Nerūdijantis plienas pieno perdirbime: CIP sistemos, talpyklos ir vamzdžių reikalavimai

316L nerūdijančio plienoyra pramonės-standartinė medžiaga, skirta visiems pieno produktų-kontaktiniams paviršiams apdorojant pieną, pasižyminti puikiu atsparumu CIP cheminėms medžiagoms, chloridams ir terminiam ciklui.

304 nerūdijantis plienasyra priimtinas ant -produkto-nesusiliečiančių paviršių ir konstrukcinių komponentų, bet nerekomenduojamas CIP-atsegtiems vamzdynams ar rezervuarų viduje.

3-A sanitariniai standartai reglamentuoja pieno įrangos projektavimą JAV; Vamzdžių ir paviršiaus apdailos specifikacijoms taikomos ASME BPE, ASTM A270 ir EHEDG gairės.

Su pienu besiliečiančių paviršių paviršiaus apdaila turi būti mažesnė nei 0,8 µm (32 µin) arba Ra; elektropoliravimas dar labiau sumažina jį iki Ra Mažiau nei 0,38 µm (15 µin) arba jam.

Pasyvavimas pagal ASTM A967 yra privalomas po pagaminimo, siekiant pašalinti laisvą geležį ir suformuoti apsauginį chromo oksido sluoksnį.

Kodėl nerūdijantis plienas yra standartinė pieno perdirbimo įrangos medžiaga?

Nerūdijantis plienas yra universalus pieno perdirbimo įrangos standartas, nes jis nėra -toksiškas, ne-reaktyvus, atsparus korozijai- ir gali pasiekti itin-lygius paviršius, reikalingus higieniniam valymui.

Pieno produktai iš prigimties yra ėsdinantys. Piene yra vandens, baltymų, riebalų, cukrų (laktozės), pieno rūgšties (pH 4,6–6,7) ir natūraliai susidarančių chloridų -paprastai 100–150 mg litre. Šie chloridai kartu su fermentuotų pieno produktų rūgštingumu sukuria priešišką aplinką paprastiems metalams. Anglinis plienas rūdija per kelias valandas po kontakto. Aliuminis išplauna jonus. Varis katalizuoja riebalų oksidaciją, sukeldamas apkartimą. Tik nerūdijantis plienas suteikia savybių derinį, reikalingą saugiam, patvariam ir higieniškam pieno perdirbimui.

Keturios kritinės savybės

3-A sanitariniai standartai-pagrindinė pieno įrangos reguliavimo sistema Jungtinėse Valstijose-aiškiai reikalauja, kad visi gaminių-liečiami paviršiai būtų pagaminti iš austenitinio nerūdijančio plieno (paprastai AISI 304 arba 316/316L) arba lygiavertės korozijai atsparios medžiagos{{9}. Tai nėra pasiūlymas; tai yra teisinis reikalavimas USDA patikrintoms pieno gamykloms.

Kokios nerūdijančio plieno rūšys naudojamos pieno perdirbimui?

Dvi dominuojančios klasės yra 304 ir 316L. 316L yra visų gaminio-kontaktinių paviršių (cisternų, vamzdynų, vožtuvų) standartas, o 304 yra skirtas ne-kontaktiniams konstrukciniams komponentams, atraminiams rėmams ir išorės apdailai.

Cheminės sudėties palyginimas

Kodėl 316L yra molibdeno

Molibdenas yra vienintelis svarbiausias legiravimo elementas, atskiriantis 316 l nuo 304. Jis žymiai padidina atsparumą taškinei korozijai (lokalizuotas pasyviosios plėvelės suirimas) ir plyšių korozijai (atakai ekranuotose vietose, pvz., tarpiklių jungtyse ir suvirinimo antgaliuose). Atsparumo įbrėžimams lygiavertis skaičius (PREN) išreiškia tai:

Žaliame piene yra 100–150 mg/l chloridų. CIP dezinfekavimo priemonės gali pridėti dar 100–200 ppm aktyvaus chloro. Esant tokiam lygiui, 304 nerūdijantis plienas ilgainiui atsiras taškinės korozijos-mikroskopinės skylės, kurios kenkia higienai ir struktūriniam vientisumui. 316L, kuriame yra 2–3 % molibdeno, atlaiko šį ataką tūkstančius CIP ciklų.

