在一定溫度范圍內(nèi)溫度每升高10℃，化學(xué)反應(yīng)速度提高1.5-2倍，清洗速度、溶解速度都會隨著提高，如果溫度過高，殘留的蛋白質(zhì)成分發(fā)生變性，導(dǎo)致設(shè)備更難清洗。所以并不是溫度越高越好。
一般情況下：當(dāng)溫度達(dá)到80℃后，溫度再升高，清洗時間基本無變化，所以清洗液溫度一般控制在60~80℃
三：CIP工藝計算
CIP工藝計算主要涉及到：清洗工藝、CIP罐、輸送泵、換熱器、清洗管徑等設(shè)備的選型與計算。
3.1 清洗工藝
(1)三步法
(2)五步法
(3)七步法
選擇清洗工藝的原則：
¶一般工藝都是采用3步法清洗（水沖洗-堿洗-終淋）
¶無菌配液工藝采用5步法清洗（水沖洗-堿洗-水沖洗-酸洗-終淋）
¶水沖洗采用飲用水或回收回來的終淋水，水溫根據(jù)不同殘留物可調(diào)節(jié)，一般控制水的溫度在60~80℃。
¶堿洗采用2%NAOH溶液，在不存在交叉污染的前提下堿洗回收液可循環(huán)利用
¶酸洗采用2%硝酸
¶終淋采用純化水，無菌配液采用注射水
3.2 輸送泵大小確定
有兩種計算方法：被清洗罐體周長法與被清洗罐體內(nèi)表面積法，下面以一個具體的例子來介紹這兩種計算方法。
實例：已知被清洗罐的直徑為1500mm，筒體高度為1500mm，試確定所需CIP清洗系統(tǒng)的輸送泵大小。
(1) 按周長法
經(jīng)驗值為：1.5~3.5m3/（h.m）
q=π*D*η
q：泵的清洗流量m3/h
D:待清洗容器的直徑m
η：經(jīng)驗值，1.5~3.5m3/(h.m)，小直徑為1.5大直徑為3.5
q=3.14*(1500/100)*1.5≈7m3/h
(2) 按內(nèi)表面積法
經(jīng)驗值為：0.24~0.72m3/(m2*h)
q=A*η
q：泵的清洗流量m3/h
A：容器內(nèi)表面積
η：經(jīng)驗值，0.24~0.72m3/(m2*h)，小直徑為0.24大直徑為0.72
本例中A=12.2m2
q=12.2*0.5≈6.1 m3/h
取以上兩種計算方法的大值，q=7m3/h，圓整到泵的常用規(guī)格則q=10m3/h
3.3 泵的揚(yáng)程確定
H=(h1+h2+h3)*100
H：清洗泵揚(yáng)程m
h1：清洗球所需壓力Mpa
h2：待清洗罐高度造成的壓力損失Mpa
h3：管道壓力損失Mpa
一般清洗球所需壓力為0.25Mpa
H=(0.25+0.1*1500/10000+0.05)*100=31.5m
3.4 清洗罐大小確定
根據(jù)清洗罐的數(shù)量可分為單罐CIP，雙罐CIP，三罐CIP，四罐CIP等，可根據(jù)實際需要進(jìn)行配置。通常根據(jù)經(jīng)驗：所配置的CIP罐容積要保證清洗時有10分鐘清洗的量，以此來確定CIP罐的大小。
V=q*10/60
q：泵的流量m3
V=7/6=1.2m3
取一定的富裕量，這里取CIP罐大小為 1500L。
3.5 換熱器換熱面積確定
分為兩部分計算，一是將CIP罐內(nèi)的溶液加熱到工藝溫度；二是循環(huán)過程中因溫度下降而需要重新加熱。
(1) 加熱罐內(nèi)溶液
按從常溫25℃加熱到高80℃計算，一般加熱時間為半個小時到一個小時左右，這里以半個小時來計算。
換熱器熱負(fù)荷，假定采用水循環(huán)清洗。
Q1=cmΔt
c：比熱容，Kj/(kg·K)，這里為4.2
m：被加熱介質(zhì)的質(zhì)量，kg
Q1=1500*4.2*(80-25)/(30/60)= 693000Kj/h
m1=Q1/(k*Δt)
m1：換熱面積m2
K：換熱系數(shù)，一般為板式換熱器，這里取1500 W/(m2•℃)
Δt：平均傳熱溫差℃
假設(shè)加熱蒸汽壓力0.3Mpa則對應(yīng)的溫度143℃，則平均傳熱溫差為87.6℃（按逆流計算）。
則需要的換熱面積
m1= Q1/(k*Δt)=693000/(1500*87.6)/3.6≈1.5m2
取安全系數(shù)1.2，
則換熱面積為1.5*1.2≈1.8m2
(2) 循環(huán)過程加熱
假定循環(huán)回水溫度73℃，按循環(huán)時間10分鐘來計算所需換熱面積m2，平均傳熱溫差為66.4℃。
