PH ẦN II. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA
Chương 13. HỆ THỐNG VỆ SINH TẠI CHỖ (CIP) 1. T ỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TẤY RỬA
7. L ẮP ĐẶT HỆ THỐNG CIP 1. Yêu cầu lắp đặt hệ thống CIP
Một hệ thống CIP bao gồm các thiết bị, đường ống và hệ thống tự động hóa mà quản lý việc lưu thông của các vật liệu làm sạch và vệ sinh môi trường. CIP hệ thống được vận hành đúng thiết kế để có thể thường xuyên lau chùi và khử trùng thiết bị chế biến thực phẩm và đường ống theo tiêu chuẩn.
Hiệu quả, năng suất của hệ thống CIP gắn liền quá trình thiết kế dây chuyền.
Nên hạn chế những vị trí uốn, gấp khúc trong hệ thống đường ống. Để giảm thiểu tối 185
đa thể tích tank chứa của hệ CIP, hệ thống đường ống được thiết kế một cách đơn giản nhưng vẫn đáp ứng yêu cầu kỹ thuật.
Độ bóng bề mặt làm việc của thiết bị là yếu tố ảnh hưởng đến chế độ làm việc của hệ thống CIP. Độ nhám bề mặt (Ra) là giá trị chiều cao trung bình của các đỉnh không đều nhau trên bề mặt và được tính bằng m. Chỉ số Ra đạt tiêu chuẩn là 1m.
Những bề mặt có chỉ số Ra thấp sẽ rút ngắn được thời gian làm sạch. Nếu bề mặt có chỉ số Ra thay đổi từ 0,65m xuống 0,42m, thời gian làm sạch giảm được 30%.
Các thiết bị trong dây chuyền sản xuất cần được lắp đặt sao cho quá trình vệ sinh được thuận tiện nhất. Mặt khác, cần lưu ý đến những khe hở, vết nứt của hệ thống máy móc do sự tác động của nhiệt trong quá trình cấp nhiệt. Trong máy chiết chai, việc nâng nhiệt sẽ làm tăng sự mài mòn và làm giảm tuổi thọ của các đầu chiết. Để nâng cao hiệu quả quá trình vệ sinh, hệ thống CIP cần được thiết kế bao gồm quá trình cấp khí và thoát khí cùng với quy trình xử lý chất lỏng.
Thiết bị sử dụng được thiết kế một cách thuận lợi cho việc loại bỏ chất kết tủa ra khỏi tank và đường ống. Độ bóng của bề mặt đáy tank cũng như góc côn là hai yếu tố cần được thiết kế phù hợp cho quá trình kết lắng nấm men và cặn protein.
Lắp đặt dây chuyền sản xuất cần giảm thiểu sự nhiễm bẩn của dung dịch tẩy rửa. Các thiết bị trống cần tiến hành vệ sinh CIP ngay sau mỗi chu kỳ sản xuất.
Hình 13.5. Hệ thống CIP trung tâm Nhà máy Bia Sài Gòn - Hà Nội.
186
Hình 13.6 Hệ thống CIP nấu Nhà máy Bia Sài Gòn - Bình Tây.
Hình 13.7. Hệ thống CIP chiết Nhà máy Bia Sài Gòn - Bình Tây 7.2. Quy trình CIP
Bao gồm các công đoạn như sau:
- Rửa sơ bộ với nước trong thời gian từ 3 – 5 phút, có thể dùng nước xả cuối cùng của quy trình trước.
- Xả hết nước đi trong 1- 3 phút.
- Làm sạch với dung dịch kiềm bằng cách tuần hoàn dung dịch kiềm 1%- 2% ở 700 C trong 30 – 50 phút.
- Xả hết dung dịch kiềm trong 1 – 3 phút.
- Rửa sạch bằng nước trong 4– 5 phút.
- Xả hết nước đi trong 1 – 3 phút.
- Tiếp tục rửa bằng acid 1% - 2% trong 10 – 15 phút.
- Xả hết acid đi trong 1 – 3 phút.
