1. 소개
고급 화장품, 바이오제약, 정밀화학공학 등 산업에서는 입자 크기가 미세하고 안정성이 강하며 기포가 없는 고품질 액상 제품에 대한 수요가 점점 더 엄격해지고 있습니다. 균질화, 유화 및 진공 탈기 기능을 통합한 균질화 진공 유화기 장비는 이러한 요구 사항을 충족하는 핵심 장치가 되었습니다. 기존 장비에서는 방지하기 어려운 고르지 못한 혼합, 기포 포함 및 제품 안정성 저하 문제를 효과적으로 해결할 수 있습니다. 이 사례는 [고급 페이셜 크림 제조와 같은 특정 업계] 고객이 균질화 진공 유화제 장비를 도입하여 장기적인 생산 병목 현상을 극복하고 제품 품질, 생산 효율성 및 비용 관리 측면에서 포괄적인 개선을 달성한 방법에 중점을 둡니다.
2. 사업배경
2.1 프로젝트 요구사항
고객은 주로 [제품 유형(예: 노화 방지 페이셜 크림 및 세럼)]을 생산하는데, 이는 에멀젼 미세도, 안정성 및 외관에 대해 매우 높은 기준을 요구합니다. 새로운 균질화 진공 유화제 장비를 도입하기 전에 고객의 생산 라인에는 다음과 같은 명확한 요구 사항이 있었습니다.
- 에멀젼 고움: 에멀젼의 입자크기를 0.5~2 마이크론 이내로 조절하여 피부에 바르는 순간 가루날림 없이 매끄럽고 섬세한 사용감을 선사합니다.
- 진공탈기: 제품에 기포가 없어야 합니다. 장비는 유화 과정에서 -0.095 MPa ~ -0.098 MPa의 진공도를 유지해야 재료 혼합 시 발생하는 기포를 완전히 제거하고 공기로 인한 산화 및 제품 수명 단축 등의 문제를 방지할 수 있습니다.
- 생산능력: 고객의 시장 점유율 확대에 따라 단일 생산 라인의 일일 생산 능력은 최소 3,000kg에 도달해야 하며 장비는 배치 전환으로 인한 시간 손실을 줄이기 위해 연속 또는 반연속 생산을 지원해야 합니다.
- 안전 및 규정 준수: 장비는 재료와 접촉하는 모든 부품이 의약품 등급의 316L 스테인리스 스틸로 제작되어야 하며, GMP(Good Manufacturing Practice) 등 국제 표준을 준수해야 합니다. 또한 생산 공정의 안전을 보장하기 위해 과열, 과압, 비상 정지 기능을 포함한 완벽한 안전 보호 시스템을 갖추고 있어야 합니다.
2.2 직면한 과제
균질화 진공 유화제 장비를 사용하기 전에 고객은 생산을 위해 전통적인 고속 교반기와 별도의 진공 탱크의 조합에 의존했습니다. 이러한 생산 방식은 기업의 발전을 심각하게 제한하는 일련의 문제를 가져왔습니다.
- 불충분한 에멀젼 정밀도: 기존의 고속교반기는 유상을 5~10 마이크론 크기의 입자로만 분해할 수 있었으며, 입자 크기 분포가 고르지 않았습니다. 일부 제품 배치에는 15미크론보다 큰 입자가 있어 질감이 거칠어졌습니다. 이는 사용자 경험에 영향을 미쳤을 뿐만 아니라 '세부적인 느낌' 불만으로 인해 5~8%의 제품 반품률로 이어졌습니다.
- 기포 포함: 별도의 진공탱크는 유화과정에서 실시간 진공탈기를 달성하지 못했습니다. 재료가 교반기에서 진공 탱크로 옮겨질 때 기포가 다시 발생하여 제품의 10-15%에서 표면에 기포가 눈에 띄게 나타납니다. 이러한 제품은 재작업하거나 폐기해야 하므로 생산 비용이 증가합니다.
- 낮은 생산 효율성: 기존의 생산공정은 교반기에서 재료를 혼합하고, 진공탱크로 이송하여 탈기하고, 샘플링 검사를 하는 등 여러 단계를 거쳐야 했습니다. 각 생산 배치는 6~8시간이 걸렸고, 단일 라인의 일일 생산 능력은 약 1,200kg에 불과해 시장 수요를 충족시키기에는 턱없이 부족했습니다. 또한 장비 간 자재 이동으로 인해 오염 및 자재 손실 위험이 증가했습니다.
