사례 연구: 전단 분산 유화기가 일용 화학 기업의 생산 공정을 어떻게 변화시켰는가
경쟁이 치열한 일용 화학 산업에서 일관된 제품 품질, 효율적인 생산 주기, 비용 관리는 기업이 시장 경쟁력을 유지하는 데 중요한 요소입니다. 최근 액체 개인 위생용품(바디워시, 샴푸, 클렌저 등) 생산을 전문으로 하는 중견 기업이 유화 공정에서 심각한 문제에 직면했습니다. 이는 생산 속도를 늦추고 제품의 일관성에 영향을 미칠 수 있는 문제였습니다. 이 사례 연구는 전단 분산 유화기를 도입하여 이러한 문제를 해결하고 기업 운영에 실질적인 개선을 가져온 방법을 자세히 설명합니다.
배경: 기업의 생산 과제
전단 분산 유화기를 도입하기 전에 이 기업은 유화 및 혼합 공정에 전통적인 패들 교반 시스템을 사용했습니다. 이 시스템은 수년간 회사를 위해 사용되었지만, 특히 기업이 더 복잡한 제형(예: 천연 오일 추출물이 함유된 바디워시 및 입자 기반 컨디셔닝제가 함유된 샴푸)을 포함하도록 제품 라인을 확장함에 따라 증가하는 비즈니스 요구 사항을 충족하는 데 어려움을 겪었습니다.
핵심 과제는 세 가지 주요 문제로 구성되었습니다.
전통적인 패들 믹서는 저속 교반에 의존하여 재료를 혼합하는데, 이는 종종 제형 내 고점도 성분(예: 식물성 오일 및 폴리머 증점제)을 완전히 분해하고 분산시키지 못했습니다. 이로 인해 제품 질감이 고르지 않았습니다. 일부 배치에서는 눈에 보이는 입자나 줄무늬가 있었고, 다른 배치에서는 지나치게 묽었습니다. 극단적인 경우, 특정 배치에서는 생산 후 몇 주 이내에 층상 분리(오일과 물 분리)가 발생하여 기업이 불량 제품을 폐기하고 불필요한 손실을 입어야 했습니다.
전통적인 시스템의 비효율성을 보완하기 위해 기업은 부분적인 유화를 보장하기 위해 혼합 시간을 연장해야 했습니다. 표준 500L 바디워시 배치의 경우 혼합 공정에 약 4시간이 걸렸습니다. 여기에는 초기 교반 2시간, 탱크 벽의 수동 스크래핑(분산되지 않은 재료 제거) 1시간, 최종 균질화 검사 1시간이 포함되었습니다. 이 느린 속도로 인해 기업의 일일 생산량은 3~4개 배치로 제한되어 대량 주문을 제때 처리하기 어려웠습니다.
전통적인 시스템은 지속적인 수동 모니터링이 필요했습니다. 작업자는 혼합 상태를 확인하고, 교반 속도를 수동으로 조정하고, 탱크 벽에서 잔류 물질을 청소하기 위해 정기적으로 탱크를 열어야 했습니다. 이러한 작업은 교대 근무당 2~3시간의 추가 노동 시간을 추가했습니다. 또한 전통적인 믹서의 비효율적인 모터는 과도한 에너지를 소비했습니다. 기업은 믹서가 제한된 생산량에도 불구하고 월간 총 전기 요금의 35%를 차지한다고 계산했습니다.
솔루션: 전단 분산 유화기 도입
다양한 혼합 기술을 연구하고 다양한 장비 모델로 현장 시험을 수행한 후, 기업은 산업용 전단 분산 유화기에 투자하기로 결정했습니다. 이 장비는 고점도 재료 처리 능력, 조절 가능한 전단 강도, 기업의 기존 500L 및 1000L 혼합 탱크와의 호환성을 기반으로 선택되었습니다.
기업의 요구 사항에 부합하는 전단 분산 유화기의 주요 기능은 다음과 같습니다.
- 강력한 전단력을 생성하여 입자 및 고점도 성분을 분해하고 분산시키는 고속 로터-스테이터 균질화 헤드(최대 12,000rpm 속도 가능).
- 유화 과정에서 열에 민감한 성분(예: 천연 추출물)의 과열을 방지하는 폐쇄 루프 온도 제어 시스템.
- 작업자가 다양한 제품 제형에 대해 혼합 매개변수(속도, 시간, 온도)를 미리 설정하여 수동 개입을 줄일 수 있는 프로그래밍 가능한 로직 컨트롤러(PLC).
구현: 기존 공정에 장비 통합
전단 분산 유화기를 기업의 생산 라인에 통합하는 데 약 1주일이 걸렸으며, 여기에는 장비 설치, 보정 및 작업자 교육이 포함되었습니다. 기업은 가장 어려운 제품인 15% 천연 코코넛 오일(이전에 유화 문제를 일으켰던 고점도 성분)을 함유한 바디워시로 장비를 먼저 테스트하기로 결정했습니다.
바디워시 배치의 새로운 공정 흐름은 다음과 같습니다.
- 사전 혼합 단계: 물, 계면활성제 및 방부제를 500L 탱크에 넣고 유화기의 보조 패들을 사용하여 저속(500rpm)으로 교반하여 초기 혼합을 보장했습니다.
