Faites du CIP une partie intégrante de votre processus

Nov 06, 2023

Les vannes anti-mélange éliminent les conjectures du processus CIP en automatisant la commutation des vannes à un format prescrit pour le nettoyage, réduisant ainsi le risque d'erreur de l'opérateur.Photo gracieuseté de Wayne Labs

Vous avez automatisé votre processus et votre emballage et disposez de traces papier générées par ordinateur pour montrer la sécurité et la qualité des aliments dans l'ensemble de votre établissement. Pourquoi ne feriez-vous pas la même chose avec le nettoyage, partout où c'est pratique ? Certes, il vous suffit de retirer certains équipements du processus pour les nettoyer manuellement, mais pour d'autres composants, tels que la tuyauterie, certaines bandes transporteuses, certaines pompes, mélangeurs, réservoirs et autres équipements, vous pouvez les nettoyer sur place ( CIP) et ont une tenue de registres automatisée pour montrer la preuve du nettoyage et de l'assainissement aux organismes de réglementation lorsqu'ils le demandent.

Le CIP fait partie intégrante du nettoyage et de l'assainissement, ce qui affecte la sécurité alimentaire de toute installation. Le nettoyage et l'assainissement vous aident non seulement à vous conformer aux exigences réglementaires, mais également à protéger les consommateurs et votre marque contre la contamination et les rappels, déclare Pablo Coronel, Ph.D., chercheur principal au CRB - ​​processus et sécurité alimentaires.

Le CIP est effectué dans les lignes de traitement sans démontage et doit atteindre tous les coins et recoins de l'équipement de traitement ; ainsi, un équipement bien conçu qui se prête au CIP (par opposition au COP - nettoyage hors place) est un must pour toute installation. Les matériaux de construction, la vidange, la facilité de nettoyage et la prévention des zones/zones mortes sont quelques-uns des critères de conception, ajoute Coronel.

Outre la conception de l'équipement, un système CIP réussi dépend de plusieurs variables, telles que le débit et la température de l'eau, les produits chimiques utilisés (concentration) et le temps de nettoyage. Ces variables sont fixées en collaboration avec le fournisseur de produits chimiques en fonction des caractéristiques du produit à nettoyer (viscosité, caractère collant, degré d'encrassement et présence d'allergènes) et du matériel à nettoyer. Cependant, la présence d'allergènes peut compliquer le processus CIP.

Le CIP doit être validé pour chaque produit (ou famille de produits) afin de s'assurer qu'il est efficace, c'est-à-dire qu'il ramène l'équipement ou la ligne de procédé à un état propre. Considérez la validation comme un contrôle préventif de la sécurité alimentaire, explique Coronel.

L'automatisation vient en aide à un CIP efficace en s'assurant que le bon cycle est utilisé avec chaque produit. Lors de la validation du CIP par produit, une "recette" est établie pour le nettoyage et est appliquée en sachant quel produit a été fabriqué. Les systèmes CIP peuvent soit automatiquement, soit avec une intervention humaine, déterminer la recette CIP optimale et surveiller l'utilisation des produits chimiques et de l'eau ainsi que le débit et la température. De nouvelles avancées dans les capteurs peuvent également aider à déterminer quand l'équipement est propre. L'automatisation CIP est l'une des améliorations de la sécurité alimentaire et de la durabilité que n'importe quelle installation peut mettre en œuvre, déclare Coronel. "L'automatisation du CIP contribue à la cohérence, à la tenue de registres et à la surveillance, qui fait partie intégrante du plan de sécurité alimentaire."

« Il y a plusieurs éléments à prendre en compte lorsque vous commencez à examiner le processus », explique Neil Bogart, coordinateur de l'assistance technique de la zone exécutive, Ecolab Food & Beverage. "La première chose à comprendre, ce sont les salissures auxquelles vous avez affaire ; quelle salissure de la matrice du produit est la plus difficile à éliminer ? Ensuite, il y a la qualité de l'eau. Étant donné que la solution de nettoyage CIP est composée de 95 à 99,5 % d'eau, nous devons nous assurer la chimie n'est pas affectée par des impuretés telles que la dureté, l'alcalinité, les chlorures, les sulfates ou les ions métalliques."

