Συστήματα καθαρισμού C.I.P. Γαλακτοβιομηχανιών

Γιώργος Πετράκης
Διευθύνων Σύμβουλος, AS Hellas
Dipl. Mechanical Engineer, MSc
12/4/2017

Καθαρισμός Γραμμών Παραγωγής Γάλακτος

Για την ομαλή και ασφαλή λειτουργία μιας Γαλακτοβιομηχανίας απαιτείται σωστός και επιμελής καθαρισμός των γραμμών παραγωγής. Τα συστήματα “CIP” (Cleaning In Place) που αναπτύχθηκαν σημαντικά την τελευταία δεκαετία, προσφέρουν την κατάλληλη λύση, με την προϋπόθεση της σωστής εφαρμογής τους.

Δυστυχώς για την χώρα μας τα στοιχεία αποκαλύπτουν ότι η σπουδαιότητα των συστημάτων CIP έχει συχνά υποτιμηθεί. Ο καθαρισμός των γραμμών παραγωγής αντιμετωπίζεται σαν αναγκαίο κακό και όχι σαν σημαντικό μέρος της παραγωγικής διαδικασίας που μπορεί να συντελέσει στην παραγωγή ελαττωματικού προϊόντος. Είναι πολλές οι περιπτώσεις των βιοτεχνιών ή ακόμα και βιομηχανιών γάλακτος, οι εγκαταστάσεις CIP των οποίων έχουν κατασκευαστεί με πρόχειρο ή ακόμα και καθόλου σχεδιασμό. Το γεγονός αυτό πολλές φορές οφείλεται στην επιλογή μη εξειδικευμένης κατασκευάστριας εταιρίας. Απαιτείται βαθιά γνώση του αντικειμένου προκειμένου να σχεδιαστεί και να τεθεί σε λειτουργία το σύστημα CIP που θα διασφαλίζει τον σωστό καθαρισμό της γραμμής αλλά και την αποφυγή οποιασδήποτε πρόσμιξης των χημικών καθαριστικών με το προϊόν. Συχνά, βιομηχανίες τροφίμων έχουν αναγκαστεί να αποσύρουν από την αγορά ποσότητες προϊόντος λόγω ελαττωματικότητας που οφείλεται στον ελλιπή καθαρισμό των γραμμών ή στην απουσία των κατάλληλων διατάξεων ασφαλείας στα δίκτυα παραγωγής. Στο παρόν άρθρο θα γίνει μία προσπάθεια ενημέρωσης της σωστής διαδικασίας καθαρισμού και των σημείων που χρειάζονται προσοχή.

Η σωστή εφαρμογή ενός CIP, ξεκινάει από τον σωστό σχεδιασμό ολόκληρης της γραμμής παραγωγής. Τα δίκτυα προϊόντος θα πρέπει να είναι σχεδιασμένα και κατασκευασμένα έτσι ώστε να μην αφήνουν «νεκρά» σημεία στον καθαρισμό. Αυτό σημαίνει ότι πρέπει να είναι κατάλληλα συγκολλημένα για να μην υπάρχουν εσωτερικοί πόροι ή ανωμαλίες που θα εμποδίζουν την διαδικασία του καθαρισμού και την αποτελεσματικότητα αυτής. Επιπλέον, ιδιαίτερη μέριμνα απαιτείται στην διαστασιολόγηση των δικτύων, στην διάταξη της δικτύωσης των δεξαμενών και στις διατάξεις ασφαλείας έτσι ώστε να διασφαλίζονται οι κατάλληλες ταχύτητες των διαλυμάτων καθαρισμού, η ακεραιότητα του προϊόντος όταν αυτό βρίσκεται αποθηκευμένο στις δεξαμενές, καθώς και η αποφυγή οποιασδήποτε επιμόλυνσης του προϊόντος ακόμα και σε περιπτώσεις αστοχίας υλικών του εξοπλισμού. Τα δίκτυα που θα περάσουν τα διαλύματα θα πρέπει να μην έρχονται σε επαφή με δίκτυα που ταυτόχρονα περνάει το προϊόν. Σε κάθε κομβικό σημείο που υπάρχει επικινδυνότητα τα δίκτυα θα πρέπει να διασφαλίζονται με την κατάλληλη διάταξη βαλβίδων ή την σωστή χρήση βαλβίδων διπλής έδρας που να μην επιτρέπουν σε καμιά περίπτωση την «διαρροή» διαλύματος στο προϊόν.

