1. Einleitung
In Branchen wie der High-End-Kosmetik, Biopharmazie und Präzisionschemie steigt der Bedarf an hochwertigen Flüssigprodukten mit feinen Partikelgrößen, hoher Stabilität und ohne Luftblasen. Die homogenisierende Vakuumemulgieranlage, die Homogenisierung, Emulgierung und Vakuum-Entlüftungsfunktionen integriert, hat sich zu einem Schlüsselgerät zur Erfüllung dieser Anforderungen entwickelt. Sie kann die Probleme ungleichmäßiger Vermischung, Lufteinschluss und schlechter Produktstabilität, die mit herkömmlichen Geräten schwer zu vermeiden sind, effektiv lösen. Dieser Fall konzentriert sich darauf, wie ein Kunde in der [spezifischen Branche, z. B. Herstellung von High-End-Gesichtscremes] Produktionsengpässe durch die Einführung einer homogenisierenden Vakuumemulgieranlage überwinden und umfassende Verbesserungen in Bezug auf Produktqualität, Produktionseffizienz und Kostenkontrolle erzielen konnte.
2. Hintergrund des Projekts
2.1 Projektanforderungen
Der Kunde produziert hauptsächlich [Produkttyp, z. B. Anti-Aging-Gesichtscremes und -seren], die extrem hohe Anforderungen an die Feinheit, Stabilität und das Aussehen der Emulsion stellen. Vor der Einführung der neuen homogenisierenden Vakuumemulgieranlage hatte die Produktionslinie des Kunden folgende klare Anforderungen:
- Emulsionsfeinheit: Die Partikelgröße der Emulsion muss innerhalb von 0,5-2 Mikrometern kontrolliert werden, um sicherzustellen, dass das Produkt eine glatte und zarte Textur hat, ohne dass sich beim Auftragen auf die Haut ein körniges Gefühl ergibt.
- Vakuum-Entlüftung: Das Produkt muss frei von Luftblasen sein. Die Anlage muss während des Emulgierprozesses einen Vakuumgrad von -0,095 MPa bis -0,098 MPa aufrechterhalten, um Luftblasen, die während des Mischens des Materials entstehen, vollständig zu entfernen und Probleme wie Oxidation und eine verkürzte Haltbarkeit des Produkts zu vermeiden.
- Produktionskapazität: Mit der Ausweitung des Marktanteils des Kunden muss die tägliche Produktionskapazität einer einzelnen Produktionslinie mindestens 3.000 kg erreichen, und die Anlage sollte eine kontinuierliche oder halbkontinuierliche Produktion unterstützen, um den Zeitverlust durch Chargenwechsel zu reduzieren.
- Sicherheit und Compliance: Die Anlage muss aus pharmazeutischem 316L-Edelstahl für alle Teile bestehen, die mit Materialien in Kontakt kommen, und internationalen Standards wie GMP (Good Manufacturing Practice) entsprechen. Sie sollte auch mit einem vollständigen Sicherheitsschutzsystem ausgestattet sein, einschließlich Übertemperatur-, Überdruck- und Not-Aus-Funktionen, um die Sicherheit des Produktionsprozesses zu gewährleisten.
2.2 Herausforderungen
Vor der Verwendung der homogenisierenden Vakuumemulgieranlage verließ sich der Kunde auf eine Kombination aus herkömmlichen Hochgeschwindigkeitsrührwerken und separaten Vakuumtanks für die Produktion. Diese Produktionsweise brachte eine Reihe von Problemen mit sich, die die Entwicklung des Unternehmens stark einschränkten:
- Unzureichende Emulsionsfeinheit: Das herkömmliche Hochgeschwindigkeitsrührwerk konnte die Ölphase nur in Partikel mit einer Größe von 5-10 Mikrometern aufbrechen, und die Partikelgrößenverteilung war ungleichmäßig. Einige Produktchargen wiesen sogar Partikel auf, die größer als 15 Mikrometer waren, was zu einer rauen Textur führte. Dies beeinträchtigte nicht nur das Benutzererlebnis, sondern führte auch zu einer Produktretourenquote von 5-8 % aufgrund von Beschwerden über ein „körniges Gefühl“.
- Lufteinschluss: Der separate Vakuumtank konnte während des Emulgierprozesses keine Echtzeit-Vakuum-Entlüftung erreichen. Luftblasen wurden wieder eingeschleust, wenn Materialien vom Rührer in den Vakuumtank überführt wurden, was dazu führte, dass 10-15 % der Produkte sichtbare Luftblasen auf der Oberfläche aufwiesen. Diese Produkte konnten nur nachgearbeitet oder verschrottet werden, was die Produktionskosten erhöhte.
- Geringe Produktionseffizienz: Der traditionelle Produktionsprozess erforderte mehrere Schritte, einschließlich des Mischens des Materials im Rührer, des Transports in den Vakuumtank zur Entlüftung und anschließender Probenentnahme. Jede Produktionscharge dauerte 6-8 Stunden, und die tägliche Produktionskapazität einer einzelnen Linie betrug nur etwa 1.200 kg, was weit davon entfernt war, die Marktnachfrage zu befriedigen. Darüber hinaus erhöhte der Transport von Materialien zwischen den Anlagen das Risiko von Kontamination und Materialverlust.
