Nerūsējošais tērauds piena pārstrādē: CIP sistēmas, tvertnes un caurules

316L nerūsējošais tēraudsir nozares{0}}standarta materiāls visām piena pārstrādes produktu-kontaktvirsmām, kas piedāvā izcilu izturību pret CIP ķimikālijām, hlorīdiem un termisko ciklu.

304 nerūsējošais tēraudsir pieņemams virsmām un konstrukciju komponentiem, kas nesaskaras ar -produktu-, bet nav ieteicamas CIP-atklātiem cauruļvadiem vai tvertņu iekšienē.

3-A sanitārie standarti regulē piena iekārtu projektēšanu ASV; ASME BPE, ASTM A270 un EHEDG vadlīnijas attiecas uz cauruļu un virsmas apdares specifikācijām.

Virsmas apdarei jāsasniedz Ra mazāks par vai vienāds ar 0,8 µm (32 µin) piena saskares virsmām; elektropulēšana to vēl vairāk samazina līdz Ra Mazāks par vai vienāds ar 0,38 µm (15 µin).

Pasivācija saskaņā ar ASTM A967 ir obligāta pēc izgatavošanas, lai noņemtu brīvo dzelzi un izveidotu aizsargājošu hroma oksīda slāni.

Kāpēc nerūsējošais tērauds ir standarta materiāls piena pārstrādes iekārtām?

Nerūsējošais tērauds ir universāls standarts piena pārstrādes iekārtām, jo ​​tas nav -toksisks, ne-reaģējošs, izturīgs pret koroziju- un spēj nodrošināt īpaši-gludas virsmas, kas nepieciešamas higiēniskai tīrīšanai.

Piena produkti pēc savas būtības ir kodīgi. Piens satur ūdeni, olbaltumvielas, taukus, cukurus (laktozi), pienskābi (pH 4,6–6,7) un dabā sastopamus hlorīdus -parasti 100–150 mg litrā. Šie hlorīdi kopā ar raudzēto piena produktu skābumu rada parastajiem metāliem naidīgu vidi. Oglekļa tērauds sarūsē dažu stundu laikā pēc saskares. Alumīnijs izskalo jonus. Varš katalizē tauku oksidēšanos, izraisot sasmakšanu. Tikai nerūsējošais tērauds nodrošina īpašību kombināciju, kas nepieciešama drošai, izturīgai un higiēniskai piena pārstrādei.

Četras kritiskās īpašības

3-A sanitārie standarti-, kas ir primārais regulējošais regulējums attiecībā uz piena produktu iekārtām Amerikas Savienotajās Valstīs-skaidri pieprasa, lai visas produkta-kontaktvirsmas būtu izgatavotas no austenīta nerūsējošā tērauda (parasti AISI 304 vai 316/316L) vai līdzvērtīga pret koroziju izturīga materiāla{{9}. Tas nav ieteikums; tā ir juridiska prasība USDA pārbaudītām piena rūpnīcām.

Kādas nerūsējošā tērauda kategorijas tiek izmantotas piena pārstrādē?

Divas dominējošās kategorijas ir 304 un 316L. 316L ir standarts visām produktu-kontaktvirsmām (tvertnēm, cauruļvadiem, vārstiem), savukārt 304 ir rezervēts bezkontakta konstrukcijas komponentiem, atbalsta rāmjiem un ārējam apšuvumam.

Ķīmiskā sastāva salīdzinājums

Kāpēc 316L satur molibdēnu

Molibdēns ir vienīgais vissvarīgākais sakausējuma elements, kas atdala 316 L no 304. Tas ievērojami palielina izturību pret punktkoroziju (pasīvās plēves lokalizētu noārdīšanos) un spraugas koroziju (uzbrukums aizsargātās vietās, piemēram, blīvju savienojumus un metinātos pirkstus). Pitting Resistance Equivalent Number (PREN) nosaka to:

Svaigpiens satur 100–150 mg/l hlorīdu. CIP dezinfekcijas līdzekļi var pievienot vēl 100–200 ppm aktīvā hlora. Šajos līmeņos 304 nerūsējošais tērauds galu galā izveidos punktveida koroziju{7}}mikroskopiskus caurumus, kas apdraud higiēnu un struktūras integritāti. 316L ar 2–3% molibdēna saturu šim uzbrukumam iztur tūkstošiem CIP ciklu.