Par exemple, l'eau peut contenir des niveaux variables de bicarbonates de calcium et de magnésium, qui sont temporaires, et des carbonates, qui sont permanents. Plus la teneur est élevée, plus l'eau est dure. La chimie du calcium et du magnésium les rend moins solubles dans l'eau lors des processus de nettoyage et de désinfection normaux, provoquant un tartre qui peut lier la chimie de nettoyage et ne pas lui permettre d'être actif dans le lavage. En conséquence, plus de chimie sera nécessaire pour surmonter des niveaux de dureté plus élevés. Étant donné que la quantité de calcium et d'autres minéraux dans l'eau varie d'un endroit à l'autre, la concentration du choix de détergent et de désinfectant ne peut être établie qu'une fois que la dureté de l'eau et d'autres contenus et caractéristiques sont connus.

"Les prochaines choses à considérer sont les caractéristiques du CIP, les températures, les temps souhaités et la force mécanique que le système fournira", ajoute Bogart. "Une fois que tout cela est compris, nous pouvons faire correspondre les caractéristiques du sol, de l'eau et du CIP à la chimie qui sera la plus efficace pour éliminer le sol défini, à la température, au temps et à la force mécanique disponibles souhaités."

Les trois principaux types de produits chimiques utilisés pour le CIP sont le lavage caustique, le lavage acide et le désinfectant, explique Adam Richards, ingénieur en sécurité alimentaire, consultant principal, processus, Gray Solutions, membre de la Control System Integrators Association (CSIA). Les produits chimiques les plus couramment utilisés pour le lavage caustique sont l'hydroxyde de sodium ou les alcalins chlorés avec un pH compris entre 10 et 13. Le but du lavage caustique est d'éliminer l'accumulation résiduelle dans les lignes de traitement et l'équipement, l'accumulation de saleté, les restes de produit et les protéines. Les acides sont principalement composés d'acide phosphorique et/ou d'acide nitrique. L'étape de lavage à l'acide est essentielle pour éliminer l'accumulation de tartre à l'intérieur des conduites, mais peut également être utilisée comme neutralisant pour aider à équilibrer le pH du système. Les désinfectants qui ont été largement utilisés sont les solutions d'hypochlorite (potassium, sodium ou calcium) car l'ingrédient principal est le chlore. Plus récemment, le dioxyde de soufre est devenu le désinfectant alternatif pour la volaille, la transformation des fruits et les brasseries en raison de son pouvoir oxydant et de sa moindre corrosion des équipements. Une autre alternative pour la désinfection est l'acide peracétique, qui est un mélange de peroxyde d'hydrogène et d'acide acétique. Il fonctionne bien même à basse température, laisse peu de résidus de chlore après le cycle de rinçage et est efficace contre tous les micro-organismes.

"La tendance à réduire les 'îlots d'automatisation' est pertinente pour les systèmes CIP pour de nombreuses raisons", déclare Alan Maxwell, vice-président des industries de transformation, E Tech Group, membre certifié CSIA. "Il peut être pratique d'intégrer ce qui était traditionnellement un système manuel ou semi-automatique autonome dans le système de contrôle de processus plus large. La décision devient encore plus facile lorsque vous réalisez que les technologies de pointe au niveau de la machine et la connectivité réseau Ethernet peer-to-peer permettent pour que cela soit fait facilement et à moindre coût."

Maxwell note d'autres raisons d'intégration :

Avec de nombreux systèmes de processus d'aujourd'hui, vous pouvez considérer le CIP comme faisant partie du processus. « Un système CIP est utilisé dans les processus dont l'équipement n'est pas facile à démonter pour un processus de nettoyage, car il peut prendre du temps et causer des dommages mécaniques s'il est démonté quotidiennement », explique Pavitra Pearson, chef de projet senior chez Novolyze. "C'est sans intervention pour la plupart." Considérez le CIP comme un système automatisé, qui est plug-and-play et nécessite un opérateur pour surveiller le système.