Επίσης ιδιαίτερα σημαντικός είναι και ο σωστός σχεδιασμός της ίδιας της μονάδας CIP, καθώς η εγκατάσταση παραγωγής πρέπει να καθαρίζεται επαρκώς καθημερινά, πρέπει να διασφαλίζει την ποιότητα του προϊόντος και την υγεία των εργαζομένων, ενώ ταυτόχρονα το κόστος λειτουργίας να είναι όσο το δυνατόν χαμηλότερο. Η διαδικασία CIP μιας εγκατάστασης, θα πρέπει να γίνεται σε θερμοκρασία, χρόνο και πυκνότητα χημικών καθαρισμού που από την μία να διασφαλίζουν τον σωστό καθαρισμό και από την άλλη να μειώνουν τον ενεργειακό κόστος, την κατανάλωση χημικών και την πρόωρη φθορά στον εξοπλισμό παραγωγής.

Γενική Περιγραφή C.I.P.

Σε γενικές γραμμές μία τυπική εγκατάσταση CIP (Σχήμα 1) αποτελείται από: δεξαμενές αποθήκευσης νερού και χημικών, εναλλάκτη(ες) θέρμανσης, αντλία(ες) αποστολής διαλυμάτων, δοσομετρικές αντλίες πυκνών χημικών, βαλβίδες, σωληνώσεις όδευσης των διαλυμάτων και των εξυπηρετικών καθώς και από αντλία(ες) επιστροφής διαλυμάτων.

Οι βασικές φάσεις καθαρισμού μίας εγκατάστασης είναι οι εξής: πρώτο ξέπλυμα, γέμισμα κυκλώματος με αλκαλικό διάλυμα, ανακυκλοφορία αλκαλικού διαλύματος σε σωστή θερμοκρασία, ενδιάμεσο ξέπλυμα, γέμισμα κυκλώματος με όξινο διάλυμα, ανακυκλοφορία όξινου διαλύματος σε σωστή θερμοκρασία, τελικό ξέπλυμα. Φυσικά όλες οι παραπάνω διαδικασίες είναι οι τυπικές που συνήθως ακολουθούνται. Ανάλογα με τον τύπο του προϊόντος και τις συνθήκες παραγωγής ενδέχεται να υπάρχουν μικρές διαφοροποιήσεις όπως προσθήκη φάσης απολυμαντικού ή αποστείρωσης κλπ. Ιδιαίτερη προσοχή θα πρέπει να δίνεται στον καθαρισμό ιδιαίτερων κυκλωμάτων, όπως για παράδειγμα μιας παστερίωσης. Σε τέτοια κυκλώματα οι περιεκτικότητες, οι χρόνοι και οι θερμοκρασίες καθαρισμού θα πρέπει να είναι κατάλληλες για τα συγκεκριμένα δίκτυα.

Προετοιμασία Διαδικασίας C.I.P.

Μετά και την ολοκλήρωση μιας παραγωγικής διαδικασίας ξεκινάει η προετοιμασία για τον καθαρισμό ενός κυκλώματος. Αρχικά ο χειριστής του συστήματος θα πρέπει να απομακρύνει όλες τις ποσότητες προϊόντος με ασφαλή τρόπο. Δυστυχώς τις περισσότερες φορές κατά την απομάκρυνση του προϊόντος χάνονται κάποιες ποσότητες γάλακτος που μπορεί να είναι και πολύ σημαντικές αν τις υπολογίσει κανείς σε βάθος χρόνου. Ειδικά για την περίπτωση της μη έγκαιρης απομάκρυνσης του προϊόντος οι συνέπειες εντοπίζονται να είναι όχι μόνο η σημαντική απώλεια προϊόντος, αλλά και η επιβάρυνση του βιολογικού καθαρισμού της εγκατάστασης και ο ελλιπής καθαρισμός των γραμμών.