„L“ žymėjimas: kodėl svarbu mažai anglies dvideginio

„L“ 316 L reiškia „mažą anglies kiekį“, o tai reiškia, kad anglies kiekis yra 0,03 % (palyginti su 0,08 % standartiniame 316). Tai svarbu, nes kai suvirinimo metu nerūdijantis plienas įkaitinamas virš 425 laipsnių, anglis gali reaguoti su chromu ir susidaryti chromo karbido nuosėdoms prie grūdelių ribų.

Šis procesas, vadinamas „jautrinimu“, išeikvoja aplinkinę chromo sritį, sukurdama korozijai{0}} jautrią „chromo{1}} išeikvotą zoną“. Įjautrintos suvirinimo siūlės gali sugesti per kelis mėnesius nuo CIP poveikio.

Mažas anglies kiekis 316L visiškai apsaugo nuo įjautrinimo, todėl suvirinimo siūlės yra visiškai atsparios korozijai. Tai labai svarbu pieno perdirbime, kur mylios suvirintų vamzdynų yra standartiniai, o kiekvienas suvirinimas yra galimas gedimo taškas.

Kaip CIP sistemos veikia nerūdijančio plieno medžiagų pasirinkimą?

CIP (Clean{0}}In-Place) sistemos, kuriose nerūdijantis plienas veikiamas agresyvaus cheminio valymo aukštesnėje temperatūroje, . 316L yra privalomas visiems CIP-neveikiamiems paviršiams, nes pakartotinai veikiant šarminėmis, rūgštinėmis ir chloro dezinfekavimo priemonėmis 304 išsivystys taškinė korozija.

Standartinis CIP ciklas

Tipiškas pieno produktų CIP ciklas susideda iš penkių etapų, kurių kiekvienas turi specifinių cheminių ir šiluminių reikalavimų nerūdijančio plieno paviršiui:

Kodėl 304 nepavyksta CIP aplinkoje

Dokumentais patvirtintas atvejis iš pieno gamyklos Pietryčių Azijoje rodo riziką: įmonė įrengė 304 nerūdijančio plieno vamzdžius savo CIP recirkuliacijos kilpai. Per 18 mėnesių chloro{3}}pagrindo dezinfekavimo priemonės sukėlė skylių nuotėkį visoje sistemoje. Bendra pakeitimo kaina, įskaitant prarastą gamybos laiką, viršijo 300 000 USD.

Gedimo mechanizmas yra paprastas:

• Chloro dezinfekavimo priemonėse yra chlorido jonų (Cl⁻), kurie yra chemiškai agresyvūs nerūdijančiam plienui.
• Chlorido jonai prasiskverbia į pasyviąją chromo oksido plėvelę esant mikroskopiniams defektams, sukurdami lokalizuotas anodines vietas.
• Nutrūkus pasyviajai plėvelei, apatinis metalas greitai ištirpsta ir susidaro duobė.
• Po paviršiumi išauga duobės, kurios galiausiai perforuoja vamzdžio sienelę ir sukelia nuotėkius.
• Procesas pagreitėja esant temperatūrai{0}}CIP veikia esant 60–80 laipsnių, gerokai viršijant slenkstį, kai sustiprėja chlorido ataka.