- 불안정한 제품 품질: 배치별로 혼합 속도와 진공도가 일관되지 않아 에멀젼의 안정성이 크게 달라졌습니다. 6개월간 보관 후 약 7~10%의 제품에서 성층화나 변색이 발생하며, 제품의 산화율이 높아 유통기한이 현저히 단축됩니다.
3. 균질화 진공 유화제 장비 선택
3.1 선택한 장비의 특징 및 장점
심층적인 시장 조사, 여러 공급업체의 제품 비교, 현장 시험 생산 테스트를 거쳐 고객은 최종적으로 이중 단계 균질화 진공 유화제 장비를 선택했습니다. 이 장비에는 다음과 같은 핵심 기능과 장점이 있습니다.
- 이중 단계 균질화 시스템: 장비에는 듀얼 스테이지 균질화 헤드가 장착되었습니다. 첫 번째 단계에서는 고압 플런저 펌프를 사용하여 최대 30MPa의 압력을 생성했는데, 이는 초기에 오일상을 작은 입자로 분해할 수 있습니다. 두 번째 단계에서는 특수 고정자-회전자 구조를 사용하여 입자를 0.3-1 마이크론 크기로 더욱 미세화했습니다. 이 이중 단계 균질화 설계는 유제의 미세함과 균일성을 보장했습니다.
- 통합 진공 시스템: 고효율 진공펌프와 밀폐형 유화탱크를 일체화한 장비입니다. 전체 유화 과정에서 진공도는 -0.096 MPa ~ -0.098 MPa로 안정적으로 유지될 수 있었습니다. 독특한 탱크 본체 설계와 교반 구조로 재료 첨가 시 공기가 흡입되는 것을 방지하여 실시간, 철저한 진공 탈기를 실현했습니다.
- 지능형 온도 및 공정 제어: 장비에는 PLC(Programmable Logic Controller) 제어 시스템과 터치스크린 조작 인터페이스가 장착되었습니다. 작업자는 균질화 압력, 교반 속도, 온도 및 진공도와 같은 주요 매개변수를 실시간으로 설정하고 모니터링할 수 있습니다. 또한 시스템에는 자동 프로세스 메모리 기능이 있어 다양한 제품의 생산 매개변수를 저장하고 배치 간 생산 프로세스의 일관성을 보장할 수 있습니다.
- 손쉬운 청소 및 규정 준수 설계: 재료와 접촉하는 모든 부품은 의약품 등급의 316L 스테인레스 스틸로 제작되었으며, 장비의 내부 탱크는 표면 거칠기가 Ra 0.4μm 이하로 매끄러워 청소가 용이하고 재료 잔여물이 발생하지 않습니다. 장비에는 CIP(Clean-in-Place) 세척 시스템도 탑재돼 장비를 분해하지 않고도 45분 만에 세척이 완료돼 위생과 청결에 대한 GMP 요건을 충족했다.
3.2 요구 사항을 충족한 방법
선택한 균질화 진공 유화제 장비는 고객의 생산 요구 사항과 완벽하게 일치하고 이전 과제를 효과적으로 해결했습니다.
- 에멀젼 정밀도 요구 사항 충족: Dual-Stage Homogenization System을 통해 에멀젼 입자 크기를 0.5~1.5μm 이내로 안정적으로 제어할 수 있으며, 이는 고객이 요구하는 0.5~2μm 범위보다 우수합니다. 테스트 후 제품 질감이 매우 매끄러워졌고, '알갱이 느낌'으로 인한 고객 반품률은 0.3% 미만으로 떨어졌습니다.
- 진공 탈기 요구 사항 충족: 통합진공시스템으로 유화과정 전반에 걸쳐 높은 진공도를 유지하여 제품 내부의 기포를 완벽하게 제거합니다. 제품에 기포가 발생하는 비율이 12%(전)에서 0.5% 미만으로 줄어들었고, 공기로 인한 제품 산화 문제도 대폭 완화됐다.
