1. Introduction
Dans des industries telles que la cosmétique haut de gamme, la biopharmaceutique et le génie chimique de précision, la demande de produits liquides de haute qualité avec des tailles de particules fines, une forte stabilité et l'absence de bulles d'air est de plus en plus stricte. L'équipement d'émulsification sous vide homogénéisateur, intégrant les fonctions d'homogénéisation, d'émulsification et de désaération sous vide, est devenu un dispositif clé pour répondre à ces exigences. Il peut résoudre efficacement les problèmes de mélange inégal, d'inclusion de bulles d'air et de faible stabilité du produit, difficiles à éviter avec les équipements traditionnels. Ce cas se concentre sur la façon dont un client dans [industrie spécifique, par exemple, la fabrication de crèmes pour le visage haut de gamme] a surmonté les goulets d'étranglement de production à long terme en introduisant un équipement d'émulsification sous vide homogénéisateur, et a réalisé des améliorations complètes de la qualité des produits, de l'efficacité de la production et du contrôle des coûts.
2. Contexte du projet
2.1 Exigences du projet
Le client produit principalement [type de produit, par exemple, des crèmes et sérums anti-âge pour le visage], qui nécessitent des normes extrêmement élevées en matière de finesse, de stabilité et d'apparence de l'émulsion. Avant d'introduire le nouvel équipement d'émulsification sous vide homogénéisateur, la chaîne de production du client avait les exigences claires suivantes :
- Finesse de l'émulsion: La taille des particules de l'émulsion doit être contrôlée entre 0,5 et 2 microns pour garantir que le produit ait une texture lisse et délicate, sans aucune sensation granuleuse lorsqu'il est appliqué sur la peau.
- Désaération sous vide: Le produit doit être exempt de bulles d'air. L'équipement doit maintenir un degré de vide de -0,095 MPa à -0,098 MPa pendant le processus d'émulsification, afin d'éliminer complètement les bulles d'air générées lors du mélange des matériaux et d'éviter des problèmes tels que l'oxydation et la réduction de la durée de conservation du produit causées par l'air.
- Capacité de production: Avec l'expansion de la part de marché du client, la capacité de production quotidienne d'une seule ligne de production doit atteindre au moins 3 000 kg, et l'équipement doit prendre en charge une production continue ou semi-continue pour réduire la perte de temps causée par le changement de lot.
- Sécurité et conformité: L'équipement doit être fabriqué en acier inoxydable 316L de qualité pharmaceutique pour toutes les pièces en contact avec les matériaux et être conforme aux normes internationales telles que les BPF (Bonnes Pratiques de Fabrication). Il doit également être équipé d'un système de protection de sécurité complet, comprenant des fonctions de surchauffe, de surpression et d'arrêt d'urgence, afin de garantir la sécurité du processus de production.
2.2 Défis rencontrés
Avant d'utiliser l'équipement d'émulsification sous vide homogénéisateur, le client s'appuyait sur une combinaison de mélangeurs à grande vitesse traditionnels et de réservoirs à vide séparés pour la production. Ce mode de production a entraîné une série de problèmes qui ont sérieusement limité le développement de l'entreprise :
- Finesse de l'émulsion insuffisante: Le mélangeur à grande vitesse traditionnel ne pouvait briser la phase huileuse qu'en particules d'une taille de 5 à 10 microns, et la distribution de la taille des particules était inégale. Certains lots de produits avaient même des particules de plus de 15 microns, ce qui entraînait une texture rugueuse. Cela affectait non seulement l'expérience utilisateur, mais entraînait également un taux de retour de produit de 5 à 8 % en raison de plaintes de "sensation granuleuse".
- Inclusion de bulles d'air: Le réservoir à vide séparé ne pouvait pas réaliser une désaération sous vide en temps réel pendant le processus d'émulsification. Des bulles d'air étaient réintroduites lorsque les matériaux étaient transférés du mélangeur au réservoir à vide, ce qui entraînait 10 à 15 % des produits ayant des bulles d'air visibles à la surface. Ces produits ne pouvaient être que retravaillés ou mis au rebut, ce qui augmentait les coûts de production.
