标准的自动化 CIP 流程包括：水预冲洗、碱洗、中间冲洗、酸洗、最终冲洗和消毒。 在生物工艺和食品中试工厂中，系统无需拆卸即可将水和清洗化学品循环通过容器、管道、热交换器、阀门和喷淋装置。该流程首先去除产品残留，随后去除有机污垢、矿物质水垢、残留化学品，最后在恢复生产前杀灭微生物。
CIP 的工作原理是结合化学作用、温度、接触时间和受控流量。 只有当每个接触液体的表面都得到必要的处理，且设备在各阶段之间完全排空时，该系统才有效。
CIP 流程的工作方式
1. 初始水预冲洗
循环从水冲洗开始，通常使用喷淋装置或循环水流，以去除松散的产品和大量残留物。这可以在引入化学品之前降低污垢负荷，并有助于防止过度的烧碱消耗。
随后排掉冲洗水。在自动化系统中，阀门会将液体引导至相应的排水管或回收罐。
2. 热碱洗
将加热后的碱性溶液循环通过工艺系统。氢氧化钠是常用的活性化学品，在此处描述的中试工厂流程中，浓度通常约为 1.5%，尽管工业配方可能会使用不同的浓度。
碱液可以溶解并分解有机污染物，如脂肪、碳水化合物、细胞物质和变性蛋白质膜。清洗效果取决于是否保持了规定的浓度、温度、流速和循环时间。
典型的中试系统会监测溶液温度、电导率、罐内液位和回流情况，以确认清洗过程保持在操作限值内。
3. 中间水冲洗
碱洗后，循环水以去除残留的碱液和溶解的有机污垢。此阶段可防止碱性溶液过早中和后续的酸洗液。
冲洗持续进行，直到回流液达到预设的终点，通常由电导率、pH 值、时间或这些测量的组合来确定。
4. 酸洗
随后循环使用稀酸溶液，以中和残留的碱性物质并溶解无机沉积物（如矿物质水垢）。硝酸和磷酸是不锈钢中试设备中的常用选择。
在不锈钢 CIP 中通常避免使用盐酸，因为氯离子会促进点蚀和其他腐蚀损伤。所选的酸、浓度、温度和接触时间必须与设备材料、密封件和仪器兼容。
5. 最终水冲洗
酸洗后进行最终水冲洗，以去除酸、溶解的矿物质和残留的清洗剂。当产品纯度或分析灵敏度有要求时，一些中试工厂会使用自来水进行主冲洗，并使用去离子水进行最终冲洗。
冲洗后设备应完全排空。残留的水或化学品袋可能会稀释下一次处理，并造成污染或产品质量风险。
6. 消毒剂循环
在生产前循环使用消毒剂（如碘伏）。消毒可减少污垢去除后残留的存活微生物群；它不能替代有效的清洗。
消毒剂在经过验证的浓度、温度和接触时间下使用。根据化学品和工艺要求，系统可以直接排掉消毒剂，或者在之后进行受控冲洗以符合残留限制。
CIP 背后的操作原理
化学作用去除污垢
碱性阶段针对有机沉积物，而酸性阶段针对矿物质沉积物并中和碱性残留物。使用两个阶段非常重要，因为单一化学成分很少能有效去除所有类型的污垢。
化学品必须均匀接触表面。分布不均即使在清洗罐显示正确浓度的情况下，也会留下沉积物。
温度加速清洗
热量通常能提高洗涤剂的作用，并有助于软化或溶解工艺残留物。它也会影响消毒性能。
温度必须保持在产品污垢、清洗化学品、设备材料、弹性体和安全系统的限值范围内。过高的热量可能会使蛋白质凝固在表面上、损坏密封件或造成不安全的操作条件。
流量提供机械作用
CIP 流体必须以足够快的速度移动，以产生有效的湍流和壁面剪切力。这种机械作用会将沉积物从管道和设备表面剥离。
时间确保充分接触
每个阶段都需要足够的时间让化学和机械作用发挥效果。一个较短的循环可能看起来干净，但却留下了残留的有机膜、水垢或微生物污染。
因此，自动化配方定义了最小循环或接触时间，并且在温度、电导率、流量或回流条件达到要求之前，可能会阻止流程继续。
为什么卫生设备设计很重要
重力排水防止化学品和微生物残留
CIP 设备应设计为能够完全重力排水。倾斜的管道和正确方向的容器可防止残留的产品、冲洗水和化学品在阶段结束后滞留。
排水不良会稀释清洗化学品，在步骤之间携带污染物，并留下未得到充分消毒的区域。
盲管和缝隙降低 CIP 可靠性
盲管（Dead legs）、尖锐的内角、粗糙的焊缝、不合适的接头和滞留袋会阻挡清洗流体接触污垢。卫生系统使用光滑的内表面、圆角过渡、卫生连接和精心设计的阀门布置。
隔膜阀通常是首选，因为它们最大限度地减少了空腔，适用于卫生服务。
热交换器需要特别注意