La plate-forme de Novolyze permet de surveiller les paramètres clés de la sécurité alimentaire avec un seul outil. « En effet, le CIP fait partie du contrôle des processus puisque la performance de livraison d'un processus propre est critique. La surveillance environnementale est une autre partie de la plateforme offerte par Novolyze », explique Moussa Ndiaye, chef de produit. "Avoir un lieu centralisé qui regroupe les données essentielles sur la sécurité alimentaire est indispensable pour prendre des décisions rapides et efficaces."

Aujourd'hui, l'un des principaux domaines d'intérêt d'un projet CIP n'est pas seulement l'automatisation du CIP lui-même, mais l'intégration de la façon dont ce CIP fonctionne et communique avec d'autres équipements de traitement, explique Pete Barrie, directeur de la gestion des produits, Sani-Matic. "Lorsque nous effectuons le CIP d'un équipement de traitement (qui est plus automatisé que jamais), davantage de communication doit avoir lieu - s'assurer que l'équipement est prêt pour le CIP, s'assurer que les vannes qui doivent être ouvertes sont ouvertes, activer un arbre d'agitateur, etc. . Avec une « usine plus connectée », le CIP doit également être davantage connecté à l'équipement de l'usine. »

"Tous nos systèmes de production alimentaire et échangeurs de chaleur incluent des systèmes CIP en standard ou sont conçus pour se connecter à des systèmes et protocoles CIP d'usine plus larges", déclare Matt Hale, directeur international des ventes et du marketing pour HRS Heat Exchangers. Ces systèmes CIP intégrés incluent les systèmes de contrôle actionnés à partir des commandes PLC principales, ce qui signifie que la vidange, le nettoyage et le remplissage du système peuvent être une simple opération à une touche. De plus, des enregistrements complets sont conservés sur le cycle de nettoyage, ce qui permet une traçabilité et un contrôle qualité complets, explique Hale.

La flexibilité est une bonne raison pratique pour l'intégration CIP, selon Paul Ericksen, directeur, automatisation, Gray Solutions. "Nous pouvons déterminer les "forces" des exigences CIP si nous savons quel produit vient d'être exécuté et lequel doit être exécuté ensuite ; par exemple, si vous passez du produit A au produit B, un simple rinçage est peut-être nécessaire, mais en passant de le produit B au produit C peut nécessiter un lavage complet à chaud." Ce niveau d'intégration peut éliminer les lavages inutiles, dit Ericksen. "Le système CIP pourrait garder une trace du circuit qui a été nettoyé, par quel cycle et depuis combien de temps ; et des verrouillages pourraient être programmés dans le système de production en fonction des besoins. Le système CIP pourrait également adapter les concentrations chimiques, la température de lavage, le temps de lavage — et même choisir entre différents produits chimiques en fonction de ces informations."

Le cas des vannes anti-mélange dans les systèmes CIP

Aujourd'hui, les vannes anti-mélange sont une partie nécessaire de la plupart des systèmes CIP automatisés. Le fait d'avoir une conception avec des vannes anti-mélange dans le processus augmente le temps de programmation, mais améliore considérablement l'efficacité car les plaques de débit n'ont pas besoin d'être changées quotidiennement et les mauvaises connexions sont évitées. Il y a un coût initial important avec le matériel supplémentaire, mais les économies de temps par jour le paieront facilement avec un retour sur investissement court.

Les vannes anti-mélange permettent également de nettoyer simultanément un circuit tout en continuant à produire sur un autre. Ceci est très courant dans les applications laitières ou autres fluides où les lignes de produits peuvent être nettoyées alors que les lignes d'alimentation du processus sont toujours disponibles pour être utilisées par la production. En tirant parti de cette fonctionnalité, une efficacité significative peut être gagnée et compenser le coût de l'installation.