Στην συνέχεια, το κύκλωμα προς καθαρισμό θα πρέπει να ελεγχθεί και εάν δεν υπάρχει αυτοματισμός, ο χειριστής να βεβαιωθεί ότι δεν χρησιμοποιείται από κάποια άλλη διαδικασία παραγωγής, καθώς και ότι το κύκλωμα έχει αδειάσει πλήρως. Σε περιπτώσεις αυτόματων διατάξεων όλες τις παραπάνω ενέργειες θα πρέπει να γίνονται από το σύστημα αυτοματισμού το οποίο και θα πρέπει να είναι προγραμματισμένο με τέτοιο τρόπο ώστε σε οποιαδήποτε προβληματική περίπτωση να προβεί στις κατάλληλες ενέργειες και να ειδοποιήσει τον χειριστή.

Φάσεις Καθαρισμού C.I.P.

Η πρώτη φάση καθαρισμού είναι το αρχικό ξέπλυμα. Κατά το αρχικό ξέπλυμα της εγκατάστασης, φρέσκο νερό εισέρχεται στο κύκλωμα του CIP και προωθείται με την αντλία αποστολής. Το νερό ξεκινάει από την μονάδα CIP, διαπερνάει όλο το κύκλωμα, επιστρέφει πάλι στην μονάδα CIP και καταλήγει στην αποχέτευση. Η φάση του πρώτου ξεπλύματος είναι ιδιαίτερα σημαντική καθώς απομακρύνει τα υπολείμματα γάλακτος και επιτρέπει τον ευκολότερο και αποτελεσματικότερο καθαρισμό της γραμμής.

Στη συνέχεια ακολουθεί το γέμισμα του κυκλώματος με αλκαλικό διάλυμα. Στα σύγχρονα συστήματα καθαρισμού και για λόγους οικονομίας χρόνου, ενέργειας και χημικών καθαριστικών, υπάρχουν δεξαμενές με έτοιμο αλκαλικό διάλυμα ή και όξινο διάλυμα στην σωστή περιεκτικότητα. Κατά την φάση του καθαρισμού το έτοιμο αυτό διάλυμα θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί για το πλύσιμο της γραμμής και στην συνέχεια να επιστρέψει πίσω στην δεξαμενή αποθήκευσης ώστε να επαναχρησιμοποιηθεί και στον καθαρισμό άλλων κυκλωμάτων. Επομένως κατά το γέμισμα του κυκλώματος με αλκαλικό διάλυμα και το άδειασμα από το νερό θα πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη σημασία στην αποφυγή αραίωσης του έτοιμου αλκαλικού διαλύματος. Για τον σκοπό αυτό ο χειριστής θα πρέπει να ακολουθήσει μία πολύ προσεκτική διαδικασία ώστε να επιτυγχάνεται ο διαχωρισμός νερού από αλκαλικό διάλυμα. Ιδιαίτερη προσοχή θα πρέπει να δοθεί σε κυκλώματα με ενδιάμεση δεξαμενή, καθώς εκεί υπάρχει ιδιαίτερος κίνδυνος μεγάλης ανάμειξης. Στα αυτόματα συστήματα CIP θα πρέπει η παραπάνω διαδικασία να διασφαλίζεται αυτόματα.

Αφού γεμίσει όλο το κύκλωμα με διάλυμα, ακολουθεί η φάση ανακυκλοφορίας αλκαλικού διαλύματος, όπου γίνεται και ο πραγματικός καθαρισμός. Σε αυτήν την φάση το διάλυμα διαπερνάει όλο το κύκλωμα και καταλήγει πάλι στην δεξαμενή αλκαλικού διαλύματος. Η διάρκεια αυτής της φάσης εξαρτάται από την διάταξη και τον εξοπλισμό του κάθε κυκλώματος.

Μετά την ολοκλήρωση της ανακυκλοφορίας αλκαλικού διαλύματος ακολουθεί η φάση ανάκτησης του διαλύματος. Όλο το διάλυμα επιστρέφει στην δεξαμενή αποθήκευσης διαλύματος ενώ νερό εισέρχεται στο κύκλωμα και αδειάζει το περιεχόμενο όλων των κυκλωμάτων στην δεξαμενή αποθήκευσης διαλύματος.

