Hệ bồn chứa & đường ống Inox chuẩn vệ sinh cho bia, sữa, đồ uống

Hệ thống bồn chứa và đường ống inox là “xương sống” của nhà máy bia, sữa và nước giải khát. Đây là nơi sản phẩm tiếp xúc trực tiếp với vật liệu, chịu vệ sinh hóa chất/CIP liên tục và ràng buộc tiêu chuẩn vệ sinh nghiêm ngặt. Bài viết cung cấp hướng dẫn đầy đủ từ lựa chọn vật liệu, tiêu chuẩn, thiết kế, chế tạo đến vận hành – làm sạch để bạn có một hệ thống vừa sạch – bền – hiệu quả.

Yêu cầu vệ sinh và tiêu chuẩn cốt lõi

– Hệ thống phải “dễ làm sạch, không tích tụ bẩn” theo nguyên tắc thiết kế vệ sinh của EHEDG/3-A và HACCP.
– Bộ tiêu chuẩn, quy phạm áp dụng phổ biến:
– EHEDG (European Hygienic Engineering & Design Group) – hướng dẫn thiết kế sạch, khả năng CIP.
– 3-A Sanitary Standards – tiêu chuẩn thiết bị vệ sinh cho thực phẩm & đồ uống.
– ASME BPE – thiết kế, bề mặt, mối hàn đường ống vệ sinh cho quá trình sinh học/thực phẩm.
– ASTM A270 (sanitary tubing), EN 10357 (DIN 11850) hoặc ISO 2037 – ống vệ sinh mỏng thành.
– ISO 2852 – clamp fittings; DIN 11851, SMS 1145, IDF – chuẩn khớp nối vệ sinh.
– ASTM A967/A380 – tẩy gỉ & thụ động hóa inox.
– ISO 4287/ASME B46.1 – đo độ nhám bề mặt Ra.
– EU 1935/2004 và FDA 21 CFR (vật liệu tiếp xúc thực phẩm); TCVN 5603:2008 (HACCP).
– Độ nhám bề mặt trong (khuyến nghị):
– Đồ uống/ sữa: Ra ≤ 0,8 μm; đường vô trùng/UHT: Ra ≤ 0,6 μm; yêu cầu tiệt trùng khắt khe: Ra ≤ 0,4 μm (thường kèm điện hóa đánh bóng – EP).

Lựa chọn vật liệu inox theo ứng dụng

– AISI 304/304L: Phổ biến cho bia (dịch lạnh, bồn lên men/BBT áp thấp), nước giải khát không quá axit/chloride; chi phí thấp. Hạn chế: nhạy ăn mòn lỗ pitting khi có chloride + nhiệt.
– AISI 316L: Thêm Mo chống pitting; tiêu chuẩn cho sữa, siro đường, nước có axit/phosphate, CIP nóng/axit; thích hợp đường UHT/SIP.
– Duplex 2205: Kháng chloride cao, dùng cho nước muối, khâu CIP/kiềm nóng khắc nghiệt, vài điểm trao đổi nhiệt; chi phí cao hơn.
– 904L/254SMO: Chỉ dùng khi môi trường cực giàu chloride/axit; thường không cần cho F&B đại trà.
– Gioăng/đệm: EPDM thường dụng (CIP tốt), FKM/Viton (nhiệt/hoá chất), PTFE/PFA (trơ hóa học) – phải đáp ứng FDA 21 CFR 177.2600 và EU 1935/2004. Đảm bảo chứng chỉ vật liệu (MOC) và truy xuất lô.

Gợi ý nhanh:
– Bia: 304 cho bồn/ống lạnh, 316L cho khu CIP nóng, khu siro/axit; bồn BBT/fermenter áp 1–3 bar cần kiểm soát O2, CO2.
– Sữa: Ưu tiên 316L cho toàn bộ tiếp xúc sản phẩm; bồn silo sữa sống, bồn trộn, đường UHT cần khả năng SIP.
– Nước giải khát: 316L cho siro, acidulant (citric/phosphoric), đường vô trùng; 304 có thể cho nước thành phẩm nếu CIP nhẹ và clorua thấp.

