Part 40. 공장은 어떻게 스스로 세척하는가 - CIP System Design

1. 생산이 끝난 공정에는 무엇이 남는가?

무알콜 맥주 생산설비의 시운전이 끝났습니다. 원료 맥주는 공정으로 투입되고, 증류 또는 막분리 등의 공정을 통해 알코올이 제거됩니다. 제품은 냉각과 저장을 거쳐 다음 생산 단계로 이동합니다.

 

하지만 생산이 끝났다고 해서 설비 내부까지 깨끗해진 것은 아닙니다.

 

탱크 벽면에는 맥주 성분이 남을 수 있고, 배관 내부에는 액체가 잔류할 수 있습니다. 열교환기에서는 제품 성분이 열전달 표면에 부착될 수 있으며, 밸브와 연결부에는 세척하기 어려운 공간이 존재할 수 있습니다.

 

이러한 잔류물을 충분히 제거하지 않으면 다음 생산 배치의 품질에 영향을 줄 수 있습니다. 제품의 맛과 향이 변하거나, 미생물에 의한 오염 위험이 증가하거나, 이전 제품의 성분이 다음 제품으로 넘어갈 가능성도 있습니다.

 

그렇다면 매번 탱크를 열고, 배관을 분해하고, 작업자가 직접 내부를 닦아야 할까요?

 

생산설비가 커질수록 이러한 방식은 시간과 인력 측면에서 비효율적입니다. 분해 과정에서 작업자가 위험에 노출될 수도 있고, 재조립 상태에 따라 누설이나 오염 문제가 발생할 수도 있습니다.

 

이 문제를 해결하기 위해 사용하는 시스템이 바로 CIP(Clean-in-Place), 즉 설비를 분해하지 않고 내부를 세척하는 시스템입니다.

 

CIP는 단순히 물과 세척제를 공급하는 장치가 아닙니다. 세척액을 필요한 위치까지 전달하고, 적절한 조건으로 오염물을 제거한 뒤, 사용한 세척액을 회수하거나 배출하는 일련의 공정입니다.

 

유럽 위생공학 설계 관련 기관인 EHEDG에서도 CIP 설비에 대해 세척 대상의 위생 설계, 사용자 요구사항, 설치 및 세척 성능 검증을 포함한 별도의 지침을 제시하고 있습니다.

 

 

2. CIP System은 어떤 원리로 작동하는가?

 

CIP 시스템의 기본 원리는 세척액을 설비 내부에 순환시켜 오염물을 제거하는 것입니다.

 

여기서 중요한 것은 세척액이 설비 내부를 한 번 통과했다는 사실이 아닙니다. 세척액이 오염된 표면에 적절한 조건으로 도달하고, 오염물을 분리한 다음, 제거된 잔류물을 설비 밖으로 운반할 수 있어야 합니다.

 

예를 들어 맥주 저장탱크를 세척한다고 가정해 보겠습니다.

 

탱크 상부에 설치된 스프레이 장치가 세척액을 분사하면 액체가 탱크 내부 표면에 도달합니다. 세척액은 표면에 남은 오염물과 접촉하고, 분리된 오염물은 액체와 함께 탱크 하부로 흘러내립니다. 이후 회수 배관을 통해 세척액을 배출하거나 CIP 탱크로 되돌려 보냅니다.

 

배관을 세척할 때는 조금 다른 접근이 필요합니다. 탱크처럼 넓은 표면에 액체를 분사하는 대신, 배관 내부에 충분한 유량을 공급하여 세척액이 내부 표면을 따라 흐르도록 설계해야 합니다.

 

즉, 동일한 CIP 설비를 사용하더라도 세척 대상에 따라 필요한 유량, 압력, 세척 방식과 운전 조건이 달라질 수 있습니다.

 

CIP 시스템의 기본 구성은 다음과 같습니다.

 

• CIP Tank: 물과 세척액을 저장하는 탱크입니다.
• CIP Pump: 세척액을 세척 대상까지 이송하는 펌프입니다.
• Heat Exchanger: 필요한 세척 온도까지 세척액을 가열하는 장치입니다.
• Chemical Dosing System: 세척 약품의 농도를 조절하기 위한 설비입니다.
• Supply Line: 세척액을 탱크, 배관, 열교환기 등으로 공급하는 배관입니다.
• Return Line: 세척 대상에서 나온 세척액을 회수하거나 배출하는 배관입니다.
• Control System: 유량, 온도, 농도, 시간 및 밸브 상태 등을 제어하고 기록하는 시스템입니다.