Apzīmējums "L": kāpēc ir svarīgi zems oglekļa emisiju līmenis

"L" 316L nozīmē "zems oglekļa saturs", kas nozīmē, ka oglekļa saturs ir ierobežots līdz 0,03% (pret 0,08% standartā 316). Tam ir nozīme, jo, ja nerūsējošais tērauds metināšanas laikā tiek uzkarsēts virs 425 grādiem, ogleklis var reaģēt ar hromu, veidojot hroma karbīda nogulsnes pie graudu robežām.

Šis process, ko sauc par "sensibilizāciju", noārda apkārtējo hroma zonu, radot korozijai pakļautu -hroma-noplicināšanas zonu. Sensibilizētas metināšanas šuves var sabojāties mēnešu laikā pēc CIP iedarbības.

316L zemais oglekļa saturs pilnībā novērš sensibilizāciju, nodrošinot metināto šuvju pilnīgu izturību pret koroziju. Tas ir ļoti svarīgi piena pārstrādē, kur metināto cauruļvadu jūdzes ir standarta un katra metinājuma šuve ir potenciāls atteices punkts.

Kā CIP sistēmas ietekmē nerūsējošā tērauda materiālu izvēli?

Sistēmas CIP (Clean{0}}In-Place) nerūsējošais tērauds pakļauj agresīvai ķīmiskai tīrīšanai paaugstinātā temperatūrā. 316L ir obligāta visām CIP-atklātajām virsmām, jo ​​304 attīstīs punktveida koroziju pēc atkārtotas pakļaušanas kodīgu, skābju un hlora dezinfekcijas līdzekļu iedarbībai.

Standarta CIP cikls

Tipisks piena produktu CIP cikls sastāv no pieciem posmiem, no kuriem katram ir noteiktas ķīmiskās un termiskās prasības attiecībā uz nerūsējošā tērauda virsmu:

Kāpēc 304 neizdodas CIP vidēs

Dokumentēts gadījums no piena rūpnīcas Dienvidaustrumāzijā ilustrē risku: uzņēmums uzstādīja 304 nerūsējošā tērauda caurules savai CIP recirkulācijas cilpai. 18 mēnešu laikā hloru saturoši dezinfekcijas līdzekļi izraisīja caurumu noplūdi visā sistēmā. Kopējās nomaiņas izmaksas, ieskaitot zaudēto ražošanas laiku, pārsniedza 300 000 USD.

Neveiksmes mehānisms ir vienkāršs:

• Hlora dezinfekcijas līdzekļi satur hlorīda jonus (Cl⁻), kas ir ķīmiski agresīvi pret nerūsējošo tēraudu.
• Hlorīda joni iekļūst hroma oksīda pasīvajā plēvē pie mikroskopiskiem defektiem, radot lokalizētas anodiskas vietas.
• Kad pasīvā plēve tiek pārrauta, pamatā esošais metāls ātri izšķīst, veidojot bedri.
• Zem virsmas aug bedres, kas galu galā perforē caurules sienu un izraisa noplūdes.
• Process paātrinās ar temperatūru-CIP darbojas 60–80 grādos, kas ir krietni virs sliekšņa, kurā pastiprinās hlorīda uzbrukums.

