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液体乳化剤装置応用の実践事例

2025-11-14

1. はじめに

現代の工業生産において、液体製品の品質は、乳化の効率と均一性に大きく左右されます。液体乳化装置は、油と水などの混和しない物質を安定的に混合するための主要な装置として、化粧品、医薬品、食品加工、化学工学などの分野で不可欠な役割を果たしています。本事例では、[特定の業界、例：高級スキンケア製造]のお客様が、高度な液体乳化装置を導入することで、長年の生産上の課題をどのように解決し、最終的に製品品質、生産効率、コスト管理を向上させたかに焦点を当てています。

2. プロジェクトの背景

2.1 プロジェクトの要件

お客様は主に[製品タイプ、例：油中水型エマルジョンスキンケア製品]を製造しており、エマルジョンの粒子径、貯蔵中の安定性、製品のテクスチャの一貫性について厳格な管理が求められています。新しい液体乳化装置を導入する前、お客様の生産ラインには以下の具体的な要件がありました。

乳化の均一性: 製品が滑らかなテクスチャを持ち、使用時に粒状感が目立たないようにするため、エマルジョンの粒子径を1〜5ミクロンに制御する必要があります。

生産能力: 増加する市場需要に対応するため、単一の生産ラインの1日の生産能力は少なくとも5,000リットルに達する必要があり、頻繁なバッチ切り替えを避けるために、装置は連続生産をサポートする必要があります。

製品の安定性: 乳化後のエマルジョンは、通常の保管条件下で12ヶ月間、層状化、析出、または色の変化なしに安定した性能を維持する必要があります。

安全性とコンプライアンス: 装置は、材料汚染を避けるために食品グレードまたは医薬品グレードの材料（316Lステンレス鋼など）で作られており、圧力、温度、電気制御に関する業界の安全基準を満たしている必要があります。

2.2 直面した課題

新しい液体乳化装置を使用する前、お客様は従来の撹拌装置で乳化を行っており、企業の発展を制限する一連の問題が発生していました。

乳化の均一性の悪さ: 従来の装置は単一の撹拌パドルを使用していたため、油相を小さな液滴に完全に分解することができませんでした。生成されたエマルジョンの粒子径は8〜15ミクロンの範囲であることが多く、一部のバッチでは20ミクロンを超えることさえありました。これにより、製品のテクスチャが粗くなるだけでなく、「塗布ムラ」に関する顧客からの苦情も発生しました。

低い生産効率: 従来の装置はバッチ生産方式を採用していました。各バッチの乳化には4〜5時間（加熱、撹拌、冷却、サンプリング検査を含む）かかり、1日の生産能力は約2,000リットルに過ぎず、市場の需要を満たすには程遠いものでした。さらに、各バッチの後、装置を徹底的に洗浄する必要があり、さらに1〜2時間かかり、有効な生産時間がさらに短縮されました。

不安定な製品品質: 従来の装置の撹拌速度と温度制御が不均一であったため、異なるバッチ間のエマルジョンの安定性に大きな差がありました。約5〜8％の製品が6〜8ヶ月の保管後に層状化を起こし、製品の廃棄とコスト損失の増加につながりました。

高いエネルギー消費と材料の無駄: 従来の装置は、撹拌速度を維持するために高い電力を必要とし、製品1トンあたりのエネルギー消費量は120 kWhに達しました。同時に、乳化効果が低いため、一部の原料が完全に混合および反応せず、約3〜5％の材料の無駄が発生しました。

3. 液体乳化装置の選定

3.1 選定された装置の特徴と利点

市場に関する詳細な調査と、複数回の現場検査とテストの後、お客様は最終的に二重軸せん断液体乳化装置を選択しました。この装置には、以下の主な特徴と利点がありました。

二重軸せん断構造: この装置には、高速せん断ローターと低速撹拌パドルが装備されていました。高速せん断ローターは最大10,000 rpmのせん断力を発生させ、油相を小さな液滴に効果的に分解できます。低速撹拌パドルは、タンク内の材料の均一な循環を確保し、局所的な過熱や不十分な乳化を回避できます。

精密な温度と圧力制御: この装置には、多点温度センサーと自動圧力制御システムが装備されていました。温度制御範囲は0〜150℃で、誤差は±0.5℃であり、圧力は0.1〜0.3 MPaに維持できるため、乳化反応が安定したプロセス条件下で行われることが保証されます。

