Cleaning Technologies
Evolving product safety with the “hidden champions” in processing tanks
Les héros cachés de la sécurité
15 Mar 2022
La technologie hygiénique de nettoyage des cuves fait son travail dans des endroits où l’œil n’arrive pas. Elle n’en revêt pas moins une importance capitale pour assurer la sécurité hygiénique, la durabilité et la durée de conservation de produits comme, entre autres, les aliments, les boissons et les produits pharmaceutiques. Nous tenons à souligner la façon dont ce composant système en constante évolution aide les fabricants, les ouvriers de l’usine, les consommateurs et l’environnement à bénéficier d’avantages toujours majeurs.
Certains ont des allures de soucoupes volantes. D’autres ressemblent à des outils surréalistes ou encore à des jouets brillants d’une étrange élégance et symétrie. Les nettoyeurs de réservoirs, cuves et tanks industriels figurent certainement parmi les composants les plus réussis sur le plan esthétique dans le domaine des systèmes de traitement... Ou y figureraient si nous pouvions les voir. Leur vraie valeur tient à ce qu’ils font. Ces équipements fonctionnent, en effet, dans le noir le plus complet, dans les réservoirs de traitement et de stockage, les tanks, les conteneurs et les cuves de fermentation hermétiquement fermés.
Il y a longtemps, à l’aube de l’ère de la transformation des produits alimentaires, les aliments de base comme la bière, le vin et le pain au levain dont les hommes se régalaient, naissaient dans des récipients et des cuves qu’on ne lavait pas, et dans lesquels la fermentation des levures se produisait de manière spontanée. Depuis cependant, garder leurs réservoirs et conteneurs le plus propre possible est devenu la préoccupation numéro un des fabricants pour assurer des produits de qualité fiable. Dans le cas des produits aptes à la consommation humaine, cela veut dire nettoyer de manière hygiénique ou, même, aseptique.
La sécurité compte, la réputation de la marque aussi
Qu’il s'agisse de produits laitiers, de vin ou de bière, de dentifrice, de produits pharmaceutiques ou encore de farine de boulangerie, une qualité sûre et reproductible du produit est un objectif-clé qui va dans le double intérêt des fabricants et des consommateurs. Que les produits soient transformés ou stockés dans des réservoirs, des silos ou, par exemple, des conteneurs de semi-vrac (IBC), un nettoyage non adéquat des résidus peut impacter leur sécurité et leur qualité de nombreuses manières. C’est pour cela que la propreté des réservoirs et des autres conteneurs est strictement régie par les réglementations et les directives de la FDA aux États-Unis, de l’EHEDG en Europe et d’autres organismes de réglementation à travers le monde.
Un des plus grands risques est la contamination croisée qui peut se produire lorsqu’un lot de production en suit un comportant des composants produit différents. Les consommateurs demandent un choix toujours plus grand pour satisfaire leurs appétits et besoins variés. Tout cela a mené à une véritable explosion de produits et variantes de produits dans les rayons. Or ces produits et leurs variantes sont souvent transformés et stockés dans les mêmes cuves. Il peut donc arriver que les résidus de produits précédents affectent le goût ou d’autres propriétés du produit suivant, voire le rendent dangereux. C’est le cas, par exemple, lorsqu’à cause de fermentations ou de réactions chimiques non contrôlées, des bactéries ou des champignons se développent, ou quand des allergènes sont transférés d’un produit à l’autre.
Si le produit reste le même, il y a encore un risque que des résidus non nettoyés se décomposent ou fermentent, impactant le prochain lot de la cuve. L’effet visible peut être limité, mais les consommateurs mondiaux tendent à être toujours plus attentifs aux moindres écarts. Pour ce qui est des produits moins précieux comme la cellulose ou la boue de papier ou encore les eaux usées, les réservoirs qui les accueillent doivent aussi être nettoyés pour éviter l’accumulation de produit, le colmatage, la corrosion ou la formation de gaz malodorants dangereux.