실제 설비에서는 CIP 탱크가 하나일 수도 있고, 물·알칼리·산 세척액 등을 분리해 저장하는 다중 탱크 방식일 수도 있습니다. 세척액을 재사용하는지, 일회성으로 배출하는지, 세척 대상이 동시에 운전되는지에 따라서도 구성이 달라집니다.

 

 

3. CIP 설계의 출발점은 세척 대상의 구분

 

CIP 설계를 시작할 때 가장 먼저 해야 할 일은 펌프나 탱크를 선정하는 것이 아닙니다. 무엇을 세척해야 하는지, 그리고 각각의 설비가 어떤 오염에 노출되는지 파악하는 것입니다.

 

이번 무알콜 맥주 생산공정에서는 크게 다음과 같은 세척 대상을 고려할 수 있습니다.

 

세척 대상	주요 설계 고려사항
맥주 저장탱크	내부 표면 전체의 세척액 접촉, 상부 및 하부 사각지대
공정 배관	충분한 유량, 배관 내 잔류액, 배수성
펌프	임펠러 주변, 케이싱, 씰 및 내부 유로
열교환기	열전달 표면의 오염, 유로별 세척 조건
밸브 및 연결부	밸브 내부 공간, 가스켓 주변, 세척 사각지대
충전 및 이송 설비	제품 접촉부의 위생 상태, 교차오염 방지

 

여기서 중요한 개념이 바로 CIP Circuit입니다.

 

CIP Circuit은 하나의 세척 프로그램으로 함께 세척하도록 구성한 설비와 배관의 범위를 의미합니다. 예를 들어 특정 저장탱크와 그 탱크에 연결된 배관을 하나의 회로로 구성할 수 있습니다.

 

다만 모든 장비를 무조건 하나의 회로로 연결하는 것이 효율적인 것은 아닙니다. 장비마다 필요한 유량과 압력, 허용 온도, 세척액의 호환성이 다를 수 있기 때문입니다.

 

여러 배관을 동시에 세척하면 총 요구 유량이 증가합니다. 반대로 회로를 지나치게 세분화하면 밸브와 배관이 늘어나고, 초기 투자비와 유지관리 부담이 커질 수 있습니다.

 

따라서 CIP Circuit은 세척 성능, 설비 운전 일정, 세척 시간, 배관 구성 및 비용을 함께 고려하여 구분해야 합니다.

 

이 단계에서 작성하는 주요 문서는 CIP 대상 장비 목록, CIP Circuit List, 세척 요구조건표 및 공정 흐름도입니다.

 

 

4. 세척액은 어떤 순서로 순환하는가?

 

CIP 프로그램은 오염물의 종류와 설비의 특성에 따라 달라집니다. 일반적인 액상 식품 공정에서는 다음과 같은 단계를 조합할 수 있습니다.

 

• ① 예비 헹굼(Pre-rinse) : 생산이 끝난 직후 물을 공급하여 쉽게 제거되는 제품 잔류물을 먼저 씻어냅니다. 초기 헹굼수에는 제품 성분이 많이 포함될 수 있으므로, 회수 또는 폐수 배출 방식을 함께 검토해야 합니다.
• ② 알칼리 세척(Alkaline Cleaning) : 알칼리성 세척액을 순환시켜 유기물, 단백질 및 기타 제품 잔류물의 제거를 돕습니다. 실제 약품 종류와 농도는 오염물의 성질, 재질의 내약품성, 공급업체의 권장 조건 및 세척 검증 결과를 바탕으로 결정합니다.
• ③ 중간 헹굼(Intermediate Rinse) : 물로 세척액과 분리된 잔류물을 제거합니다. 필요한 경우 전도도 또는 다른 적절한 측정값을 활용해 헹굼 종료 조건을 설정할 수 있습니다.
• ④ 산 세척(Acid Cleaning, 필요시) : 무기질 침전물이나 특정 미네랄 잔류물의 제거가 필요한 경우 산 세척을 적용할 수 있습니다. 모든 CIP 프로그램에 산 세척이 반드시 포함되는 것은 아닙니다. 실제 필요성은 공정수의 특성, 침전물 발생 여부 및 설비 재질 등을 고려하여 결정해야 합니다.
• ⑤ 최종 헹굼(Final Rinse) : 세척제 잔류물이 다음 제품이나 후속 공정에 영향을 주지 않도록 헹굼 합니다. 헹굼수의 품질과 종료 기준은 제품 및 공정의 위생 요구사항에 맞게 설정합니다.
• ⑥ 살균 또는 소독(Sanitization, 필요시) : 미생물 관리 요구사항에 따라 적절한 살균 또는 소독 단계를 적용할 수 있습니다. 이 단계의 필요성, 처리 조건 및 후속 헹굼 여부는 사용하는 약품과 설비, 적용 공정의 검증 결과에 따라 결정합니다.
• ⑦ 배수 및 세척 완료 확인 : 세척액과 헹굼수가 설비 내부에 불필요하게 남지 않도록 배수하고, 설정된 완료 조건을 확인합니다. 이후 설비를 생산에 투입할 수 있는 상태로 전환합니다.