316L veiktspēja CIP sistēmās

316L iztur CIP ķīmiskās vielas, izmantojot divus mehānismus:

• Molibdēns (2–3%) palielina pasīvās plēves stabilitāti, apgrūtinot hlorīda jonu iekļūšanu . 316L var izturēt hlora koncentrāciju līdz ~200 ppm apkārtējā temperatūrā un mērenu koncentrāciju pat paaugstinātā CIP temperatūrā.
• Zems oglekļa saturs (mazāks vai vienāds ar 0,03%) novērš sensibilizāciju metināšanas laikā. Katrā CIP cauruļu sistēmā ir simtiem metināšanas šuvju; ja tiktu izmantots 316. standarts, sensibilizētās metinātās šuves varētu korodēt, . 316L pilnībā novērš šo risku.
• Nozares pārbaudes apstiprina, ka 316 L var izturēt tūkstošiem CIP ciklu -parasti 3000–5000 10–15 gadu kalpošanas laikā-bez izmērāma sienu retināšanas vai bedrīšu veidošanās, ja hlora koncentrācija tiek uzturēta ieteicamajās robežās (zem 200 ppm) un tiek kontrolēts kontakta laiks.

Kādas ir piena iekārtu virsmas apdares prasības?

Piena produktu{0}}saskares virsmām jāsasniedz virsmas raupjums Ra, kas ir mazāks vai vienāds ar 0,8 µm (32 µin). Augstākās kvalitātes lietojumiem elektropulēšana to samazina līdz Ra Mazākam vai vienādam ar 0,38 µm (15 µin), radot tik gludu virsmu, ka baktērijas nevar efektīvi piestiprināties.

Kāpēc virsmas apdare ir svarīga higiēnai

Baktērijas nepieķeras perfekti gludām virsmām. Tie kolonizē mikroskopiskas plaisas, ielejas un skrāpējumus, kur tīrīšanas laikā tie ir pasargāti no bīdes spēkiem. Pētījumi liecina, ka virsmās ar Ra > 0,8 µm var būt baktēriju bioplēves, kas iztur standarta CIP tīrīšanu. Zem 0,8 µm bioplēves veidošanās ir ievērojami samazināta; zem 0,4 µm, tas kļūst nenozīmīgs.

Virsmas apdares standarti un klasifikācijas

Elektropulēšana: augstākās kvalitātes virsmas apstrāde

Elektropulēšana ir elektroķīmisks process, kas no virsmas noņem plānu metāla slāni (20–40 µm), vislabāk izšķīdinot virsotnes un atstājot spoguļam līdzīgu apdari. Atšķirībā no mehāniskās pulēšanas, kas izsmērē metālu virs ielejām (izveidojot mikroskopiskus slazdus), elektropulēšana vienmērīgi noņem materiālu, radot patiesi gludu virsmu.

Piena iekārtu elektropulēšanas priekšrocības:

• Samazina virsmas laukumu līdz pat 30%, samazinot baktēriju adhēzijas vietas
• Izveido biezāku, vienmērīgāku hroma oksīda pasīvo slāni (līdz 2–3 nm pret . 1–1,5 nm mehāniski pulētām virsmām)
• Noņem iegultās dzelzs daļiņas no mehāniskās pulēšanas, novēršot brīvo-dzelzs piesārņojumu
• Uzlabo tīrāmību-CIP ķimikālijas saskaras ar visu virsmu bez "ēnu zonām" mikroskopiskās ielejās
• Palielina CIP cikla efektivitāti par 15–25%, salīdzinot ar mehāniski pulētām virsmām ar tādu pašu Ra vērtību

Kādas ir piena produktu uzglabāšanas tvertņu konstrukcijas prasības?

Piena produktu uzglabāšanas tvertnēm jāatbilst 3-A sanitārajam standartam 01-07 (vispārīgajam) un īpašiem aprīkojuma standartiem (piemēram, 3-A 31-03 uzglabāšanas tvertnēm). Galvenās prasības ir 316 l konstrukcija, iekšējais Ra Mazāks vai vienāds ar 0,8 µm, pilnībā drenējams dizains, ar CIP saderīga ģeometrija un sanitārās šuves.

