Ten konkretny przypadek testowy zakładał opracowanie skutecznej technologii czyszczenia silosa na mąkę poprzez analizę różnych dostępnych myjek i metod czyszczenia. Celem było zapewnienia zoptymalizowanej higieny.

Na świecie żyje obecnie około 7 miliardów ludzi i szacuje się, że do 2050 roku globalna populacja wzrośnie do 9 miliardów. Na Ziemi już dzisiaj żyje około 50% światowej populacji z 2050 roku. Jest to możliwe, ponieważ nowoczesne technologie produkcyjne pozwalają wszystkim ludziom żyć lepiej i zdrowiej. Należy tu zwłaszcza wspomnieć o zaawansowanej technologii produkcji, która przyczyniła się do podniesienia jakości, funkcjonalności i bezpieczeństwa żywności. 

Podczas gdy odkrycia technologiczne dają szerokie możliwości, stanowią również gigantyczne wyzwania. Wydajna i oszczędna produkcja wysokiej jakości produktów, którą umożliwiają nowe technologie przetwórcze, jest niezbędna do zrealizowania potrzeb bogacącej się populacji globalnej. Natomiast wydajność produkcyjna i oszczędność nie mogą paść kosztem realizacji najsurowszych wymogów dotyczących czystości i bezpieczeństwa podczas produkcji i przetwarzania żywności. Dopilnowanie, aby wszystkie te warunki zostały spełnione wymaga bardzo szczegółowej wiedzy procesowej. Kompleksowe doświadczenie procesowe inżynierów musi więc korespondować z wymogiem branży przetwarzania żywności polegającym na prowadzeniu produkcji w sposób zgodny z najwyższym poziomem wydajności, higieny i bezpieczeństwa. 

Optymalizacja procesów czyszczenia w instalacji procesowej jest ważnym sposobem, aby wypełnić te cele. Inżynierowie GEA blisko współpracują na przykład z dobrze znanym producentem wyrobów piekarskich, próbując znaleźć skuteczne rozwiązanie dla wyzwania w postaci czyszczenia silosa na mąkę.

Silos na mąkę: Wyzwanie dotyczące czyszczenia

Silos na mąkę
Sprzęt do wyczyszczenia: aluminiowy silos na mąkę, 3,5 metra średnicy, 33 metry wysokości

Wyroby piekarskie są produkowane według najwyższych standardów jakości oraz w sposób zgodny z wieloma wymogami ekologicznymi i ekonomicznymi. Wymogi higieniczne stawiane przed instalacjami procesowymi sprawiają, że konieczne jest czyszczenie wszystkich systemów i komponentów urządzeń do tego typu produkcji na takim poziomie, żeby nie było żadnych pozostałości. Z myślą o tych cyklicznie powtarzanych procesach produkcyjnych personel klienta ds. zapewnienia jakości szukał zaawansowanych systemów do dokładnego mycia wnętrza czterech silosów na magazynowanie mąki. 

Cylindryczne silosy na mąkę, o średnicy około 3,5 metra oraz wysokości 33 metrów, które zostały zaprezentowane inżynierom, aby ci przyjrzeli się im i doradzili w kwestii czyszczenia, nie mają żadnych elementów wewnętrznych. Ścianki silosu są wykonane z niezaizolowanego aluminium, a każdy z nich ma stożkowy wylot oraz płaskie zwieńczenie z włazem mimośrodkowym. Zlokalizowane obok hali produkcyjnej wieże magazynowe są ustawione na kształt farmy silosów.

Mąka jest odprowadzana z silosa grawitacyjnie na podajnik ślimakowy, a sprężone powietrze jest stosowane do dalszego transportu na proces niższego rzędu. Produkcja przebiega w cyklu całodobowym przez cały rok i w związku z tym każdy silos jest okresowo całkowicie napełniony mąką, a następnie opróżniany w sposób ciągły lub przerywany w zależności od wymogów procesu. W efekcie wnętrze zbiornika jest nieregularnie zanieczyszczane pozostałościami produktu.