Tous les risques d’un nettoyage inadéquat se multiplient dans les environnements commerciaux actuels compte-tenu des nombreuses répercussions que même un unique lot de produit défectueux peut engendrer. Ainsi, un fabricant peut perdre des quantités non négligeables de produit altéré et devoir faire face à des coûts considérables pour rappeler et récupérer les produits défectueux. Plus important, la santé des travailleurs et des consommateurs pourrait être affectée. Sans compter que la réputation du produit et de la marque souffrira sans aucun doute d’un tel incident, même d’ampleur limitée. La technologie de nettoyage est, par conséquent, devenue un élément toujours plus important de la boîte à outils du planificateur de procédé.
Le nettoyage automatisé garant de conditions de travail plus saines
Pendant des siècles, les gens connaissaient les risques que présentaient les cuves non nettoyées, mais tout le nettoyage devait être effectué manuellement dans des circonstances dangereuses. De par le passé, les préposés à l’entretien devaient entrer dans les réservoirs et les silos par un trou d’homme étroit pour les nettoyer manuellement de l’intérieur, parfois assistés d’un collègue qui supervisait la sécurité. Ils devaient manipuler des fluides de nettoyage corrosifs et les résidus potentiellement dangereux présents dans les réservoirs dans un espace confiné et opprimant. Il est donc facile de comprendre pourquoi les réglementations sanitaires de l’Occupational Safety and Health Administration américaine et d’institutions similaires ailleurs dans le monde imposent des précautions extrêmes.
Le nettoyage manuel a été facilité par le développement de pistolets de nettoyage à commande manuelle, qui restent aujourd’hui encore la manière la plus efficace de nettoyer l’extérieur des réservoirs ainsi que les murs de pierre, les trottoirs ou, par exemple, les ponts des bateaux de pêche. Mais c'est le développement des nettoyeurs automatisés, qui a commencé dans les années 1920, qui a permis aux travailleurs chargés de nettoyer l’intérieur des réservoirs de bénéficier de solutions efficaces et de conditions de travail plus saines. Le contrôle automatisé des opérations de nettoyage a également permis de doser la juste quantité de fluide détergent requise pour l'opération, à l'instar des lave-vaisselle modernes qui utilisent bien mieux les ressources que le lavage/rinçage à la main.
Les réservoirs qui peuvent être nettoyés automatiquement sont normalement en acier inoxydable, et le système de nettoyage est monté de la manière la plus centrale possible sur la paroi ou au plafond du réservoir. Les produits chimiques de nettoyage sont principalement des composés alcalins et acides, qui peuvent être réutilisés dans les systèmes NEP cycliques. Les temps et les intervalles de nettoyage peuvent varier considérablement, selon l’agencement de l’usine, le produit et les programmations de transformation par lots, et le nettoyage peut être nécessaire plusieurs fois par jour. Vu que de nombreux établissements ont des sites de stockage multi-réservoirs et que certains réservoirs mesurent plus de 20 mètres de haut et ont une surface intérieure qui dépasse 100 mètres carrés, nous pouvons vraiment appeler ces nettoyeurs de réservoirs automatisés les « héros cachés » de la production industrielle.
Améliorer la durabilité et les coûts d'exploitation
Au Centre de compétences en technologies de nettoyage GEA de Buechen en Allemagne, les spécialistes élargissent continuellement l’éventail des types de nettoyeurs utilisés aujourd’hui dans l'industrie pour différents produits, classes de souillure et environnements d’application. Si tous les nettoyeurs de réservoirs doivent assurer la sécurité et la qualité, ils doivent aussi fonctionner de manière toujours plus efficace et durable, car sinon une technologie de nettoyage puissante ne serait pas rentable en dépit de ses avantages pour le produit et le procédé. Par conséquent, la question à laquelle les ingénieurs sont sempiternellement confrontés est : quels sont les facteurs influençant la performance de nettoyage qui peuvent être encore améliorés pour augmenter la durabilité, économiser des ressources et réduire les coûts ?
