高切断率の混合,分散,エムルジ化装置の適用事例
複雑な多相材料 (固体粉末,油相,水相および補助剤を含む) の生産において,混合の統合,分散とエミュルジ化プロセスは,製品の均一性を確保するための鍵です半固体製品と液体製品の製造に従事する生産施設は,かつて材料の組み合わせ加工で深刻なボトルネックに直面していました.伝統的な多機器分割加工モードは,生産効率が低下しました高切断率の混合,分散,乳化装置を導入した後,工場はこれらの問題を根本的に解決し,生産パフォーマンスの著しい改善を達成しました製品の一貫性とコスト管理
バックグラウンドとアップグレード前の課題
工場は主に多元部品製品を生産し,日産量は200~300トンです.粒子の大きさの分布とエミュルション安定性の厳格な制御を必要とするアプリケーションをカバーする設備のアップグレードの前に,施設は分割加工モードを採用しました. 予備混合のために共通のミキサー,固体粉末分散のために分散機を使用し,油水相エムルジ化のための単機能エムルジ化剤この3段階の分割プロセスは,生産サイクルを延長するだけでなく,いくつかの重要な問題を引き起こしました.
- 混合,分散,乳化効果の統合が不十分■ 異なる機器の協調性がないため,材料は各加工リンクで均一な状態に達することができなかった.固体粉末聚合物 (初期粒子の大きさ40〜80μm) は完全に分解されていない分散中に,粒子は液体相に不均分に分布し,その後の乳化過程では,油水相と分散した固体粒子が完全に融合できなかった..最終製品は平均粒子の大きさは5〜10μmで,油と水の分離率は30日間の保管後に10〜13%に達し,製品の使用性に深刻な影響を与えた.
- 長い生産サイクルと低効率: 分割プロセスでは,異なる機器の間に材料を繰り返し転送する必要があり,各転送プロセスは15〜20分かかりました.単一 批量 (5 トン) の 総 処理 時間 は 60-70 分 でし た.処理間の待機時間により,設備の利用率はわずか75%でした. さらに,転送プロセスにより材料損失 (損失率2-3%),原材料の消費を増やす.
- 大量に質変動する: 分割処理モードは,異なる機器のパラメータを調整するために手動操作に依存し,混合のパラメータマッチング,分散とエムルジ化リンクを標準化するのは困難でした主要な品質指標 (粒子の大きさ分布,粘度,安定性) のバリア系数 (CV) は,16~22%に達した.生産品の合格率は 83~86%生産コストを増加させるため,多くの不合格製品が再加工または廃棄される必要がありました.
- 高エネルギー消費と維持コスト■ 3つの装置が同時に動作し,平均日用電力の消費量は380kWhでした.各装置には独立した脆弱な部品 (ミキサーの刃,分散ディスク,エミュルファイヤーステータル・ローター)メンテナンスのコストは月額約9000元で,メンテナンスの故障時間は月間に8〜10時間に達した.
- 輸送中に物質汚染のリスク: 材料の転送プロセスは,パイプライン,バルブ,転送容器との接触を必要とし,これらの部品の死角は徹底的に清掃することが困難でした.前回のバッチからの残留物質は,次の物質を汚染する可能性があります.特に高衛生要求の製品では 汚染による不合格製品の危険性が高まりました
機器の選択とコア構成
上記の問題を解決するために,工場は伝統的なスプリット加工モードを放棄し,統合機能を持つ高切断混合,分散,乳化装置を選択しました.混合装置を組み込みます分散とエムルジ化が1つのユニットに組み合わされ,転送なしで材料のワンストップ加工を実現します.そのコア構成と技術的特徴は,分割処理の痛みを解決するために設計されています基本構成は以下のとおりです
1統合多機能作業ヘッド
装置は3つの機能モジュールを統合した組合せ作業頭構造を採用する.高速分散ディスク,多段階切断ステータル・ローターそして3次元混合パッド散布ディスク (直径220mm) は800~3500rpmの速度で回転し,固体粉末の大きな集積物を迅速に分解することができる.06-0.2 mm) は,速度範囲が3000~12000rpmで,切断速度は最大80,000s−1で,油水相の完全な融合と微粒子のさらなる精製を実現する.三次元混合パッド (速度 50~200rpm) は,タンク内の材料の全体的な均一性を確保し,局所的な処理不足を回避します.すべての機能モジュールは,316Lステンレス製で鏡磨き処理 (表面粗さRa ≤ 0.8μm) で作られており,耐腐蝕性があり,清掃が簡単です.
2精密なパラメータ制御システム
装置は,タッチスクリーン操作インターフェースを持つPLCインテリジェント制御システムで装備されており,混合速度,分散速度,エムルジ化速度処理時間と材料温度.速度制御精度は±10rpm,時間制御精度は±1秒,温度制御範囲は0〜100°C (変動精度は±1.5°C).プロセスのパラメータの80セットのストレージをサポートします.異なる製品やバッチのパラメータ設定を標準化し,手動操作による品質変動を回避できます.処理プロセス中にパラメータ曲線を自動的に記録することができますプロセス最適化と品質追跡のための信頼できるデータサポートを提供します.