Q2=cmΔt=10000*4.2*(80-73)/(10/60)≈1764000 Kj/h
M2=Q2/(k*Δt)= 1764000/(1500*66.4)/3.6≈4.9m2
取安全系數(shù)1.2，則實際需要的換熱面積m2=1.2*4.9≈5.9m2
綜合取m1與m2中的大值，則所需換熱面積為5.9m2
3.6 清洗管道管徑計算
d=sqrt(4*q/(π*a*3600))*1000
sqrt:開平方根
d：清洗管道管徑mm
q：泵的流量m3
a：流速m/s，一般取1.5
d= sqrt(4*7/(π*1.5*3600))*1000≈40mm
四：CIP管路設(shè)計
CIP清洗過程中，清洗液主要通過管道將清洗液輸送至需要的清洗設(shè)備。因此，需要確保走物料的管路和走清洗劑的管路要保證隔離，避免因泄漏而發(fā)生交叉污染現(xiàn)象。當(dāng)清洗完畢后，需要將管道中的殘余清水排凈，管道需要有一個合適的傾斜度，一般來說小跨度3mm/m，大跨度5mm/m。在管路連接中，應(yīng)采用合適的接頭形式，盡量避免盲端和盡量減少支路，“死角”既不能朝上，也不能朝下，要水平，L≤1.5D，如下圖所示：
CIP管路設(shè)置要點.png
此外，隨著食品及醫(yī)藥行業(yè)的發(fā)展，為了確保走物料的管路和走清洗劑的管路要保證隔離，管路系統(tǒng)的設(shè)計更多地關(guān)注減少清洗死角，可采用兩類管路轉(zhuǎn)換方式，即轉(zhuǎn)接盤和閥陣。在管道功能上，兩者是完全等價的。
目前，國外CIP清洗系統(tǒng)流行采用閥陣系統(tǒng)，其由若干的雙座防混閥組成，每個閥的開啟由計算機(jī)自動控制，管路及閥門均可借助CIP程序進(jìn)行獨(dú)立清洗，可大限度地減少清洗死角。此外，閥陣系統(tǒng)還具有如下優(yōu)點：
(1)由座閥組合成的防混閥陣，可以實現(xiàn)安全、、衛(wèi)生的物料操作；
(2)可避免管路系統(tǒng)的清洗死角，可通過座閥外接一股CIP液對交叉管路進(jìn)行在線清洗；
(3)在流道交叉處對不可混合的介質(zhì)進(jìn)行防混分隔，在閥門關(guān)閉位置，兩個管路之間為雙密封，液體從一個管道泄漏到另一個管道的現(xiàn)象完全可以排除；
(4)需要頻繁切換物料通道的場合，座閥可以確保生產(chǎn)線的一部分處于在線清洗，另外部分可以照常工作，提高生產(chǎn)效率；
(5)當(dāng)密封部分受損時，泄漏物可通過閥門的泄漏腔排出到外面，而不會污染另一路通道；
(6)用一個單獨(dú)的CIP連接，向隔離腔提供洗液，隔離腔的清洗與閥的位置無關(guān)。
五：CIP控制系統(tǒng)設(shè)計
按控制方式可分為手動、半自動、全自動。下面主要介紹全自動CIP的設(shè)計要點：
設(shè)計CIP控制系統(tǒng)首先需要明確的是控制的流程，即操作流程，然后根據(jù)操作流程來制定控制方案，編寫控制程序。
5.1 控制系統(tǒng)組成
CIP控制系統(tǒng)由四部分構(gòu)成：PLC、輸入檢測部分、輸出控制部分和現(xiàn)場工藝設(shè)備。輸入檢測設(shè)備包括各類智能儀表和狀態(tài)信號的檢測設(shè)備，輸出控制設(shè)備包括各類調(diào)節(jié)控制機(jī)構(gòu)和接收各種狀態(tài)控制信號的控制設(shè)備。現(xiàn)場工藝設(shè)備包括板式換熱器、離心泵、各種閥門等。
1)PLC選用SIEMENS S7-300，中央處理器選用CPU315-2DP。
2)輸入檢測設(shè)備指的是溫度、壓力、濃度、液位、流量等各類變送器和轉(zhuǎn)換器。輸入的狀態(tài)信號為模擬量輸入信號和數(shù)字量輸入信號。
3)輸出控制設(shè)備主要包括電磁調(diào)節(jié)閥和蒸汽調(diào)節(jié)閥等，以及其他控制器。輸出的狀態(tài)信號為模擬量輸出信號和數(shù)字量輸出信號。
5.2 PLC模塊介紹
SIEMENS S7-300系列的PLC具有功能強(qiáng)、可靠性高、擴(kuò)展靈活等優(yōu)點，同時它擁有緊湊的、無槽位限制的模塊化結(jié)構(gòu)。它主要組成部分有電源模塊(PS)、中央處理單元CPU模塊、接口模塊(IM)、信號模塊(SM)、功能模塊(FM)。SIEMENS S7-300系列的標(biāo)準(zhǔn)模塊化結(jié)構(gòu)