Te substancje zanieczyszczające gromadzą się w różnych punktach i na różnych poziomach, bryłki mąki tworzą się na całej długości ścianki silosa i po osiągnięciu pewnego poziomu spadają w sposób niekontrolowany, powodując ponowne zatory, późniejszą przerwę w transporcie mąki i zastój instalacji. Skutkuje to kosztowym przestojami w produkcji, niezbędnymi do naprawy uszkodzenia. Typ i grubość oraz przywieranie zanieczyszczeń są w dużym stopniu determinowane jakością mąki; parametry przesypywania i odprowadzania mąki zależą od szybkości wyrzutu, wilgotności powietrza w zbiornikach transportowych dostawców i samych silosach; oraz od sezonowych wahań pod względem temperatury oraz innych parametrów.

Poprzednio proces czyszczenia polegał na tym, że wynajęci pracownicy sprzątający/wspinacze przemysłowi wyposażeni w sprzęt do wspinaczki i pilnowani przez osobę pilnującą ich bezpieczeństwa, wchodzili do silosa po to, aby je wyczyścić. Pozostałości po mące, od lekkiego pyłku po ciężkie lub lepkie opady, były następnie usuwane za pomocą pędzli lub szczotek w przypadku lżejszych zabrudzeń lub przy użyciu szpatułek i skrobaczek, w górniczym stylu, w wypadku uporczywych pozostałości. Główną wadą tego rozwiązania jest nie tylko niezwykle wysokie psychiczne i fizyczne obciążenie pracowników, którym należy dostarczyć powietrze do oddychania, lecz również fakt, że proces czyszczenia może trwać kilka godzin albo nawet cały dzień.

Ponadto skuteczność i rezultaty czyszczenia różnią się w zależności od czyścicieli i w żadnym razie nie są powtarzalne. Z powodu mimośrodkowego włazu montowanie sprzętu bezpieczeństwa i wspinaczkowego dla osób prowadzących czyszczenie było skomplikowane i czasochłonne. Aby zminimalizować czas i wysiłek w maksymalnie możliwym stopniu oraz naprawić istniejące problemy, firma szukała udoskonalonego procesu czyszczenia opartego na wodzie i zapewniającego niezawodne i powtarzalne rezultaty. Kluczowym wymogiem wstępnym była nieograniczona zgodność z wszystkimi wymogami klienta w zakresie rozporządzeń dotyczących higieny żywności.

Oszczędność, skrócony do minimum czas czyszczenia, środki czyszczące, media oraz materiały pomocnicze oraz zrównoważenie systemu miały największe znaczenie dla producentów produktów piekarskich. Spis wymogów, danych technicznych oraz warunków na terenie zakładu sporządzono podczas osobistej wizyty w zakładzie. Na podstawie tych początkowych przesłanek inżynieryjnych ustalono koncepcję czyszczenia, którą następnie poddano praktycznym testom (np. podstawowej inżynierii).

Na pierwszym etapie najważniejsze było ustalenie podstawowego podejścia; mianowicie czy należy stosować metodę czyszczenia z niskim ciśnieniem, średnim ciśnieniem czy wysokim ciśnieniem. 

Oceniono następujące sposoby:

  • Czyszczenie przy niskim ciśnieniu jest oparte na chemicznym działaniu środka czyszczącego, temperaturze oraz prędkości przepływu środka czyszczącego, która przekłada się na tempo czyszczenia. To idealne zastosowanie dla kul natryskowych i obrotowych dyszy czyszczących.
  • Czyszczenie przy średnim ciśnieniu jest oparte na chemicznym działaniu środka czyszczącego, temperaturze oraz mniejszej prędkości przepływu środka czyszczącego przy zwiększonym ciśnieniu czyszczenia, co przekłada się na tempo czyszczenia. To idealne zastosowanie dla dyszy obrotowych i obrotowych dyszy czyszczących.
  • Czyszczenie w wysokim ciśnieniu jest oparte na czyszczeniu mechanicznym, realizowanym za pomocą bezpośredniej dyszy czyszczącej o intensywnym działaniu. To typowe pole zastosowania dla myjek orbitalnych.