316L našumas CIP sistemose

316L atsparus CIP cheminėms medžiagoms dviem mechanizmais:

• Molibdenas (2–3 %) padidina pasyviosios plėvelės stabilumą, todėl chloro jonams sunkiau prasiskverbti. 316L gali atlaikyti iki ~200 ppm chloro koncentraciją esant aplinkos temperatūrai, o vidutines koncentracijas net esant aukštesnei CIP temperatūrai.
• Mažas anglies kiekis (Mažiau nei 0,03%) apsaugo nuo jautrumo suvirinimo metu. Kiekvienoje CIP vamzdžių sistemoje yra šimtai suvirinimo siūlių; jei būtų naudojamas standartas 316, įjautrintos suvirinimo siūlės pirmiausia korozuotų . 316L visiškai pašalina šią riziką.
• Pramoniniai bandymai patvirtina, kad 316 l gali atlaikyti tūkstančius CIP ciklų -paprastai 3 000–5 000 per 10–15 metų eksploatavimo laiką- be išmatuojamo sienų plonėjimo ar įdubimų, jei chloro koncentracija neviršija rekomenduojamų ribų (mažesnė nei 200 ppm) ir kontroliuojamas kontakto laikas.

Kokie yra pieno įrangos paviršiaus apdailos reikalavimai?

Pieno produktų -kontaktiniai paviršiai turi pasiekti Ra Mažesnį arba lygų 0,8 µm (32 µin) paviršiaus šiurkštumą. Aukščiausios kokybės reikmėms elektropoliravimas sumažina Ra Less arba lygų 0,38 µm (15 µin), todėl paviršius yra toks lygus, kad bakterijos negali veiksmingai prisitvirtinti.

Kodėl paviršiaus apdaila svarbi higienai

Bakterijos neprisiriša prie idealiai lygių paviršių. Jie kolonizuoja mikroskopinius plyšius, slėnius ir įbrėžimus, kur valymo metu yra apsaugoti nuo šlyties jėgų. Tyrimai rodo, kad paviršiai, kurių Ra > 0,8 µm, gali turėti bakterijų bioplėveles, kurios išgyvena standartinį CIP valymą. Žemiau 0,8 µm bioplėvelės susidarymas smarkiai sumažėja; mažesnis nei 0,4 µm, jis tampa nereikšmingas.

Paviršiaus apdailos standartai ir klasifikacijos

Elektropoliravimas: aukščiausios kokybės paviršiaus apdorojimas

Elektropoliravimas yra elektrocheminis procesas, kurio metu nuo paviršiaus pašalinamas plonas (20–40 µm) metalo sluoksnis, pirmiausia ištirpdomos smailės ir paliekama veidrodinė -apdaila. Skirtingai nuo mechaninio poliravimo, kai metalas ištepamas virš slėnių (sukuriant mikroskopinius spąstus), elektropoliruojant medžiaga pašalinama tolygiai ir sukuriamas tikrai lygus paviršius.

Pieno įrangos elektropoliravimo privalumai:

• Sumažina paviršiaus plotą iki 30%, sumažina bakterijų sukibimo vietas
• Sukuria storesnį, vienodesnį pasyvųjį chromo oksido sluoksnį (iki 2–3 nm, palyginti su . 1–1,5 nm mechaniškai poliruotiems paviršiams)
• Pašalina įterptas geležies daleles nuo mechaninio poliravimo, pašalindamas laisvą{0}}geležies užteršimą
• Pagerina valomumą{0}}CIP cheminės medžiagos liečiasi su visu paviršiumi be „šešėlinių zonų“ mikroskopiniuose slėniuose
• Pailgina CIP ciklo efektyvumą 15–25%, lyginant su mechaniškai poliruotais tos pačios Ra vertės paviršiais

Kokie yra pieno produktų laikymo talpyklų projektavimo reikalavimai?

Pieno produktų laikymo rezervuarai turi atitikti 3-A sanitarinį standartą 01-07 (bendrąjį) ir konkrečius įrangos standartus (pvz., 3-A 31-03 saugojimo bakams). Pagrindiniai reikalavimai yra 316 l konstrukcija, vidinis Ra Mažesnis nei 0,8 µm arba lygus, visiškai nusausinama konstrukcija, su CIP suderinama geometrija ir sanitarinės suvirinimo siūlės.