- Instabile Produktqualität: Aufgrund der inkonsistenten Mischgeschwindigkeit und des Vakuumgrades in verschiedenen Chargen variierte die Stabilität der Emulsion stark. Ungefähr 7-10 % der Produkte wiesen nach 6 Monaten Lagerung eine Schichtung oder Farbveränderung auf, und die Oxidationsrate der Produkte war hoch, was zu einer deutlichen Verkürzung der Haltbarkeit führte.
3. Auswahl der homogenisierenden Vakuumemulgieranlage
3.1 Merkmale und Vorteile der gewählten Anlage
Nach eingehender Marktforschung, dem Vergleich von Produkten verschiedener Anbieter und der Durchführung von Vor-Ort-Produktionstests wählte der Kunde schließlich eine zweistufige homogenisierende Vakuumemulgieranlage. Diese Anlage verfügte über folgende Kernmerkmale und Vorteile:
- Zweistufiges Homogenisierungssystem: Die Anlage war mit einem zweistufigen Homogenisierungskopf ausgestattet. Die erste Stufe verwendete eine Hochdruck-Kolbenpumpe, um einen Druck von bis zu 30 MPa zu erzeugen, der die Ölphase zunächst in kleine Partikel aufbrechen konnte; die zweite Stufe verwendete eine spezielle Stator-Rotor-Struktur, um die Partikel weiter auf eine Größe von 0,3-1 Mikrometer zu verfeinern. Dieses zweistufige Homogenisierungsdesign gewährleistete die Feinheit und Gleichmäßigkeit der Emulsion.
- Integriertes Vakuumsystem: Die Anlage integrierte eine hocheffiziente Vakuumpumpe und einen abgedichteten Emulgierungstank. Während des gesamten Emulgierprozesses konnte der Vakuumgrad stabil bei -0,096 MPa bis -0,098 MPa gehalten werden. Das einzigartige Tankkörperdesign und die Rührstruktur konnten verhindern, dass Luft während der Materialzugabe angesaugt wird, wodurch eine Echtzeit- und gründliche Vakuum-Entlüftung realisiert wurde.
- Intelligente Temperatur- und Prozesskontrolle: Die Anlage war mit einem SPS-Steuerungssystem (Speicherprogrammierbare Steuerung) und einer Touchscreen-Bedienoberfläche ausgestattet. Die Bediener konnten Schlüsselparameter wie Homogenisierungsdruck, Rührgeschwindigkeit, Temperatur und Vakuumgrad in Echtzeit einstellen und überwachen. Das System verfügte auch über eine automatische Prozessspeicherfunktion, die die Produktionsparameter verschiedener Produkte speichern und die Konsistenz der Produktionsprozesse zwischen den Chargen gewährleisten konnte.
- Einfache Reinigung und Compliance-Design: Alle Teile, die mit Materialien in Kontakt kamen, bestanden aus pharmazeutischem 316L-Edelstahl, und der Innentank der Anlage hatte eine glatte Oberfläche mit einer Rauheit von Ra ≤ 0,4 μm, die leicht zu reinigen war und Materialrückstände vermied. Die Anlage war auch mit einem CIP-Reinigungssystem (Clean-in-Place) ausgestattet, das den Reinigungsprozess in 45 Minuten ohne Demontage der Anlage abschließen konnte und die GMP-Anforderungen an Hygiene und Sauberkeit erfüllte.
3.2 Wie es die Anforderungen erfüllte
Die ausgewählte homogenisierende Vakuumemulgieranlage entsprach voll und ganz den Produktionsanforderungen des Kunden und löste die bisherigen Herausforderungen effektiv:
- Erfüllung der Anforderungen an die Emulsionsfeinheit: Durch das zweistufige Homogenisierungssystem konnte die Anlage die Emulsionspartikelgröße stabil innerhalb von 0,5-1,5 Mikrometern kontrollieren, was besser war als der vom Kunden geforderte Bereich von 0,5-2 Mikrometern. Nach dem Test wurde die Produkttextur extrem glatt, und die Kundenretourenquote aufgrund von „körnigem Gefühl“ sank auf weniger als 0,3 %.
- Erfüllung der Anforderungen an die Vakuum-Entlüftung: Das integrierte Vakuumsystem hielt während des gesamten Emulgierprozesses einen hohen Vakuumgrad aufrecht und eliminierte vollständig Luftblasen im Produkt. Die Rate der Produkte mit Luftblasen wurde von 12 % (vorher) auf weniger als 0,5 % reduziert, und das Problem der Produktoxidation durch Luft wurde ebenfalls deutlich reduziert.