Thiết kế bồn chứa: sạch – bền – dễ vận hành

– Chủng loại:
– Bia: Fermenter hình nón (FV), Brite Beer Tank (BBT), bồn nước nóng/lạnh, bồn CIP.
– Sữa: Silo sữa sống, bồn cân bằng UHT, bồn trộn, bồn chứa thành phẩm pasteur/UHT.
– Đồ uống: Bồn siro, bồn trộn CO2, bồn nước tinh lọc, bồn syrup blend.
– Đặc tính thiết kế vệ sinh:
– Dốc đáy ≥ 3% và xả hoàn toàn; không có túi đọng. Dead-leg (L/D) < 2 theo EHEDG. - Mối hàn full penetration, mài – đánh bóng đồng đều; không đổi tiết diện; không để màu nhiệt (heat tint). - Bề mặt trong Ra như mục tiêu ở trên; cân nhắc EP cho đường vô trùng/đòi hỏi cao. - Vệ sinh tại chỗ: đầu phun CIP (spray ball/rotary jet) phủ rửa 360°, kiểm chứng lưu lượng/áp lực. - Bảo ôn + áo gia nhiệt/làm lạnh (glycol/steam) theo nhu cầu công nghệ; chống ngưng tụ mặt ngoài. - Nắp thăm, đèn, kính quan sát, van mẫu vệ sinh; van an toàn áp/vacuum để chống xẹp nồi. - Khí trơ/CO2 blanketing cho bia/đồ uống nhằm hạn chế O2; bộ lọc vô trùng trên vent. - Thông số khuyến nghị: - Áp làm việc: FV 1–3 bar; BBT 2–4 bar; bồn sữa/siro thường áp suất thấp; xác định theo P&ID. - Độ dốc ống hút đáy ≥ 2% bên trong bồn; lắp vòi CIP tránh che bóng (shadowing). - Gioăng manway: EPDM hoặc FKM đạt 3-A/EHEDG; kiểm soát độ nén đúng spec. - Vật liệu áo cách nhiệt: bông khoáng/PU có chứng nhận low-chloride để tránh SCC cho inox.

Đường ống inox vệ sinh: tiêu chuẩn, kích thước, mối hàn

– Ống & phụ kiện:
– Ống vệ sinh ASTM A270/EN 10357 (độ dày mỏng, hàn/không hàn, ID polished); tránh “ống schedule” công nghiệp thông thường cho khu vô trùng/thực phẩm.
– Phụ kiện hàn/mềm: clamp ISO 2852, DIN/SMS/IDF theo tiêu chuẩn nhà máy; hạn chế ren nam trong khu sản phẩm.
– Mối hàn:
– Hàn orbital/GTAW với khí che phía trong (purge) để không oxy hóa; chứng chỉ thợ theo ASME IX.
– Kiểm tra nội soi mối hàn, kiểm tra Ra, và tẩy gỉ – thụ động hóa theo ASTM A967/A380.
– Bố trí & dốc thoát:
– Ống sản phẩm có dốc 1–2% về phía điểm xả; đặt điểm thấp để purge/rửa; tránh túi đọng giữa 2 van.
– Dead-leg L/D < 2; lắp đo – van lấy mẫu ở vị trí dễ thoát sạch. - Giá đỡ chống rung, bù giãn nở nhiệt trên đoạn dài/đổi nhiệt độ. - Van & fitting: - Van bướm vệ sinh cho on/off; van màng (diaphragm) và van ghế đôi mixproof cho phân tách sản phẩm/CIP không lẫn; van một chiều vệ sinh, van lấy mẫu vô trùng. - Tốc độ dòng khuyến nghị: - Sữa/đồ uống: 1,5–3,0 m/s (đảm bảo Re>4000 để chống lắng và hỗ trợ CIP).
– Bia: 1,2–2,5 m/s; hạn chế shear đối với bia đã bão hòa CO2.
– CIP: ≥ 1,5 m/s trong đường tuần hoàn để tạo nhiễu loạn (turbulent) làm sạch hiệu quả.

Lựa chọn bơm và tính tổn thất

– Bơm ly tâm vệ sinh cho sản phẩm loãng; bơm thể tích (lobe, twin-screw) cho siro/yogurt.
– Tính tổng H (cột áp) gồm ma sát đường ống, cút, van, tổn thất qua trao đổi nhiệt; thêm dự phòng 10–20% cho mòn/đổi cấu hình.
– Kiểm soát NPSH để chống xâm thực, đặc biệt với chất lỏng lạnh/CO2 hòa tan.