Cisternų tipai ir medžiagų pasirinkimas

Svarbi dizaino detalė: negyvų kojų pašalinimas

„Negyva kojelė“ – tai bet kokia vamzdyno arba rezervuaro geometrijos dalis, kurioje produktas arba valymo tirpalas gali užsistovėti. 3-Standartai riboja negyvų kojelių ilgį iki 2 vamzdžių skersmenų. Negyvos kojos yra bakterijų dauginimosi vieta, nes CIP valymo tirpalas negali veiksmingai pasiekti šių sustingusių zonų. Kiekviena negyva pieno sistemos koja yra galimas užteršimo taškas, dėl kurio gali sugesti produktas, nepavykti atlikti mikrobiologinių tyrimų ir neatitikti teisės aktų-.

Kokie vamzdžių standartai taikomi pieno perdirbimo sistemoms?

Pieno vamzdžiai turi atitikti ASTM A270 (besiūliai ir suvirinti austenitiniai nerūdijančio plieno sanitariniai vamzdžiai), su 316L klasės medžiaga, mažu sieros kiekiu (mažiau nei 0,017 %), o vidinio paviršiaus apdaila turi atitikti 3-A arba ASME BPE reikalavimus.

Raktų vamzdžių specifikacijos

Sanitarinių vamzdžių dydžio standartai

Pieno perdirbimui naudojami du pagrindiniai sanitarinių vamzdžių matmenų standartai:

Pieninių vamzdžių suvirinimo reikalavimai

Visos pieno perdirbimo vamzdžių jungtys turi būti suvirintos naudojant automatinį orbitinį TIG (volframo inertinių dujų) suvirinimą. Tai užtikrina:

• Nuosekli, kartojama suvirinimo kokybė be operatoriaus pokyčių
• Visiškai įsiskverbiančios suvirinimo siūlės su lygiu, lygiu vidiniu rutuliu (be įtrūkimų)
• Kompiuteriu{0}}valdomi suvirinimo parametrai (srovė, judėjimo greitis, lanko tarpas) dokumentuoti, kad būtų galima atsekti
• Apsaugą nuo dujų (argono) išvalykite ant vidinio paviršiaus, kad išvengtumėte oksidacijos suvirinimo metu
• Po-suvirinimo patikrinimo per boreskopą, kad patikrintumėte vidinio paviršiaus vientisumą
• Suvirinimas rankiniu būdu nepriimtinas gaminio{0}}kontaktiniams vamzdeliams, naudojamiems pieno pramonėje. Visos rankinės suvirinimo siūlės turi būti lygiai šlifuotos ir pakartotinai pasyvuotos pagal ASTM A967.

Kaip pasyvavimas pagerina pieno įrangos našumą?

Pasyvavimas pagal ASTM A967 pašalina laisvą geležį ir teršalus nuo nerūdijančio plieno paviršiaus, sukuriant vienodą pasyvų chromo oksido sluoksnį, kuris užtikrina atsparumą korozijai. Tai privaloma po visų gamybos, suvirinimo ir mechaninio poliravimo operacijų.

Kas yra Pasyvavimas?

Nerūdijantis plienas yra atsparus korozijai dėl plono (1–3 nm) nematomo chromo oksido (Cr₂O3) sluoksnio, kuris savaime susidaro, kai metalas yra veikiamas deguonies. Šis sluoksnis yra „savaime-gyjantis“-, jei subraižytas, jis atsinaujina esant orui ar vandeniui. Tačiau gamybos (pjovimo, šlifavimo, suvirinimo, poliravimo) metu laisvos geležies dalelės ir kiti teršalai patenka į paviršių. Šios geležies dalelės rūdija ir sukuria vietas vietinei korozijai.