- Erfüllung der Anforderungen an die Produktionskapazität: Die Anlage unterstützte die halbkontinuierliche Produktion. Nach der Optimierung des Produktionsprozesses wurde die Produktionszeit pro Charge auf 2,5-3 Stunden verkürzt, und die tägliche Produktionskapazität einer einzelnen Linie erreichte 3.500 kg, was das Ziel des Kunden von 3.000 kg übertraf. Gleichzeitig vermied das integrierte Design den Materialtransfer zwischen den Anlagen, wodurch Materialverluste und Kontaminationsrisiken reduziert wurden.
- Erfüllung der Sicherheits- und Compliance-Anforderungen: Das pharmazeutische 316L-Edelstahlmaterial und das GMP-konforme Design stellten sicher, dass die Anlage die strengen Hygiene- und Sicherheitsstandards der Branche erfüllte. Das vollständige Sicherheitsschutzsystem verhinderte auch effektiv Sicherheitsunfälle wie Übertemperatur und Überdruck und gewährleistete den reibungslosen Ablauf des Produktionsprozesses.
4. Implementierungsprozess
4.1 Installation und Einrichtung
Die Installation und Einrichtung der homogenisierenden Vakuumemulgieranlage wurden von einem professionellen technischen Team des Anlagenlieferanten durchgeführt, und der gesamte Prozess dauerte 14 Arbeitstage. Die spezifischen Schritte waren wie folgt:
- Vorbereitung vor der Installation: Einen Monat vor der Ankunft der Anlage führte das technische Team Vor-Ort-Untersuchungen mit dem Kunden durch, um die Standortbedingungen zu bestätigen, einschließlich Stromversorgung (380 V/50 Hz), Wasserversorgung (Druck ≥ 0,3 MPa), Abwasserentsorgung und Belüftung. Sie formulierten auch einen detaillierten Installationsplan und führten Schulungen zur Vorbereitung vor der Installation für das Personal des Kunden vor Ort durch.
- Entladen und Positionieren der Anlage: Am Tag der Ankunft der Anlage verwendete das technische Team professionelle Hebezeuge, um die Anlage zu entladen und sie gemäß dem Installationsplan genau zu positionieren. Sie achteten besonders auf die Ebenheit der Anlage, um den stabilen Betrieb des Homogenisierungskopfes und des Vakuumsystems zu gewährleisten.
- Rohrleitungs- und Elektroanschluss: Das technische Team schloss die Materialeinlass- und -auslassleitungen, die Kühlwasserleitungen und die Vakuumleitungen der Anlage an und überprüfte die Dichtungsleistung jeder Leitung streng, um Leckagen zu vermeiden. Gleichzeitig führten sie die Elektroanschlussarbeiten durch, einschließlich des Anschlusses der Hauptstromversorgung, des Steuerkreises und des Sicherheitsschutzkreises, und führten einen umfassenden elektrischen Sicherheitstest durch.
- Inbetriebnahme und Probebetrieb: Nach Abschluss der Installation führte das technische Team eine 5-tägige Inbetriebnahme durch. Sie testeten zunächst den Betrieb jeder Komponente, einschließlich des Homogenisierungssystems, des Vakuumsystems, des Rührsystems und des Temperaturregelungssystems, um sicherzustellen, dass alle Parameter den Konstruktionsanforderungen entsprachen. Dann verwendeten sie die tatsächlichen Rohstoffe des Kunden für den Probebetrieb. Während des Probebetriebs passten sie die Parameter wie Homogenisierungsdruck und Rührgeschwindigkeit wiederholt an und testeten die Feinheit, den Luftblasengehalt und die Stabilität des Produkts. Schließlich bestätigten sie, dass alle Indikatoren den Anforderungen des Kunden entsprachen.
4.2 Schulung und Vertrautmachung
Um sicherzustellen, dass die Bediener und Wartungsmitarbeiter des Kunden die Anlage fachgerecht bedienen und warten können, bot der Lieferant einen 7-tägigen systematischen Schulungskurs an, der folgende Inhalte umfasste:
- Theoretische Schulung: Der Schulungsleiter erklärte das Funktionsprinzip der homogenisierenden Vakuumemulgieranlage, die Struktur und Funktion jeder Komponente (wie des zweistufigen Homogenisierungskopfes, der Vakuumpumpe und des SPS-Steuerungssystems), die häufigsten Ursachen für Fehler und deren Lösungen sowie die GMP-bezogenen Anforderungen im Produktionsprozess. Die Teilnehmer mussten das theoretische Wissen beherrschen und einen schriftlichen Test bestehen.
- Praktische Betriebsschulung: Unter Anleitung des Schulungslehrers führten die einzelnen Bediener praktische Arbeiten durch, einschließlich Parametereinstellung, Materialzugabe, Überwachung des Homogenisierungsprozesses, Anpassung des Vakuumgrades und Produktaustrag. Der Lehrer korrigierte falsche Arbeitsweisen in Echtzeit und stellte sicher, dass jeder Bediener den gesamten Produktionsprozess selbstständig abschließen konnte.
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