Tvertņu veidi un materiālu izvēle

Svarīga dizaina detaļa: atmirušo kāju likvidēšana

"Nedzīvā daļa" ir jebkura cauruļvada vai tvertnes ģeometrijas sadaļa, kurā produkts vai tīrīšanas šķīdums var stagnēt. 3-Standarti ierobežo atmirušās kājas līdz ne vairāk kā 2 caurules diametriem. Mirušās kājas ir baktēriju vairošanās vieta, jo CIP tīrīšanas šķīdums nevar efektīvi sasniegt šīs stagnējošās zonas. Katra atmirusi kāja piena sistēmā ir potenciāls piesārņojuma punkts, kas var izraisīt produkta bojāšanos, neveiksmīgus mikrobioloģiskos testus un neatbilstību-noteikumiem.

Kādi cauruļu standarti attiecas uz piena pārstrādes sistēmām?

Piena cauruļvadiem jāatbilst ASTM A270 (bezšuvju un metinātas austenīta nerūsējošā tērauda sanitārās caurules), ar 316L kvalitātes materiālu, zemu sēra saturu (mazāk par vai vienādu ar 0,017%) un iekšējās virsmas apdari, kas atbilst 3-A vai ASME BPE prasībām.

Atslēgu cauruļu specifikācijas

Sanitāro cauruļu izmēra standarti

Piena pārstrādē tiek izmantoti divi galvenie sanitāro cauruļu izmēru standarti:

Metināšanas prasības piena caurulēm

Visi piena pārstrādes cauruļu savienojumi ir jāmetina, izmantojot automātisko orbitālo TIG (volframa inertās gāzes) metināšanu. Tas nodrošina:

• Konsekventa, atkārtojama metināšanas kvalitāte bez operatora izmaiņām
• Pilnas iespiešanās metināšanas šuves ar gludu, līdzenu iekšējo lodziņu (bez plaisām)
• Datora-vadīti metināšanas parametri (strāva, kustības ātrums, loka sprauga), kas dokumentēti izsekojamībai
• Notīriet iekšējās virsmas aizsardzību pret gāzi (argonu), lai novērstu oksidēšanos metināšanas laikā
• Pēc-metināšanas pārbaude caur boreskopu, lai pārbaudītu iekšējās virsmas integritāti
• Manuālā metināšana nav pieņemama produktu{0}}kontaktu caurulēm piena produktos. Visām manuālajām šuvēm jābūt gludām slīpētām un re{2}}pasivētām saskaņā ar ASTM A967.

Kā pasivācija uzlabo piena iekārtu veiktspēju?

Pasivācija pēc ASTM A967 noņem brīvo dzelzi un piesārņotājus no nerūsējošā tērauda virsmas, izveidojot vienmērīgu hroma oksīda pasīvo slāni, kas nodrošina izturību pret koroziju. Tas ir obligāts pēc visām ražošanas, metināšanas un mehāniskās pulēšanas darbībām.

Kas ir pasivācija?

Nerūsējošais tērauds iegūst savu izturību pret koroziju no plāna (1–3 nm) neredzama hroma oksīda (Cr₂O₃) slāņa, kas veidojas spontāni, kad metāls tiek pakļauts skābekļa iedarbībai. Šis slānis ir "paš-dziedinošs"-, ja tas ir saskrāpēts, gaisa vai ūdens klātbūtnē tas atjaunojas. Tomēr izgatavošanas laikā (griešana, slīpēšana, metināšana, pulēšana) virsmā iekļūst brīvas dzelzs daļiņas un citi piesārņotāji. Šīs dzelzs daļiņas rūsē un rada vietas lokālai korozijai.

