在这个应用实例中,为确保实现最理想的卫生状态,我们需要针对面粉筒仓开发有效的清洗技术,因此需要运用不同的清洗器和清洗方法。

目前全球人口达 70 亿,预计到 2050 年,这个数字会攀升到 90 亿。2050 年地球人口中的 50% 都是如今生活在这个世界上的芸芸众生。这完全有可能,因为现代生产技术可使所有人轻松享受更健康、更美好的生活。尤其值得一提的是,由于食品制造技术的进步,如今食品的质量、功能性和安全性已大大提高了。

虽然突飞猛进的技术为我们提供了海量机会,但它们也会带来巨大的挑战。为满足全球人口井喷式增长的需求,我们需采用高效、具成本效益的方法生产高质量食物产品,这就离不开新型加工工艺。然而,高效和成本效益却不能以牺牲高标准为代价,因此食品制造和处理流程仍然必须恪守最严苛的清洗和安全要求。为确保所有的这些要求能一一满足,则需要极其详细且广泛的工艺知识。因此,工程师的综合性工艺知识必须与食品加工业的需求同步,这样才能确保采用最高效的方式,生产出最清洁、最安全的食品。

优化加工厂的清洗流程是实现这些目标中至关重要的一环。举例来说,为找出有效的解决方案,GEA 工程师们曾与一家知名的烘焙产品制造商密切合作,以应对清洗面粉筒仓所带来的挑战。

面粉筒仓:一项清洗挑战

面粉筒仓
需清洗的部件:铝质面粉筒仓——直径 3.5 米,高 33 米。

这家烘焙制造商在生产产品的过程中,不仅采用最高级别的质量标准,而且严格遵守各种各样的生态和经济要求。加工厂对卫生的要求极高,它需要清洗这一生产线中的所有系统和机器部件,且不得有任何残留。为确保生产流程的循环运转,客户的质保员工开始寻找一种先进的清洗系统,希望能完美地清洗面粉存储仓内壁。

工程师们来到面粉筒仓前检查情况并提供清洗建议,他们看到筒仓呈圆柱状,直径约 3.5 米,高约 33 米,没有任何内部结构。筒仓壁采用不隔热的铝质材料,每座筒仓都有一个圆锥形的出料口、平坦的筒仓顶和偏心的检修孔。这些存储塔靠近生产大楼外面,被布置在筒仓区。

面粉在重力作用下,从筒仓卸送至螺旋输送机,然后使用压缩气体将其进一步朝下游运送。生产线一天 24 小时运转,全年不停;正因此如此,每座筒仓都需定期装满面粉,然后视工艺要求而定,连续或间断地腾空。所以,筒仓内部便会时不时地被产品残留物所污染。

这些污染物堆积的位置和程度五花八门;尤其是筒仓壁各个高度的位置都沾了面粉块,等堆积到一定程度,面粉块往往就会失控掉下来,导致下游面粉传送设备和生产设备被堵继而停止运转。为了修复故障而造成成本极高的停产污染物的类型、厚度和粘度在很大程度上取决于面粉的质量;而面粉的流动性和清空程度取决于排放速度、供应商中转筒仓以及存储筒仓内部的空气湿度、温度的季节性波动因素和其他参数。

以前的清洗流程为雇佣工人/专业攀爬工,给他们装配手动升降装置,再指派一名安全主管监督,让他们进入筒仓清洗内壁。面粉残留物的类型不一而足,有薄尘,亦有厚重或粘稠的残留物,工人们使用刷子或扫帚清除轻微污染物,再使用抹刀和刮刀采用矿工的方法清除顽固残留。这种解决方案的主要缺陷不仅在于工人需面临精神和生理的双重压力(得给他们提供可呼吸的空气),而且清洗过程需要好几个小时甚至一整天。

此外,工人的清洗效率和结果也因人而异,结果不可重复。由于检修孔偏心布置,清洗工定位个人安全设备和升降装置极为复杂耗时。为了尽可能地减少上述的时间和人力损耗,又能修复现有问题,公司采用了一种基于水的升级版清洗流程,而且其结果能够可靠地重复再现。这一流程有一个关键的先决条件,那就是必须一丝不苟地遵循客户在食品卫生规定方面的所有要求。

此外,对于这家烘焙产品制造商来说,成本效益、减少清洗时间/清洗剂/设备/辅助材料以及设备的可持续性全都是重中之重。查看现场期间,工程师记录了大量的要求、技术详情和现场情况。这些初步工程考量随后转换为清洗理念,继而便投入于实际测试(即基本工程)。

在预备性考量的过程中,关键性的第一步是确认基本方法,即到底该采用低压、中压还是高压清洗。 

我们评估了以下方法:

  • 强烈的低压清洗/强烈程度基于清洗剂化学成分的效果、清洗介质的温度和体积流率以及因此而产生的清洗速度。这种情况最适合使用喷淋球和旋转式喷射清洗器。
  • 强烈的中压清洗/强烈程度基于清洗剂化学成分的效果、清洗压力增加时清洗介质的温度和相应降低的体积流率以及因此而产生的清洗速度。这种情况最适合使用旋转式喷嘴和旋转式喷射清洗器。
  • 强烈的高压清洗/强烈程度基于清洗器喷射出直接、强烈的水流而产生的机械清洗效果。这种情况一般最适合使用轨道式清洗器。

