CN110385315A - 用于清洁工艺设备的方法和原位清洁装置以及工艺设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于清洁工艺设备(400)的方法和原位清洁装置以及工艺设备，特别是食品和饮料工业中的工艺设备，所述方法包括：向液体清洁剂(102)中添加气体介质(103)，以便形成清洁流(105)，所述清洁流以气泡流或以塞状流的形式流过待清洁的所述工艺设备的部件。
Description
技术领域
本发明涉及权利要求1的前序部分中公开的类型的方法、权利要求13的前序部分中公开的类型的装置以及权利要求14的前序部分中公开的设备。
背景技术
在工艺技术领域中，特别是在食品和饮料工业中，工艺设备(process plant)的定期清洁，特别是与产品接触的表面的清洁，是确保符合卫生法规且成品对健康无害的必不可少的措施。
通常，进行所谓的原位清洁(CIP)清洁措施是在基本上不拆卸设备的情况下清洁工艺设备。这里经常使用液体清洁剂。然而，使用精细分布在气体介质中的液体也是已知的。
已知的清洁方法是不利的，例如，因为它们经常需要多次清洁过程，并且因此可能需要非常长的清洁时间。同样，已知的清洁方法可能需要非常高的清洁剂消耗，包括介质的高消耗。
发明内容
因此，本发明的目的是改进用于清洁工艺设备的方法，尤其是用于食品和饮料工业的工艺设备。例如，特别是在方法或清洁的效率、效力、经济性和能源平衡方面改进用于清洁工艺设备的方法的目的。
根据本发明，这通过根据权利要求1的方法、根据权利要求13的装置和根据权利要求14的设备来实现。有利的实施例和进一步的发展是从属权利要求的主题。
在本文中，用于清洁工艺设备的示例性方法，特别是食品和饮料工业中的工艺设备，可以包括将向至少一种液体清洁剂中添加气体介质，以形成清洁流，并且该清洁流可以以气泡流、弹状流或塞弹状流(plug slug flow)或塞状流的形式流过待清洁的所述工艺设备的部件。
结果，清洁流特别可以形成多组分两相流，其相分布可例如通过气泡流或塞状流来描述。
这样，例如，在通过向液体清洁剂中添加气体介质而形成的清洁流中可能引起湍流，这些湍流能够产生附加的机械清洁效果，并且甚至能够有效地去除顽固的污染物，例如生物膜。
换句话说，向液体清洁剂中添加至少一种气体介质可导致形成特别是湍动清洁流的清洁流，并且导致湍动气泡流或塞弹状流。
用于添加的至少一种气体介质可以例如包括增压空气。然而，诸如CO2的其他气体介质也是可以想到的，特别是例如在所使用的液体清洁剂中具有低溶解度的气体介质。然而，也可以想到使用在所用的液体清洁剂中具有良好溶解度的气体介质。
短语“向液体清洁剂中添加至少一种气体介质”特别可以代表定向且可控制的或可定量的添加。换句话说，添加过程例如可以排除气体介质和液体清洁剂的随机混合过程。
除此之外，与已知清洁方法相比，本发明所述方法的改善的清洁效力允许所需的清洁过程的数量最小化并且因此使清洁工艺设备所需的时间最小化，这种情况可以减少工艺设备的生产停机时间。
例如，与传统的清洁方法相比，清洁所需的时间可以减少高达50％或更多。
此外，与已知的清洁方法相比，需要更少的增压空气，因为与使用具有气相组分和液相组分的清洁混合物的已知清洁方法相比，在本文所描述的方法中液相的百分比占主导地位。
在本文中，向所述液体清洁剂中添加所述气体介质可以是按剂量的，使得所述清洁流中的所述液体清洁剂与所述气体介质的质量比在100/1至10000/1之间，特别是在500/1至5000/1之间。
根据技术偏见，当使用气体和液体的混合物时，其中气体是主要成分或者其中气体用作液滴的载体介质，即其中气液混合物形成液滴流或雾状流，才可能对食品和饮料工业中的设备进行充分有效的清洁，与所述技术偏见相反，内部测试足够惊奇地已表明，使用液体是主要成分的气液混合物，如上述示例性清洁流的情况，允许对食品和饮料工业中的工艺设备实现同样好的或者甚至更好的清洁。
向所述液体清洁剂中添加所述气体介质也可以是按剂量(dosed)的，使得所述清洁流可以例如在定量加料点(dosing point)或不久之后被用气体介质饱和。
例如，在本文中，向所述液体清洁剂中添加所述气体介质尤其可以是按剂量的，使得所述清洁流可以在工艺设备中普遍存在的预定最大压力下被气态介质饱和。