Pasyvavimas yra cheminis apdorojimas, kuris ištirpina laisvą geležį ir sustiprina chromo oksido sluoksnį. Jį apibrėžia ASTM A967, kuriame nurodyti keli gydymo metodai:

Kodėl pieno perdirbime negalima{0}}derėtis dėl pasyvavimo

Nepasyvuotas nerūdijantis plienas pieno aplinkoje yra tiksinti bomba. Štai kodėl:

• Paviršiuje esanti laisva geležis, esant pieno drėgmei, oksiduojasi (rūdija), todėl susidaro geležies oksido dalelės, kurios užteršia gaminį ir sukuria duobių atsiradimo vietas.
• Suvirinimo karščio atspalvis (mėlynas/rudas spalvos pasikeitimas ant suvirinimo siūlių) rodo, kad chromo -sumažėjo zona, kuri yra 100–1 000 kartų mažiau atspari korozijai- nei netaurieji metalai. Pasyvavimas ištirpdo šį sluoksnį ir atkuria chromo koncentraciją.
• Mechaninis poliravimas įterpia į paviršių abrazyvines daleles (aliuminio oksidą, silicio karbidą). Pasyvavimas pašalina šiuos teršalus.
• Be pasyvavimo, paviršiaus šiurkštumas laikui bėgant efektyviai didėja, nes susidaro korozijos duobės, todėl paviršius vis sunkiau valomas ir labiau linkęs prie bakterijų sukibimo.

Patvirtinimo testavimas

Po pasyvavimo veiksmingumas turi būti patikrintas. ASTM A967 nurodo kelis priėmimo testus:

Kokie reguliavimo standartai taikomi nerūdijančiam plienui pieno perdirbime?

Keturios pagrindinės reguliavimo sistemos reglamentuoja nerūdijančio plieno naudojimą pieno perdirbime: 3-A sanitariniai standartai (JAV), FDA 21 CFR 117 dalis (JAV maisto sauga), EHEDG gairės (Europa) ir ASME BPE (biologinio apdorojimo įranga). Atitiktis 3-A yra privaloma USDA patikrintose pieno įmonėse.

Reguliavimo sistemos palyginimas

3-A sanitariniai standartai: pieno pramonės etalonas

3-A Sanitary Standards Incorporated (3-A SSI) yra trijų suinteresuotųjų šalių bendradarbiavimo pastangos:

• Tarptautinė maisto apsaugos asociacija (IAFP) -, atstovaujanti visuomenės sveikatos specialistams
• USDA - sanitarinės įrangos projektavimo komitetas, atstovaujantis reguliavimo institucijoms
• Pieno ir maisto įrangos gamintojai -, atstovaujantys pramonei
• 3-A standartai taikomi beveik visoms pieno įrangos dalims: rezervuarams (3-A 31-03), išcentriniams siurbliams (3-A 02-10), vožtuvams (3-A 64-00) ir vamzdeliams (3-A 01-07). Nepriklausomas trečiosios šalies inspektorius patikrino, ar įranga, pažymėta 3A simboliu, atitinka šiuos standartus.

Kaip 304 ir 316L lyginamos realiose{2}}pasaulio pieno pramonės srityse?

Realiame-pasaulio pieno perdirbime 316L gerokai lenkia 304 visose produktų-kontaktinėse programose. 316 l išlaidų priemoka (20–40 % didesnė nei 304) susigrąžinama per 2–3 metus išvengus priežiūros, sumažinus pakeitimo išlaidas ir pašalinus užteršimo atvejus.

Bendrų nuosavybės išlaidų palyginimas

Sprendimų matrica: kada naudoti 304 prieš 316L

Dažnai užduodami klausimai

Ar 304 nerūdijantis plienas gali būti naudojamas pieno produktų CIP vamzdynams?

Ne{0}} nerūdijantis plienas nerekomenduojamas CIP vamzdžiams, nes CIP dezinfekavimo priemonėse yra chloro (100–200 ppm), dėl kurio 304 susidaro taškinė korozija. Nors 304 gali išgyventi trumpą -laiką, tačiau per 1–3 metus, atsižvelgiant į chloro koncentraciją}} l, leistina temperatūra yra mažiausia{8 CIP-apsaugoti paviršiai.

Kokia yra minimali pieno produktų{0}}kontaktinių paviršių paviršiaus apdaila (Ra)?