(1)電源模塊
本系統(tǒng)選用的是PS307 (10A)電源模塊，具有以下特性：
● 輸入電壓：120V～230V
● 輸入電流：1A～2A
● 輸出電壓：24VDC
● 輸出電流：5A
● 防短路和開路保護(hù)
● 可靠地隔離
(2)中央處理單元CPU315-2DP
CPU315-2DP：具有中、大規(guī)模程序存儲容量和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，同時具有
PROFIBUS DP主／從接口；對二進(jìn)制和浮點數(shù)運(yùn)算具有較高性能的處理性能；可
用于大規(guī)模的I/O配置或建立分布式I/O結(jié)構(gòu)。
CPU315-2DP的元件配置包括如下幾部分：
● 微處理器；
微處理器處理1KB二進(jìn)制指令的時間為0.3 ms，處理每個浮點運(yùn)算的時間為4μs。
● RAM空間大小達(dá)到128KB
用于存儲用戶實時輸入的數(shù)據(jù)和程序，為用戶程序提供了足夠的空間。外部裝載存儲器多可擴(kuò)展到64MB。
● 自帶多點接口(MPI)
該系列的PLC集成的MPI接口多可以同時建立16個到S7-300的連接。
● 自帶PROFIBUS DP接口
帶有PROFIBUS DP主／從接口能夠容易、快速的進(jìn)行分布式自動化組態(tài)
● 口令保護(hù)
口令能夠防止未經(jīng)授權(quán)進(jìn)入用戶程序，以保證程序不會隨便被篡改。
● 診斷緩沖區(qū)
能夠記錄運(yùn)行過程中近100次出現(xiàn)的錯誤和中斷事件，并被保存在一個緩沖區(qū)中，供以后診斷參考使用。
● 免維護(hù)數(shù)據(jù)備份
如果電源發(fā)生故障，CPU會自動將保留的數(shù)據(jù)寫入微型存儲卡，這樣一旦電源再次被接通，數(shù)據(jù)依然能夠使用。
●狀態(tài)和出錯顯示
發(fā)光二極管能夠顯示硬件、程序設(shè)計或計時出錯等，以及顯示運(yùn)行、停止等運(yùn)行狀態(tài)。
●信息功能
用戶能夠獲得相關(guān)存儲容量和CPU工作狀態(tài)，以及工作存儲器和裝載存儲器的當(dāng)前負(fù)荷。
(3)模擬量輸入模塊SM331; AI 8x13bit
本系統(tǒng)安裝有AI1 --AI4四個模擬量輸入模塊。其中兩塊為8x13bit，兩塊為8x12bit。模擬量輸入模塊SM331將從現(xiàn)場過程傳迭過來的模擬信號轉(zhuǎn)換成使S7-315內(nèi)部能夠處理的數(shù)字信號，用于連接溫度、濃度、流量等變送器。
該模塊還具有如下幾個特點：
● 4組8個輸入通道
●按組可設(shè)定被測量值的精度（取決于積分時間端的設(shè)定）
一9位+符號
一12位+符號
一14位+符號
●測量方法，按通道組可設(shè)定
一 電壓
一 電流
一溫度
一濃度
一流量
● 按通道組選擇任意測量范圍
● 可編程的診斷中斷
● 兩個帶限幅監(jiān)視的通道
● 與CPU光電隔離
被測值的精度與所選定的模擬量輸入模塊通道積分時間是成正比關(guān)系，亦即模擬輸入端的積分時間越長，被測值的精度越高。
(4)模擬量輸出模塊SM332; AO 8x12bit
本系統(tǒng)安裝有AO1～AO2兩個模擬量輸出模塊。模擬量輸出模塊SM332將來自CPU-315的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成能被現(xiàn)場設(shè)備處理的模擬信號，用于連接相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
該模塊具有以下幾個特點：
●4組4個通道
● 單個輸出通道輸出信號
一 電壓輸出
一 電流輸出
●被測量值精度為12位
●可編程的診斷中斷
● 可編程的限幅中斷
● 與CPU光電隔離
(5)數(shù)字量輸入模塊SM321; DI 32xDC24V，