 

이 순서는 모든 공장에 똑같이 적용되는 고정 레시피가 아닙니다. 제품의 성분과 오염 특성, 위생 요구사항, 설비 재질 및 세척 검증 결과에 따라 단계가 추가되거나 생략될 수 있습니다.

 

특히 세척과 살균은 같은 의미가 아닙니다. 세척은 오염물과 잔류물을 제거하는 과정이며, 살균 또는 소독은 별도로 설정한 미생물 관리 목적을 달성하기 위한 과정입니다.

 

미국 식품 관련 규정인 21 CFR § 117.35와 § 117.40에서도 식품 접촉 표면의 위생 관리, 장비의 세척 가능성, 재질의 내식성 및 세척·소독 약품과 사용 조건의 적합성을 다루고 있습니다. 실제 국내 공장에서는 적용되는 국내 법령과 업종별 기준을 우선 확인해야 합니다.

 

 

5. CIP 설계에서 중요한 네 가지 조건

 

CIP 시스템을 설계할 때는 흔히 시간(Time), 온도(Temperature), 화학적 조건(Chemistry), 기계적 작용(Mechanical Action)을 함께 고려합니다.

 

이 네 가지는 세척 성능을 설명하는 데 유용한 개념이지만, 단순히 네 조건을 높인다고 항상 더 좋은 결과를 얻는 것은 아닙니다. 각 조건은 오염물의 종류, 장비 재질 및 실제 세척 방식에 맞춰 검증해야 합니다.

 

5-1. Time: 세척액은 얼마나 오래 접촉해야 하는가?

세척 시간이 너무 짧으면 오염물이 충분히 제거되지 않을 수 있습니다. 반대로 필요 이상으로 시간을 늘리면 생산 가능 시간이 줄어들고, 물과 에너지 및 약품 소비량이 증가할 수 있습니다.

 

따라서 세척 시간은 임의로 정하기보다 세척 시험과 검증 결과를 근거로 설정해야 합니다.

 

5-2. Temperature: 세척액은 어느 온도에서 운전해야 하는가?

온도는 세척 반응과 오염물의 제거에 영향을 줄 수 있습니다. 그러나 온도가 높을수록 항상 유리한 것은 아닙니다.

 

예를 들어 특정 단백질 오염은 조건에 따라 열에 의해 변성되거나 표면에 더 강하게 부착될 수 있습니다. 또한 지나치게 높은 온도는 개스킷, 씰 및 기타 부품의 수명에 영향을 줄 수 있습니다.

 

따라서 세척 온도는 오염물 특성, 세척 약품, 장비 재질 및 공급업체의 권장 운전 범위를 바탕으로 선정해야 합니다.

 

5-3. Chemistry: 어떤 세척 약품을 사용해야 하는가?

알칼리 세척제와 산 세척제는 제거하려는 오염물의 종류에 따라 선택합니다. 약품의 농도가 너무 낮으면 세척 성능이 부족할 수 있고, 지나치게 높으면 약품 소비와 폐수 처리 부담이 커지거나 재질 손상 위험이 증가할 수 있습니다.

 

따라서 약품 농도는 공급업체의 권장 범위와 현장 세척 검증 결과를 기준으로 설정합니다. 산과 알칼리 세척액이 부적절하게 혼합되지 않도록 저장, 공급, 회수 및 배출 경로도 구분해야 합니다.

 

5-4. Mechanical Action: 세척액은 어떻게 표면에 도달하는가?

