wielokrotnie wykorzystywana w procesie mycia. Droga przepływu cieczy myjącej pokrywa się z drogą, którą pokonuje produkt w trakcie procesu produkcyjnego. Właściwie dobrane parametry procesu mycia (tj. czas, temperatura i prędkość przepływu oraz rodzaj i stężenie środka myjącego) zapewniają odpowiedni poziom higieny.

CIP rurociągów i zbiorników

W procesie mycia CIP istotne jest oddziaływanie mechaniczne, które polega na uderzaniu strumieniem cieczy myjącej lub intensywnym przepływie cieczy myjącej. Przepływ cieczy myjących (przygotowanych w stacji mycia CIP) przez wewnętrzne przestrzenie urządzeń i rurociągów może odbywać się przez swobodne (grawitacyjne) spływanie po ściance – spłukiwanie lub jako przepływ wymuszony za pomocą pompy. Swobodny przepływ może być skuteczny tylko do zanieczyszczeń słabo związanych z powierzchnią. Intensywne mycie wymaga przepływu z dużą prędkością. Pompy tłoczące roztwór myjący mają wyższe wydajności przepływu niż pompy do produktu. W projektowaniu stacji mycia CIP dąży się do zapewnienia przepływu cieczy myjącej (poprzez instalacje pomp wirowych o odpowiedniej mocy) z prędkością 2–2,5 m/s. Przykładowo dla rurociągu o średnicy wewnętrznej 32 mm (DN32), wskazanej wcześniej prędkości, odpowiada przepływ o strumieniu 5,8–7,2 m³/h.

Duże zbiorniki procesowe myje się zazwyczaj poprzez rozpryskiwanie roztworu środka myjącego na górnych powierzchniach i grawitacyjny spływ filmu cieczy po ściankach. Efekt mechanicznego usuwania zanieczyszczeń bywa niewystarczający, ale może być on w pewnym stopniu poprawiony przez zastosowanie specjalnie skonstruowanych urządzeń rozpryskowych (głowice statyczne, obrotowe, turbiny myjące). Mycie zbiorników wymaga dużych ilości środków myjących, cyrkulujących z dużą wydajnością.

Stacje mycia CIP

Stacja mycia w systemie CIP to zespół zbiorników na roztwory myjące, podgrzewaczy (wymienniki), pompy, rurociągi z zaworami wyposażonymi w układ sterowania, zespół pomiaru i regulacji stężenia środków myjących.

Dokładna konfiguracja stacji mycia zależy od wielu czynników. Dobór wielkości stacji powinien uwzględniać możliwość jej rozbudowy (np. wraz ze zwiększeniem mocy produkcyjnych zakładu).

Jedno- i wielozbiornikowe stacje mycia CIP

Rodzaj zanieczyszczeń (pozostałości poprodukcyjnych) decyduje o doborze myjących środków chemicznych. Liczbę zbiorników w stacji mycia determinują: zastosowana metoda mycia (mycie kwasowe, zasadowe, dezynfekcja), sposób zagospodarowania popłuczyn (kierowanie do zbiornika czy do ścieków), wielokrotność wykorzystania roztworów myjących (czy roztwory myjące będą stosowane raz, czy też będą odzyskiwane w celu ponownego użycia). W przypadku mycia wielofazowego (kwas, zasada, dezynfekant), przy użyciu małych stacji jednozbiornikowych, nie ma możliwości wielokrotnego wykorzystania roztworów myjących. Przed kolejną fazą mycia zbiornik musi być opróżniony, a wykorzystany roztwór myjący kierowany do ścieków lub dodatkowych zbiorników. Wielozbiornikowe stacje myjące (zbiornik kwaśnego środka myjącego, zbiornik zasadowego środka myjącego) pozwalają na wielokrotne stosowanie roztworu myjącego poprzez jego odzyskiwanie w celu ponownego użycia. Obecność w wielozbiornikowej stacji mycia zbiornika wody płuczącej (zbiornik wody wtórnej) pozwala na wykorzystanie wody z ostatniego płukania do płukania wstępnego przy myciu kolejnego obwodu.

Jedno- i wielotorowe stacje mycia CIP

Ze względu na liczbę obiektów mycia (liczbę obwodów CIP), które mają być obsługiwane z danej stacji, wyróżnia się stacje jedno- i wielotorowe (dwu-, trzy-, a nawet czterotorowe).

Do obsługi w tym samym czasie wielu obwodów (obiektów mycia) wykorzystuje się stacje wielotorowe. Przykładowo dwa zbiorniki technologiczne mogą być myte równolegle z dwóch niezależnych torów stacji mycia CIP. W przypadku mycia dwóch zbiorników technologicznych (ze stacji jednotorowej) wymagane jest powtórzenie tych samych czynności kolejno po sobie w dwukrotnie dłuższym czasie. Przyjmuje się, że zapotrzebowanie środka myjącego na jeden tor wynosi od 300 do 700 litrów roztworu i zależy od długości i średnicy rurociągu mytego obwodu oraz od powierzchni mytego obiektu. Zatem objętość zbiorników stacji wielotorowej powinna odpowiadać wielokrotności torów stacji. W stacji wielotorowej dla każdego z torów konieczne jest zastosowanie odrębnych pomp zasilających, układów podgrzewania roztworów, dozowanie stężonych środków myjących. Przy projektowaniu przyjmuje się maksymalnie 12 mytych obwodów na jeden tor stacji mycia.

