Automatisiertes CIP-Verfahren spart erhebliche Betriebskosten

Das Reinigungsprinzip CIP („Cleaning in Place“, zu deutsch „Reinigung am Platz“) gibt es seit rund 50 Jahren. Es kommt bei der Reinigung verfahrenstechnischer Anlagen zum Einsatz, vornehmlich in Branchen mit besonders kritischen Hygieneanforderungen wie der Pharmazeutik oder auch der Lebensmittel- und Getränkeindustrie. Dabei werden Maschinen, Kessel, Reaktionsgefäße, Rohrleitungen etc. unter Einsatz von Chemikalien, Hitze und Wasser gereinigt – ohne diese zerlegen zu müssen. Die eingesetzten Substanzen und Reinigungsrückstände werden über den Abfluss entsorgt oder recycelt. Grundsätzlich kann CIP ein äußerst effizientes Reinigungsverfahren sein.
Das Grundprinzip kann in jeder Branche bzw. jeder verfahrenstechnischen Anlage zum Einsatz kommen, in der Hygiene eine kritische Rolle spielt. Bei automatisierten Anlagen ist der Prozess gewöhnlich ein integrales Funktionselement. Die sich stetig verschärfende Gesetzgebung zum Arbeits- und Gesundheitsschutz führt auch zur Verbreitung von CIP. Das ist zu begrüßen, denn eine glänzende Oberfläche sagt nichts über die Sauberkeit einer Anlage.

CIP-Kosten um jährlich 40 Prozent verringert
Ein großer britischer Pharmahersteller wollte sein bis dahin manuelles CIP-Verfahren auf einer Anlage mit 80 Reaktionsgefäßen automatisieren. Durch den Einsatz von Druck- und Leitfähigkeits-Transmittern sowie Durchflusssensoren ist es den Durchflusstechnik-Spezialisten aus Ingelfingen gelungen, Einsparungen von jährlich 120.000,- Britischen Pfund zu bewirken.
Vor der Installation des neuen Systems wurden die Reaktionstanks jeweils sechs Stunden lang gereinigt und mit heißem Wasser (70 °C) zum Abfluss ausgespült. Das Verfahren war rein manuell, bei dem sich der Betreiber ausschließlich auf die Erfahrung des Bedieners verließ. Visuelle oder akustische Signale, dass der Reiningungsvorgang abgeschlossen war, gab es nicht.
Die wöchentlichen Reinigungskosten vor dem Umbau waren erheblich: Die Energiekosten betrugen rund 4.000 Britische Pfund, dazu kamen ca. 1.000 Pfund für Wasser und noch einmal fast 1.000 Pfund für die Abwasserentsorgung. Unterm Strich fielen jede Woche Reinigungskosten von etwa 5.900 Pfund an, was sich dann bis zum Jahresende auf 295.000 Pfund summierte.
Mit dem Ziel, die Reinigungskosten zu verringern, kontaktierte der Betreiber das Ingelfinger Unternehmen. Der erste Schritt war, das althergebrachte CIP-Verfahren vor Ort zu begutachten. Im Anschluss legte der Durchfluss-Spezialist einen Lösungsvorschlag vor, der für jedes Reaktionsgefäß einen Drucktransmitter vom Typ 8311, einen Leitfähigkeits-Transmitter vom Typ 8222 und einen Durchflusssensor vom Typ 8041 umfasste. Zunächst wurde nur eine Testgruppe von Reaktionstanks mit den neuen Geräten ausgerüstet und an das Scada-System der Anlage angeschlossen. Anschließend ging der CIP-Prozess automatisch vonstatten, wobei der Leitfähigkeits-Transmitter zuverlässig an das Scada-System meldete, wann das Wasser – und damit gleichzeitig der Tank – sauber war und der Vorgang beendet werden konnte.
Auf der Grundlage der ersten Tests prognostizierten die Ingenieure des Betreibers bei Einsatz des Systems jährliche Einsparungen bei der CIP-Reinigung von 40 Prozent bzw. 120.000 Pfund. „Heutzutage ist der Konkurrenzkampf überall mörderisch. Deshalb muss man alle Chancen nutzen und darf vor allem auch kleinere Verbesserungsmöglichkeiten auf keinen Fall übersehen“, weiß Neil Saunders, Vertriebsleiter bei Bürkert UK.