- 유화 단계: 천연 코코넛 오일과 폴리머 증점제를 탱크에 넣고 전단 분산 유화기를 8,000rpm으로 활성화했습니다. PLC 시스템은 45°C(오일-물 유화에 최적)의 온도를 유지하고 45분 동안 혼합하도록 설정되었습니다.
- 냉각 및 최종 단계: 유화 후 장비는 자동으로 속도를 300rpm으로 줄이고 냉각 시스템을 활성화하여 제품 온도를 30°C로 낮췄습니다. 그런 다음 향료를 첨가하고 혼합물을 15분 더 교반했습니다.
- 품질 검사 단계: 텍스처 균일성과 안정성을 확인하기 위해 유화기의 내장형 샘플링 포트를 통해 탱크에서 작은 샘플을 추출했습니다. 높은 전단력으로 인해 재료가 쌓이는 것을 방지했으므로 탱크 벽을 수동으로 긁을 필요가 없었습니다.
결과: 품질, 효율성 및 비용의 실질적인 개선
전단 분산 유화기를 사용한 지 한 달 이내에 기업은 모든 주요 성과 지표에서 상당한 개선을 관찰했습니다.
1. 일관된 제품 품질
유화기에 의해 생성된 높은 전단력은 고점도 성분을 완전히 분산시키고 입자 형성을 제거했습니다. 구현 후 바디워시(및 기타 제품)의 불량률은 8%에서 1% 미만으로 떨어졌습니다. 안정성 테스트에서도 제품이 더 이상 층상 분리를 겪지 않아(6개월 보관 후에도) 장기 보관에 대한 기업의 품질 기준을 충족했습니다.
2. 생산 주기 단축
500L 바디워시 배치를 생산하는 데 필요한 시간은 4시간에서 1.5시간으로 단축되었습니다(62.5% 감소). 기업은 일일 생산량을 3~4개 배치에서 8~10개 배치로 늘릴 수 있었고, 이를 통해 대량 주문을 이전보다 2~3일 더 빨리 처리할 수 있었습니다. 예를 들어, 기존 시스템으로 생산하는 데 8일이 걸렸을 10,000L 샴푸에 대한 최근 주문은 단 3일 만에 완료되었습니다.
3. 낮은 인건비 및 에너지 비용
PLC 제어 시스템은 수동 모니터링의 필요성을 줄였습니다. 작업자는 사전 설정된 매개변수를 입력하고 최종 품질 검사를 수행하기만 하면 되어 교대 근무당 2시간의 노동 시간을 단축했습니다(혼합 공정의 인건비 30% 절감). 또한 유화기의 에너지 효율적인 모터(주파수 변환기 장착)는 기존 믹서에 비해 전기 소비량을 40% 줄였습니다. 기업은 이를 월간 약 1,200달러의 에너지 절감으로 추산했습니다.
4. 제품 혁신을 위한 유연성
유화기의 조절 가능한 전단 강도와 온도 제어를 통해 기업은 새로운 제형을 실험할 수 있었습니다. 예를 들어, 저속 교반 중에 비드가 파손될 수 있어 기존 믹서로는 생산이 불가능했던 마이크로캡슐화된 컨디셔닝 비드를 함유한 새로운 샴푸를 성공적으로 출시했습니다. 신제품은 시장에서 빠르게 인기를 얻어 출시 후 첫 분기에 기업의 매출을 15% 증가시켰습니다.
장기적인 영향: 확장성을 위한 기반 구축
전단 분산 유화기를 구현한 지 6개월 후, 기업은 두 번째 1000L 탱크를 추가하고 두 번째 유화기를 통합하여 생산 능력을 확장했습니다. 장비 성능의 일관성으로 인해 기업은 두 탱크에서 생산 공정을 표준화하여 배치 크기에 관계없이 제품 품질이 균일하게 유지되도록 했습니다.
기업은 또한 수동 작업(예: 탱크 벽 긁기) 감소로 인해 신체적 부담이 줄어들고 더 안전한 작업 환경이 조성되어 직원 만족도가 향상되었다고 보고했습니다. 또한 주문 마감일을 더 안정적으로 준수할 수 있게 되면서 소매 파트너와의 관계가 강화되어 반복 주문이 20% 증가했습니다.
결론
이 일용 화학 기업의 경우 전단 분산 유화기는 단순한 장비 그 이상이었습니다. 이는 핵심 생산 과제를 해결하고 성장을 가능하게 하는 솔루션이었습니다. 제품 품질을 개선하고, 효율성을 높이고, 비용을 절감함으로써 이 장비는 기업이 빠르게 변화하는 산업에서 경쟁력을 유지하는 데 도움이 되었습니다. 이 사례는 고급 혼합 기술을 채택하는 것이 기존 생산 시스템을 갖춘 중견 기업의 경우에도 운영을 어떻게 변화시킬 수 있는지 보여줍니다.
모든 기업의 요구 사항은 고유하지만, 이 사례는 유화 일관성, 공정 속도 또는 비용 관리를 포함하여 특정 생산 과제에 부합하는 장비를 선택하는 것의 가치를 강조합니다.
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