Le cercle dit de Sinner montre comment les cinq principaux facteurs d’un nettoyage efficace (action mécanique, température, agents de nettoyage, consommation d’eau et temps de nettoyage) fonctionnent ensemble. L'augmentation d’une des sections du cercle entraîne la diminution des autres, indiquant de potentielles économies. « Dans la pratique, nos ingénieurs se concentrent sur un facteur, qui est l’amélioration de l’efficacité mécanique des solutions de nettoyage », explique Jana Zimpel, Responsable commerciale produit du Centre de compétences GEA de Buechen. « Chaque progrès réalisé dans ce domaine permet aux opérateurs de l’installation d’économiser un temps précieux au profit de la transformation et de réduire la consommation d’énergie, d’eau et de produits chimiques en fonction de leurs priorités économiques et écologiques. »
Chaque progrès réalisé dans ce domaine permet aux opérateurs de l’installation d’économiser un temps précieux au profit de la transformation et de réduire la consommation d’énergie, d’eau et de produits chimiques en fonction de leurs priorités économiques et écologiques.
Jana Zimpel
Responsable commerciale produit, GEA Cleaning Technology
Les domaines d’amélioration mécanique sont extrêmement variés. « Grâce à leur conception innovante, les nettoyeurs modernes sont en mesure de maîtriser les forces de cisaillement et autres, qui concourent aux effets nettoyants pour augmenter l’efficacité du nettoyage, » souligne Chris Lawton, Responsable commercial produit Senior chez GEA. « Les flux de fluides, les dimensions des gicleurs, les vitesses de rotation et la matrice de pulvérisation, lorsqu’ils sont combinés avec les temps de nettoyage, sont autant de facteurs-clés que nous pouvons optimiser pour un procédé de production ou une taille de réservoir donné. »
Un objectif lié qui va dans l’intérêt des opérateurs est d’allonger la durée de vie utile des nettoyeurs de réservoirs. À cette fin, GEA utilise des paliers hydrodynamiques à la place des paliers à bille, car ces derniers sont, en effet, davantage sujets à l’usure et leur abrasion peut, par ailleurs, causer la contamination du produit. De plus, les consultants de GEA sont en mesure de conseiller efficacement leurs clients pour la mise en place de programmes de maintenance préventive, qui assurent que les joints et autres pièces d’usure soient remplacés à temps avant que des problèmes ne surviennent.
Les flux de fluides, les dimensions des gicleurs, les vitesses de rotation et la matrice de pulvérisation, lorsqu’ils sont combinés avec les temps de nettoyage, sont autant de facteurs-clés que nous pouvons optimiser pour un procédé de production ou une taille de réservoir donné.
Chris Lawton
Responsable commercial produit Senior, GEA Cleaning Technology
Un concept modulaire révolutionnaire
Parmi les nombreux types de nettoyeurs de réservoirs, les nettoyeurs orbitaux constituent en quelque sorte la technologie puissante de référence, et ont été perfectionnés à plusieurs reprises par GEA. Parfaitement équipés pour la tâche, les nettoyeurs orbitaux peuvent gérer les travaux les plus difficiles, notamment les résidus séchés et collants et, même, les levures, la colle, la résine, les produits de fermentation, etc. Dotés de gicleurs et de porte-gicleurs sélectionnés avec soin, le nettoyeur tourne en suivant une matrice en 3D autour d’un axe vertical et d’un axe horizontal, et atteint donc tous les points de la surface intérieure du réservoir d’une manière fortement contrôlée et puissante.
Entre autres développements en cours, GEA a à son actif une initiative réussie qui est d’avoir réuni toutes les options d'équipement clés des nettoyeurs orbitaux dans un unique modèle modulaire. Ce concept modulaire a été mis en œuvre pour la première fois dans le nettoyeur orbital OC200 de GEA. Tous les composants-clés de ce nettoyeur orbital peuvent être changés facilement. Trois porte-gicleurs différents répondent à toutes les exigences en matière d’ouvertures d’insertion et de niveaux de flux et de souillure. Huit diamètres de gicleurs peuvent être sélectionnés pour optimiser le flux, le temps de cycle et la projection des jets. En disposant de toutes ces options, parvenir à des temps de rétention plus longs pour une intensité de nettoyage plus élevée n'est pas un problème.
Des jets plus longs peuvent être obtenus pour les réservoirs particulièrement grands ou larges, comme les silos à farine ou les tanks de brassage dans les grosses installations. Les réservoirs de grandes dimensions peuvent également être nettoyés de bas en haut ce qui revient à inverser le mode de fonctionnement normal. Les gicleurs autonettoyants, orientés vers le bas, empêchent l’accumulation de produit sur le nettoyeur,
Cette innovation offre aux opérateurs de process un haut niveau de flexibilité, qui leur permet de programmer et de choisir avec exactitude la bonne option d’équipement pour la tâche spécifique envisagée et d’adapter ensuite à tout moment leur nettoyeur aux exigences de process nouvelles et changeantes. Grâce à l’optimisation de l’action mécanique, les temps de nettoyage et la consommation de fluides peuvent être encore optimisés, économisant des ressources précieuses.