탱크에서는 스프레이 장치가 세척액을 내부 표면에 분배합니다. 배관에서는 유속과 난류 등 유동 특성이 세척에 영향을 줄 수 있습니다.

 

따라서 탱크 내부에 스프레이 장치를 설치했다는 사실만으로 모든 표면이 충분히 세척된다고 판단해서는 안 됩니다. 스프레이 커버리지, 유량, 분사 압력, 내부 구조물 및 배수 조건을 검토해야 합니다.

 

배관 역시 세척액이 흐른다는 사실만으로 충분하지 않습니다. 세척액이 모든 분기와 밸브 내부를 통과하는지, 세척하기 어려운 사각지대가 있는지, 회수 배관에서 적절한 유동이 확보되는지를 확인해야 합니다.

 

 

6. CIP Pump와 배관 유량은 어떻게 결정하는가?

CIP Pump는 세척액을 필요한 유량과 압력으로 공급하는 핵심 장비입니다. 펌프 용량은 세척 대상 중 가장 까다로운 회로의 요구조건과 동시에 운전할 장비의 범위를 바탕으로 결정합니다.

 

먼저 배관의 단면적과 유량을 이용해 평균 유속을 계산할 수 있습니다.

 

배관의 평균 유속은 다음과 같이 계산합니다.

 

\[ v = \frac {Q}{A} \]

 

원형 배관의 단면적은 다음과 같습니다.

 

\[ A = \frac {\pi D^2}{4} \]

 

따라서 유량과 배관 내경의 관계는 다음과 같습니다.

 

\[ Q = v \cdot \frac{\pi D^2}{4} \]

 

여기서 각 기호의 의미는 다음과 같습니다.

• \(v\): 배관 내 평균 유속(m/s)
• \(Q\): 체적 유량(m³/s)
• \(A\): 배관 내부 단면적(m²)
• \(D\): 배관 내경(m)

예를 들어 배관 내경이 50 mm이고, 평균 유속이 1.5 m/s라고 가정하겠습니다. 이 값은 계산 원리를 설명하기 위한 가정이며, 모든 CIP 배관에 적용되는 표준 유속은 아닙니다.

 

배관 내경을 미터 단위로 환산하면 다음과 같습니다.

 

\[ D = 50\ \mathrm {mm} = 0.05\ \mathrm {m} \]

 

\[ A = \frac {\pi \times (0.05)^2}{4} = 0.001963\ \mathrm {m^2} \]

 

\[ Q = 1.5 \times 0.001963 = 0.002945\ \mathrm {m^3/s} \]

 

\[ Q = 0.002945 \times 3600 \approx 10.6\ \mathrm {m^3/h} \]

 

이 계산 결과는 해당 배관에서 가정한 평균 유속을 확보하기 위한 이론적인 체적 유량입니다. 실제 설계에서는 배관의 실제 내경, 밸브 및 피팅의 압력 손실, 높이 차이, 회수 배관 조건과 세척 대상의 요구조건을 추가로 검토해야 합니다.

 

또한 탱크 세척용 스프레이 장치의 요구 유량은 배관 내부 유속만으로 결정할 수 없습니다. 스프레이 장치의 형식, 필요한 분사 조건 및 탱크 형상에 따라 별도로 선정해야 합니다.

 

펌프 양정은 어떻게 계산하는가?

펌프는 유량뿐 아니라 배관과 장비를 통과하는 데 필요한 압력도 확보해야 합니다. 펌프의 총 요구 양정은 일반적으로 정수두와 마찰 손실, 밸브·피팅 및 장비의 압력 손실 등을 고려하여 계산합니다.

 

\[H_{\mathrm {pump}} = \Delta z + \frac {\Delta P}{\rho g} + \frac{\Delta v^2}{2g} + h_{\mathrm {loss}} \]

• \(H_{\mathrm {pump}}\): 펌프 요구 양정(m)
• \(\Delta z\): 공급 측과 회수 측 사이의 높이 차이(m)
• \(\Delta P\): 양단의 정압 차이(Pa)
• \(\rho\): 세척액 밀도(kg/m³)
• \(g\): 중력가속도(m/s²)
• \(\Delta v^2/(2g)\): 양단 평균 유속에 따른 속도수두 차이(m)
• \(h_{\mathrm {loss}}\): 배관, 밸브, 피팅 및 장비에서 발생하는 총 손실수두(m)

이 식은 일반적인 에너지 방정식을 기반으로 한 계산식입니다. 실제 CIP 회로에서는 공급·회수 탱크의 압력 조건과 순환 방식에 따라 항목을 적절히 적용해야 합니다.