CIP/SIP: làm sạch và tiệt trùng đúng chuẩn

– Cấu hình trạm CIP: tối thiểu 3 bồn (kiềm/acid/nước) + gia nhiệt + bơm tuần hoàn + đo nhiệt, lưu lượng, độ dẫn điện (đo nồng độ) + hồi lưu/lọc.
– Chu trình CIP tham khảo (điển hình, tùy sản phẩm và đất nước):
– Tráng nóng 50–60°C 5–10 phút.
– Kiềm NaOH 1–2% ở 60–75°C, 20–40 phút.
– Rửa trung gian đến khi độ dẫn < ngưỡng (ví dụ < 50–100 µS/cm so với nước cấp). - Acid HNO3/H3PO4 0,5–1% ở 50–60°C, 10–20 phút (loại đá vôi/điểm cáu cặn). - Khử trùng: PAA 0,1–0,2% lạnh 5–15 phút hoặc SIP. - SIP (tiệt trùng tại chỗ) cho đường UHT/sữa vô trùng: hơi sạch 121°C trong 20–30 phút; kiểm soát bẫy hơi, ngưng tụ, và van vô trùng. Hơi phải đạt chuẩn “culinary steam” (lọc thích hợp, không phụ gia dầu). - Xác nhận CIP: kiểm tra ATP/swab, đồ thị nhiệt – dẫn điện, ghi chép mẻ làm sạch; hiệu chỉnh theo tải bẩn thực tế.

Chống ăn mòn và xử lý bề mặt

– Tẩy gỉ & thụ động hóa sau chế tạo/lắp đặt để tái tạo lớp oxit Cr, giảm rủi ro rỉ nâu/ăn mòn (ASTM A967/A380).
– Điện hóa đánh bóng (EP) cho bề mặt Ra thấp, tăng kháng bám bẩn – thường dùng ở khu vô trùng/UHT hoặc BBT cao cấp.
– Tránh cách nhiệt chứa chloride gây SCC cho inox nóng; bịt kín hơi ẩm để ngăn thấm nước mưa/condensation.
– Quản lý hóa chất CIP: tránh pha trộn tạo chloride/nhiệt độ quá cao gây pitting cho 304; cân nhắc 316L ở khu CIP nóng.

Đo lường – tự động hóa – truy xuất

– Thiết bị đo vệ sinh (EHEDG/3-A): lưu lượng (từ tính, Coriolis), áp suất, nhiệt độ, mức (radar/áp suất), độ dẫn, pH, DO (bia), Brix (siro).
– Tích hợp van mixproof và ma trận van (valve matrix) để tách sản phẩm/CIP an toàn.
– Ghi log mẻ sản xuất & CIP; liên động an toàn tránh trộn kiềm vào sản phẩm; kiểm soát O2 hòa tan với bia/đồ uống.

An toàn, kiểm định và tài liệu

– Quy phạm bồn chịu áp: ASME VIII (nếu áp lực), kiểm tra NDT phù hợp; PRV & van chân không cho bồn mỏng thành.
– Thử bền & kín: thủy lực/khí nén theo áp làm việc; kiểm tra rò bằng xà phòng/helium nếu cần.
– Hồ sơ: MTC EN 10204 3.1 cho vật liệu; bản đồ mối hàn; biên bản tẩy gỉ/passivation; chứng nhận gioăng; chứng chỉ EHEDG/3-A của van/bơm; FAT/SAT; SOP vệ sinh – vận hành.

Chi phí & tổng chi phí sở hữu (TCO)

– Yếu tố đội chi phí: vật liệu (316L/duplex), bề mặt (Ra thấp, EP), hàn orbital, van mixproof, thiết bị đo chuẩn 3-A/EHEDG, cách nhiệt chất lượng, tài liệu chứng nhận.
– Tối ưu TCO:
– Dùng 304 ở khu rủi ro thấp, 316L ở điểm nóng/axit.
– Thiết kế thoát sạch để rút ngắn CIP, tiết kiệm hóa chất – nước – năng lượng.
– Đầu tư đúng vào mối hàn và passivation để tránh nhiễm rỉ/biofilm về sau.
– Sai lầm thường gặp: dốc ống không đủ; dùng ống schedule/ren trong; bỏ qua thụ động hóa; chọn gioăng không đạt chuẩn thực phẩm; tốc độ CIP không đủ tạo rối.

