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高速シールミックスエムルジファーの応用事例

2026-01-19

高速せん断混合乳化機の応用事例

大規模な液体製品の製造において、せん断混合と乳化プロセスは、製品の品質、安定性、および保存期間に直接影響を与える重要な工程です。液体製品およびその派生物を専門とするある製造施設は、以前、せん断乳化セクションで継続的な課題に直面し、生産効率と製品の一貫性を制限していました。高速せん断混合乳化機の導入は、これらの問題を効果的に解決し、生産性能と製品品質に顕著な改善をもたらしました。

背景と課題

この施設は、1日に240〜360トンの生産量を誇る2組のせん断乳化装置を運用し、市場の需要を満たすために1日20時間連続稼働していました。装置のアップグレード前、既存の乳化機には以下の問題がありました。

不十分なせん断乳化効率: 従来の装置では、原料中の分散粒子や凝集物を完全に分解することができず、粒子径分布が不均一でした。平均粒子径は3〜5μmのままで、低温保存中に製品に明らかな層状化現象が発生し、7日以内に最大8％の分離率を示しました。
高いエネルギー消費と頻繁なメンテナンス: 装置は、原料の粘度への適応調整なしに一定速度で運転され、過剰な電力を消費していました。潤滑油の交換間隔はわずか1,250稼働時間であり、頻繁なメンテナンスのためのシャットダウンが必要となり、全体の生産稼働率は約85％に低下しました。
低い製品安定性: 不十分なせん断混合と乳化により、製品の感覚品質にバッチ間の大きな差が見られ、テクスチャと均一性が一貫していませんでした。完成品の合格率は88〜90％に維持されていました。
衛生コンプライアンスのリスク: 装置のキャビティには、清掃が困難な構造的なデッドコーナーがあり、残留物が微生物汚染を引き起こしやすくなっていました。GMPおよびGB 14881-2013の衛生基準を完全に満たしておらず、追加の手動清掃手順が必要となり、人件費が増加しました。

装置の選定と技術構成

これらの問題を解決するために、この施設は、生産ニーズに合わせて高度な技術を統合した、モジュール設計の高速せん断混合乳化機を選定しました。主な技術構成は以下のとおりです。

多段ステーターローターせん断構造: 0.05〜0.2mmの調整可能な隙間を持つ3段複合ステーターローター設計を採用。ローター速度は、周波数変換技術を通じて500〜15,000 rpmの範囲内で連続的に調整でき、最大80,000 s⁻¹のせん断速度を生成し、凝集した粒子を効果的に分解し、混合の均一性を高めます。
ジャケット温度制御システム: 装置キャビティにはジャケット温度制御構造が装備されており、0〜120℃の範囲で±1.5℃の変動範囲で正確な温度制御が可能です。これにより、高速せん断中の過度の温度上昇を回避し、原料中の熱に弱い成分を保護します。
衛生的な構造設計: キャビティは316Lステンレス鋼製で、鏡面研磨仕上げで、表面粗さRa ≤ 0.8 μmを実現しています。デッドコーナーのないクイック分解構造を採用しており、5分以内の完全な清掃が可能で、厳格な衛生要件を満たすCIP/SIP洗浄システムをサポートしています。
インテリジェントな制御と保護: インテリジェントなトルクセンサーとクローズドループ制御システムを搭載しており、材料の粘度変化に応じて回転速度を自動的に調整し、過負荷のリスクを回避します。二重メカニカルシール構造は、材料の漏れを防ぎ、安全な操作を保証します。
潤滑の最適化: H1グレードの食品安全潤滑油と組み合わせており、無毒で生産要件に適合しています。優れた耐酸化性と耐摩耗性を備え、潤滑油の交換間隔を延長します。

実装効果とデータ分析

5か月の試運転と最適化の後、高速せん断混合乳化機は、生産効率、製品品質、および運用コスト管理において顕著な改善を達成しました。具体的なデータは以下のとおりです。

1. 製品品質の向上

せん断乳化効果が大幅に向上し、材料の平均粒子径が0.5〜1μmに減少し、多分散指数（PDI）が0.15未満に制御されました。低温保存中の製品の層状分離率は30日以内に1％未満に減少し、乳化安定性が大幅に向上しました。バッチ間の感覚品質の一貫性が大幅に向上し、完成品の合格率は88〜90％から99.5％に向上しました。

2. エネルギー消費とメンテナンスの最適化

周波数変換速度調整と効率的なせん断構造により、単位エネルギー消費量が約5％削減され、年間55 MWhの電力が節約され、33トンのCO₂排出量が削減されました。潤滑油の交換間隔は、1,250稼働時間から9,000稼働時間に延長され、これは1日の作業条件下で約3年間の連続運転に相当します。これにより、潤滑油とメンテナンスの人件費が削減されただけでなく、装置の稼働率が96％に向上しました。

3. 生産効率と運用の利便性

高速せん断効率により、1バッチあたりの乳化時間が30分から15分に短縮され、全体の生産能力が30％向上しました。インテリジェント制御システムは自動運転を実現し、手動介入と操作エラーを削減しました。クイック分解と簡単な清掃構造により、清掃時間が60％削減され、生産の継続性が確保され、クロスコンタミネーションのリスクが軽減されました。

4. 衛生コンプライアンスのアップグレード

デッドコーナーのないキャビティ設計と食品安全潤滑油は、GMPおよびGB 14881-2013の基準の要件を完全に満たしました。微生物検出結果は、製品中のコロニーの総数が低いレベルで安定していることを示し、衛生コンプライアンスのリスクを排除し、汚染による手直しコストを削減しました。

概要

高速せん断混合乳化機の適用は、製造施設のせん断乳化セクションにおける長年の問題を根本的に解決しました。せん断乳化効果の最適化、エネルギー消費とメンテナンスコストの削減、製品安定性と衛生コンプライアンスの向上により、持続可能な生産開発のための強固な基盤を築きました。装置のモジュール設計とインテリジェント制御は、将来の生産拡大と製品アップグレードにも柔軟性を提供し、製品品質と安全性に対する変化する市場の需要に適応します。

実際の生産では、高速せん断混合乳化機の性能は、材料特性、プロセスパラメータ、および運用管理と密接に関連しています。マッチングパラメータの継続的な最適化と標準化されたメンテナンスを通じて、装置は生産効率と製品品質の向上に大きな役割を果たし、製造施設により多くの価値を生み出すことができます。

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