例如，在饱和之后例如在待清洁的管道中压力的下降可能导致部分气体介质从清洁流中逸出，这可以导致改善的且更有效的清洁。例如，在此通过清洁可以更有效地去除由剥落引起的污染物。
向所述液体清洁剂中添加所述气体介质的上述示例性操作可以通过喷嘴进行，例如通过文丘里型喷嘴，或通过文丘里型碳酸化喷嘴。然而，使用简单的管道作为用于向液体清洁剂中添加气体介质的装置也是可想到的。
可选地或另外，向所述液体清洁剂中添加所述气体介质可以是以添加与所述液体清洁剂反应时在所述液体清洁剂中能够产生气泡的材料的形式进行的。
例如，过氧化氢(H2O2)和/或碳酸氢钠可以被添加到液体清洁剂中。
例如通过喷射可被添加到液体清洁剂中的示例性的所述气体介质可包括例如增压空气。
此外，示例性的所述液体清洁剂可包括诸如热水的水、酸性溶液和/或碱性溶液和/或消毒液。
举例而言，例如，诸如热水或碱性溶液的液体清洁剂的温度可以高达85℃或更高，并且诸如酸性溶液的液体清洁剂的温度可以高达40℃或更高。
例如，向所述液体清洁剂中添加所述气体介质可以是在工艺设备的可能安装的泵之后的清洁介质的流动路径中进行的。
此外，在所述清洁剂的所述流动路径中或在所述清洁流的所述流动路径中的任何现有泵可以在一个/多个旁路中被绕开。
这样，例如泵或任何现有的泵可被保护免受添加的诸如增压空气的气体介质造成的可能的损坏。
向所述液体清洁剂中添加所述气体介质可以在例如难以清洁的工艺设备区域附近和/或在严重污染区域附近，例如热交换器的上游或所述工艺设备的加热器部分的上游进行。
结果，尤其是可以提高工艺设备的问题多的区域或严重污染的区域的清洁效率。
向所述液体清洁剂中添加所述气体介质的上述示例性操作可以例如以与所述液体清洁剂的流动逆流或顺流的方式进行。
可选地或另外地，所述气体介质的添加可以是横向于或垂直于所述液体清洁剂的流动和/或在液体清洁剂的所述流动路径中的孔板之后和/或在所述液体清洁剂的所述流动路径中的90°弯曲之后进行。
这些添加方式可以例如导致气体介质在液体清洁剂中改善的分散以及液体清洁剂中的气泡和湍流产生的改善，这反过来又可以有助于改善清洁流的清洁效果。
向液体清洁剂中添加气体介质的上述示例性操作可以在在工艺设备的诸如生产作业过程的常规操作过程中不与产品接触的管线区段中进行。根据有利的实施例，添加例如在液体清洁剂的供料管线中进行。因此，可以使用在涉及产品的常规操作期间可能容易被污染的分散元件，例如孔板。
此外，向所述液体清洁剂中添加所述气体介质的上述示例性过程可以以定时方式或脉冲方式进行。
然而，向液体清洁剂中连续添加气体介质也是可以想到的。
在已经通过待清洁的工艺设备或通过待清洁的工艺设备区域一次或多次之后，所述清洁流，即所述液体清洁剂和所述气体介质的混合物，可以被收集于用于分离所述液体清洁剂和所述气体介质的混合物的收集罐中。
这样，例如至少部分混合物，例如至少部分气体介质，可以被再利用。例如，至少部分气体介质可以收集于压力容器中。
用于清洁工艺设备的示例性原位清洁(CIP)装置，尤其是食品和饮料工业中的工艺设备，可以配置成执行用于清洁工艺设备的方法，所述方法包括上述特征和方法步骤中的至少一个、几个或全部。
例如，用于清洁工艺设备的示例性原位清洁(CIP)装置可以包括用于向液体清洁剂中添加气体介质以形成清洁流的装置，所述清洁流可以以气泡流或以塞状流的形式流过待清洁的所述工艺设备的部件。
用于向液体清洁剂中添加诸如增压空气的气体介质以便形成清洁流的示例性装置例如是喷嘴，例如文丘里喷嘴。然而，使用用于向液体清洁剂中添加气体介质的管道也是可以想到的。
结果，示例性工艺设备，例如食品和饮料工业中的工艺设备，可以包括用于清洁所述工艺设备的原位清洁(CIP)装置；所述原位清洁(CIP)装置可以配置成执行根据上述特征或方法步骤之一的用于清洁所述工艺设备的方法。
附图说明
下列图示意性地示出：
图1a：用于清洁工艺设备的示例性原位清洁(CIP)装置，
图1b：具有喷嘴的示例性原位清洁(CIP)装置，
图2：示例性收集罐，
图3：示例性设备。
具体实施方式