W ramach następnego kroku wybrano odpowiedni schemat dysz i czyszczenia dla wybranej metody mycia pod ciśnieniem na podstawie następujących systemów dysz oraz zgodnie z rodzajem zanieczyszczenia:

Myjka statyczna do czyszczenia pojemników, zbiorników i kontenerów, takich jak zbiornik zasobnikowy oraz zbiorniki do czyszczenia w miejscu (CIP), została zaprojektowana do pracy przy niskim ciśnieniu. Przytwierdzona głowica rozpryskowa rozpryskuje środek czyszczący na powierzchni, która ma zostać wymyta. Czyszczenie jest realizowane poprzez spłukiwanie lub uderzanie strumienia w ścianki zbiornika. Dodając odpowiednie środki czyszczące, efekt czyszczenia można poprawić, jednocześnie skracając czas procesu. Prędkość przepływu waha się pomiędzy 2,4 — 42 m3/godz. przy różnicy ciśnienia na poziomie 1 bara. Średnica czyszczenia wynosi pomiędzy 0,8 a 8,0 metra

Myjki obrotowe są stosowane do czyszczenia zbiorników, naczyń i kontenerów z intensywnymi pozostałościami po produkcie (mowa tu na przykład o dużych zbiornikach zasobnikowych, zbiornikach fermentacyjnych, zbiornikach z wewnętrznymi mieszadłami). Myjki są zaprojektowane do pracy przy niskim ciśnieniu; jednostka przepływu generuje strumień w kształcie wiatraka, który powoli obraca się w jednej płaszczyźnie, zraszając tym samym całą powierzchnię. Prędkość przepływu waha się pomiędzy 7,1 — 28 m3/godz. przy różnicy ciśnienia na poziomie 2,3 — 4,3 bara. Średnica czyszczenia wynosi od 2 do 10 metrów. W zależności od materiału możliwe jest ustawienie temperatury roboczej na poziomie pomiędzy 80°C a 100°C.

Myjki orbitalne do czyszczenia zbiorników, naczyń i kontenerów wymagających specjalnego mechanicznego oddziaływania na powierzchnie wewnętrzne za pomocą skoncentrowanego strumienia (mowa tu na przykład o czyszczeniu cystern, zbiorników na produkty i beczek), zostały zaprojektowane do pracy przy niskim, średnim lub wysokim ciśnieniu. Jednostka przepływowa generuje bardzo skoncentrowany strumień czyszczący, który obraca się w dwóch płaszczyznach. Idealna geometria dyszy jest generowana przez okrągłe dysze strumieniowe o specjalnym kształcie oraz przekładnie kątowe, które wytwarzają gęsty schemat czyszczenia orbitalnego, który pozwala pokryć całą powierzchnię do wyczyszczenia. Prędkość przepływu waha się pomiędzy 1,8 — 27 m3/godz. przy różnicy ciśnienia na poziomie 4,5 — 80 bara. Średnica czyszczenia wynosi pomiędzy 2 a 14 metrami.

Orbitalna myjka do zbiorników Tempest
Orbitalna myjka do zbiorników Tempest

Kiedy uwarunkowania inżynieryjne dla wybranej metody ostatecznie powiązano z wymogami klienta, od samego początku wyeliminowano kule natryskowe o stosunkowo niskiej cenie z powodu poziomu zanieczyszczenia, który czasami może być bardzo wysoki. Obrotowa dysza czyszcząca pracuje w górnej części silosa, ale niemożliwe byłoby zastosowanie optymalnej linii czyszczącej w pobliżu dna silosa o wysokości 33 metrów. Aby uniknąć dodatkowych inwestycji po stronie klienta w zakresie niezbędnych pomp, nie uwzględniono uwarunkowań dotyczących czyszczenia przy średnim i wysokim ciśnieniu.