热交换器容易积聚水垢和蛋白质沉积物，特别是在温度变化导致结垢的地方。板式热交换器很常用，因为它们的流道可以有效清洗，且在必要时可以打开进行检查。
在结垢风险显著的情况下，自动化 CIP 应辅以定期的人工检查。CIP 无法可靠地弥补难以触及或设计不良的组件。
自动化如何控制循环
阀门引导每个阶段
自动化阀门矩阵将水、碱、酸、消毒剂、产品和废物流引导通过正确的设备。联锁装置有助于防止不兼容的化学品混合或被送入工艺管线。
传感器确认清洗条件
常见的测量指标包括：
- 温度
- 电导率
- pH 值
- 流量或流速
- 罐内液位
- 回流液状态
- 循环时间
电导率可以指示冲洗是否接近所需的终点，或者化学浓度是否在范围内。它是一个有用的控制信号，但它本身并不能证明所有表面都是干净或卫生的。
配方提高可重复性
编程的配方标准化了化学浓度、温度、流量、接触时间、排水步骤和冲洗终点。这减少了操作员之间的差异，并支持记录在案的清洗记录。
回收可减少资源使用
一些系统在冲洗水或化学溶液质量尚可时会对其进行回收和再利用。这可以减少新鲜水的需求量和废水排放量。
了解权衡因素
更长或更激进的循环并不总是更好
增加碱强度、温度、流量或持续时间可能会改善污垢去除效果，但也会增加腐蚀风险、密封件磨损、能源消耗、化学品消耗和废水处理要求。
正确的配方是在确保始终达到所需清洗结果的前提下，条件最温和的验证方案。
清洗和消毒是不同的
清洗去除污垢；消毒在表面清洗后减少微生物。有机残留物可以保护微生物免受消毒剂侵害，因此对视觉或化学上肮脏的系统进行消毒并不是一种充分的 CIP 策略。
完成配方并不证明每个表面都干净
控制器可以确认泵已运行且罐已达到温度，但它可能无法确认每个分支、阀门空腔、喷淋阴影区或仪器连接处是否得到了充分覆盖。
必须检查材料兼容性
不锈钢广泛用于卫生工艺设备，但具体的合金、表面光洁度、焊接质量、垫片材料和仪器结构仍然很重要。酸、碱、氧化性消毒剂、温度和接触时间可能会损坏不兼容的材料。
为您的目标做出正确的选择
实际目标是一个可重复、可排水、可测量的清洗循环，并与污垢和设备相匹配。
- 如果您的主要重点是去除有机污垢： 使用经过验证的热碱循环，并配备足够的流量、浓度、温度和接触时间。
- 如果您的主要重点是控制矿物质水垢： 加入兼容的硝酸或磷酸阶段，并避免在不锈钢设备上使用盐酸。
- 如果您的主要重点是微生物控制： 仅在有效去除污垢和化学冲洗后使用经过验证的消毒剂。
- 如果您的主要重点是可重复的中试工厂操作： 自动化阀门路径、阶段终点、传感器检查、排水和循环记录。
- 如果您的主要重点是减少水和化学品消耗： 仅在隔离和质量监测证明再利用安全时，才回收冲洗水或清洗溶液。
- 如果您的主要重点是验证： 将自动化参数记录与覆盖范围检查、检查、以及适当的清洗或微生物验证相结合。
一个设计良好的 CIP 系统使清洗成为一个受控过程，由化学、热量、流量、时间、排水和验证来管理，而不仅仅依靠人工判断。
总结表：
| CIP 阶段 | 主要目的 | 典型控制点 |
|---|---|---|
| 水预冲洗 | 去除松散产品和大量残留物 | 流量、时间、排水路径 |
| 碱洗 | 溶解有机污垢、脂肪、蛋白质和细胞物质 | 碱浓度、温度、流量、时间 |
| 中间冲洗 | 去除碱液和溶解的污垢 | 电导率、pH 值、时间 |
| 酸洗 | 去除矿物质水垢并中和碱性残留物 | 酸兼容性、浓度、温度、时间 |
| 最终冲洗 | 去除酸和残留的化学品 | 电导率、pH 值、水质、排水 |
| 消毒 | 生产前减少存活微生物 | 消毒剂浓度、温度、接触时间 |
| 验证 | 确认工艺性能和覆盖范围 | 记录、检查、冲洗分析、微生物测试 |
正在规划可靠的中试工厂 CIP 系统？联系 LABPARK 讨论您的需求。LABPARK 提供用于化学工程、生物工艺和生物技术以及环境和水处理应用的教育和职业单元操作中试工厂。我们的系统帮助大学、研究机构和企业培训操作员、评估清洗配方、演示自动化阀门和传感器控制，并开发具有记录在案的温度、电导率、流量、浓度、时间、排水和消毒参数的可重复工艺。请告诉我们您的设备、工艺残留物、验证目标和培训需求，以便我们帮助定义适合您应用的实用 CIP 中试工厂。