- Faible efficacité de la production: Le processus de production traditionnel nécessitait plusieurs étapes, notamment le mélange des matériaux dans le mélangeur, le transfert vers le réservoir à vide pour la désaération, puis l'inspection par échantillonnage. Chaque lot de production prenait 6 à 8 heures, et la capacité de production quotidienne d'une seule ligne n'était que d'environ 1 200 kg, ce qui était loin de répondre à la demande du marché. De plus, le transfert de matériaux entre les équipements augmentait le risque de contamination et de perte de matériaux.
- Qualité instable du produit: En raison de la vitesse de mélange et du degré de vide incohérents dans différents lots, la stabilité de l'émulsion variait considérablement. Environ 7 à 10 % des produits présentaient une stratification ou un changement de couleur après 6 mois de stockage, et le taux d'oxydation des produits était élevé, ce qui entraînait une réduction significative de la durée de conservation.
3. Sélection de l'équipement d'émulsification sous vide homogénéisateur
3.1 Caractéristiques et avantages de l'équipement choisi
Après avoir mené des études de marché approfondies, comparé les produits de plusieurs fournisseurs et effectué des tests de production sur site, le client a finalement sélectionné un équipement d'émulsification sous vide homogénéisateur à deux étages. Cet équipement présentait les principales caractéristiques et avantages suivants :
- Système d'homogénéisation à deux étages: L'équipement était équipé d'une tête d'homogénéisation à deux étages. Le premier étage utilisait une pompe à piston haute pression pour générer une pression allant jusqu'à 30 MPa, ce qui pouvait initialement briser la phase huileuse en petites particules ; le deuxième étage utilisait une structure spéciale stator-rotor pour affiner davantage les particules à une taille de 0,3 à 1 micron. Cette conception d'homogénéisation à deux étages garantissait la finesse et l'uniformité de l'émulsion.
- Système de vide intégré: L'équipement intégrait une pompe à vide à haut rendement et une cuve d'émulsification scellée. Pendant tout le processus d'émulsification, le degré de vide pouvait être maintenu de manière stable à -0,096 MPa à -0,098 MPa. La conception unique du corps de la cuve et la structure d'agitation pouvaient empêcher l'air d'être aspiré lors de l'ajout de matériaux, réalisant une désaération sous vide en temps réel et complète.
- Contrôle intelligent de la température et du processus: L'équipement était équipé d'un système de contrôle PLC (Programmable Logic Controller) et d'une interface d'opération à écran tactile. Les opérateurs pouvaient définir et surveiller en temps réel les paramètres clés tels que la pression d'homogénéisation, la vitesse d'agitation, la température et le degré de vide. Le système avait également une fonction de mémoire de processus automatique, qui pouvait stocker les paramètres de production de différents produits et garantir la cohérence des processus de production entre les lots.
- Nettoyage facile et conception conforme: Toutes les pièces en contact avec les matériaux étaient fabriquées en acier inoxydable 316L de qualité pharmaceutique, et la cuve interne de l'équipement avait une surface lisse avec une rugosité de Ra ≤ 0,4 μm, ce qui était facile à nettoyer et à éviter les résidus de matériaux. L'équipement était également équipé d'un système de nettoyage CIP (Clean-in-Place), qui pouvait effectuer le processus de nettoyage en 45 minutes sans démonter l'équipement, répondant aux exigences BPF en matière d'hygiène et de propreté.
3.2 Comment il a répondu aux exigences
L'équipement d'émulsification sous vide homogénéisateur sélectionné correspondait parfaitement aux exigences de production du client et a résolu efficacement les défis précédents :
- Répondre aux exigences de finesse de l'émulsion: Grâce au système d'homogénéisation à deux étages, l'équipement pouvait contrôler de manière stable la taille des particules de l'émulsion entre 0,5 et 1,5 micron, ce qui était supérieur à la plage requise par le client de 0,5 à 2 microns. Après les tests, la texture du produit est devenue extrêmement lisse et le taux de retour client dû à la "sensation granuleuse" est tombé à moins de 0,3 %.
- Répondre aux exigences de désaération sous vide: Le système de vide intégré a maintenu un degré de vide élevé tout au long du processus d'émulsification, éliminant complètement les bulles d'air dans le produit. Le taux de produits avec des bulles d'air a été réduit de 12 % (avant) à moins de 0,5 %, et le problème d'oxydation du produit causé par l'air a également été considérablement atténué.
