Fallstudie: Vakuum-Emulgator für den Außenverkehr bei der Herstellung von Kosmetikcremes
In der Kosmetikindustrie erfordern hochwertige Cremes und emulgierte Produkte eine strenge Kontrolle der Texturgleichheit, der Partikelgrößenverteilung, der Emulgationsstabilität und des bubbelfreien Erscheinungsbildes.Die herkömmliche Emulifizierungsanlage mit innerer Zirkulation hat häufig Probleme mit einer unzureichenden Materialzirkulation, ungleichmäßige Scherkraftverteilung und Restluftblasen in der Großserienproduktion, was zu einer inkonsistenten Produktqualität und einer begrenzten Produktionseffizienz führt.Diese Fallstudie beschreibt detailliert, wie ein Vakuum-Emulgator mit externer Zirkulation diese Kernprobleme bei der groß angelegten Herstellung von kosmetischen Cremes bewältigte, optimierte Produktionsprozesse und eine verbesserte Produktkonsistenz, die objektiv ohne Werbesprache präsentiert werden und die Industriestandards und regulatorischen Anforderungen erfüllen.
1Hintergrund und Herausforderungen der Produktion
Die Produktionsstätte konzentriert sich auf die großflächige Herstellung von Kosmetikcremes, einschließlich Feuchtigkeitscremes, Anti-Aging-Cremes und Sonnencremes.die Anlage verwendete herkömmliche Vakuumemulgatoren mit innerer Zirkulation, was nach einer langfristigen Massenproduktion anhaltende Probleme hervorrief und die Qualitätsstabilität und Skalierbarkeit der Produktion behinderte.
Erstens waren die Einheitlichkeit der Emulgation und die Partikelgrößenkontrolle unterdurchschnittlich.die zu einer ungleichmäßigen Verteilung der Scherkraft innerhalb der Mischkammer führtDies führte zu inkonsistenten Partikelgrößen (durchschnittlich 10-15 μm) und sichtbaren Agglomeraten in einigen Chargen, was zu einer körnigen Textur und einem schlechten Hautgefühl der fertigen Cremes führte.Variation der Partikelgrößenverteilung von Charge zu Charge (Spanwert > 1).2) auch die Wirksamkeit des Produkts und die Nutzererfahrung beeinflussten.
Zweitens waren Rückstände von Luftblasen und oxidativer Abbau wiederkehrende Probleme.die zu Oberflächenporosität und Blasenbildung in den Fertigprodukten führt. Darüber hinaus wurden empfindliche Inhaltsstoffe (z. B. Pflanzenextrakte, Vitamin E) durch eine unzureichende Vakuumretention während der Emulgierung Sauerstoff ausgesetzt,Beschleunigung des oxidativen Abbaus und Verkürzung der Haltbarkeit des Produkts.
Drittens waren die Produktionseffizienz und die Skalierbarkeit begrenzt.und die Konstruktion der Kammer beschränkte die effektive Kapazitätsauslastung (nur 60-70% des Nennvolumens)Die häufige manuelle Eingriffe zur Anpassung der Materialzirkulation erhöhen die Arbeitsintensität und die Variation der Chargen weiter.Die Schwierigkeiten der Geräte bei der Reinigung schwer zugänglicher Bereiche des inneren Kreislaufweges haben zu einem Kreuzkontaminationsrisiko zwischen verschiedenen Formulierungen geführt..
Um diese Probleme zu lösen, suchte die Anlage nach einer Emulgationslösung, die eine präzise Partikelgrößenkontrolle (≤ 5 μm), eine vollständige Luftblasenabfertigung, eine effiziente Großserienverarbeitung,und die Einhaltung der hygienischen Normen der Kosmetikindustrie (GMP)Nach rigorosen Pilotversuchen und technischen Auswertungen verschiedener EmulgationsmitteltypenFür die Integration in die Produktionslinie wurde ein Vakuum-Emulgator mit externer Zirkulation mit individuellen Parametern ausgewählt..
2Auswahl der Ausrüstung und technische Anpassung
In Anbetracht der Anforderungen an die Herstellung von Kosmetikcremes mit hoher Viskosität (8.000-80.000 mPas), großer Chargenkapazität (1.000 L pro Charge) und strengen Texturnormenund Sauerstoffempfindlichkeit der ausgewählte Vakuumemulgator für den Außenverkehr wurde auf die Einschränkungen traditioneller Geräte zugeschnittenDie wichtigsten technischen Merkmale und Anpassungen sind folgende:
Zentrales äußeres Kreislaufsystem
Die Ausrüstung verfügt über eine spezielle Anlage für die Außenzirkulation.Anschluss der Unterseite der Mischkammer an eine hocheffiziente Homogenisierungseinheit und Rückführung von Materialien an die Oberseite der KammerDiese Struktur ermöglicht eine erzwungene Zirkulation der Materialien durch den Homogenisierer mit einer Durchflussgeschwindigkeit von 8-10 m3/h und sorgt dafür, daß alle Materialien wiederholt durch die Scherezone gelangen (6-8 Zyklen pro Charge)..Im Gegensatz zu Systemen mit innerer Zirkulation eliminiert die äußere Konstruktion das tote Volumen und sorgt für eine gleichmäßige Anwendung der Scherkraft über das gesamte Materialvolumen.Lösung des Problems der ungleichmäßigen Emulgation.