Pasivācija ir ķīmiska apstrāde, kas izšķīdina brīvo dzelzi un uzlabo hroma oksīda slāni. To nosaka ASTM A967, kas nosaka vairākas apstrādes metodes:

Kāpēc pasivācija nav apspriežama{0}}piena pārstrādē

Nepasivēts nerūsējošais tērauds piena vidē ir bumba ar laika degli. Lūk, kāpēc:

• Uz virsmas esošais brīvais dzelzs piena mitruma klātbūtnē oksidējas (rūsē), veidojot dzelzs oksīda daļiņas, kas piesārņo produktu un veido bedrīšu vietas.
• Metināšanas karstuma nokrāsa (zilā/brūnā nokrāsa uz metinātajām šuvēm) norāda uz hroma-noplicināto zonu, kas ir 100–1000 reižu mazāk izturīga pret koroziju nekā parastais metāls. Pasivācija izšķīdina šo slāni un atjauno hroma koncentrāciju.
• Mehāniskā pulēšana virsmā iestrādā abrazīvas daļiņas (alumīnija oksīds, silīcija karbīds). Pasivācija noņem šos piesārņotājus.
• Bez pasivēšanas virsmas raupjums efektīvi palielinās laika gaitā, veidojoties korozijas bedrēm, padarot virsmu pakāpeniski grūtāk tīrāmu un vairāk pakļautu baktēriju adhēzijai.

Verifikācijas pārbaude

Pēc pasivēšanas ir jāpārbauda efektivitāte. ASTM A967 nosaka vairākus pieņemšanas testus:

Kādi normatīvie standarti attiecas uz nerūsējošo tēraudu piena pārstrādē?

Četri galvenie normatīvie regulējumi regulē nerūsējošā tērauda izmantošanu piena pārstrādē: 3-A sanitārie standarti (ASV), FDA 21 CFR Part 117 (ASV pārtikas drošība), EHEDG vadlīnijas (Eiropa) un ASME BPE (bioloģiskās apstrādes iekārtas). Atbilstība 3-A ir obligāta USDA pārbaudītajām piena rūpnīcām.

Normatīvās sistēmas salīdzinājums

3-A sanitārie standarti: piena nozares etalons

Iekļautie 3 A sanitārie standarti (3 A SSI) ir trīs ieinteresēto personu grupu kopdarbs:

• Starptautiskā Pārtikas aizsardzības asociācija (IAFP) -, kas pārstāv sabiedrības veselības speciālistus
• USDA sanitārā aprīkojuma projektēšanas komiteja -, kas pārstāv regulatorus
• Piena un pārtikas iekārtu ražotāji -, kas pārstāv nozari
• 3-A standarti attiecas uz praktiski visām piena iekārtu vienībām: uzglabāšanas tvertnēm (3-A 31-03), centrbēdzes sūkņiem (3-A 02-10), vārstiem (3-A 64-00) un caurulēm (3-A 01-07). Neatkarīgs trešās puses inspektors ir pārbaudījis iekārtu, uz kuras ir 3 A simbols, atbilstību šiem standartiem.

Kā salīdzina 304 un 316L reālās{2}}pasaules piena lietojumos?

Reālajā-piena pārstrādē 316L pārspēj 304 visās produktu-kontaktu lietojumprogrammās. Izmaksu prēmija 316 L apmērā (par 20–40% lielāka nekā 304) tiek atgūta 2–3 gadu laikā, izvairoties no apkopes, samazinot nomaiņas izmaksas un novēršot piesārņojuma gadījumus.

Kopējo īpašumtiesību izmaksu salīdzinājums

Lēmumu matrica: kad lietot 304 pret 316L

Bieži uzdotie jautājumi

Vai 304 nerūsējošo tēraudu var izmantot piena CIP cauruļvadiem?

Nē. 304 nerūsējošais tērauds nav ieteicams CIP cauruļvadiem, jo CIP dezinfekcijas līdzekļi satur hloru (100–200 ppm), kas izraisa punktveida koroziju 304. Lai gan 304 var izturēt īslaicīgu -lietošanu, tas attīstīs caurumu noplūdes 1–3 gadu laikā atkarībā no hlora} koncentrācijas}}l, kas ir minimālā pieļaujamā temperatūra. CIP-atsegtas virsmas.

Kāda ir minimālā virsmas apdare (Ra) piena produktu{0}}kontaktvirsmām?