- Rửa sạch bằng nước trong 2 – 3 phút.
- Xả hết nước đi trong 1- 3 phút.
- Rửa bằng dung dịch khử trùng trong 10 – 20 phút.
187
- Xả hết dung dịch khử trùng trong 1 – 3 phút.
- Tráng lần cuối cùng bằng nước sạch trong 3 – 5 phút.
- Xả hết nước đi trong 1 – 3 phút.
Toàn bộ chu trình mất khoảng 1- 2 h và có thể tự động hóa ở các mức độ khác nhau.
-Khâu tráng rửa ban đầu: Các bồn chứa và đường ống được rửa bằng nước thường để loại các chất bẩn bám trên bề mặt. Nước rửa không được tái sử dụng mà thải ra hệ thống xử lý nước thải. Mức độ ô nhiễm của nước thải phụ thuộc vào độ bẩn của các bồn và đường ống.
-Khâu rửa bằng hóa chất: Sau khi kết thúc quá trình rửa ban đầu, các bồn chứa và đường ống được súc rửa bằng dung dịch xút nóng ở nhiệt độ 70 – 850C để tẩy sạch các chất bẩn còn bám ở bề mặt. Thời gian tuần hoàn xút nóng 15-30 phút tùy thuộc vào mức độ bẩn của thiết bị. Xút nóng được thu hồi về thiết bị chứa để tái sử dụng.
Sau khi tuần hoàn xút nóng, thiết bị được tráng rửa bằng nước.
Một số thiết bị sau khi rửa bằng xút và tráng rửa có thể phải rửa tiếp bằng dung dịch acid và sau đó được tráng rửa bằng nước nhiều lần đến khi sạch.
-Khâu súc rửa cuối cùng: Các bồn và đường ống được súc rửa lần cuối với dung dịch nước ở nhiệt độ môi trường để làm sạch các chất tẩy rửa còn lại. Phần nước này được thu hồi và tái sử dụng cho khâu súc rửa sơ bộ cho phép tiết kiệm tài nguyên nước và hóa chất sử dụng.
Trong các nhà máy nhỏ chỉ cần một trạm CIP, nhưng có thể xảy ra nguy cơ lây nhiễm từ phân xưởng này sang phân xưởng khác, do vậy trong các nhà máy lớn người ta sử dụng các hệ thống CIP riêng biệt trong các phân xưởng khác nhau.
Phun nước để làm sạch sơ bộ các thiết bị, sau đó phun dung dịch tẩy rửa, cả hai bước đều có thể phun với áp lực cao hoặc thấp.
Khi dùng áp lực cao, 60 bar tạo lực cơ học để làm sạch. Khi phun với áp lực thấp, dòng chảy của dung dịch có vận tốc 20 – 75 m3/h (6 bar) phun lên thành thiết bị và chảy trên đó để dung dịch thực hiện các tác động hóa học. Hiện nay, đây là phương pháp được sử dụng chủ yếu. Tuy nhiên, dù sử dụng phương pháp nào cũng phải phù hợp với thiết bị sao cho tất cả các bộ phận, thậm chí cả chỏm cầu đều được làm sạch.
Nhằm mục đích này người ta thiết kế ra nhiều kiểu đầu phun, và luôn đảm bảo các đầu phun đều phải có một khe hở nhỏ ở đáy để cho các cặn của dung dịch tẩy rửa ra ngoài.
7.3. Các loại đầu phun trong hệ thống CIP
Đầu CIP làm sạch có 3 kiểu chính: Loại quả cầu phun cố định (fix spray ball-FSB); loại đầu phun quay (rotary spray head-RSH); loại đầu tia quay (rorary jet head-RJH).