3材料の移転なしの閉ざされたタンク構造
装置は,密閉垂直タンク構造で,容量は5000L (作業容量は4000L) で,すべての混合プロセスを完了できます.物質の移転なしに同じタンクで分散とエミュルジ化タンクボディは,プロセス要件に応じて材料の加熱または冷却を実現できるジャケット温度制御装置を装備しています.高速切削と分散中に温度上昇による材料の劣化を避けるタンクの蓋は水力圧で上げられ,給餌,清掃,保守に便利です.タンクボディの密封性能がGMPと食品安全基準の要件を満たしている.
4省エネ 耐磨 デザイン
装置は,周波数変換エネルギー省エネモーターを採用し,処理段階に応じて出力を調整することができます (混合のための低電力,分散とエミュルゼーションの高性能)作業ヘッドは耐磨性コーティング (タングランカービッドコーティング) を採用し,脆弱な部品の使用寿命を延長します.潤滑システムはH1グレードの食品安全潤滑油を使用します.製造要件に適合し,潤滑油交換間隔は8000営業時間まで延長されます.
5CIP自動洗浄システム
装置には,タンク蓋とタンク内側に設置されたクリーニングノズルを含むCIP (Clean-In-Place) 自動クリーニングシステムが装備されている.クリーニングノズルは360度でクリーニングエージェントをスプレーすることができます清掃プロセスは20〜30分で完了できます.死角を排除し,材料の交差汚染のリスクを軽減する清潔効果は食品,化粧品,医薬品産業の衛生要件を満たしています.
実施プロセスとプロセス最適化
設備が使用開始された後,施設は4ヶ月間試験運用とプロセス最適化を行いました.原初の3段階の分割プロセスは1段階の統合加工プロセスに調整されました実施の主要なステップと最適化措置は以下のとおりです.
1プロセス統合とパラメータ校正
パラメータ校正のために 6つの典型的な製品式 (高固体含有量,高粘度,油水二相性特性を有する製品を含む) を選択した.混合の最適なパラメータ組み合わせ繰り返し試験によって分散と乳化結合が決定された. 30%固体粉末と 25%油相を含む製品を例として,最適なパラメータは以下のように決定された.水相と補助剤の予備混合のために混合速度100rpm (持続時間5分)固体粉末聚合物を分解する際の分散速度2800rpm (持続時間10分) 油水相融合と粒子の精製のための乳化速度9000rpm (持続時間15分)そして最終混合速度 80 rpm (5 分間の持続時間) 製品システムの安定化のためにこのパラメータの組み合わせにより,製品の平均粒子の大きさは1.2-2.0 μmに減少し,乳液安定性は著しく改善されました.
2バッチ複製性の検証
各製品に対して最適なパラメータを決定した後,施設は,各組の複製性を検証しました.保存されたパラメータ設定を使用して,連続して12回のサンプルが生産されました.試験結果によると,主要品質指標の差異係数は,16~22%から2~4%に減少した.完成品の合格率は99%を超えました統合された機器と標準化されたパラメータ設定が,大量のバッチからバッチの品質変動の問題を効果的に解決できることを確認しました.
3生産プロセスを合理化する
統合加工モードにより,異なる機器間の材料転送リンクはなくなり,単一バッチ加工時間は60~70分から35~40分に短縮されました.処理効率は約40%向上しました材料の損失率は,閉ざされたタンク構造により,2-3%から0.5%未満に削減され,原材料の消費量が大幅に減少しました.単一の生産ラインに必要とする操作者の数は 3 から 2 に減少しました労働コストを削減し,生産効率を向上させる.
4浄化プロセス最適化
CIP自動清掃システムは,元の手動清掃モードを置き換えました.各バッチの清掃時間は40-50分から20-30分に短縮され,清掃効果はより安定しました.材料汚染による不合格製品の数は,月2回から3回から1四半期に0回まで減少しました.製品品質の安定性をさらに向上させる.
応用効果とデータ分析
8ヶ月間 正式な運用を経て 高切断率のミックス・分散・エムルジ化装置は 製品品質の向上,生産効率の向上,エネルギー消費と保守コストの削減設備のアップグレード前のデータとアップグレード後のデータの比較は以下のとおりです.
1製品品質の著しい改善
完成品の平均粒子の大きさは 5-10 μm から 1.0-2.5 μm に減少し,多分散度指数 (PDI) は0以下に制御された.18貯蔵中に油と水の分離率は10~13%から1未満に減少した.保存60日後 5%高度の衛生要求のある製品では,コロニーの総数は安定して10CFU/g以下に制御されました.業界で最も厳格な衛生基準を満たす完成品の合格率は83-86%から99.3%に増加し,基本的には再加工と廃棄物処理のコストをなくしました.