— Tim Barthel, vice-président des solutions d'automatisation, et John Tertin, directeur de l'ingénierie des solutions, Cybertrol Engineering

« Sans une mesure continue des paramètres de contrôle CIP, il est presque impossible de rester compétitif dans le paysage actuel de la transformation alimentaire », déclare Ola Wesstrom, responsable marketing Endress+Hauser pour l'industrie agroalimentaire. Sans de bonnes données CIP, les risques de contamination entraînent inévitablement un gaspillage de produits, d'eau, d'énergie et de détergents, ou pire, des rappels. Dans la plupart des cas, les paramètres CIP sont capturés dans un historien via des voies de communication PLC, ou dans des enregistreurs numériques autonomes, comme le Memograph M RSG45 d'Endress+Hauser, explique Wesstrom.

"Alors que nous envisageons de nouveaux gains d'efficacité, nous cherchons à analyser la charge organique du détergent avant et après le nettoyage du processus", déclare Wesstrom. "L'application de capteurs de mesure UV ou NIR nous permet de modéliser la charge organique, ce qui se traduit par un gain de temps d'environ 10 à 30 %."

Les utilisateurs du CIP se rendent compte qu'il est tout aussi important d'automatiser le processus d'enregistrement des données (enregistrement des paramètres de nettoyage tels que le temps, la température, la conductivité, le débit, etc.) que d'automatiser le nettoyage, qui est la tâche principale du CIP », déclare Barrie de Sani-Matic, qui plaide en faveur des gains d'efficacité. "Alors que le CIP automatise le nettoyage, souvent une équipe ou un membre de la qualité examine les données de nettoyage avant de remettre l'équipement en production. Si une personne de qualité peut examiner les données numériquement sur son ordinateur quelques secondes après la fin du CIP pour plusieurs systèmes CIP plutôt que d'avoir à retrouver les données papier dans l'ensemble de l'installation, le temps de retour à la production peut être raccourci."

"Nous utilisons nos systèmes IHM/SCADA pour interroger les capteurs pertinents (généralement la température, la conductivité et le débit au retour CIP)", explique Ericksen. "Les systèmes SCADA modernes peuvent interroger ces capteurs toutes les secondes, voire plus rapidement, pour développer un graphique (presque) continu basé sur le temps. Nous pouvons également enregistrer les dates/heures de début et de fin de chaque CIP, quel circuit a été lavé, quel cycle a été utilisé et si le cycle s'est terminé avec succès ou non. Combinez cela avec un système d'historique approprié, et nous pouvons développer n'importe quel enregistrement nécessaire pour aussi loin que le système de stockage de données le permet.

Des logiciels tels que le système cloud SaniTrend de Sani-Matic permettent un accès instantané et complet aux données en toute sécurité en accédant simplement à un portail en ligne avec ces informations. Dans de nombreux cas, ces progiciels offrent des fonctionnalités supplémentaires qui augmentent l'efficacité, comme la notation de l'efficacité globale de l'équipement (OEE), les alertes par e-mail et SMS et bien plus encore.

Le logiciel Novolyze agrège les données critiques des capteurs sur les machines CIP et les lignes de production (jusqu'à 200 points d'entrée), explique Ndiaye. Le processus de publication en ligne peut être géré dans l'application Novolyze avec un flux de travail simple qui déclenche des notifications aux parties prenantes. En cas d'écart, les rapports de version de ligne peuvent être enrichis par des actions correctives/préventives et des commentaires des utilisateurs pour bien comprendre les écarts et les actions correctives. Les données sont ensuite stockées d'une manière conviviale pour l'audit qui permet une capacité de partage complète et facile ainsi que la validation des processus.

Malgré toutes les bonnes choses qu'apportent les données des capteurs et la tenue de registres automatisée, un problème surprenant peut survenir - et qui sait, c'est peut-être la cause de certains des rappels récents signalant "un produit avec une contamination potentielle par un composé de nettoyage".