图1a示例性地和示意性地示出了基于用于清洁工艺设备的原位清洁(CIP)装置100的示例性布置的用于清洁工艺设备的可能的方法步骤，特别是食品和饮料工业的工艺设备。
在该装置中，通过示例性装置101已向位于工艺设备的一部分内的具有示例性流动方向107的示例性液体清洁剂102中添加了气体介质103，以便形成包括液体清洁剂和所添加的气体介质的混合物104的清洁流105，清洁流105可以以气泡流或以塞弹状流的形式流过待清洁的工艺设备的部件。
在本文中，示例性清洁流的流动方向106可以例如是基本上等同于或平行于在添加气体介质之前的液体清洁剂的流动方向107。
图1b还示例性地示出了基于类似于装置100的用于清洁工艺设备的原位清洁(CIP)装置200的示例性布置的用于清洁工艺设备的可能的方法步骤，尤其是食品和饮料工业的工艺设备。
作为用于向液体清洁剂202添加气体介质203以便形成清洁流204的装置，在此示例性地示出了用于注入诸如增压空气的气体介质203的示例性喷嘴201。
示例性喷嘴201例如可以如所示以顺流方式，即基本上平行于液体清洁剂202的流动方向207的方式，向液体清洁剂202中添加或注入/供给气体介质203。
示例性液体清洁剂202的流动方向206与所添加的气体介质混合，即，清洁流的流动方向例如也可以基本平行于液体清洁剂202在添加气体介质之前的流动方向207。
如上所述，气体介质203例如也可以在与液体清洁剂的流动方向相反的方向被添加到液体清洁剂202中。
图2示例性地示出了可能的收集罐300，具有入口303以用于向其中接收示例性清洁流301，即在沿清洁流路径穿过待清洁的工艺设备区域或部件之后具有示例性流动方向302的示例性湍动清洁流。
在收集罐300中，清洁流301，即液体清洁剂和气体介质的混合物，可以被分开/分割/分离成其组分，使得液体清洁剂306例如可以被收集于收集罐的底部区域中，而从液体清洁剂和气体介质的混合物中排出/释放/逸出的气体介质可以被收集/集中在该液体清洁剂的顶部。
收集罐例如可以具有用于排出所收集的液体清洁剂的出口307以及用于排出从液体清洁剂和气体介质的混合物中逸出的所收集的气体介质305的排出管304。
为了避免液体清洁剂中的污垢颗粒的排出或再循环，所收集的液体清洁剂的排出或再循环可以在填料水平以下和在供料管线以下进行。
图3示例性地示出了用于处理液体产品的食品和饮料工业的工艺设备400，其包括示例性短时加热单元424和示例性原位清洁(CIP)装置401，所述装置示例性地配置成执行上述用于清洁工艺设备400或短时加热单元424的步骤。
示例性原位清洁(CIP)装置401例如可以包括用于在其中接收/在其中存储液体清洁剂并用于提供液体清洁剂的多个贮存器或贮存罐402、403、404，例如用于提供热水作为清洁剂的热水罐402、用于提供液体碱性清洁剂的碱罐403和用于提供液体酸性清洁剂的酸罐404。从示例性罐402、403、404提供上述示例性液体清洁剂例如可以通过可能的给料泵进行。
另外，示例性短时加热单元424可具有连接到其上的示例性缓冲罐405，缓冲罐405例如可位于充填器(filler)408的上游。
本文中，在工艺设备400或短时加热单元424内的给定附图标记418的产品路径例如可配置成使得在产品供给(product feed)410之后，液体产品的压力经由示例性增压泵416增加，随后，产品的温度例如经由热交换器421和/或示例性加热器422和示例性保温区段409加热到所需温度，例如加热到用于对产品进行消毒的温度，然后在产品例如可被供应到充填器408或中间存储在可选的缓冲罐405中之前，可以经由具有可选的示例性冷却回路407的另外可能的示例性热交换器423冷却或调节到所需产品温度。
附图标记415标识了在例如来自碱罐403的液体清洁剂用于通过示例性原位清洁(CIP)装置401清洁短时加热单元424的情况下的示例性清洁路径或示例性清洁流路径(由短虚线标识)。在清洁之后，清洁流例如可以经由沟406排出，或者其可以经由回流(returnflow)419再循环到诸如碱罐403的罐中。
附图标记417标识了在例如来自酸罐404的液体清洁剂通过示例性原位清洁(CIP)装置401用于清洁示例性产品缓冲罐405的情况下的示例性的另一清洁路径或示例性的另一清洁流路径(由长虚线标识)。