选泽了压力清洗法之后,下一步则是根据污染物的类型从以下喷嘴系统中选择适合的喷嘴和清洗模式:

强烈的静态清洗/设计才用于低压清洗法,可用于清洗存储罐、原位清洗 (CIP) 罐等容器、罐体和箱体。固定式喷头可将清洗介质喷射到需清洗的表面。冲洗或冲刷罐壁即可完成清洗。如添加适当的清洗剂还可提升清洗效果,减少清洗时间。流速介于 2.4-42 立方米/小时之间,压力差为 1 巴。清洗直径为 0.8-8.0 米。

强烈的旋转式清洗器/它可用于清洗覆盖有厚厚一层产品沉积物的容器、罐体和箱体(例如大型存储罐、发酵罐和带内部搅拌机的罐体)。这类清洗器适合低压清洗;水流齿轮装置喷射出扇形水流,缓缓在一个平面上旋转,继而喷湿整个表面。流速介于 7.1-28 立方米/小时之间,供水压力为 2.3-4.3 巴。清洗直径为 2-10 米。操作温度依材质而异,一般介于 80°C-100°C 之间。

强烈的轨道式清洗器/它可用于清洗需采用高强度喷射水流对内壁作特殊机械冲刷的容器、罐体和箱体(例如公路罐车、成品罐和酒罐),适合低、中或高压清洗。水流齿轮装置喷射出高强度喷射水流,该射流绕两个平面旋转。之所以能产生这种几何形状极为理想的喷射水流,是因为清洗器采用了形状特殊的圆形喷嘴和锥形齿轮,它们可产生强烈的轨道式清洗模式,能覆盖整个需清洗的表面。流速介于 1.8-27 立方米/小时之间,供水压力为 4.5-80 巴。清洗直径为 2-14 米。

轨道式罐体清洗器 Tempest
轨道式罐体清洗器 Tempest

根据客户的要求最终进行工程考量选择方法时,工程师一开始就把相对低价的喷淋球排除在外,因为罐体的污染程度有时相当之高。旋转式喷射清洗器可用于清洗筒仓的上部,但在清洗 33 米高筒仓的底部附近时,这种方法却不能达到最理想的清洗效果。为避免客户在购买必需的泵过程中产生额外的投资,工程师们决定放弃中压和高压清洗方法。

在将现场情况、污染物的类型以及筒仓的几何形状全部考虑一番之后,大家决定选择低压方法,因为它可实现最理想的水基清洗效果,而且通常只需要一只输送能力在 8-9 巴的泵和冷水即可。由于筒仓的圆顶上没有任何外部设备,所以测试时我们选择了涡轮动力清洗器。出于成本的考虑,我们没有使用化学清洗剂和热力支持。

考虑到安装高度必须高于 33 米,我们选择了带有四个喷嘴、且每个喷嘴直径为 7 毫米的轨道式清洗器,清洗器的工作压力约为 5 巴时,它喷射出清洗水流速度约为 12 立方米/小时。初次评估清洗结果时,工程师预计清洗的循环时间比较短,因此决定将清洗水排入现场废水系统。

为了在既定情况下测试已选择的轨道式清洗器,工程师使用压力管将清洗器与置于筒仓底部的离心泵相连接,然后头部以偏离中心的角度伸入筒仓,在进入深度 2500 毫米、与仓壁横向间距达 500 厘米的位置固定。

将清洗器定位后,清洗流程开始,工程师们亦在一旁监察。三分钟后,清洗停止,在高强度喷射水流的作用下,一大片粘性极强甚至结了一层厚壳的污染物已从仓壁表面清除。才几分钟就达到了这样的清洗效果,事实证明,我们选择的方法非常正确。随后进行了全面清洗,仅用了 15 分钟,所有的污染物——尤其是顽固的面粉硬壳——被清除得一干二净。尽管固定清洗器的位置偏离了中心,但它在仓筒中运转时没有任何的振荡,而且产生出的喷射流能够覆盖筒仓的整个表面,甚至底部区域也能全部覆盖。

完成筒仓的水基清洗后,另一个需要考虑的问题是干燥处理,从工艺工程的角度来看,它是不可或缺的一个步骤。

由于执行上述清洗流程时季节情况比较理想,加之筒仓安装于露天环境之中,所以我们决定采用对流法去除残留水分。从技术和经济的角度来看,筒仓表面的直射阳光已可确保足够的干燥效果。为使残留水分快速蒸发,顶部检修孔和筒仓锥形出料口的底部连接通道全部打开,以获得理想的通风和排湿效果。

如果应用情况相同,但不能采用日光照射烘干筒仓,则可以在清洗时使用热水作为清洗介质,这样的方法本身就是一种补充型解决方案。热水在清洗期间会使筒仓温度升高,之后采用对流法即可排干内壁水分。

如果清洗时无热水,还有另外一种可行的方法可确保筒仓接触面能够有效干燥,那就是打开筒仓顶部和底部,往里面吹入过滤的热空气。此处有一点必须注意:需选择足够的空气流速。

此次取得理想的清洗效果使用了大约 3,000 升冷水,它们连同清除下来的面粉一同排入了工厂的废水系统。

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