2生産効率の著しい向上
単一バッチ加工時間が40%短縮され,同じ稼働時間 (日20時間) で日々の生産能力は200-300トンから350-400トンに増加しました.設備利用率は75%から95%に増加しましたプロセス問題や機器の故障による計画外の停止数は月3回から4回から月0回まで減少しました.材料転送リンクは廃止されました.生産の継続性を向上させるため,1日2〜3時間の移転時間を節約する.
3エネルギー消費とコストを効果的に削減する
周波数変換による省エネ設計により,平均日用電力の消費量は380kWhから240kWhに減少しました.これは36.8%減少で,51%削減となりました.年間100kWhの電力耐磨性のある設計と 潤滑油交換間隔が延長されたため 月間メンテナンスのコストは 9,000 元から 3,200 元に削減されました年間維持費は約69%削減されました材料損失率は1.5〜2.5パーセントポイント削減され,毎年約8%の原材料コストが削減されました.年間約12%減少しました..
4汚染リスクの削減と運用の安全性の向上
閉ざされたタンク構造とCIP自動清掃システムにより,材料移転と手動清掃による汚染リスクは排除されました.製品汚染事故は90%以上減少しました設備は複数の安全保護機能 (過負荷,過熱,過圧保護) で装備されています.異常が発生したときに自動的にオフにすることができます設備の損傷や個人安全事故を回避する液体式 の 提起 タンク の 蓋 と 操作 プロセス の 簡素化 は,操作 者 の 労働 量 を 削減 し,操作 の 安全 を 向上 さ せる.
5プロセスのスケーラビリティの向上
新しい製品開発のために,この装置のパラメータ保存とリコール機能により,異なる製品配列の間で簡単に切り替えることができました.最適なプロセスパラメータは,同じ機器で小量テストで迅速に決定できます.新しい製品の開発サイクルを30~40%短縮する.機器の技術パラメータは,パイロット・スケールと産業スケールでの生産に適合している工場の将来の生産拡大に信頼性のある支援を提供します.
主要 な 経験 と 行動 の 注記
申請過程で,施設は,高切削混合機の安定した動作を確保するために,一連の主要な経験と運用ノートを要約しました.分散とエムルジ化装置の統合性能を完全に発揮する:
- 異なる機能モジュールのパラメータのマッチングは極めて重要です.高粘度材料では,材料の均等な流れを確保するために,まず混合速度を適切に増加する必要があります.装置の過負荷や材料の噴出を避けるために,分散と乳化速度を徐々に増加する必要があります..
- 配列は加工効果に大きく影響します.多相材料では,まず連続相 (水相など) を追加することが推奨されます.混ぜる間,分散した相 (油相など) と固体粉末を加える.局所的な集積を回避し,分散と乳化の一致性を改善することができます.
- 作業ヘッドの定期的な検査とメンテナンスは不可欠です.分散ディスク,ステータ,ロータの着用状態は400時間毎にチェックする必要があります.耐磨量が0を超えると.5 mm または表面がひどく傷ついた場合,処理効果を確保するために,脆弱なパーツを間に合う間に交換する必要があります.
- CIP 清掃システムは標準的に使用され,各生産ラッシュの後,清掃プロセスは,設定された手順に厳格に準拠して実施されるべきです.清掃効果を定期的に検査し (残留物質の検出など) 批量間の交差汚染を避ける.
- 熱感のある材料では,加工中の温度を厳格に制御する必要があります.ジャケット付き温度制御装置を使用して材料を冷却することができます.過剰な温度上昇による活性成分の損失や材料の劣化を避けるために,加工時間と速度を適切に調整する必要があります..
- 操作者は専門的な訓練を受けなければならない.操作する前に,操作者は機器の構造,動作原理,パラメータ設定方法を知るべきである.操作エラーを避けるために操作手順を厳格に遵守します.
概要
高切断率の混合,分散,エミュルゼーション機器の適用は,低加工効果,低生産効率の問題を根本的に解決しました工場における伝統的なスプリット処理モードによる質の変動と高コスト混合,分散,エミュルジ化機能を1つのユニットに統合することで,機器は材料のワンストップ処理を実現し,材料転送リンクを排除します.製品の均一性と安定性を保証します.
機器の精密なパラメータ制御システムは,生産プロセスを標準化し,製品品質への手動操作の影響を軽減します.生産品のバッチ再生産性を向上させるエネルギー省エネと耐磨設計,CIP自動清掃システム施設の運用コストと保守作業量を削減するだけでなく,生産の安全と衛生レベルを向上させる.
混合,分散および乳化,高切断混合の統合処理を必要とする多成分多相材料を含む生産シナリオでは,分散とエムルジ化装置は信頼性の高い選択です製品品質と生産効率を向上させるだけでなく,運用コストとリスクを削減し,施設の持続可能な開発に堅実な技術的支援を提供します.標準化された操作によって設備は生産においてより大きな役割を果たし,工場がますます厳しい市場品質要件に適応するのを助けます.
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