文中在清洁之后，清洁流也可以例如经由沟排出，或者其可以经由回流420再循环到诸如酸罐404的罐中。
附图标记425标识了在例如来自热水罐402的液体清洁剂可以用于清洁工艺设备400或短时加热单元424的情况下的示例性的另一清洁路径或示例性的另一清洁流路径。另外，文中，该示例性的另一清洁流路径425可经由或沿着上述线路路径或清洁路径415或417导向。
如上所述，至少一种气体介质例如通过由文丘里喷嘴注入可能已添加到示例性原位清洁(CIP)装置401的液体清洁剂，以便形成清洁流415、417、425，该清洁流可以气泡流或以弹状流或以塞弹状流或塞状流的形式流过待清洁的工艺设备400或短时加热单元424的部件。
这种添加可以在工艺设备400的生产作业期间与产品接触的管线区段中进行，和/或气体介质的添加可以在原位清洁(CIP)装置401的供料管线中进行。
图3示例性地示出了用于向液体清洁剂中示例性地添加诸如增压空气的气体介质的几个可能的可选位置411、412、413、414；位置412、414例如位于原位清洁(CIP)装置401的供料管线中，而例如位置411、413位于在工艺设备的生产作业期间可以与产品接触的管线区段中。
然而，用于向液体清洁剂中示例性地添加诸如增压空气的气体介质的位于工艺设备400或短时加热单元424内或位于原位清洁(CIP)装置401内的其他位置也是可以想到的。
后附有包括图1a、图1b、图2和图3的三页。
相应的附图标记标识如下：
100 用于清洁工艺设备的示例性原位清洁(CIP)装置
101 用于向液体清洁剂中添加气体介质以形成清洁流的示例性装置
102 示例性液体清洁剂
103 与液体清洁剂混合的示例性气体介质，即示例性气泡
104 与所添加的气体介质混合的示例性液体清洁剂
105 示例性清洁流、示例性气泡流或塞弹状流、示例性多组分两相流、液体清洁剂和气体介质的示例性混合物、示例性湍动清洁流
106 清洁流的示例性流动方向
107 液体清洁剂的示例性流动方向
200 用于清洁工艺设备的示例性原位清洁(CIP)装置
201 用于向液体清洁剂中添加气体介质以形成清洁流的示例性装置，用于注入诸如增压空气的气体介质的示例性喷嘴
202 示例性液体清洁剂
203 与液体清洁剂混合的示例性气体介质，即示例性气泡
204 与所添加的气体介质混合的示例性液体清洁剂
205 示例性清洁流、示例性气泡流或塞弹状流、示例性多组分两相流、液体清洁剂和气体介质的示例性混合物、示例性湍动清洁流
206 清洁流的示例性流动方向
207 液体清洁剂的示例性流动方向
300 示例性收集罐
301 示例性清洁流、示例性湍动清洁流、示例性气泡流或塞弹状流，示例性多组分两相流，液体清洁剂和气体介质的示例性混合物，例如在混合物已经沿清洁流路径通过待清洁的工艺设备区域或部件之后
302 清洁流的示例性流动方向
303 用于向其中接收清洁流的收集罐的示例性入口
304 从液体清洁剂和气体介质的混合物中分离出的气体介质的示例性排放
305 从液体清洁剂和气体介质的混合物中分离的示例性气体介质
306 从液体清洁剂和气体介质的混合物中分离的示例性液体介质
307 从液体清洁剂和气体介质的混合物中已分离的液体清洁剂的示例性排放/示例性流出
400 示例性工艺设备
401 示例性原位清洁(CIP)装置
402 示例性热水罐
403 示例性碱罐
404 示例性酸罐
405 示例性缓冲罐
406 清洁流的示例性出口，例如沟
407 示例性冷却回路
408 到充填器/示例性充填器的示例性产品路径
409 示例性保温区段
410 示例性产品进料
411 向液体清洁剂中示例性供应/添加气体介质
412 向液体清洁剂中示例性供应/添加气体介质
413 向液体清洁剂中示例性供应/添加气体介质
414 向液体清洁剂中示例性供应/添加气体介质
415 示例性清洁路径/示例性清洁流路径/示例性线路路径
416 示例性增压泵
417 示例性清洁路径/示例性清洁流路径/示例性线路路径
418 示例性产品路径
419 清洁流的示例性回流
420 清洁流的示例性回流
421 示例性热交换器
422 示例性端部加热器
423 具有冷却回路的示例性热交换器
424 示例性短时加热单元