- 생산 능력 요구 사항 충족: 반연속 생산을 지원하는 장비입니다. 생산 공정 최적화를 통해 배치당 생산 시간을 2.5~3시간으로 단축했고, 단일 라인 일일 생산 능력은 3,500kg에 달해 고객 목표인 3,000kg을 초과했다. 동시에 통합 설계를 통해 장비 간 재료 이동을 방지하여 재료 손실과 오염 위험을 줄였습니다.
- 안전 및 규정 준수 요구 사항 충족: 제약 등급의 316L 스테인리스 스틸 소재와 GMP 준수 설계로 업계의 엄격한 위생 및 안전 기준을 충족합니다. 또한 완벽한 안전 보호 시스템은 과열, 과압 등의 안전 사고를 효과적으로 예방하여 생산 공정의 원활한 진행을 보장합니다.
4. 시행과정
4.1 설치 및 설정
균질화 진공 유화기 장비의 설치 및 설정은 장비 공급업체의 전문 기술 팀에 의해 완료되었으며 전체 프로세스는 영업일 기준 14일이 소요되었습니다. 구체적인 단계는 다음과 같습니다.
- 설치 전 준비: 장비 도착 한달 전, 기술팀이 고객사를 대상으로 현장조사를 실시하여 전원(380V/50Hz), 급수(압력 ≥ 0.3MPa), 배수, 환기 등 현장 상태를 확인하였습니다. 또한 상세한 설치 계획을 수립하고 고객 현장 직원을 대상으로 설치 전 준비 교육을 제공했습니다.
- 장비 하역 및 위치 지정: 장비가 도착한 날, 기술팀은 전문 호이스팅 장비를 이용해 장비를 하역하고 설치 계획에 따라 정확한 위치를 지정했습니다. 그들은 균질화 헤드와 진공 시스템의 안정적인 작동을 보장하기 위해 장비의 수평성에 특별한 주의를 기울였습니다.
- 파이프라인 및 전기 연결: 기술팀은 장비의 재료 유입 및 배출 파이프라인, 냉각수 파이프라인, 진공 파이프라인을 연결하고 각 파이프라인의 밀봉 성능을 엄격하게 점검하여 누출을 방지했습니다. 동시에 주전원 연결, 제어회로, 안전보호회로 등 전기연결 작업을 완료하고 종합적인 전기안전시험을 실시했다.
- 시운전 및 시험생산: 설치 완료 후 기술팀에서 5일간 시운전 작업을 진행하였습니다. 그들은 먼저 균질화 시스템, 진공 시스템, 교반 시스템, 온도 제어 시스템을 포함한 각 구성 요소의 작동을 테스트하여 모든 매개변수가 설계 요구 사항을 충족하는지 확인했습니다. 그런 다음 고객의 실제 원자재를 사용하여 시험 생산을 했습니다. 시험 생산 과정에서 균질화 압력, 교반 속도 등의 매개변수를 반복적으로 조정하고 제품의 미세도, 기포 함량 및 안정성을 테스트했습니다. 마지막으로 모든 지표가 고객의 요구 사항을 충족하는지 확인했습니다.
4.2 훈련 및 숙지
고객의 운영자와 유지보수 담당자가 장비를 능숙하게 사용하고 유지보수할 수 있도록 공급업체는 다음 내용을 다루는 7일간의 체계적인 교육 과정을 제공했습니다.
- 이론교육: 훈련 교사는 균질화 진공 유화기 장비의 작동 원리, 각 구성 요소의 구조 및 기능(예: 이중 단계 균질화 헤드, 진공 펌프 및 PLC 제어 시스템), 결함의 일반적인 원인 및 해결 방법, 생산 과정에서 GMP 관련 요구 사항을 설명했습니다. 훈련생들은 이론적 지식을 숙지하고 필기 시험을 통과해야 했습니다.
- 실무 운영 교육: 훈련교사의 지도 하에 각 작업자는 매개변수 설정, 재료 첨가, 균질화 공정 모니터링, 진공도 조정, 제품 배출 등의 실무 작업을 수행했습니다. 교사는 잘못된 작업 방법을 실시간으로 수정하고 각 작업자가 전체 생산 과정을 독립적으로 완료할 수 있도록 했습니다.
귀하의 메시지는 20-3,000 자 사이 여야합니다!