Anwendungsbeispiel für Hochgeschwindigkeits-Scher-Mischemulgierer
In der großtechnischen Herstellung von Flüssigprodukten ist der Scher-Misch- und Emulgierungsprozess ein Kernschritt, der sich direkt auf die Produktqualität, -stabilität und -haltbarkeit auswirkt. Eine Produktionsstätte, die sich auf Flüssigprodukte und deren Derivate spezialisiert hat, stand einst vor anhaltenden Herausforderungen in ihrem Scher-Emulgierungsbereich, was die Produktionseffizienz und die Produktkonsistenz einschränkte. Die Einführung von Hochgeschwindigkeits-Scher-Mischemulgierern hat diese Probleme effektiv angegangen und zu spürbaren Verbesserungen der Produktionsleistung und Produktqualität geführt.
Hintergrund und Herausforderungen
Die Anlage betrieb zwei Sätze von Scher-Emulgierungsanlagen mit einer Tagesleistung von 240 bis 360 Tonnen, die 20 Stunden am Tag kontinuierlich liefen, um die Marktnachfrage zu befriedigen. Vor der Aufrüstung der Geräte wiesen die vorhandenen Emulgierer folgende Probleme auf:
- Unzureichende Scher-Emulgierungseffizienz: Die traditionellen Geräte konnten dispergierte Partikel und Agglomerate in den Rohmaterialien nicht vollständig aufbrechen, was zu einer ungleichmäßigen Partikelgrößenverteilung führte. Die durchschnittliche Partikelgröße lag bei 3-5 μm, was zu einem deutlichen Schichtungseffekt in den Produkten während der Niedertemperaturlagerung führte, mit einer Trennungsrate von bis zu 8 % innerhalb von 7 Tagen.
- Hoher Energieverbrauch und häufige Wartung: Die Geräte arbeiteten mit einer festen Geschwindigkeit ohne adaptive Anpassung an die Viskosität des Rohmaterials, wodurch übermäßig viel Strom verbraucht wurde. Das Schmierölwechselintervall betrug nur 1.250 Betriebsstunden, was häufige Abschaltungen für die Wartung erforderte und die gesamte Produktionsverfügbarkeit auf etwa 85 % reduzierte.
- Schlechte Produktstabilität: Aufgrund unzureichender Scher-Mischung und Emulgierung zeigten die sensorischen Eigenschaften der Produkte erhebliche Unterschiede von Charge zu Charge, einschließlich inkonsistenter Textur und Gleichmäßigkeit. Die Qualifizierungsrate der Fertigprodukte lag bei 88-90 %.
- Risiken der Hygieneeinhaltung: Der Gerätehohlraum wies strukturelle Toträume auf, die schwer zu reinigen waren, und Restmaterialien verursachten leicht mikrobielle Kontaminationen. Die GMP- und GB 14881-2013-Hygienevorschriften wurden nicht vollständig erfüllt, was zusätzliche manuelle Reinigungsverfahren erforderte, die die Arbeitskosten erhöhten.
Geräteauswahl und technische Konfiguration
Um diese Probleme zu lösen, wählte die Anlage Hochgeschwindigkeits-Scher-Mischemulgierer mit modularem Design, die fortschrittliche Technologien integrieren, um ihren Produktionsanforderungen gerecht zu werden. Die wichtigsten technischen Konfigurationen sind wie folgt:
- Mehrstufige Stator-Rotor-Scherstruktur: Verwendung eines dreistufigen Verbundstator-Rotor-Designs mit einem einstellbaren Spalt von 0,05-0,2 mm. Die Rotorgeschwindigkeit kann durch Frequenzumwandlungstechnologie kontinuierlich im Bereich von 500-15.000 U/min eingestellt werden, wodurch eine Schergeschwindigkeit von bis zu 80.000 s⁻¹ erzeugt wird, die agglomerierte Partikel effektiv aufbricht und die Mischgleichmäßigkeit verbessert.
- Ummanteltes Temperaturkontrollsystem: Der Gerätehohlraum ist mit einer ummantelten Temperaturkontrollstruktur ausgestattet, die eine präzise Temperaturkontrolle zwischen 0-120℃ mit einem Schwankungsbereich von ±1,5℃ ermöglicht. Dies vermeidet einen übermäßigen Temperaturanstieg während des Hochgeschwindigkeitsscherens und schützt wärmeempfindliche Komponenten in den Rohmaterialien.
- Hygienische Konstruktion: Der Hohlraum besteht aus Edelstahl 316L mit einer spiegelpolierten Oberfläche, wodurch eine Oberflächenrauheit Ra ≤ 0,8 μm erreicht wird. Er verwendet eine schnell zerlegbare Struktur ohne Toträume, die eine vollständige Reinigung innerhalb von 5 Minuten ermöglicht und CIP/SIP-Reinigungssysteme unterstützt, um strenge Hygieneanforderungen zu erfüllen.
