摘要：本文主要针对全自动CIP系统设计过程中清洗泵流量和扬程的确定、清洗管径及罐体有效容积的确定、控制元件设置等设计要点等进行了较为全面的收集和阐述，为CIP系统的规范化设计提供了参考依据。
关键词：全自动CIP系统；设计要点；规范化设计
(Guangdong Light Industrial Machinery Group Ltd., Guangzhou, 510288)
Abstract: The paper analyses the design essentials for automatic CIP system, mainly about flow and pressure of centrifugal pump, pipe diameter, effective volume of tank, control components, etc., and can be used for reference for CIP system design standardization.
Key words: automatic CIP system; design essentials; standardization
一、 前言
作为啤酒、饮料包装生产线上的辅助设备，CIP系统提供了对灌装机进行原位清洗的功能，随着包装生产线产量和自动化程度的不断提高。全自动CIP系统逐渐被越来越多的啤酒厂家所认识和接受，大有取代旧式手动CIP系统之势。但到目前为止，全自动CIP系统的设计多凭经验，无系统规范的设计规程。作为多年从事 CIP系统开发设计的工程人员，笔者在此对全自动CIP系统的基本设计要点进行了较为全面的收集和阐述，希望能为以后CIP系统的规范化设计提供参考依据。
二、 全自动CIP系统简介
与手动CIP系统相比，全自动CIP系统主要是通过使用大量气动控制阀门代替手动阀门，并配合使用温度、电导率等控制仪表，通过PLC集中编程，从而实现清洗液自动调配，并根据设定工艺对灌装机进行自动清洗的功能。全自动CIP系统有较为便利的操作界面，操作比较方便，但由于制造成本较高，比较适合用于清洗产量较大的灌装机。目前全自动CIP系统较多应用于啤酒包装生产线。
三、 设计要点：
1. 清洗泵流量的确定：
在CIP清洗过程中，灌装机储液缸内的流动状态可以用雷诺数公式
Re＝R?u?ρ／μ ………………………………………①
来表示，式中
Re——储液缸内清洗液的雷诺数；
R——储液缸的水力半径，m；
u——储液缸内清洗液的平均流速，m/s；
ρ——清洗液的密度，kg/m3；
μ——液体的动力粘度，Pa?s
为获得较好的清洗效果，清洗液不仅在储液缸内须形成湍流状态，而且雷诺数要远远高于临界雷诺数4000，才能通过清洗液流动质点的不规则脉动和切向运动较好的除去附着在内壁上的污垢。实验证明，对于矩形缸体，清洗液的雷诺数Re须大于7500。
对于截面尺寸为a×b的矩形缸体，其水力半径为截面积与湿润周边长度之比，即
R=0.5?a?b／(a＋b) ………………………………………②
式中
a，b——矩形缸体截面尺寸，m
由于流量为流速与流道截面积之积，故对于矩形缸体，具体关系式可表述为
Q＝3600?u?a?b
或 u＝Q／(3600×a×b) ………………………………………③
式中
Q——流量，m3/ h；
将公式②和公式③代入公式①中，可得出
Q＝7200?Re?μ?(a＋b) ／ρ……………………………④
例如，对于截面尺寸为260X170的矩形缸体，若清洗液的密度ρ取近似值1000 kg/m3,，清洗液的动力粘度μ取近似值1.307×10-3 Pa?s，雷诺数Re取7500，则将a＝0.26m，b＝0.17m，ρ＝1000 kg/m3，μ＝1.307×10-3 Pa?s代入公式④中，即可求得Q＝30.3 m3/ h，考虑安全系数1.15，则清洗液的流量可取为35 m3/ h。
2. 清洗管径的确定
在清洗泵流量确定的情况下，若管径选取得太大，则有可能造成浪费，不仅管道的投资费用增加，特别是在管道较长的情况下，而且由于管道中容纳的清洗液增多，使得罐体的有效容积需要相应增大，从而使得整体制造成本增加许多；相反，若管径选取得太小，则在清洗过程中，清洗液在管道内的动力损耗可能会大大增加，为保证灌装机储液缸内清洗压力不变，从而需要增加清洗泵的扬程，否则储液缸内的压力会明显不足，进而影响清洗效果。所以，清洗管径的设置须综合考虑管道投资费用和动力损耗两方面的因素，选择最经济有效的管径。实际工作中，对于碳钢管，经济管径可用下式来计算：