 

펌프 선정 시에는 계산 유량과 양정이 펌프 성능곡선의 운전 가능 범위에 들어가는지 확인해야 합니다. 또한 세척액의 온도와 밀도, 점도, 펌프 재질, 씰의 적합성 및 운전 조건도 함께 검토해야 합니다.

 

 

7. CIP Tank와 Heat Exchanger는 어떻게 설계하는가?

CIP Tank는 세척액을 저장하고 순환 운전을 지원하는 설비입니다. 탱크 용량은 단순히 공정 장비의 크기에 비례하여 정하는 것이 아니라, 세척 대상의 요구 유량과 세척 시간, 회로 내 보유량, 필요한 최소 운전 액량 및 회수·재사용 방식을 바탕으로 결정합니다.

 

예를 들어 세척 회로에 상당한 양의 액체가 남아 있는 상태에서 CIP 탱크의 유효 액량이 너무 작으면 펌프 흡입이 불안정해지거나 필요한 순환 유량을 유지하지 못할 수 있습니다.

 

반대로 탱크를 지나치게 크게 설계하면 초기 투자비가 증가하고, 세척액을 가열하는 데 필요한 에너지와 약품 사용량도 늘어날 수 있습니다.

 

CIP Tank의 설계에서는 다음 항목을 검토해야 합니다.

 

• 세척액의 최소·정상·최대 운전 액량
• 펌프 흡입 조건과 최소 액위
• 세척액 가열 및 온도 유지 요구사항
• 탱크 내부 배수성 및 세척 가능성
• 세척액의 회수와 재사용 방식
• 레벨, 온도 및 농도 측정·제어
• 오버플로, 벤트 및 배출 설비

Heat Exchanger는 세척액을 설정 온도까지 가열하거나 운전 중 온도 저하를 보상하는 역할을 합니다.

 

세척액 가열에 필요한 열량은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

 

\[ \dot {Q}_{\mathrm {heat}} = \dot {m} C_p \Delta T \]

 

여기서,

 

• \(\dot {Q}_{\mathrm {heat}}\) : 열부하(W)
• \(\dot {m}\) : 세척액 질량 유량(kg/s)
• \(C_p\) : 비열(J/kg·K)
• \(\Delta T\) : 세척액의 입·출구 온도 차이(K)

입니다.

 

이 식을 이용하면 목표 유량의 세척액을 필요한 온도까지 가열하는 데 필요한 이론적 열부하를 계산할 수 있습니다. 실제 열교환기 용량을 선정할 때는 열손실, 가열 시간, 유틸리티 조건 및 열교환기의 성능을 추가로 검토해야 합니다.

 

특히 CIP 운전에서는 세척액이 순환하면서 열을 잃을 수 있으므로, 탱크에서 목표 온도에 도달하는 것뿐 아니라 세척 대상의 실제 온도 조건을 확보하는 것이 중요합니다.

 

 

8. 자동화 시스템은 무엇을 제어하는가?

CIP 시스템을 자동화하는 이유는 작업자의 조작 부담을 줄이는 것만이 아닙니다. 동일한 세척 조건을 반복적으로 구현하고, 세척 결과를 확인할 수 있는 기록을 확보하기 위해서입니다.

 

예를 들어 세척 프로그램을 시작하면 PLC 또는 상위 제어 시스템이 설정된 순서에 따라 밸브를 전환하고, 펌프를 운전하며, 필요한 온도와 세척 시간을 관리하도록 구성할 수 있습니다.

 

주요 계측 및 제어 항목은 다음과 같습니다.

 

계측·제어 항목	설계 목적
온도계 및 온도 트랜스미터	세척액의 온도 확인 및 제어
유량계	세척액 공급 유량 확인
압력계 또는 압력 트랜스미터	펌프 토출 및 회로 압력 감시
전도도계	적용 가능한 경우 세척액 농도 또는 헹굼 종료 판단 보조
레벨 계기	CIP Tank의 액량과 펌프 보호
자동밸브	세척 대상과 회수·배출 경로 전환
PLC 및 HMI	세척 순서, 인터록, 알람 및 운전 기록 관리

 

전도도는 용액의 전기적 전도 특성을 나타내는 값으로, 특정 세척 약품의 농도를 추정하는 데 활용할 수 있습니다. 그러나 전도도만으로 모든 약품 농도를 정확하게 판단할 수 있는 것은 아닙니다. 약품 종류, 온도 및 용액 조성에 맞는 보정 관계가 필요합니다.