L’assistance de personnel spécialisé : un facteur sous-estimé
La nature cachée du nettoyage des réservoirs fait que ceux qui planifient, mettent en œuvre et font fonctionner les systèmes comprennent les autres domaines de la technologie de process bien mieux que les nettoyeurs des réservoirs. Ils sont, et doivent être, principalement concentrés sur l'amélioration de leur produit, les phases de la transformation directement associées à cette amélioration et les bénéfices attendus. Résultat, configurer un équipement de nettoyage de cuves idéal requiert un vrai partenariat entre les entreprises et entre les hommes.
Chez GEA, Jana Zimpel confirme qu’une partie essentielle du travail de son équipe est d’apporter au client la connaissance des procédés. « Comprendre les besoins et les exigences individuels est pour nous très important », explique-t-elle. « Avec une collaboration étroite, nous sommes en mesure d’assister le client en notre qualité de spécialiste en lui proposant le composant optimal, ce qui lui permet de se concentrer davantage sur le processus dans son ensemble. Nous partageons notre savoir-faire, formons le personnel et assistons les opérateurs sur le site, pour que nos clients mettent en œuvre des procédés de nettoyage sûrs, durables et rentables. »
Cuves de process et réservoirs de stockage pour
Lorsque la propreté est essentielle
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Integrated cleaning for healthier work conditions
A century ago, service workers still had to enter tanks to clean them from the inside – a risky process. The job became easier with the development of spray guns (still the most effective way to clean the outside). But it was the development of integrated cleaning devices, starting in the 1920s, that has brought efficiency and healthier working conditions to the task. These devices have also made it possible to dose water and chemicals sustainably as required – just as a modern dishwasher uses these resources better than rinsing by hand.
Integrated cleaning devices are usually mounted as centrally as possible to the tank walls or ceiling. The interior surfaces of the tank are generally stainless steel, and the cleaning chemicals are alkaline and acidic compounds, which can be re-used in cyclic CIP systems. Cleaning times and intervals can vary greatly, depending on plant setup, product and batch processing schedules, often recurring several times a day. Given that many operations have multi-tank storage farms, some tanks being over 20 meters high with an internal surface area of more than 100 square meters, we can truly call the new generation of tank cleaners the “hidden champions” of industrial production.
Improving sustainability and operating costs
At the GEA Cleaning Technology Competence Center in Büchen, Germany, experts are constantly expanding and developing the range of cleaner types used for different products and varying soiling classes (grading the difficulty of cleaning). To ensure low operational cost, tank cleaners need to become more and more efficient and sustainable. The question that engineers keep coming back to is: Which factors influencing cleaning performance can be further improved to increase sustainability, save resources, and reduce costs?
The so-called dynamic Sinner’s circle shows the interdependency of the four main factors – mechanical efficiency, temperature, cleaning agents and cleaning time – in achieving the required cleaning performance (plus water consumption as a fifth factor). Enlarging any one section in the circle makes the others smaller, indicating potential savings. “In practice, our engineers focus on improving one factor, the mechanical efficiency of cleaning solutions,” explains Jana Zimpel, Product Sales Manager at the GEA Center in Büchen.
Expert support – the decisive element
As befits the concealed nature of tank cleaning, system planners, implementers and operators often understand other areas of processing technology much better than tank cleaners. They are – and should be – mostly focused on improving their product and elemental processing stages. As a result, configuring ideal tank cleaning equipment is very much a matter of partnership between companies, and between persons.
At GEA, Jana Zimpel confirms that a vital part of her team’s work is providing the customer with expert knowledge. “Understanding the individual needs and requirements is very important for us”, she explains. “In good collaboration we are able to support the customer with the optimum component while they are more focusing on the whole process. We share our knowhow; we train staff and support the operators on site. Our customers achieve safe, sustainable, and cost-efficient cleaning processes.”
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