Kontaminationsrisiko in hygienischen Leitungen und CIP-Engineering

CIP-Einheiten (Clean-in-Place), die es ermöglichen, Leitungen in der Lebensmittel-, Getränke- und Biotechnologieindustrie unberührt und ohne Demontage zwischen den Produktionszyklen zu reinigen, sind der grundlegendste Abwehrmechanismus, der die Bildung von Biofilmschichten und Kreuzkontaminationen verhindert. Bei einem fehlerfreien CIP-Prozess geht es nicht nur um das Pumpen von Chemikalien, sondern um die korrekte Anwendung der Prinzipien der Strömungsmechanik.

Sinnerscher Kreis und TACT-Parameter

Ein erfolgreicher industrieller CIP-Prozess beruht auf der Optimierung von vier grundlegenden Variablen, die als Sinnerscher Kreis bekannt sind:

1. Time (Zeit): Die Kontaktzeit der Chemikalie mit organischen Rückständen auf der Edelstahloberfläche.
2. Action (Mechanische Wirkung): Die an den Innenwänden des Rohrs erzeugte Scherspannung (shear stress).
3. Chemical (Chemische Konzentration): Präzise Kontrolle der Prozentsätze von Natronlauge (NaOH) und Salpetersäure (HNO3).
4. Temperature (Temperatur): Im Allgemeinen eine Temperaturstabilität von 80 °C - 85 °C in der Laugenphase, um Fette aufzulösen.

Turbulente Strömung und Mindestgeschwindigkeitsanforderung

Der häufigste Konstruktionsfehler beim CIP-Design ist die fehlerhafte Auswahl einer für die Rohrdurchmesser geeigneten Pumpenfördermenge. Damit die mechanische Reinigungswirkung (Action) eintritt, muss sich die Strömung zwingend im Regime einer vollständig turbulenten Strömung befinden.

• Reynolds-Kriterium: In Rohrleitungen muss Re > 4000 sein. Zur Gewährleistung der Hygiene wird in Welltech®-Konstruktionen jedoch Re > 10000 angestrebt.
• Kritische Geschwindigkeit: Die Strömungsgeschwindigkeit in den Leitungen muss mindestens 1,5 m/s betragen, wie es die internationalen EHEDG-Richtlinien zwingend vorschreiben. Fällt die Geschwindigkeit unter diesen Wert, bildet sich an den oberen Rohrwänden eine laminare Strömungsschicht, und die Reinigung schlägt fehl.

Rohrleitungen und Sprühkugelauswahl (Spray Ball)

Zur Innenreinigung von Tanks werden statische oder rotierende (rotary) Sprühkugeln eingesetzt. Rotierende Strahlköpfe erhöhen das Aufprallmoment des Wassers und sorgen für bis zu 50 % Einsparung beim Wasserverbrauch. Beim Rohrschweißen muss zwingend Orbitalschweißtechnik eingesetzt werden, und die innere Oberflächenrauheit (Ra) muss strikt unter dem Wert von 0,8 Mikrometern liegen.

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Welltech® konstruiert automatisierte CIP-Küchen und Rohrleitungen gemäß den ASME BPE-Standards für schlüsselfertige Lebensmittel- und Pharmaanlagen. Sie können unsere Ingenieure zur Designvalidierung konsultieren.