 

또한 CIP 프로그램의 완료 조건을 단순한 타이머 종료로만 설정해서는 안 됩니다. 필요한 유량과 온도에 도달하지 못한 상태에서 시간이 경과할 수도 있기 때문입니다.

 

따라서 실제 설계에서는 세척 단계별 최소 유량, 온도 범위, 농도 조건, 유효 접촉 시간 및 비정상 상태의 처리 방식을 정의해야 합니다. 어떤 조건을 필수 완료 조건으로 사용할지는 세척 검증 결과와 공정의 위생 요구사항에 따라 결정합니다.

 

밸브의 잘못된 개방으로 제품 라인에 세척액이 유입되거나, 서로 다른 세척 약품이 혼합되는 상황을 방지하기 위한 인터록도 중요합니다.

 

 

9. CIP 설계에서 자주 놓치는 부분

CIP 시스템은 공급 펌프와 세척액 탱크를 설치했다고 해서 완성되는 것이 아닙니다. 설비 전체가 실제로 세척 가능한 구조인지 확인해야 합니다.

 

첫 번째는 데드레그(Dead Leg)입니다. 데드레그는 주 유동에서 벗어나 액체가 충분히 교환되지 않을 수 있는 분기나 막힌 구간을 의미합니다. 이러한 구간은 세척액이 충분히 도달하지 못하거나 잔류액이 남을 가능성이 있으므로 위생 배관 설계 단계에서 검토해야 합니다.

 

두 번째는 배수성입니다. 배관의 저점이나 장비 내부에 액체가 고이면 세척 후 잔류액이 남을 수 있습니다. 따라서 배관 경사, 배출구 위치, 장비의 설치 방향 및 배수 절차를 함께 검토해야 합니다.

 

세 번째는 탱크 내부의 세척 사각지대입니다. 내부 코일, 교반기, 지지 구조물, 노즐 및 계기 연결부 등은 세척액의 도달을 방해할 수 있습니다. 탱크의 크기와 형상에 적합한 세척 장치를 선정하고, 실제 커버리지와 세척 성능을 검증해야 합니다.

 

네 번째는 회수 배관입니다. 공급 측의 유량이 충분하더라도 회수 경로가 부적절하면 순환이 원활하지 않거나 액체가 고일 수 있습니다. 공급 배관뿐 아니라 회수 배관의 압력 손실, 배수 및 탱크 복귀 조건도 함께 검토해야 합니다.

 

마지막은 재질 호환성입니다. 식품 접촉부는 제품과 세척 약품, 온도 및 사용 환경에 적합해야 합니다. 금속뿐 아니라 개스킷, 씰, 호스 및 기타 비금속 부품의 적합성도 확인해야 합니다.

 

이러한 사항은 초기 설계에서 놓치면 준공 이후 개선 비용이 커질 수 있습니다. 따라서 P&ID 검토, 장비 구매 설명서 작성, 배관 설계 및 시운전 계획 단계에서부터 CIP 요구조건을 반영하는 것이 중요합니다.

 

 

10. CIP System의 설계 결과는 어떻게 확인하는가?

 

설계가 완료되면 도면과 계산서만으로 세척 성능을 확정할 수는 없습니다. 실제 설치 상태에서 세척액이 의도한 경로로 흐르고, 설정된 조건이 구현되며, 요구되는 세척 결과를 달성하는지 확인해야 합니다.

 

검증 범위는 다음과 같이 구성할 수 있습니다.

 

설계 검토

• CIP 대상 장비와 회로가 빠짐없이 정의되었는가?
• 각 회로의 유량과 온도, 약품 조건이 설정되었는가?
• 세척 사각지대와 배수 불량 가능성이 검토되었는가?
• 계측기와 자동밸브, 인터록이 요구조건에 맞게 구성되었는가?

설치 및 기능 확인

• 배관 연결과 밸브 방향이 도면에 맞는가?
• 펌프와 계측기가 정상적으로 작동하는가?
• 세척액의 공급·회수·배출 경로가 의도대로 작동하는가?
• 설정 온도와 유량을 확보할 수 있는가?