食品グレードの材料と簡単な洗浄: 内槽と材料と接触するすべての部品は316Lステンレス鋼で作られており、優れた耐食性を持ち、高温で滅菌できます。さらに、装置はCIP（Clean-in-Place）洗浄システムで設計されており、分解することなく30分で洗浄プロセスを完了できるため、労働強度と洗浄時間を削減できます。

インテリジェント制御とデータ記録: この装置には、撹拌速度、温度、時間などのパラメータを設定および調整できるタッチスクリーン制御システムが装備されていました。同時に、生産データ（温度、圧力、時間、出力など）を自動的に記録し、レポートを生成できるため、お客様は生産プロセスを追跡し、業界の品質管理要件を満たすのに便利です。

3.2 要件への適合方法

選定された液体乳化装置は、お客様の生産要件を完全に満たし、以前の課題を解決しました。

乳化の均一性要件への適合: 高速せん断ローターを通じて、装置はエマルジョンの粒子径を1〜3ミクロンに安定的に制御でき、お客様が要求する1〜5ミクロンよりも優れていました。テスト後、製品のテクスチャは大幅に滑らかになり、「粒状感」に関連する顧客からの苦情率は0.5％未満に低下しました。

生産能力要件への適合: 装置は連続生産をサポートしていました。プロセスを最適化した後、製品1トンあたりの乳化時間は1.5時間に短縮され、単一の生産ラインの1日の生産能力は6,000リットルに達し、お客様の目標である5,000リットルを超えました。さらに、CIP洗浄システムにより洗浄時間が70％削減され、有効な生産時間がさらに向上しました。

製品の安定性要件への適合: 精密な温度と圧力制御システムにより、異なるバッチ間の乳化プロセスの一貫性が確保されました。12ヶ月間の保管テスト後、製品の層状化率は0.3％未満に減少し、お客様の安定性要件を完全に満たしました。

安全性とコンプライアンス要件への適合: 316Lステンレス鋼材料と厳格な品質検査により、装置が業界の安全性と衛生基準を満たしていることが保証されました。データ記録機能は、お客様が関連規制当局の年次品質監査をスムーズに通過するのにも役立ちました。

4. 実装プロセス

4.1 設置とセットアップ

液体乳化装置の設置とセットアップは、装置サプライヤーから派遣された専門技術チームによって完了し、全プロセスに10営業日かかりました。

設置前の準備: 装置が到着する前に、技術チームはお客様と事前に連絡を取り、現場の状況（スペースサイズ、電源、給水、排水など）を確認し、詳細な設置計画を作成しました。同時に、お客様は設置作業に協力するために2人のフルタイムの技術者を配置しました。

装置の設置: 装置が到着した日に、技術チームはまず装置と付属品の完全性を確認し、次に吊り上げ、位置決め、パイプライン接続を行いました。設置プロセス中、チームはタンク本体のシール性能と回転部品の位置合わせに特に注意を払い、運転中の油漏れや異常なノイズを回避しました。

試運転とテスト: 設置が完了した後、技術チームは3日間の試運転作業を行いました。まず、電気システム、加熱システム、冷却システムをテストして、各コンポーネントが正常に動作することを確認しました。次に、お客様の実際の原料を使用して試作を行いました。試作中、撹拌速度、温度、乳化時間などのパラメータを繰り返し調整し、エマルジョンの粒子径、テクスチャ、安定性がすべてお客様の要件を満たすまで調整しました。

4.2 トレーニングと習熟

お客様のオペレーターが装置を正しく使用および保守できるようにするため、サプライヤーは5日間のトレーニングコースを提供し、以下が含まれていました。

理論トレーニング: トレーニング教師は、液体乳化装置の動作原理、各コンポーネントの機能、一般的な故障の原因と解決策、および安全な操作手順を説明しました。オペレーターは、乳化プロセスと装置制御の基本的な知識を習得する必要がありました。

実地操作トレーニング: トレーニング教師の指導の下、各オペレーターは、パラメータ設定、原料供給、乳化プロセス監視、装置洗浄などの実地操作を行いました。教師は、誤った操作方法を適時に修正し、各オペレーターが装置を独立して操作できるようにしました。

メンテナンス研修: トレーニングには、回転部品の潤滑の確認、フィルターの清掃、温度センサーの校正などの日常的なメンテナンス作業も含まれていました。オペレーターは、音、温度、その他の信号を通じて装置の異常状態を判断する方法、および故障が発生した場合の緊急措置を講じる方法を教えられました。

トレーニング後、サプライヤーはオペレーターの評価を実施しました。8人すべてのオペレーターが評価に合格し、装置を操作するための資格証明書を取得しました。

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