Homogenisierung und Scherenleistung
Die homogenisierende Einheit verfügt über eine zweistufige Rotor-Stator-Struktur mit einer maximalen Drehgeschwindigkeit von 12.000 U/min und einer linearen Geschwindigkeit von 45 m/s. Die verstellbare Rotor-Stator-Lücke (0,1-0.3 mm) erzeugt starkes Scheren, Kavitation und Turbulenzen, die Öltropfen und feste Partikel effektiv in Mikrodispersionen (2-4 μm) zerlegen.Ein 45 kW VFD-Motor ermöglicht eine schrittlose Drehzahlregelung (1,500-12.000 U/min), wodurch das technische Team die Scherintensität auf verschiedene Creme-Formulierungen anpassen kann, ohne hitzeempfindliche Inhaltsstoffe zu beschädigen.
Vakuum- und Dichtungsbau
Das integrierte Vakuumsystem mit hohem Wirkungsgrad gewährleistet einen stabilen Vakuumgrad von -0,096 bis -0,098 MPa während des gesamten Produktionsprozesses, einschließlich der äußeren Zirkulation.Der gesamte Kreislaufweg von der Kammer zum Homogenisierer und zurück ist vollständig mit doppelten mechanischen Dichtungen und Lebensmittelfluorgummi-Dichtungen versiegeltDiese Konstruktion sorgt für eine gründliche Entlüftung während des Kreislaufs, beseitigt Restblasen und minimiert den oxidativen Abbau der Wirkstoffe.
Material- und Hygienevorschriften
Alle mit dem Erzeugnis in Berührung kommenden Bauteile, einschließlich der Mischkammer, der Außenzirkulation und des Homogenisierungskopfes, sind aus 316L Edelstahl gefertigt.Die Oberflächen werden einer elektrolytischen Polierbehandlung unterzogen, um eine Rauheit Ra ≤ 0 zu erreichen.Die Ausrüstung unterstützt CIP- (Clean-in-Place) Operationen mit in der Kammer installierten Hochdruckreinigungsdüsen, Zirkulationsleitungen,und homogenisierende Einheit, die eine gründliche Reinigung aller Berührungsflächen ermöglicht und die Anforderungen der GMP-Hygiene erfüllt.
Temperaturkontrolle und Automatisierung
Eine mit einem PID-Temperaturregelungssystem versehene Vermischkammer regelt die Verarbeitungstemperaturen zwischen 20-80 °C mit einer Genauigkeit von ±1 °C und unterstützt sowohl Heiz- als auch Kühlfunktionen.Dies verhindert die thermische Denaturierung empfindlicher Inhaltsstoffe und sorgt für eine stabile EmulgationsmatrixbildungDie Ausrüstung ist mit einem PLC-Touchscreen-Steuerungssystem ausgestattet, das die Überwachung und Anpassung wichtiger Parameter in Echtzeit ermöglicht (Homogenisierungsgeschwindigkeit, Durchflussrate, Vakuumgrad,Temperatur)Das System speichert bis zu 50 Formulierungsprofile und ermöglicht so ein einfaches Batchwechsel und eine automatische Datenerfassung zur Rückverfolgbarkeit.
3. Umsetzung und Prozessoptimierung
Vor der vollständigen Produktion führte das technische Team mehrfache Pilotversuche durch, um die Prozessparameter für drei Kerncremeformulationen zu optimieren:Anti-Aging-Creme mit Wasser in Öl (W/O)Das Hauptziel bestand darin, die optimale Kombination von Außenzirkulationsdurchfluss, Homogenisierungsgeschwindigkeit, Vakuumniveau,und Verarbeitungszeit, um die Zielpartikelgröße zu erreichen, Emulgationsstabilität und Textur.
Die Pilotversuchergebnisse ergaben für die Formulierung spezifische optimale Parameter: Für O/W-Fütterungscreme eine externe Durchflussrate von 9 m3/h, Homogenisierungsgeschwindigkeit von 10.000 U/min,Verarbeitungstemperatur von 40°C, und eine 30-minütige Emulgationszeit (unter -0,097 MPa Vakuum) erreichten eine gleichmäßige Partikelgrößenverteilung (2-3 μm, Spanwert ≤0,8) und eine glatte Textur.mit einem Durchfluss von weniger als 7 m3/h, eine höhere Homogenisierungsgeschwindigkeit von 11.000 U/min und eine verlängerte Vakuumhaltezeit (10 Minuten nach der Emulgierung) eliminierten Restblasen und gewährleisteten eine gleichbleibende Wirksamkeit des SPF.Für W/O Anti-Aging-Creme mit Pflanzenextrakten, eine niedrigere Temperatur (35°C) und eine intermittierende Homogenisierung (5 Minuten eingeschaltet, 2 Minuten ausgeschaltet) behielten die Wirksamkeit der Zutat bei, wobei die Emulgationsstabilität beibehalten wurde.