W związku z warunkami na terenie zakładu, rodzajem kontaminacji i geometrią silosa wybrano metodę niskociśnieniową w celu zoptymalizowanego czyszczenia opartego na wodzie i realizowanego zazwyczaj za pomocą zimnej wody i pompy o wydajności 8 — 9 barów. Ponieważ na kopule silosa brakowało przyłączy zewnętrznych, do testów wybrano myjkę zasilaną turbiną. Z przyczyn kosztowych nie użyto chemicznych środków czyszczących ani termicznego wsparcia procesu czyszczenia.

Biorąc pod uwagę, że wysokość instalacji przekracza 33 metry, wybrano myjkę orbitalną z czterema dyszami o wymiarze 7 mm, która wyrzuca około 12 m3/godz. wody czyszczącej przy ciśnieniu roboczym na poziomie około 5 barów. Inżynierowie spodziewali się krótkich cykli czyszczenia, kiedy po raz pierwszy oceniono wyniki czyszczenia, dlatego zdecydowano o odprowadzeniu wody czyszczącej do zakładowego systemu wody ściekowej.

Aby przetestować wybraną myjkę orbitalną w danych warunkach, urządzenie podłączono za pomocą węża ciśnieniowego do pompy odśrodkowej położonej na dnie silosa, a następnie wprowadzono ją mimośrodkowo do silosa oraz umieszczono na głębokości 2500 mm oraz przy bocznym dystansie od ściany na poziomie 500 mm.

Po umieszczeniu myjki rozpoczął się i został uruchomiony proces czyszczenia. Kiedy po trzech minutach proces zostanie przerwany, duża część przywierających, nawet bardzo uporczywych, zabrudzeń zostanie już usunięta z powierzchni silosa za pomocą dyszy czyszczących o silnym działaniu. Wyniki czyszczenia, osiągnięte po kilku minutach, potwierdziły, że wybrana ścieżka była poprawna. Czyszczenie trwało jedynie 15 minut, a całość zanieczyszczeń, zwłaszcza uporczywej skorupy po mące, została usunięta. Pomimo mimośrodkowej pozycji myjki działała ona wewnątrz silosa bez żadnego ruchu obrotowego, generując schemat rozpryskowy, który pokrył całą powierzchnię silosa, nawet w głębszych strefach.

Po ukończeniu opartego na wodzie silosa kolejnym punktem było suszenie, ponieważ jest to nieodzowny krok z punktu widzenia inżynierii procesowej.

Ze względu na idealne sezonowo warunki czyszczenia oraz z uwagi na fakt, że silos zamontowano na zewnątrz, pozostałą ciecz postanowiono usunąć metodą konwekcji. Działanie bezpośrednich promieni słonecznych na powierzchni silosa zapewniło wystarczający poziom suszenia z technicznego oraz ekonomicznego punktu widzenia. Aby umożliwić łatwe odparowywanie wody, górny właz oraz połączenie w dolnej części stożka wylotowego silosa zostały otwarte, aby zapewnić optymalną wentylację oraz eliminację wilgoci.

W podobnych zastosowaniach, gdy nie jest możliwe suszenie silosa za pomocą promieniowania solarnego, dodatkowym rozwiązaniem jest użycie gorącej wody jako środka czyszczącego. Gorąca woda rozgrzewa ścianki silosa podczas czyszczenia, a następnie, metodą konwekcyjną wysuszana jest wewnętrzna powierzchnia silosa.

Jeżeli brakuje dostępnej do czyszczenia wody, kolejnym rozwiązaniem pozwalającym niezawodnie wysuszyć styczne powierzchnie silosa jest wdmuchanie przefiltrowanego gorącego powietrza do zbiornika za pomocą otworów w jego górnej i dolnej części. Należy upewnić się, że wybrany został wystarczający przepływ powietrza.

W celu dokładnego czyszczenia zużyto około 3000 litrów zimnej wody. Później woda ta została odprowadzona do systemu ściekowego w fabryce razem z usuniętą mąką.

Wstecz