Cleaning Technologies
Evolving product safety with the “hidden champions” in processing tanks
隐形安全冠军
15 Mar 2022
卫生的罐体清洗技术可以在肉眼看不见的情况下发挥作用。然而，至关重要的是确保食品、饮料和药品的卫生安全性、可持续性和货架期。我们着眼于让这个不断改进发展的系统组件帮助制造商、工厂工人、消费者和环境实现不断增长的收益。
有些看起来像宇宙飞船。有些看起来像超现实主义的工具,或具有奇特优雅和对称性的闪亮玩具。工业罐体清洗设备无疑是加工系统中最令人赏心悦目的组件之一，如果人们真的可以看到它们的话。它们的真正价值在于它们的工作，而它们在黑暗中工作：在密封的加工和储存罐体、容器以及发酵容器中工作。
很久以前，在食品加工时代的黎明，实际上正是不干净的容器和罐体，偶然引发了酵母的发酵，并给我们带来了主食的乐趣，诸如啤酒、葡萄酒和酵母面包等。但是，从那时起，成功的制造商就一直把尽可能保持罐体和容器清洁视为首要关注的问题，以确保产品质量可靠。对于人类消费产品而言，这意味着：卫生甚至无菌清洁。
安全至关重要–和品牌声誉
无论是乳制品、葡萄酒、啤酒、牙膏、药品还是发酵粉，安全且可复制的产品质量都是涉及制造商和消费者利益的关键目标。无论在何处加工或储存产品，例如罐体、筒仓或中间容器（IBC），未适当清洁的残留物都可能在许多方面影响产品的安全性和质量。正因如此，必须要严格按照美国FDA、欧洲EHEDG和世界其他法规的规定和准则来严格控制罐体和其他容器的清洁度。
其中的一个主要风险是当一个生产批次紧接着另一个具有不同产品成分的生产批次时，可能会发生交叉污染。作为消费者，我们不断要求更多品种来满足我们不同的品味和需求。这导致当今市场上的产品和变体产品不断激增，它们通常在同一罐体中加工和储存。来自先前产品的残留物会影响下一批产品的味道或其他性能，甚至令其有毒。例如，由于不受控制的发酵或化学反应，细菌或真菌的生长或过敏原从一种产品转移到另一种产品，就可能会发生这种情况。
如果产品保持不变，则仍然存在未清洁的残留物分解或发酵、从而影响罐体中下一批产品的风险。可识别的影响可能很小，但是全球消费者即使对最小的偏差也越来越挑剔。至于纤维素或纸质污泥甚至污水等非贵重物品，它们的罐体需要进行清洁，以防止产品堆积、堵塞、腐蚀或产生有害的恶臭气体。
在当今的市场环境中，即使是单个有缺陷的产品批次也会带来很多影响，因此未适当清洁引起的所有风险也会成倍增加。制造商可能会损失大量损坏的产品，并且可能会面临召回和回收有缺陷产品的巨额成本。更重要的是，工人和消费者的健康可能受到影响。最后，产品和品牌声誉几乎总是会遭受任何此类事件的影响，无论多么小。因此，清洁技术已成为工艺计划者工具箱中越来越重要的资产。
自动清洁，以获得更健康的工作条件
几个世纪以来，人们对于不清洗容器所带来的风险有了更好的认识，但是所有清洗工作必须在危险情况下手工进行。过去，服务人员不得不通过狭窄的检修孔进入罐体和筒仓，以便从内部手工清洗罐体，有时需要同事的协助来监督两人的安全。他们必须在狭窄且阻塞性的空间内手工添加刺激性的清洗液和处理具有潜在危险的罐体残留物。 显然，正因如此，美国职业安全与健康管理局（US Occupational Safety and Health Administration）和其他地方的类似机构的工作健康规定要求格外谨慎。
手动控制喷枪的开发，使手工清洗变得更加容易，它仍然是清洗罐体、石墙、人行道或渔船甲板等外部最有效的方法。但是，自上世纪20年代开始，随着自动清洗器的开发，才为罐体内部的清洗工作带来了更高效和更健康的工作条件。自动化控制的清洗操作，还使得可以按任务所需的确切剂量来计量洗涤剂液的使用量——就像现代家用洗碗机相对于手工冲洗而言可以更好地使用资源一样。
可以自动清洗的罐体通常由不锈钢制成，并且清洗系统尽可能集中地安装在罐壁或顶板上。 清洗化学品主要是碱性和酸性化合物，可在循环CIP系统中重复使用。清洗时间和清洗时间间隔可能会大不相同，这取决于设备设置、产品和批处理时间表，通常每天重复几次。鉴于许多工厂都有多罐体储存场，有些罐体高度超过20米，内部表面积超过100平方米，我们真的可以将自动罐体清洗设备称为工业生产的“隐形冠军”。
改善可持续性和运营成本
在德国布亨（Buechen）的GEA清洁技术能力中心，专家们正在不断扩大当今工业中用于不同产品、污染等级和应用环境的清洗剂类型的种类。所有罐体清洗设备必须保持安全性和质量，但它们也必须变得日益高效和可持续地运行——否则，尽管强大的清洗技术对于产品和工艺具有价值，但将不再奏效。工程师不断回到这样的问题：哪些影响清洗性能的因素可以进一步改善，以提高可持续性、节省资源并降低成本呢？