本系統(tǒng)安裝有DI1～DI5五個數(shù)字量輸入模塊。數(shù)字量輸入模塊把來自現(xiàn)場儀器設(shè)備發(fā)送過來的信號轉(zhuǎn)換成S7-315內(nèi)部能夠處理的電平信號。適合于連接標(biāo)準(zhǔn)開關(guān)和雙線接近開關(guān)。
該模塊具有以下幾個特點：
●有16個輸入點，每組有8個，并且?guī)Ч怆姼綦x
●額定輸入電壓為24V，直流
● 適合于標(biāo)準(zhǔn)開關(guān)和雙線接近開關(guān)
(6)數(shù)字量輸出模塊SM322; DO 32xDC24V; 0.5A
本系統(tǒng)安裝有DO1—D03三個數(shù)字量輸出模塊。數(shù)字量輸出模塊是把
S7-315內(nèi)部信號電平轉(zhuǎn)換成外部現(xiàn)場設(shè)備所要求的信號電平。適合于連接各種
電磁閥、接觸器以及指示燈等設(shè)備。
該模塊具有以下幾個特點：
● 有32個輸出點，每組8個，并且?guī)в泄怆姼綦x
● 輸出電流為0.5A
● 負(fù)載輸出額定電壓為DC24V
● 適合于各種電磁閥、接觸器及指示燈等
5.3 智能儀表
在現(xiàn)代化工業(yè)自動控制系統(tǒng)中，智能儀表在完成某一項自動控制任務(wù)中是不可或缺的一部分，也是衡量控制系統(tǒng)自動化程度高低一個指標(biāo)。全自動CIP控制系統(tǒng)對智能儀表的依賴是很明顯的，其中包括對清洗液的濃度、溫度、液位及流量等相關(guān)數(shù)據(jù)的采集和控制。相關(guān)智能儀表工作原理這里就不一一介紹了，下面主要介紹在儀表設(shè)置上需要注意的地方。
1) 溫度控制元件：由于板式換熱器的加熱速度較快，在換熱器的出口管段上通常須安裝一溫度傳感器，以實時測量加熱后的水溫，并輸出信號控制蒸汽管道上的氣動調(diào)節(jié)閥，自動調(diào)節(jié)蒸汽流量，以控制加熱速度，并確保加熱后的水溫不超過設(shè)定的清洗溫度。
2) 濃度控制元件：濃堿液或濃酸液的添加可通過氣動隔膜泵來實現(xiàn)，由于添加量比較少，添加時間較短，這一過程可安排在清洗液循環(huán)加熱的過程中進(jìn)行。在回流管段上安裝一電導(dǎo)率傳感器，可實時測量濃縮液添加過程中清洗液的濃度，并輸出信號控制氣動泵的啟停，從而確保清洗液的濃度達(dá)到設(shè)定的清洗濃度。
3) 液位控制元件：罐體上高、低液位通常須分別設(shè)置液位檢測裝置，用于控制罐體的高、低液位，防止管內(nèi)水溢流及離心泵的空轉(zhuǎn)。一般可通過在高、低液位分別安裝一液位傳感器的形式來實現(xiàn)。若罐體容積較大、罐身較高，則可考慮增加一中間液位傳感器，用于在所需清洗液用量不大的情況，如在調(diào)配用于酸洗管道用的酸液時，若CIP用戶需直觀看到罐體內(nèi)液位的情況，且需要隨意調(diào)節(jié)檢測液位的高度，則可選用磁浮子液位計的形式。
4) 氣動閥門開關(guān)檢測：全自動CIP系統(tǒng)中，由于氣動閥門數(shù)量較多，控制程序較為復(fù)雜，每個氣動閥門上須安裝開關(guān)檢測裝置，以實時監(jiān)測閥門的開關(guān)情況，便于在出現(xiàn)閥門故障時及時停止相關(guān)程序的運(yùn)行，同時可將出現(xiàn)故障的閥門指示在操作界面上，便于人員檢修。閥門開關(guān)檢測裝置可通過在閥門目視指針上安裝感應(yīng)金屬片，在相應(yīng)位置安裝接近開關(guān)的形式。
5) 連通檢測：清洗管道與灌裝機(jī)間的轉(zhuǎn)換板裝置，起著管路切換的作用。轉(zhuǎn)換板上連通位置的正確與否直接影響到程序的運(yùn)行。在轉(zhuǎn)換板上安裝連通檢測裝置，可實時監(jiān)測連通位置，以防止程序在人為連通錯誤在情況下運(yùn)行。連通檢測裝置可通過在連通管上焊接一感應(yīng)棒，在轉(zhuǎn)換板上對應(yīng)位置安裝接近開關(guān)的形式來實現(xiàn)。
六：結(jié)語
以上簡單介紹了一下如何設(shè)計CIP清洗系統(tǒng)。
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