- Répondre aux exigences de capacité de production: L'équipement prenait en charge la production semi-continue. Après avoir optimisé le processus de production, le temps de production par lot a été réduit à 2,5 à 3 heures, et la capacité de production quotidienne d'une seule ligne a atteint 3 500 kg, dépassant l'objectif du client de 3 000 kg. Dans le même temps, la conception intégrée a évité le transfert de matériaux entre les équipements, réduisant ainsi les pertes de matériaux et les risques de contamination.
- Répondre aux exigences de sécurité et de conformité: Le matériau en acier inoxydable 316L de qualité pharmaceutique et la conception conforme aux BPF ont garanti que l'équipement répondait aux normes strictes d'hygiène et de sécurité de l'industrie. Le système de protection de sécurité complet a également efficacement prévenu les accidents de sécurité tels que la surchauffe et la surpression, assurant le bon déroulement du processus de production.
4. Processus de mise en œuvre
4.1 Installation et configuration
L'installation et la configuration de l'équipement d'émulsification sous vide homogénéisateur ont été réalisées par une équipe technique professionnelle du fournisseur de l'équipement, et l'ensemble du processus a pris 14 jours ouvrables. Les étapes spécifiques étaient les suivantes :
- Préparation avant l'installation: Un mois avant l'arrivée de l'équipement, l'équipe technique a effectué des enquêtes sur site avec le client pour confirmer les conditions du site, y compris l'alimentation électrique (380V/50Hz), l'alimentation en eau (pression ≥ 0,3 MPa), le drainage et la ventilation. Ils ont également formulé un plan d'installation détaillé et fourni une formation sur la préparation avant l'installation pour le personnel sur site du client.
- Déchargement et positionnement de l'équipement: Le jour de l'arrivée de l'équipement, l'équipe technique a utilisé un équipement de levage professionnel pour décharger l'équipement et le positionner avec précision conformément au plan d'installation. Ils ont accordé une attention particulière à la planéité de l'équipement pour assurer le fonctionnement stable de la tête d'homogénéisation et du système de vide.
- Raccordement des tuyaux et des câbles électriques: L'équipe technique a raccordé les tuyaux d'entrée et de sortie des matériaux, les tuyaux d'eau de refroidissement et les tuyaux de vide de l'équipement, et a strictement vérifié les performances d'étanchéité de chaque tuyau pour éviter les fuites. Dans le même temps, ils ont terminé les travaux de raccordement électrique, y compris le raccordement de l'alimentation principale, du circuit de commande et du circuit de protection de sécurité, et ont effectué un test complet de sécurité électrique.
- Mise en service et production d'essai: Une fois l'installation terminée, l'équipe technique a effectué une mise en service de 5 jours. Ils ont d'abord testé le fonctionnement de chaque composant, y compris le système d'homogénéisation, le système de vide, le système d'agitation et le système de contrôle de la température, pour s'assurer que tous les paramètres répondaient aux exigences de conception. Ensuite, ils ont utilisé les matières premières réelles du client pour la production d'essai. Pendant la production d'essai, ils ont ajusté à plusieurs reprises des paramètres tels que la pression d'homogénéisation et la vitesse d'agitation, et ont testé la finesse, la teneur en bulles d'air et la stabilité du produit. Enfin, ils ont confirmé que tous les indicateurs répondaient aux exigences du client.
4.2 Formation et familiarisation
Pour garantir que les opérateurs et le personnel de maintenance du client puissent utiliser et entretenir l'équipement avec compétence, le fournisseur a fourni un cours de formation systématique de 7 jours, qui couvrait les contenus suivants :
- Formation théorique: Le formateur a expliqué le principe de fonctionnement de l'équipement d'émulsification sous vide homogénéisateur, la structure et la fonction de chaque composant (tel que la tête d'homogénéisation à deux étages, la pompe à vide et le système de contrôle PLC), les causes courantes des défauts et leurs solutions, et les exigences liées aux BPF dans le processus de production. Les stagiaires étaient tenus de maîtriser les connaissances théoriques et de réussir un test écrit.
- Formation pratique à l'opération: Sous la direction du formateur, chaque opérateur a effectué des opérations pratiques, notamment le réglage des paramètres, l'ajout de matériaux, la surveillance du processus d'homogénéisation, le réglage du degré de vide et le déchargement du produit. Le formateur a corrigé les méthodes d'opération incorrectes en temps réel et a veillé à ce que chaque opérateur puisse effectuer indépendamment l'ensemble du processus de production.
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