- Intelligente Steuerung und Schutz: Ausgestattet mit einem intelligenten Drehmomentsensor und einem Regelkreis, kann die Drehzahl automatisch an die Viskositätsänderung der Materialien angepasst werden, wodurch Überlastungsrisiken vermieden werden. Die doppelte Gleitringdichtung verhindert Materialaustritt und gewährleistet einen sicheren Betrieb.
- Schmierungsoptimierung: Passend zu H1-Schmieröl in Lebensmittelqualität, das ungiftig und mit den Produktionsanforderungen kompatibel ist. Es hat eine ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit, wodurch das Schmierölwechselintervall verlängert wird.
Umsetzungseffekt und Datenanalyse
Nach fünf Monaten Probebetrieb und Optimierung erzielten die Hochgeschwindigkeits-Scher-Mischemulgierer signifikante Verbesserungen in Bezug auf Produktionseffizienz, Produktqualität und Betriebskostenkontrolle. Die spezifischen Daten sind wie folgt:
1. Verbesserung der Produktqualität
Der Scher-Emulgierungseffekt wurde deutlich verbessert, wobei die durchschnittliche Partikelgröße der Materialien auf 0,5-1 μm reduziert und der Polydispersitätsindex (PDI) unter 0,15 gehalten wurde. Die Schichttrennungsrate der Produkte während der Niedertemperaturlagerung wurde innerhalb von 30 Tagen auf weniger als 1 % reduziert, und die Emulsionsstabilität wurde stark verbessert. Die Konsistenz der sensorischen Qualität der Chargen wurde deutlich verbessert, wobei die Qualifizierungsrate der Fertigprodukte von 88-90 % auf 99,5 % stieg.
2. Energieverbrauch und Wartungsoptimierung
Die Frequenzumwandlungsgeschwindigkeitsregelung und die effiziente Scherstruktur reduzierten den Energieverbrauch pro Einheit um etwa 5 %, wodurch jährlich 55 MWh Strom eingespart und 33 Tonnen CO₂-Emissionen reduziert wurden. Das Schmierölwechselintervall wurde von 1.250 Betriebsstunden auf 9.000 Betriebsstunden verlängert, was etwa drei Jahren Dauerbetrieb unter täglichen Arbeitsbedingungen entspricht. Dies reduzierte nicht nur die Kosten für Schmieröl und Wartungsarbeiten, sondern erhöhte auch die Geräteverfügbarkeit auf 96 %.
3. Produktionseffizienz und Bedienkomfort
Die Hochgeschwindigkeitsscherung verkürzte die Einzelchargen-Emulgierungszeit von 30 Minuten auf 15 Minuten, wodurch die Gesamtproduktionskapazität um 30 % erhöht wurde. Das intelligente Steuerungssystem realisierte den automatischen Betrieb, wodurch manuelle Eingriffe und Bedienungsfehler reduziert wurden. Die schnell zerlegbare und leicht zu reinigende Struktur reduzierte die Reinigungszeit um 60 %, wodurch die Kontinuität der Produktion gewährleistet und das Risiko einer Kreuzkontamination verringert wurde.
4. Verbesserung der Hygieneeinhaltung
Das Design des Hohlraums ohne Toträume und das lebensmittelechte Schmieröl erfüllten die Anforderungen der GMP- und GB 14881-2013-Standards vollständig. Mikrobielle Untersuchungsergebnisse zeigten, dass die Gesamtkeimzahl in den Produkten auf einem niedrigen Niveau stabil blieb, wodurch Risiken der Hygieneeinhaltung beseitigt und die Kosten für Nacharbeiten aufgrund von Kontamination reduziert wurden.
Zusammenfassung
Die Anwendung von Hochgeschwindigkeits-Scher-Mischemulgierern hat die langjährigen Probleme im Scher-Emulgierungsbereich der Produktionsstätte grundlegend gelöst. Durch die Optimierung des Scher-Emulgierungseffekts, die Reduzierung des Energieverbrauchs und der Wartungskosten sowie die Verbesserung der Produktstabilität und der Hygieneeinhaltung hat sie eine solide Grundlage für die nachhaltige Entwicklung der Produktion geschaffen. Das modulare Design und die intelligente Steuerung der Geräte bieten auch Flexibilität für zukünftige Produktionserweiterungen und Produktverbesserungen und passen sich den sich ändernden Marktanforderungen an Produktqualität und -sicherheit an.
In der praktischen Produktion hängt die Leistung von Hochgeschwindigkeits-Scher-Mischemulgierern eng mit den Materialeigenschaften, den Prozessparametern und dem Betriebsmanagement zusammen. Durch die kontinuierliche Optimierung der passenden Parameter und die standardisierte Wartung kann das Gerät eine größere Rolle bei der Verbesserung der Produktionseffizienz und der Produktqualität spielen und mehr Wert für die Produktionsstätte schaffen.
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