Sterowanie stacji mycia CIP

Ze względu na stopień automatyzacji, a co za tym idzie – zaangażowania obsługi, można wyróżnić stacje ręczne, półautomatyczne i automatyczne.

Stacja mycia CIP, podłączona do mytego obwodu, realizuje mycie według określonej procedury, przetłaczając ciecze myjące przez przestrzenie robocze urządzeń i rur instalacji. Program mycia jest sekwencją wykonywanych po sobie czynności. Zawiera on między innymi czasy trwania tych czynności oraz inne parametry, w jakich te czynności są prowadzone. Programy są indywidualnie opracowywane do poszczególnych urządzeń technologicznych (obiegów).

Fazy pełnego mycia CIP

Idea pełnego działania procesu CIP opiera się na 5 fazach:

FAZA I – mycie wodą o temperaturze 15–20˚C, użytej z poprzedniego, ostatecznego wypłukania.

FAZA II –  mycie instalacji 1–1,5% NaOH o temperaturze ok. 75˚C (zmydlanie tłuszczów i wymycie utworzonych powłok biologicznych).

FAZA III – przepłukiwanie ciepłą wodą w obiegu zamkniętym (ok. 50˚C).

FAZA IV – mycie instalacji maks. 1% kwasem azotowym (HNO₃) w temperaturze maks. 60˚C (usuwanie osadów mineralnych).

FAZA V – ostateczne wypłukanie instalacji w obiegu zamkniętym (ok. 15˚C). Tę wodę z odzysku stosuje się następnie jako pierwszą fazę mycia w kolejnym, nowym cyklu CIP. Po V fazie opcjonalnie stosuje się sanityzację instalacji specjalnymi środkami dezynfekcyjnymi. Parametry mycia zależą bezpośrednio od specyfiki produkcji. Najczęściej pełny cykl CIP jednego obwodu trwa ok. 30 min.

Weryfikacja mycia CIP

Gwarancje skuteczności mycia i dezynfekcji, oprócz monitorowania parametrów mycia i dezynfekcji, daje weryfikacja procesu mycia. Polega ona na ocenie czystości fizycznej, chemicznej i mikrobiologicznej powierzchni, które poddawane były czyszczeniu. Podczas oceny skuteczności wypłukania środków czyszczących (czystość chemiczna) są dokonywane zapisy parametrów popłuczyn. Pozytywny wynik weryfikacji (jeśli mycie i dezynfekcja są skuteczne) stanowi podstawę do podjęcia decyzji o zakończeniu procesu mycia i rozpoczęciu procesu produkcji. Jeśli natomiast po weryfikacji (sprawdzeniu) okaże się, że zabiegi te były nieskuteczne, to należy podjąć działania korygujące. Mogą one obejmować procedury czyszczenia i dezynfekcji, higieny konstrukcji linii lub procesu produkcyjnego. W zakresie działań korygujących dotyczących procedury czyszczenia i dezynfekcji efektywne mogą okazać się: wydłużenie czasu kontaktu środka myjącego, podniesienie temperatury środka myjącego, zwiększenie prędkości przepływu środka myjącego, zmiana rodzaju środka myjącego, zwiększenie stężenia środka myjącego.

Działania korygujące mycia

Poprawa higienizacji konstrukcji linii może dotyczyć: zainstalowania bardziej higienicznych elementów linii, uproszczenia linii (eliminacja lub zmiana przebiegu dróg produktu), poprawy drenażu linii, przeznaczanie urządzeń do produkcji tylko określonej grupy produktów (zwłaszcza w przypadku alergenów).

Środek myjący musi mieć dostęp do wszystkich powierzchni. Nie mogą występować martwe przestrzenie, do których środek myjący nie dociera bądź przez które nie może przepłynąć. Maszyny i rury trzeba instalować w taki sposób, żeby ich drenaż był skuteczny. Wszystkie pojemności, z których pozostałości wody nie mogą spłynąć samoczynnie, stanowią miejsce szybkiego namnażania się bakterii, co może powodować poważne ryzyko zakażenia produktu. Stosowanie zakrzywionych elementów rur, takich jak kolanka, trójniki czy zawory, oraz wydłużanie rurociągów lub ich gwałtowne zmiany średnicy wpływają na warunki mycia w przepływie. Spadają prędkości przepływu i związane z tym oddziaływanie płynu na ścianki; obniża się również temperatura mediów myjących.

Działania korygujące w obszarze procesu produkcyjnego to: skrócenie czasu między końcem procesu produkcji a rozpoczęciem procesu czyszczenia, zmniejszenie wielkości serii produkcyjnej lub skrócenie czasu pomiędzy pełnym czyszczeniem linii, dodawanie pewnych składników w ostatnich fazach procesu produkcyjnego (zwłaszcza w przypadku alergenów).

Koszt stacji mycia CIP

Przykładowo mobilna stacja mycia składająca się z dwóch zbiorników o pojemności 100 l każdy z temperaturą ogrzewania do 80^oC z przyłączem DN32 to koszt ok 8,5 tys. euro brutto. Również dostępne są trójzbiornikowe mobilne stacje mycia (po 280 l każdy) zawierające pompę o wydajności 20 m³/h. W cenie 100 tys. zł. możliwe jest zakupienie mobilnej stacji jednozbiornikowej (500 l) zasilanej wodą gorącą z sieci zakładowej o przepływie maks. 30 m³/h (przyłącze DN65) i temperaturze maks. 100^oC.