Minimalus priimtinas pieno produktų -kontaktinių paviršių paviršiaus šiurkštumas yra Ra Mažesnis arba lygus 0,8 µm (32 µin), kaip nurodyta 3-A sanitariniuose standartuose. Tais atvejais, kai reikalingas aukštesnis higienos lygis (pvz., aseptinis apdorojimas), rekomenduojami elektropoliruoti paviršiai, kurių Ra yra mažesnis arba lygus 0,38 µm (15 µin) vienam ASME BPE SF4.

Kaip dažnai reikia pasyvuoti pieno produktų nerūdijančio plieno įrangą?

Pasyvavimas turi būti atliktas vieną kartą po pirminio pagaminimo ir montavimo (pagal ASTM A967). Vėlesnio pasyvavimo gali prireikti po reikšmingo remonto, modifikacijų arba aptikus paviršiaus degradaciją tikrinant, -paprastai kas 3–5 metus, kai naudojama daug{6}}naudojama įranga. Kasmetinis patikrinimas turėtų patikrinti pasyvaus sluoksnio vientisumą, naudojant feroksilo arba vario sulfato testus.

Kokią temperatūrą gali atlaikyti 316L nerūdijantis plienas perdirbant pieno produktus?

316L nerūdijantis plienas išlaiko savo mechanines savybes ir atsparumą korozijai esant maždaug 870 laipsnių (1 600 laipsnių F) temperatūrai, kai naudojamas su pertrūkiais, ir 925 laipsnių (1 700 laipsnių F) temperatūroje. Apdorojant pieno produktus, atitinkamas diapazonas yra daug siauresnis: CIP veikia 60–80 laipsnių temperatūroje, karšto vandens dezinfekavimas 82–85 laipsnių temperatūroje, o sterilizavimas garais (SIP) 121 laipsnio +. 316L temperatūroje puikiai veikia visomis šiomis sąlygomis.

Ar reikalingas pieno įrangos elektropoliravimas?

Elektropoliravimas nėra griežtai reikalaujamas pagal 3-A standartus, bet primygtinai rekomenduojamas. Standartinis mechaninis poliravimas iki Ra Mažesnis arba lygus 0,8 µm atitinka minimalų reikalavimą. Tačiau elektropoliravimas suteikia papildomų privalumų: pašalina įterptą geležį, sukuria storesnį pasyvų sluoksnį, sumažina bakterijų sukibimą iki 30%, pagerina CIP efektyvumą. Perkant naują įrangą, visose aukštos higienos zonose turėtų būti nurodyti elektropoliruoti paviršiai.

Kuo skiriasi 3-A ir ASME BPE standartai?

3-A sanitariniai standartai yra būdingi pieno ir maisto perdirbimo įrangai, daugiausia dėmesio skiriant sanitariniam dizainui, medžiagoms ir valomumui. ASME BPE (Bioprocessing Equipment) atsirado farmacijos / biotechnologijų pramonėje ir apima vamzdynus, vamzdelius ir jungiamąsias detales, kurioms taikomi griežtesni paviršiaus apdailos ir suvirinimo reikalavimai. Pieno perdirbimui 3-A yra pagrindinis standartas; ASME BPE naudojamas aukščiausios kokybės programoms ir įrangai, kuri taip pat aptarnauja farmacijos klientus.

Kiek laiko 316L nerūdijantis plienas tarnauja pieno perdirbimo aplinkoje?

Tinkamai prižiūrint, pasyvinant ir laikantis CIP cheminių medžiagų apribojimų, 316 l nerūdijančio plieno įranga paprastai tarnauja 15–20 metų pieno perdirbimo aplinkoje. Pagrindiniai veiksniai, darantys įtaką ilgaamžiškumui, yra šie: chloro koncentracija CIP dezinfekavimo priemonėse (išlaikyti mažiau nei 200 ppm), terminio ciklo dažnis, originalaus suvirinimo kokybė, pasyvavimo priežiūros reguliarumas ir vandens kokybė (kietas vanduo gali sukelti nuosėdų kaupimąsi, kurios sulaiko bakterijas).