Στην συνέχεια ακολουθεί το ενδιάμεσο ξέπλυμα. Το ενδιάμεσο ξέπλυμα γίνεται κατά παρόμοιο τρόπο με το αρχικό ξέπλυμα, όπως αυτό περιγράφηκε παραπάνω.

Αφού όλο το κύκλωμα ξεπλυθεί κατάλληλα από το αλκαλικό διάλυμα, ακολουθεί το γέμισμα του κυκλώματος με όξινο διάλυμα. Η διαδικασία αυτή καθώς και η ανακυκλοφορία και η ανάκτηση του όξινου διαλύματος είναι ανάλογες των διαδικασιών που προηγήθηκαν με το αλκαλικό διάλυμα όπως αυτές περιγράφηκαν σε παραπάνω παράγραφο.

Η τελική φάση που ακολουθεί αφορά το τελικό ξέπλυμα του κυκλώματος με φρέσκο νερό και είναι όμοια της πρώτης φάσης της διαδικασίας καθαρισμού CIP.

Αξίζει να επισημάνουμε το γεγονός ότι σε όλες τις παραπάνω φάσεις καθαρισμού, οι συνθήκες πρέπει να γίνονται σε θερμοκρασίες, χρόνους και διαλύματα χημικών σύμφωνα με αυτά που ορίζονται από τον τύπο του προϊόντος, τον κατασκευαστή του εξοπλισμού καθώς και τον προμηθευτή των χημικών καθαρισμού.

Σύγχρονες Τεχνολογίες

Τα τελευταία χρόνια οι σύγχρονες τεχνολογίες εφαρμόζονται σε όλες τις φάσεις των βιομηχανικών παραγωγικών διαδικασιών, στοχεύοντας στην βελτίωση της ποιότητας του τελικού προϊόντος σε συνδυασμό με τη μείωση του λειτουργικού κόστους παραγωγής.

Συγκεκριμένα για τις σύγχρονες γαλακτοβιομηχανίες, οι σύγχρονες τεχνολογίες εφαρμόζονται για την μερική ή την πλήρη αυτοματοποίηση του συστήματος καθαρισμού. Με την πλήρη αυτοματοποίηση ελέγχονται οι αντλίες, οι βαλβίδες, το θερμοκρασιακό πρόγραμμα των φάσεων του CIP, η δοσομέτρηση χημικών καθώς και οι λειτουργίες όλων των φάσεων καθαρισμού της εγκατάστασης. Σε αυτό το σημείο αξίζει να τονιστεί ότι με την αυτοματοποίηση, η πολύπλοκη διαδικασία που περιγράφηκε παραπάνω, γίνεται με ελάχιστη παρέμβαση του χειριστή. Κατά τον αυτόματο καθαρισμό ο χειριστής δίνει την εντολή πλυσίματος ενός κυκλώματος. Στην συνέχεια η λειτουργία του κυκλώματος είναι απολύτως αυτόματη και η παρουσία του χειριστή είναι μόνο για την παρακολούθηση της ομαλής λειτουργίας. Μπορεί να υπάρχει παρακολούθηση από οθόνη χειρισμού και καταγραφή όλων των εντολών του χειριστή. Επίσης μπορεί να υπάρχει ένδειξη των προς πλύσιμο κυκλωμάτων καθώς και ένδειξη των κυκλωμάτων που έχουν καθαριστεί και είναι έτοιμα για παραγωγή.

Όλες οι μανδαλώσεις ταυτόχρονης λειτουργίας των κυκλωμάτων ή εάν τυχόν υπάρχει προϊόν που διατρέχει κίνδυνο μπορούν να ελέγχονται από το αυτόματο σύστημα. Στην περίπτωση που υπάρξει κάποια δυσλειτουργία το σύστημα θα πρέπει αυτόματα να γυρίσει σε κατάσταση ασφαλείας και να ειδοποιηθεί ο χειριστής.