세척 성능 검증

• 실제 오염물에 대한 제거 성능이 확인되었는가?
• 세척 대상 전체에 세척액이 적절히 도달하는가?
• 세척 후 잔류물이나 세척 약품이 허용 기준 이내인가?
• 필요한 경우 미생물학적 평가 등 적절한 검증 방법이 적용되었는가?

여기서 구분해야 할 것은 세척 조건을 기록하는 것과 세척 결과를 입증하는 것은 서로 다르다는 점입니다. 온도와 유량이 설정값에 도달했다는 사실은 공정이 계획대로 수행되었다는 근거가 될 수 있지만, 그것만으로 모든 표면이 충분히 세척되었다고 단정할 수는 없습니다.

 

세척 검증은 실제 오염 특성과 위험도, 공정의 위생 요구사항에 맞는 방법으로 수행해야 합니다. 적용 가능한 경우 육안 검사, 잔류물 분석, 전도도 확인, ATP 측정 또는 미생물학적 평가 등을 조합할 수 있습니다. 각 시험 방법은 확인할 수 있는 항목과 한계가 다르므로 목적에 맞게 선택해야 합니다.

 

 

11. 결국 CIP System도 하나의 공정 설계다

 

CIP System은 생산이 끝난 뒤 사용하는 보조설비처럼 보일 수 있습니다. 그러나 실제로는 생산설비의 위생 상태와 가동률, 물과 에너지 소비량, 약품 사용량 및 제품 품질에 영향을 미치는 중요한 공정 시스템입니다.

 

세척액을 공급할 펌프를 선정하려면 유량과 양정을 계산해야 합니다. 세척액을 가열하려면 열부하와 유틸리티를 검토해야 합니다.

 

세척 회로를 구성하려면 장비별 요구조건과 배관 연결 관계를 파악해야 합니다. 자동화 시스템을 설계하려면 운전 순서와 인터록, 계측기 및 세척 완료 조건을 정의해야 합니다.

 

여기에 위생적인 장비 구조, 적절한 배수, 재질 호환성 및 세척 성능 검증까지 더해져야 합니다.

 

결국 좋은 CIP 설계는 세척액을 많이 사용하거나 온도를 높이는 설계가 아닙니다. 필요한 표면에 적절한 세척 조건을 제공하고, 오염물과 세척액 잔류물을 관리하며, 반복 가능한 세척 결과를 확보하는 설계입니다.

 

무알콜 맥주 공정에서 제품을 만드는 기술이 중요하다면, 다음 생산 배치에서도 동일한 품질을 유지할 수 있도록 설비를 세척하는 기술 역시 중요합니다.

 

Beer to Zero Project의 Process Design은 제품이 만들어지는 경로뿐 아니라, 설비가 다시 생산 가능한 상태로 돌아오는 경로까지 설계해야 비로소 완성됩니다.

 

 

Beer to Zero Project 연재 순서

 

PART 4. Process Design — 맥주는 어떻게 무알콜이 되는가

 

• Part 28. 드디어 공정을 그리기 시작하다 - Process Concept
• Part 29. 맥주는 공장에서 어떻게 이동하는가 - Process Flow
• Part 30. 알코올을 어떻게 제거할 것인가 - Separation Process
• Part 31. 맥주의 성분은 어디로 이동하는가 - Material Balance
• Part 32. 열은 어디에서 들어오고 빠져나가는가 - Energy Balance
• Part 33. 실제 공정 조건을 계산하다 - Process Simulation
• Part 34. 장비의 크기는 어떻게 결정하는가 - Equipment Capacity
• Part 35. 열교환기는 얼마나 커야 하는가 - Heat Exchanger Sizing
• Part 36. 알코올 증기를 어떻게 회수할 것인가 - Condenser Design
• Part 37. 액체를 어떻게 이송할 것인가 - Pump Sizing
• Part 38. 진공은 어떻게 만들 것인가 - Vacuum System Design
• Part 39. 맥주를 어디에 저장할 것인가 - Tank Design
• Part 40. 공장을 세척하는 시스템 - CIP System
• Part 41. 공장에 필요한 Utility는 얼마나 되는가 - Utility Balance
• Part 42. 공정 전체를 한 장에 담다 - PFD 작성
• Part 43. Process Design을 하나의 공정도로 완성하다 - Design Review