所谓的动态“辛纳饼状图（Sinner's circle）”清洗原则，表明了有效清洁的五个主要因素——机械效率、温度、清洗剂、耗水量和清洁时间——是如何协同工作的。扩大饼状图中的任何一个部分，都会使其他部分变小，表明有可能节省开支。“在实践中，我们的工程师专注于提高清洗解决方案的机械效率的一个因素，” GEA位于布亨的能力中心的产品销售经理Jana Zimpel解释说。“在那里取得的每一个进步，使设备操作员可以根据他们的经济和生态优先级，节省宝贵的加工时间并减少能源、水和化学药品的消耗。”
在那里取得的每一个进步，使设备操作员可以根据他们的经济和生态优先级，节省宝贵的加工时间并减少能源、水和化学药品的消耗。”- - GEA清洗技术产品销售经理Jana Zimpel。
- - GEA清洗技术产品销售经理Jana Zimpel。
Product Sales Manager, GEA Cleaning Technology
机械改进的领域是高度多样化的。“通过创新的设计，现代清洗设备能够利用剪切力和其他辅助清洗效果来提高清洗效率，” GEA的高级产品销售经理Chris Lawton指出。“结合清洗时间，液体流量、喷嘴尺寸、转速和喷雾基质都是我们可以针对给定产品工艺或罐尺寸进行优化的关键因素。”
为了设备操作员的利益，相关的目标是延长罐体清洗设备的使用寿命。为此，GEA使用流体动力轴承代替滚珠轴承，因为滚珠轴承会遭受更大的磨损，并且还会因磨损而污染产品。此外，GEA顾问还为客户提供有关建立预防性维护计划的建议，该计划可确保在出现问题之前及时更换密封件和其他易损件。
液体流量、喷嘴尺寸、转速和喷雾矩阵，在与清洗时间结合时，都是我们可以针对给定产品工艺或罐体尺寸进行优化的关键因素。”- GEA清洗技术高级产品销售经理Chris Lawton
- GEA清洗技术高级产品销售经理Chris Lawton
Senior Product Sales Manager, GEA Cleaning Technology
突破性的模块化概念
在众多类型的罐体清洗设备中，轨道式清洗器是强大技术的一种基准，并且GEA对其进行了多次改进。经过适当配置的轨道式清洗器可以处理最艰巨的任务，例如干燥和粘稠的残留物，甚至是酵母、胶水、树脂或发酵产品等。配有精心选择的喷嘴和喷嘴托架，该清洗器以3D矩阵围绕垂直轴和水平轴旋转，从而以高度可控、功能强大的方式到达罐体中的每个表面点。
GEA目前的开发包括一个成功的项目，将用于轨道式清洗器的所有关键设备选项组合在一个单一的模块化型号中。这种模块化的概念在GEA的轨道式清洗器OC200中首次实现。该轨道式清洗器上的所有关键组件都可以快速互换。三种不同的喷嘴托架可满足有关插入口、流量和脏污程度的所有要求。备有八个喷嘴直径可供选择，以优化流量、循环时间和喷射投影。拥有所有这些选择，就可以实现更长的停留时间，以实现更高的清洗强度。
可以生产更长的喷雾，用于非常高或非常宽的罐体，例如面粉筒仓或大型操作中的酿造罐体。高大的罐体也可以从下至上进行清洁，这颠倒了通常的操作模式。面向后方的自清洗喷嘴，可防止产品堆积在清洗器上。
这项创新为操作员提供了更高的灵活性，使他们可以更轻松地为他们的特定任务来计划和设计正确的设备选项，并在以后的任何时间点使清洗剂适应新的和不同的工艺要求。得益于优化的机械冲击，可以进一步优化清洗时间和液体消耗，从而节省了宝贵的资源。
个人专家支持——被低估的因素
系统设计者、实施者和操作员比罐体清洗器更了解工艺技术的其他领域，这是罐体清洗的隐蔽性特征。 他们一直并且应该将主要精力放在改进产品、与之直接相关的工艺阶段以及预期收益上。因此，配置理想的罐体清洗设备，很大程度上取决于公司之间以及人员之间的合作关系。
在GEA，Jana Zimpel确认其团队工作的重要组成部分是向客户提供工艺知识。她解释说：“了解个人的需求和要求对我们非常重要。”“通过良好的合作，我们能够以最佳组件为客户提供专家支持，而他们更专注于整个过程。我们分享我们的专有知识，我们对员工进行培训，并在现场为操作员提供支持，以使我们的客户实现安全，可持续和经济高效的清洗过程。”
加工和储存罐体
清洗至关重要
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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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