7.3.1. Đầu phun cố định (fix spray ball- FSB) FSB có 2 loại. Thứ nhất là loại quả cầu mỏng thông thường, lắp đặt không tốn kém, dễ dàng vận hành, nhưng tốn nhiều nước. Dạng khác của quả cầu phun cố định có thành dày hơn khoảng
1.326mm. Quả cầu dày từ 3 – 4mm phụ thuộc Hình 13.8. Đầu phun cố định 188
vào đường kính của nó và yêu cầu về số lượng tia ít hay nhiều. Ưu điểm quan trọng nhất là nó làm sạch được những vùng khó vệ sinh (cánh khuấy, cửa tiếp liệu) và làm tăng hiệu quả sử dụng của chất lỏng FSB-Fixed Spray Ball.
7.3.2. Đầu phun quay (rotary spray head-RSH)
RSH cải tiến góc quét bên trong tank của quả cầu, bằng việc sử dụng tốc độ đầu quay lớn, tạo ra chùm tia hình quạt tác động tới toàn bộ diện tích bề mặt bên trong tank. Khi sử dụng đầu phun quay thay cho quả cầu cố định, có thể làm giảm 30 – 40%
tốc độ dòng CIP mà vẫn đạt hiệu quả tốt hơn. Ưu điểm của RSH là tốc độ dòng chảy yêu cầu không cao, chu kỳ vệ sinh lặp lại nhanh, đảm bảo toàn bộ bề mặt được làm sạch ở mức độ tốt nhất. RSH mang lại lợi ích lớn cho những cơ sở sản xuất có liên quan đến dung dịch dẻo và rắn.
Một lợi ích nữa của hệ thống CIP sử dụng cầu quay RSH là hiệu quả tráng rửa sơ bộ, bởi vì những đầu làm sạch có thể tác động đến 98%
lượng chất cần loại bỏ trong tank và dung dịch chất tẩy rửa có thể tái sử dụng được nhiều lần.
7.3.3. Đầu tia quay (rorary jet head-RJH) RJH có ưu điểm là làm sạch những thiết bị có đường kính lớn. Đầu phun được thiết kế có thể thay đổi khả năng phun nước, đảm bảo mức
độ làm sạch cao nhất ở những nơi tập trung nhiều cặn bẩn. Hãng Breconcherry đã phát triển những đầu tia quay bao gồm những phần chính sắp xếp theo hàng giảm tới mức tối đa diện tích dư thừa. Một đặc điểm nữa của đầu RJH là khả năng tự làm sạch một cách hiệu quả khi được nhúng trong dung dịch chất tẩy rửa .
Tiêu chuẩn cơ bản của hệ thống CIP là quá trình kiểm tra tự động để chu kỳ CIP đạt được các thông số kỹ thuật quy định, cũng như việc sử dụng bộ kit cùng các phương pháp phân tích hóa học, kiểm tra nồng độ dung dịch chất tẩy rửa chính xác.
Một điều quan trọng là cần phải đảm bảo sự cân bằng giữa quá trình CIP và quá trình bổ sung hóa chất cho hiệu quả quá trình CIP đạt giá trị cao nhất. Trong một môi trường vệ sinh an toàn thực phẩm và cạnh tranh về giá cả, CIP là một công nghệ cần thiết cho dây chuyền chế biến thực phẩm nói chung và sản xuất đồ uống nói riêng.
7.4. Các yếu tố ảnh hưởng hiệu quả làm sạch
- Thời gian: Tùy thuộc vào số lượng và nồng độ của dung dịch làm sạch sử dụng (thông thường khoảng 1 giờ).
- Nhiệt độ: Hiệu quả làm sạch phụ thuộc rất cao vào lựa chọn nhiệt độ. Nhiệt độ thấp cú thể làm giảm hiệu quả để làm sạch. Hệ thống CIP cần theo dừi và duy trỡ nhiệt độ ở tất cả các bộ phận của hệ thống trong suốt chu trình và tạm dừng sản xuất, nếu hệ thống vẫn chưa được làm sạch.
- Nồng độ hóa chất làm sạch: Nồng độ của hóa chất khử trùng phải được duy trì trong phạm vi thiết lập. Hệ thống phải tạm dừng sản xuất nếu nồng độ không được duy trì trong phạm vi chấp nhận được.