Bogart d'Ecolab décrit la cause potentielle. "L'un des inconvénients potentiels de l'automatisation est le manque d'engagement des employés dans le CIP de l'équipement. Avant l'automatisation, les employés devaient être intimement impliqués dans le processus. Ils contrôlaient les impulsions, la température et le temps de la vanne. Avec l'automatisation, ils peuvent désormais écraser un bouton et s'en aller. Cela peut conduire à des questions telles que : a-t-il lavé, ou a-t-il lavé efficacement, et a-t-il lavé correctement ? Dans combien de temps quelqu'un lira-t-il le tableau de lavage et s'assurera-t-il de tous les temps, températures, débits et respectaient le protocole de lavage validé ? Selon les réglementations et les exigences d'audit par des tiers, il peut s'écouler jusqu'à sept jours avant que ces diagrammes de lavage soient vérifiés. Que s'est-il passé d'autre au cours de ces sept jours ? » demande Bogart.

Ecolab a développé un moyen de répondre à ces questions avec 3D TRASA pour CIP. Ce programme capture les lectures de tous les capteurs indiqués ci-dessus et surveille les sorties pour s'assurer que le lavage est terminé conformément à la recette de lavage validée. Si l'un des facteurs critiques pouvant avoir un impact sur la qualité du produit ou la sécurité alimentaire lors du lavage ne correspond pas aux paramètres critiques du programme, une notification est envoyée au personnel responsable, le notifiant immédiatement. Cela fournit des rapports en temps opportun et les transformateurs n'attendent plus jusqu'à sept jours pour apprendre qu'un équipement n'a pas fonctionné correctement, ce qui pourrait affecter la qualité du produit ou la sécurité alimentaire.

Le cas du raclage dans les systèmes CIP

De nombreux processus bénéficieront du raclage de la ligne avant le CIP. L'utilisation du raclage doit être envisagée dès le début de la conception du système CIP afin que la tuyauterie et les vannes appropriées puissent être utilisées, sinon des coûts importants peuvent résulter de la reconception pour accueillir le racleur.

Alors que presque tous les cycles CIP incluront un rinçage initial à l'eau, certains produits, comme le chocolat, ne peuvent pas utiliser d'eau. Quel que soit le produit, le raclage préalable de la ligne peut réduire considérablement la consommation d'eau et peut parfois éliminer complètement le besoin de rinçage à l'eau. De plus, moins de résidus laissés dans les conduites peuvent potentiellement réduire la durée des rinçages chimiques, ce qui entraîne des économies de produits chimiques.

— Alan Maxwell, groupe de technologie électronique

Les installations de transformation qui fabriquent des produits comme la mayonnaise, la vinaigrette, les pâtes et d'autres articles visqueux peuvent bénéficier du raclage. Je travaillais juste avec un client qui ne raclait pas ses lignes et qui avait environ 8 % de déchets. Lorsque le raclage a été mis en œuvre, ce nombre est tombé à 1 %. Lorsqu'il s'agit de CIPing les lignes - si vous laissez ces 8% dans le circuit de ligne, il faudra beaucoup plus d'eau de rinçage pour l'éliminer avant de commencer l'étape de lavage. S'il est correctement effectué, le pré-rinçage doit éliminer jusqu'à 95 % de la saleté avant de commencer le lavage. C'est ainsi que l'excès de saleté ne bloque pas la chimie, ce qui réduit l'efficacité du lavage et nécessite plus de chimie pour surmonter la chimie liée. En fin de compte, cela réduit considérablement la quantité d'eau dans le processus CIP et permet au système de se remettre en production plus rapidement.

— Neil Bogart, Ecolab Food & Beverage

La FDA recommande des systèmes CIP séparés pour une installation qui a à la fois des sections crues et cuites/RTE de l'usine. Lorsque cela n'est pas réalisable, la FDA recommande alors une solution de nettoyage alcaline à ou au-dessus de 71°C ou 160°F. Certes, de nouvelles installations peuvent être conçues avec deux systèmes CIP distincts, mais qu'en est-il des installations plus anciennes ? Quelles sont les options?

Aujourd'hui, avoir des CIP de produits bruts et finis séparés est une bonne pratique, déclare Tim Barthel, vice-président des solutions d'automatisation chez Cybertrol Engineering, membre certifié CSIA. "Les bâtiments doivent être conçus avec une séparation physique pour éviter le croisement des produits crus et pasteurisés. Nous rencontrons de nombreuses situations avec un seul système, et en raison d'allergènes potentiels ou d'autres problèmes de sécurité alimentaire, cela nécessite plus de remplissages / recharges de les réservoirs de produits chimiques."