425 示例性清洁路径/示例性清洁流路径/示例性线路路径
Claims (14)
1.一种用于清洁工艺设备(400)的方法，特别是食品和饮料工业中的工艺设备，包括：
向液体清洁剂(102)中添加气体介质(103)，以形成清洁流(105)，所述清洁流以气泡流或以塞状流的形式流过待清洁的所述工艺设备的部件。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，向所述液体清洁剂(102)中添加所述气体介质(103)是按剂量的，使得所述清洁流(105)中的所述液体清洁剂(102)与所述气体介质(103)的质量比在100/1至10000/1之间，特别是在500/1至5000/1之间。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，向所述液体清洁剂(102)中添加所述气体介质(103)是按剂量的，使得所述清洁流(105)被所述气体介质饱和，特别地，其中所述气体介质(103)的添加是按剂量的，使得所述清洁流(105)在所述工艺设备中普遍存在的预定最大压力下被所述气体介质饱和。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，向所述液体清洁剂(102，202)中添加所述气体介质(103，203)是经由喷嘴(201)和/或以添加与所述液体清洁剂反应时在所述液体清洁剂中产生气泡的材料的形式进行的。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，向所述液体清洁剂(102)中添加所述气体介质(103)是通过文丘里喷嘴进行的。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述气体介质(103)包括增压空气。
7.根据前述权利要求中任一项的方法，其中，所述液体清洁剂(102)包括诸如热水的水、酸性溶液和/或碱性溶液和/或消毒液。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，向所述液体清洁剂(102)中添加所述气体介质(103)是在所述工艺设备的泵的下游的所述清洁剂的流动路径中进行的，和/或其中，在所述清洁剂的所述流动路径中或在所述清洁流的所述流动路径中的泵在一个/在多个旁路中被绕开。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，向所述液体清洁剂(102)中添加所述气体介质(103)在难以清洁的工艺设备区域附近和/或在严重污染区域附近进行，例如在热交换器的上游。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，向所述液体清洁剂(102)添加所述气体介质(103)以与所述液体清洁剂的流动逆流或顺流的方式进行，和/或其中，所述气体介质(103)的添加是横向于或垂直于所述液体清洁剂(102)的流动和/或在所述液体清洁剂(102)的所述流动路径中的孔板之后进行的。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，向所述液体清洁剂(102)添加所述气体介质(103)以定时方式进行。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述清洁流在经过所述工艺设备之后被收集于用于分离所述液体清洁剂和所述气体介质的混合物的收集罐(300)中。
13.一种用于清洁工艺设备(400)的原位清洁装置(100，401)，特别是食品和饮料工业中的工艺设备，所述装置配置成执行根据前述权利要求中任一项所述的用于清洁工艺设备的方法。
14.一种工艺设备(400)，例如食品和饮料工业中的工艺设备，包括用于清洁所述工艺设备(400)的原位清洁CIP装置(401，100)，其中，所述原位清洁CIP装置(401，100)配置成执行根据前述方法权利要求中任一项所述的用于清洁所述工艺设备(400)的方法。
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