Reinigung von Rohren und Kesseln
Bei CIP geht es in erster Linie um das Entfernen von Verunreinigungen. Diese können beispielsweise Verfärbungen verursachen. Häufig kann man sie riechen. Verunreinigungen können mit bloßem Auge sichtbar sein (Kesselstein, Fremdkörper) oder eben auch nicht, z.B. Bakterien (E. coli) oder Hefesporen. Für die Bekämpfung von Verunreinigungen müssen für min. 15 Minuten geeignete Chemikalien bei einer Temperatur über 50 °C bis 75 °C eingesetzt werden.
Bei der CIP-Reinigung von Rohrleitungen in verfahrenstechnischen Anlagen ist die Fluidgeschwindigkeit besonders wichtig. Eine Laminarströmung mit Geschwindigkeiten unter 1,5 m/s führt nicht zu guten Reinigungsergebnissen. Eine turbulente Strömung mit Geschwindigkeiten zwischen 1,5 und 2,1 m/s ist erforderlich. Geschwindigkeiten über 2,1 m/s führen wiederum zu keiner Verbesserung.
Bei der Reinigung beispielsweise von Kesseln und Reaktionsgefäßen kommen in den Betrieben grundsätzlich zwei Methoden zur Anwendung: Bei der ersten werden Verunreinigungen mechanisch entfernt, indem Hochdruck-Reinigungsköpfe wiederholt über die zu reinigenden Flächen geführt werden. Bei der zweiten Methode kommen Niederdruck-Reinigungsköpfe zum Einsatz, sodass die Reinigungswirkung allein auf der chemischen Reaktion beruht.

Spülpumpe als kritischer Faktor
im Rücklaufsystem
Die meisten Probleme beim Einsatz von CIP lassen sich auf ein schlechtes Rücklaufsystem zurückführen. Dabei kommt es dann zu einem erhöhten Einsatz von Arbeitszeit, Reinigungsmitteln und Hitze sowie Abfallstoffen, die entsorgt werden müssen. Deshalb muss sichergestellt sein, dass das Rücklaufsystem die Reinigungslösungen schnell und effizient an den Einsatzpunkt zurückführt.
Kritisch ist in diesem Zusammenhang die Spülpumpe. Eine schlechte Spülung führt zu einem Rückstau von Reinigungslösung und schlechten Reinigungsergebnissen im unteren Bereich. Die effektive Spülung sorgt dafür, dass stets frisches Reinigungsmittel an die zu reinigenden Flächen gelangt und dass Verunreinigungen wirkungsvoll abtransportiert werden.

Durch Kontrolle CIP-System weiter
optimieren
Bei den meisten CIP-Verfahren handelt es sich um „Defaults“­, die nach der Erst­installation unverändert bestehen bleiben. Allerdings lässt sich das CIP-System im Betrieb durch Beobachtung einiger Schlüsselparameter weiter optimieren:

• Temperatur und Konzentration der Natronlaugetanks – sie sind häufig zu hoch gewählt ohne dabei zusätzlichen Nutzen zu bringen.
• Ist bzw. bleibt die Vorspülung klar?
• Natronlauge: Wie sind die Transmitter für Temperatur und Leitfähigkeit im Rücklaufsystem eingestellt?
• Wird durch eine Zwischenspülung vor der Sterilisierung die Natronlauge entfernt / die Temperatur gesenkt?
• Wie stark ist das Sterilisationsmittel und wie lang die Einwirkzeit?

Änderungen bei der Beobachtung des CIP-Verfahrens sollten gut dokumentiert und validiert werden, damit sie den gesetzlichen Vorgaben und den spezifischen Anforderungen des Kunden entsprechen.

Rückstände restlos entfernen
Häufig verwendete Reinigungsmittel in CIP-Systemen sind z. B. Natronlauge sowie Phosphor- und Salpetersäure, Natriumhypochloritlösung und Peressigsäure (PES). Natriumlauge löst Fettstoffe an, die sich anschließend mechanisch entfernen lassen. Säuren sind mit Vorsicht zu verwenden, da sie Ventil- und Pumpendichtungen angreifen können. Viele Molkereibetriebe setzen Säuren alle sechs Wochen für eine Woche ein, um Milchstein zu entfernen. Bei der Erstinbetriebnahme werden Installationsrückstände zumeist mit Säuren entfernt.
Natriumhypochloritlösung ist sehr kostengünstig und wird hauptsächlich zur Desinfektion eingesetzt. Ihr Hauptwirkstoff ist Chlor, das wiederum Dichtungen angreifen kann – in hohen Konzentrationen sogar Edelstahl –, und grundsätzlich schädlich für Menschen ist. Es verursacht Verfärbungen, wenn es nicht gründlich ausgespült wird.
PES ist eine sogenannte Gleichgewichtsmischung aus Essigsäure und Wasserstoff­peroxid. Es handelt sich um ein sehr starkes Oxidationsmittel. Studien haben gezeigt, dass 75 mg/l PES in 30 Sekunden 100 Prozent einer Bakterien- oder Hefekultur mit einer Zelldichte von 107 Zellen pro ml abtöten.