Quy trình triển khai dự án khuyến nghị

– Khảo sát & URS (yêu cầu người dùng): công suất, loại sản phẩm, chuẩn tuân thủ, mục tiêu Ra, CIP/SIP.
– Thiết kế: P&ID, layout zoning sạch/bẩn, tính thủy lực, 3D & isometric, danh mục vật tư chuẩn vệ sinh.
– Chế tạo & FAT: hàn orbital, kiểm tra nội soi, Ra, thử áp, passivation; chứng từ vật liệu.
– Lắp đặt & SAT: dốc ống, đồng tâm, vệ sinh pre-CIP; chạy thử nước; xác nhận CIP/SIP với dữ liệu đo.
– Bàn giao: hướng dẫn vận hành, SOP CIP, kế hoạch bảo trì, danh mục phụ tùng.

Mẫu thông số kỹ thuật nhanh theo ứng dụng

– Bia:
– Bồn FV/BBT: 304 hoặc 316L; Ra trong ≤ 0,6–0,8 μm; áp làm việc 1–4 bar; spray ball quay; CO2 blanketing; van mẫu vệ sinh.
– Ống sản phẩm: A270/EN 10357; dốc 1–2%; van bướm + mixproof tại điểm giao CIP; DO meter trên đường chuyển bia.
– Sữa:
– Bồn silo/trộn: 316L; Ra ≤ 0,6–0,8 μm; áo lạnh/gia nhiệt; cánh khuấy low-shear; SIP khả dụng.
– Ống UHT/vô trùng: 316L/EP tại khu vô trùng; van màng/van vô trùng; đồng hồ dẫn điện, pH; SIP 121°C.
– Nước giải khát:
– Bồn siro: 316L; khuấy phù hợp độ nhớt; Ra ≤ 0,6–0,8 μm; kiểm soát Brix & nhiệt độ.
– Ống pha trộn/chiết: 316L; mixproof matrix tách sản phẩm/CIP; thiết bị đo lưu lượng từ tính.

Nguồn tham khảo

– EHEDG Guidelines: Hygienic Design Criteria; Cleanability of Closed Equipment.
– 3-A Sanitary Standards (bao gồm 3-A 609 – Culinary Steam).
– ASME BPE – Bioprocessing Equipment Standard (bề mặt, mối hàn, lắp đặt).
– ASTM A270 (Sanitary Tubing), EN 10357 (DIN 11850), ISO 2037 (ống vệ sinh).
– ISO 2852 (Clamp fittings); DIN 11851/SMS/IDF (fittings vệ sinh).
– ASTM A967/A380 (Passivation & Cleaning of Stainless Steel).
– ISO 4287/ASME B46.1 (Đo độ nhám bề mặt).
– EU 1935/2004; FDA 21 CFR 177 (Vật liệu tiếp xúc thực phẩm).
– TCVN 5603:2008 (Hệ thống quản lý an toàn thực phẩm – HACCP).

Kết luận
Một hệ bồn chứa – đường ống inox cho bia, sữa và nước giải khát đạt chuẩn phải bắt đầu từ vật liệu đúng (ưu tiên 316L cho môi trường khắc nghiệt), bề mặt trong nhẵn (Ra ≤ 0,8 μm hoặc thấp hơn theo yêu cầu), mối hàn vệ sinh (orbital + passivation), bố trí dốc thoát sạch, van/thiết bị đo đạt EHEDG/3-A và một chiến lược CIP/SIP xác nhận hiệu quả. Thiết kế chuẩn ngay từ đầu giúp giảm rủi ro nhiễm chéo, tối ưu thời gian vệ sinh, tiết kiệm hóa chất – năng lượng và kéo dài tuổi thọ hệ thống.

Cần bộ thông số/thiết kế chi tiết cho nhà máy của bạn? Liên hệ Inox Cường Thịnh để được tư vấn và báo giá tốt nhất. Hotline: 0343.417.281. Email: inoxcongnghiep.cuongthinh@gmail.com