Δυνατότητες Αυτοματοποίησης

Η προσθήκη ενός συστήματος αυτοματισμού συμβάλει άμεσα στην βελτίωση του τρόπου καθαρισμού και άρα στην ποιότητα του τελικού προϊόντος καθώς και στην μείωση του συνολικού κόστους καθαρισμού. Ο αυτοματισμός μπορεί να προσφέρει σε υπάρχον σύστημα καθαρισμού μία πληθώρα ειδικών δυνατοτήτων, όπως είναι:

  • Ακριβής έλεγχος της θερμοκρασίας των διαλυμάτων και αυτόματη επιλογή του ορίου, ανάλογα με την φάση καθαρισμού.
  • Αυτόματος έλεγχος εξοπλισμού για την αποφυγή λαθών στους χειρισμούς.
  • Αυτόματο, ακριβές γέμισμα και άδειασμα των κυκλωμάτων στις εναλλαγές διαλυμάτων, με ειδικές ρουτίνες ελαχιστοποίησης της ανάμειξης νερού με διάλυμα.
  • Αυτόματη και ακριβής δοσομέτρηση των χημικών και προετοιμασία των διαλυμάτων για το CIP.
  • Αυτόματη ολοκλήρωση του καθαρισμού και ένδειξη επιτυχούς ολοκλήρωσης της συνολικής διαδικασίας καθαρισμού.
  • Καταγραφή όλων των συνθηκών καθαρισμού, των συναγερμών και των εντολών με δυνατότητα αναζήτησης και πλήρης εναρμόνιση με τις προδιαγραφές συστημάτων HACCP (Hazard Analysis and Critical Control Points).
  • Δυνατότητα παρακολούθησης και ελέγχου του συστήματος μέσω γραφικών και μιμικού διαγράμματος, που διευκολύνει τους χειριστές στην παρακολούθηση της διαδικασίας καθαρισμού. Επιπλέον, παρουσίαση μηνυμάτων σε απλή γλώσσα για την εύκολη και γρήγορη κατανόηση από τους χειριστές.
  • Δυνατότητα απομακρυσμένου ελέγχου του συστήματος και ενσωμάτωση σε κεντρικό σύστημα ελέγχου και εποπτείας ολόκληρης της παραγωγικής διαδικασίας του εργοστασίου SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition).

Οφέλη Αυτοματισμού

Ο σωστός σχεδιασμός των μονάδων καθαρισμού CIP σε συνδυασμό με τον ολοκληρωμένο αυτόματο έλεγχο παρέχουν:

  • Σίγουρο & επιμελή καθαρισμό εγκατάστασης
    Ο αυτόματος καθαρισμός εκτελείται σύμφωνα με τις προδιαγραφές του κατασκευαστή εξοπλισμού και σύμφωνα με τις προδιαγραφές του προμηθευτή χημικών. Επιπλέον, επιτυγχάνεται σωστός καθαρισμός σε δύσκολα σημεία του κυκλώματος ενώ ο χημικός καθαρισμός κάνει πάντα τον πλήρη κύκλο του. Έτσι δεν γίνεται ελλιπής καθαρισμός κυκλωμάτων λόγω έλλειψης χρόνου των χειριστών.
  • Ασφάλεια εργαζομένων
    Αποφεύγονται τα εργατικά ατυχήματα εγκαυμάτων, καθώς ελαχιστοποιείται η παρουσία χειριστών σε άμεση επαφή με την εγκατάσταση καθαρισμού, ενώ η δοσομέτρηση των χημικών γίνεται αυτόματα από το σύστημα.
  • Ευελιξία Καθαρισμού
    Η δυνατότητα επιλογής διαφορετικών συνταγών καθαρισμού με διαφορετικές παραμέτρους η κάθε μία επιτρέπει μεγάλη ευελιξία συνθηκών καθαρισμού.
  • Μικρή κατανάλωση χημικών CIP
    Ο αυτόματος έλεγχος κατά την φάση του χημικού καθαρισμού CIP, σημαίνει δοσομέτρηση των χημικών στις ακριβείς ποσότητες που απαιτούνται και άρα την βέλτιστη κατανάλωση χημικών.
  • Χαμηλό κόστος λειτουργίας
    Ο αυτόματος έλεγχος της παραγωγικής διαδικασίας ελευθερώνει προσωπικό από την παραγωγική διαδικασία. Ταυτόχρονα η θερμοδυναμική λειτουργία είναι ομαλότερη, με αποτέλεσμα την χαμηλότερη δυνατή κατανάλωση ενέργειας.