- Cơ lực: Để đạt được hiệu quả làm sạch, thiết bị hoặc bề mặt đường ống phải được chất lỏng làm sạch lưu thông dễ dàng. Điều này đạt được bằng cách cung cấp
Hình 13.9 Đầu tia quay RJH
189
chất lỏng làm sạch với vận tốc khoảng 1,5- 3 m/s và bảo đảm đủ thời gian tiếp xúc với chất lỏng làm sạch.
7.5. An toàn lao động trong hệ thống CIP 7.5.1. Biện pháp an toàn
Tất cả các loại hóa chất phải được chuẩn bị cẩn thận, đúng qui cách, đặc biệt là hóa chất nồng độ cao.
Dùng hóa chất dạng lỏng và phải pha loãng thành dung dịch có nồng độ thích hợp.
Các thùng chứa hóa chất phải được lắp đặt ở khu vực thuận tiện cho sử dụng, đảm bảo an toàn cho sản xuất, nên tính toán trong thể tích 25 - 1000 lít.
Công nhân làm việc phải được trang bị bảo hộ lao động đầy đủ trong từng khâu hoạt động (áo quần bảo hộ, mặt nạ…)
Không trộn lẫn các hóa chất với nhau và chú ý khi pha dung dịch đặc.
Đối với các acid, không được trộn lẫn sản phẩm muối của hợp chất clo cũng như các chất dễ bay hơi, gây nên phản ứng mạnh.
7.5.1. Vận hành an toàn
Cần đảm bảo kiểm soát chặt chẽ các bộ phận sau:
- Bơm.
- Các đầu phun và nồng độ dung dịch.
- Các van, cảm biến và thiết bị đo lường.
- Bộ phận có tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm.
Các thông số được kiểm soát trong dây chuyền:
- Vận tốc dòng chảy.
- Nhiệt độ.
- Tính dẫn (nồng độ hóa chất).
Bảng 13.1. Các lỗi thường xảy ra khi làm sạch các ống (các sai phạm này thường không biểu hiện ra ngay)
Lỗi Biện pháp khắc phục
1 Đọng nước. Sử dụng van đôi hay van chữ T thay
cho van thẳng.
2 Khí dư do ống không có lỗ thoát khí Tạo lỗ thoát khí.
3 Khí dư trong áp kế Bourdon Sử dụng dụng cụ có màng.
4
Khí dư trong đường ống không có lỗ thông khí tại điểm cao nhất hoặc khi đường ống có chỗ uốn cong tạo hình yên.
Thêm lỗ thông khí, không để cho chỗ uốn cong hướng lên.
5 Cặn đọng tại các chỗ trũng trong
đường ống. Không tạo thành chỗ trũng trong
đường ống, tạo lỗ xả.
6 Cặn đọng trong các van Sử dụng các van có các khe xả cặn thích hợp
190
7 Cặn đọng ở những nơi đường ống bị
vừng xuống. Lắp nghiờng cỏc phần nằm ngang.
8 Cặn đọng ở những phần ống mở rộng hoặc thắt.
Sử dụng đường ống không đồng nhất, không tạo bất kỳ sự biến đổi nào trong đường ống thẳng.
9 Vòi hoặc van ba ngã không dễ vệ sinh. Sử dụng các van dễ vệ sinh.
10
Đường ren trên tank chỗ lắp đường
ống với gioăng trong Dùng các ống nối có ren hàn vào thùng chứa.
Câu hỏi ôn tập chương 13
Câu 1: Mục đích và nguyên tắc của hệ thống CIP? Phân lọai các vết bẩn?
Câu 2: Các thiết bị dùng trong hệ thống CIP có thể bao gồm các loại nào?
Câu 3: Phân tích các yêu cầu của hóa chất dùng làm chất tẩy rửa trong hệ thống CIP?
Câu 4: Các yêu cầu khi lắp đặt hệ thống CIP?
Câu 5: Trình bày thứ tự một qui trình CIP? Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả làm sạch?
191