« Est-ce que des systèmes CIP séparés auraient du sens dans la plupart des installations ? Oui, et ce serait ma recommandation », déclare Bogart d'Ecolab. "Cependant, lorsque vous envisagez d'ajouter à un système existant, il est important de comprendre ses capacités utilitaires. La chaudière a-t-elle une capacité suffisante ? C'est généralement la principale préoccupation."

"Cela dit, avec des systèmes séparés, vous n'aurez pas à maintenir le système aussi chaud", ajoute Bogart. « Les réservoirs sur patins CIP pourraient être plus petits, ce qui réduirait la consommation d'eau et de produits chimiques. Dans la plupart des cas, l'impact global sur les services publics serait positif et soutiendrait la séparation. Ceux-ci s'ajoutent à l'impact positif sur la sécurité alimentaire dans le processus. »

"Comme la plupart des systèmes RTE et d'aliments crus sont séparés, il est logique d'avoir des systèmes CIP séparés, et lorsque le CIP est intégré à l'équipement d'origine, ce sera effectivement le cas", déclare Hale de HRS. "Il devrait être possible de concevoir des systèmes CIP séparés sur le plan opérationnel qui ne peuvent pas se contaminer mutuellement, mais qui utilisent toujours la même source de solution de nettoyage, etc. pour minimiser la réplication du système et le gaspillage des ressources. Évidemment, si la solution de nettoyage doit être réutilisée, alors cette approche n'est pas réalisable, d'où l'avis de la FDA."

"Oui, garder les systèmes séparés spécifiquement pour le brut et le RTE est une voie à suivre", déclare Pearson de Novolyze. "En ce qui concerne l'eau brute, la réutilisation de l'eau est une situation délicate. La réutilisation de l'eau peut se faire de différentes manières : l'eau recyclée peut être utilisée pour nettoyer différentes zones de l'usine, ou davantage de produits chimiques peuvent être ajoutés à l'eau recyclée pour l'amener jusqu'à la concentration et l'utilisation requises pour le nettoyage. Le recyclage de l'eau réduit la quantité de produits chimiques et la consommation d'eau.

"Des systèmes CIP séparés auraient plus de sens en raison à la fois de la séparation physique et de la possibilité d'exécuter les CIP lorsque vous en avez besoin (et non)", déclare Barrie de Sani-Matic. "Lorsque le CIP est très éloigné du processus en cours de nettoyage, non seulement il faut installer plus de conduites d'alimentation et de retour, mais des choses comme les chutes de pression deviennent importantes et le système CIP (par exemple, la pompe d'alimentation) peut devoir être surdimensionné pour fonctionner à les débits et les pressions nécessaires. Avec les CIP séparés, un peu plus d'eau et de produits chimiques seront nécessaires car les circuits ne partagent pas un réservoir caustique/chimique pour la réutilisation. Une usine plus petite peut combiner ces fonctions CIP en raison de l'investissement en capital, de l'espace et/ ou parce qu'ils n'exécutent pas autant de cycles CIP."

Cette question est répandue dans les usines laitières, dit Ericksen. "Oui, il est logique de traiter les équipements crus et pasteurisés avec des systèmes CIP séparés. Quant à la question sur la réutilisation de l'eau, je ne réutiliserais pas l'eau utilisée pour le rinçage ou le rinçage sur un seul système qui lave à la fois le lait cru et pasteurisé. Donc, l'utilisation de deux systèmes CIP distincts permettrait d'économiser de l'eau à cet égard."

Enfin, une note positive sur deux systèmes distincts de Chris Graham, Gray Solutions, consultant principal, processus : "Le coût supplémentaire des systèmes CIP séparés sera facilement compensé par l'efficacité et la flexibilité opérationnelles accrues." La réutilisation de l'eau serait localisée pour chaque système. Chaque système CIP aurait son propre ensemble de réservoirs ; nettoyants, désinfectants et rinçages, ajoute-t-il.