Auf der Grundlage dieser Ergebnisse wurde die Produktionslinie neu konfiguriert, um den Vakuum-Emulgator mit externer Zirkulation in einen geschlossenen Arbeitskreislauf zu integrieren.
- Vorverarbeitungsrohstoffe (Schmelze von Ölphasenbestandteilen, Wasserlösliche Hilfsstoffe, Filterextrakte) und Vorwärme auf die angegebene Temperatur.
- Übertragen Sie vorverarbeitete Materialien über geschlossene Rohrleitungen in die 1.000-Liter-Kammer nach der optimierten Phasezufügung (zuerst Ölphase, dann Wasserphase), um die Luftbindung zu minimieren.
- Aktivieren Sie das Vakuumsystem, um den Zielgrad (-0,096 bis -0,098 MPa) zu erreichen, und starten Sie die Außenzirkulationspumpe, um den Stoffkreislauf zu starten.
- Der Homogenisierer wird bei der vorgegebenen Drehzahl aktiviert, so dass die Materialien während der angegebenen Emulgationszeit wiederholt durch die Scherezone zirkulieren.
- Die Temperatur wird über das Verkleidungssystem stabil gehalten und die Creme dann auf 25°C abkühlt, während die Zirkulation fortgesetzt wird, um eine gleichmäßige Abkühlung zu gewährleisten.
- Die Vakuumhaltezeit wird um 5-10 Minuten verlängert, um die übrigen Blasen zu entfernen, und die Zirkulation und Homogenisierung wird dann gestoppt.
- Die fertige Sahne wird über geschlossene Rohrleitungen in die nachgelagerte Füllvorrichtung abgefüllt und damit der Produktionszyklus abgeschlossen.
Durch dieses optimierte Verfahren wurde das manuelle Rühren und die Entlüftung nach der Emulgierung eliminiert und alle Schlüsselvorgänge in einen einzigen automatisierten Arbeitsablauf integriert.Die Reinigungsvalidierung bestätigte, dass die Konstruktion der Außenzirkulation, kombiniert mit CIP-Systemen, effizient entfernt Restmaterialien ohne nachweisbare Schadstoffe (Erkennungsgrenze: 0,1 μg/cm2) zwischen den Chargen.
4- Anwendungsergebnisse und Leistungsverbesserungen
Nach der formalen Inbetriebnahme des Vakuumemulgatoren für den Außenverkehr erzielte die Anlage messbare Verbesserungen in Bezug auf die Produktqualität, die Produktionseffizienz,Bei allen Formulierungen von Cremes werden gleichbleibende Ergebnisse erzielt.:
Verbesserung der Produktqualität
Die Partikelgrößenkontrolle wurde drastisch verbessert: Die durchschnittliche Partikelgröße wurde bei 2-4 μm stabilisiert, mit einem Spanwert ≤ 0.9Die Stabilität der Emulgation wurde verbessert.Alle Produkte wurden sechs Monate lang bei beschleunigter Stabilitätsprüfung (40°C±2°C) bestanden.relative Luftfeuchtigkeit 75% ± 5%) ohne Phasentrennung oder TexturänderungenDie übrigen Luftblasen wurden vollständig beseitigt, wodurch das Erscheinungsbild des Produkts verbessert wurde (einheitlicher Glanz, keine Porosität) und die Haltbarkeit um 30% verlängert wurde, da der oxidative Abbau der Wirkstoffe reduziert wurde.Die Konsistenz von Charge zu Charge wurde deutlich verbessert., wobei die wichtigsten Qualitätsindikatoren (Viskosität, Partikelgröße, pH-Wert) innerhalb von ± 3% schwanken, eine deutliche Verbesserung gegenüber der vorherigen Variation von ± 8%.
Optimierung der Produktionseffizienz
Der Zyklus der Chargenverarbeitung wurde von 45 Minuten auf 30 Minuten verkürzt - eine Verringerung um 33% -, wodurch das Werk das tägliche Produktionsvolumen von 8 Chargen auf 12 Chargen (1.000 L pro Charge) erhöhen konnte.Durch die Konstruktion des Außenverkehrs konnte die effektive Kapazitätsauslastung auf 85% des Nennvolumens erhöht werden.Das automatisierte Steuerungssystem reduzierte den manuellen Eingriff, da jeder Bediener zwei Produktionslinien gleichzeitig überwachen konnte.Verringerung der Arbeitsintensität um 40%Die Zeit für den Wechsel der Formulierung wurde ebenfalls von 2 Stunden auf 45 Minuten reduziert, was eine flexible Produktion ermöglicht.
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