Stal nierdzewna w instalacjach CIP

30-01-2017

Instalacje ze stali nierdzewnych w przemyśle spożywczym wymagają szybkiego i efektywnego czyszczenia ich powierzchni. W tym celu stosuje się systemy CIP (Cleaning-in-Place - czyszczenie na miejscu, czyszczenie lokalne) będące składnikiem instalacji ciągu technologicznego przetwarzania danego produktu. Generalnie czyszczenie stali nierdzewnej może odbywać się manualnie oraz z użyciem systemów CIP i COP (cleaning out of place – czyszczenie zewnętrzne). W przypadku czyszczenia manualnego decydującym czynnikiem w trakcie usuwania zanieczyszczeń z powierzchni jest oddziaływanie mechaniczne, natomiast w systemach CIP udział każdego z czynników – czas kontaktu, temperatura, oddziaływanie chemiczne i mechaniczne są zrównoważone (rys. 1).

Czyszczenie manualne	Czyszczenie CIP i COP

Rys. 1. Czynniki wpływające na proces czyszczenia

W każdym procesie czyszczenia najważniejszy składnik efektywnego procesu jest woda. Stanowi ona rozpuszczalnik dla brudu oraz nośnik dla detergentów. Już w trakcie pierwszego spłukania powierzchni usuwanych jest ok. 90% zanieczyszczeń a samo intensywne spłukiwanie powierzchni stali wydłuża jej żywotność. O skłonności do czyszczenia decyduje charakter przepływu wody - przepływ turbulentny działa podobnie jak roztwór czyszczący łatwiej usuwając zanieczyszczenia. Nie bez znaczenia jest także czystość wody. Rozpuszczone w wodzie minerały (sole wapnia i magnezu) mogą wpływać na skuteczność związków chemicznych stosowanych do czyszczenie – efekt twardej wody. Natomiast inne sole mineralne (np. krzemiany) mogą pozostawiać na powierzchni trudne w usunięciu osady. Obecne w wodzie żelazo może tworzyć osad tlenków żelaza a zawarta w wodzie materia organiczna może wpływać na skuteczność stosowanych związków chemicznych.

W instalacjach przemysłu spożywczego – mleczarskiego i podobnych (browarnictwo, przemysł farmaceutyczny) większość problemów korozji stali nierdzewnych wynika ze stosowanych środków chemicznych lub kombinacji ww. środków i przetwarzanych produktów. Należy zwracać szczególna uwagę na środki do czyszczenia instalacji CIP i środki do dezynfekcji, które mogą zawierać podchloryn, który łatwo wywołuje korozję srali nierdzewnych.

Typowy cykl czyszczenia CIP składa się z następujących etapów:

Mycie wstępne wodą z poprzedniego cyklu CIP, 25°C, 10 min.
Mycie zasadą 1,5% (NaOH), 75°C, 30 min.
Płukanie wodą 25-40°C, 20 min.
Mycie kwasem 1% HNO3, 65°C, 20 min.
Mycie końcowe świeżą zimną wodą do momentu wypłukania osadów. Woda zbierana do kolejnego cyklu CIP

Analizując stosowane związki: 1-2% NaOH to słaba zasada, a 1-2% HNO3 to kwas utleniający i oba można uznać, że nie są groźnie dla większości stali nierdzewnych. Generalnie proces CIP sam w sobie nie stanowi problemu i zagrożenia dla stali nierdzewnych. Niebezpieczeństwo polega natomiast na następującym zagrożeniu: pozostałości środków czyszczących lub środki do dezynfekcji pozostaną w instalacji CIP i kolejno zmieszają się z produktem. Kolejne zagrożenie to zmieszanie HNO3 z produktami zawierającymi sole, solankę w przemyśle mleczarskim, co może doprowadzić do zjawisk korozji stali nierdzewnych. Istotne jest również przestrzeganie zaleceń producenta odnoście czasu kontaktu środków chemicznych z powierzchnią stali nierdzewnej. Ostatnim istotnym zagadnieniem są czynniki konstrukcyjne samej instalacji, które mogą sprzyjać lub przeciwdziałać skłonności do czyszczenia powierzchni i możliwym problemom korozji.

Dla stali nierdzewnej najistotniejszym czynnikiem odpowiedzialnym za odporność korozyjną jest stan powierzchni i związana z nim chropowatość. Im większa chropowatość powierzchni, tym więcej substancji – zanieczyszczeń może się do niej przyczepić. Im większa chropowatość powierzchni, tym trudniej ją czyścić. Im więcej zanieczyszczeń na powierzchni, tym niższa odporność korozyjna. Z tego względu opracowano wymagania dla instalacji CIP wytwarzanych ze stali nierdzewnych:

chropowatość powierzchni nie większa jak Ra 0,8mm dla kontaktu z pożywieniem,
zbiorniki procesowe – bioreaktory preferencyjnie elektropolerowane Ra<0,3mm,
zbiorniki procesowe, rurociągi, inne komponenty CIP (brak kontaktu z produktem) Ra 0.4-0.5mm bez elektropolerowania.

W instalacjach CIP najczęściej stosuje się stale austenityczne typu 1.4301, 1.4044, 1.4401 (AISI 304, 316 i 316L), gdzie optymalnym i zarazem najbardziej odpornym na korozję jest 1.4404. Dla większości zastosowań gatunek 1.4404 wykazuje wystarczającą odporność korozyjną. Dla bardzo wysokich stężeń chlorków w danej instalacji stosuje się także elementy wytwarzane ze stopów tytanu i stopów niklu typu Hestalloy.

Literatura

[1]. C.Q. Jessen, E.O. Jensen, Stainless Steel for Hygienic Equipment if Food/Pharma, Damstahl a/s, Denmark, 2015.