Minimālais pieļaujamais virsmas raupjums piena produktu{0}}saskares virsmām ir Ra mazāks par vai vienāds ar 0,8 µm (32 µin), kā noteikts 3 A sanitārajos standartos. Lietojumiem, kuriem nepieciešams augstāks higiēnas līmenis (piemēram, aseptiska apstrāde), ir ieteicamas elektropulētas virsmas, kas sasniedz Ra mazāku vai vienādu ar 0,38 µm (15 µin) uz ASME BPE SF4.

Cik bieži piena nerūsējošā tērauda iekārtas būtu pasivētas?

Pasivēšana jāveic vienu reizi pēc sākotnējās izgatavošanas un uzstādīšanas (atbilstoši ASTM A967). Var būt nepieciešama atkārtota pasivēšana pēc būtiskiem remontdarbiem, modifikācijām vai tad, ja pārbaudes laikā tiek konstatēta virsmas noārdīšanās, -parasti ik pēc 3–5 gadiem lielas-nolietojuma aprīkojumam. Ikgadējā pārbaudē ir jāpārbauda pasīvā slāņa integritāte, izmantojot feroksila vai vara sulfāta testus.

Kādu temperatūru 316L nerūsējošais tērauds var izturēt piena pārstrādē?

316L nerūsējošais tērauds saglabā savas mehāniskās īpašības un izturību pret koroziju temperatūrā līdz aptuveni 870 grādiem (1600 grādiem F) neregulāram darbam un 925 grādiem (1700 grādiem F) nepārtrauktai darbībai. Piena pārstrādē attiecīgais diapazons ir daudz šaurāks: CIP darbojas 60–80 grādi , karstā ūdens dezinfekcija 82–85 grādi un tvaika sterilizācija (SIP) pie 121 grāda +. 316L lieliski darbojas visos šajos apstākļos.

Vai piena iekārtu elektropulēšana ir nepieciešama?

Elektropulēšana nav stingri noteikta saskaņā ar 3-A standartiem, taču tā ir ļoti ieteicama. Standarta mehāniskā pulēšana līdz Ra Mazāks vai vienāds ar 0,8 µm atbilst minimālajām prasībām. Tomēr elektropulēšana sniedz papildu priekšrocības: tā noņem iegulto dzelzi, rada biezāku pasīvo slāni, samazina baktēriju adhēziju līdz pat 30%, uzlabo CIP efektivitāti. Jaunu iekārtu iegādei elektropulētās virsmas jānorāda visām augstas higiēnas zonām.

Kāda ir atšķirība starp 3-A un ASME BPE standartiem?

3-A sanitārie standarti attiecas uz piena un pārtikas pārstrādes iekārtām, koncentrējoties uz sanitāro dizainu, materiāliem un tīrāmību. ASME BPE (Bioprocessing Equipment) radās farmācijas/biotehnoloģiju nozarē un aptver cauruļvadus, caurules un veidgabalus ar stingrākām virsmas apdares un metināšanas prasībām. Piena pārstrādei primārais standarts ir 3-A; ASME BPE izmanto augstākās kvalitātes lietojumprogrammām un iekārtām, kas apkalpo arī farmācijas klientus.

Cik ilgi 316L nerūsējošais tērauds kalpo piena pārstrādes vidē?

Ar pienācīgu apkopi, pasivēšanu un CIP ķīmisko vielu ierobežojumu ievērošanu 316L nerūsējošā tērauda iekārtas parasti kalpo 15–20 gadus piena pārstrādes vidē. Galvenie faktori, kas ietekmē ilgmūžību, ir: hlora koncentrācija CIP dezinfekcijas līdzekļos (saglabāt zem 200 ppm), termiskās cikla biežums, oriģinālās metināšanas kvalitāte, pasivācijas apkopes regularitāte un ūdens kvalitāte (cietais ūdens var izraisīt katlakmens veidošanos, kas aiztur baktērijas).