현대 제조 환경, 특히 개인 관리, 생명 공학, 산업용 윤활제와 같은 분야에서 안정적인 고품질 유제를 생성하는 능력은 제품 성공의 결정적인 요소입니다. 둘 이상의 혼합되지 않는 물질(일반적으로 액체)을 혼합하는 에멀젼은 소비자 및 산업 표준을 충족하기 위해 입자 크기, 분산 균일성 및 장기 안정성에 대한 정밀한 제어를 요구합니다. 많은 제조업체의 경우 오래된 유화 기술로 인해 병목 현상이 발생하여 제품 품질이 일관되지 않고 생산 주기가 연장되며 불필요한 자원 낭비가 발생하는 경우가 많습니다. 이 사례 연구에서는 고성능 점성 제품 전문 제조업체가 전단 균질기 유화제 통합을 통해 이러한 장애물을 극복하고 생산 효율성, 제품 신뢰성 및 운영 비용 효율성을 크게 향상시킨 방법을 조사합니다.
2. 사업배경
2.1 프로젝트 요구사항
제조업체는 고온 윤활유, 부식 방지 코팅 등 자동차 및 항공우주 유지 관리에 사용되는 점성 유화 제품을 개발 및 생산하는 데 주력했습니다. 이러한 제품에는 다음을 보장하기 위해 엄격한 유화 표준이 필요합니다.
1~3 마이크로미터의 균일한 입자 크기 분포. 입자가 클수록 제품의 윤활 또는 보호 특성이 손상되고 조기 성능 저하가 발생할 수 있습니다.
제품 품질을 저하하거나 업계 평균 이상으로 리드 타임을 늘리지 않고도 새로운 장기 계약을 이행하기 위해 1년 이내에 생산량을 40%까지 확장할 수 있는 능력입니다.
제조 과정에서 휘발성 유기 화합물(VOC) 배출 감소와 에너지 소비 감소를 요구하는 국제 환경 규정을 준수합니다.
자동차 및 항공우주 분야의 고객은 장비 고장 위험을 방지하기 위해 품질 사양을 엄격하게 준수해야 하므로 일관된 배치 간 성능을 제공합니다.
2.2 초기 과제
전단 균질화기 유화제를 채택하기 전에 제조업체는 유화를 위해 전통적인 로터-고정자 혼합기에 의존했습니다. 이러한 설정은 성장과 수익성을 저해하는 지속적인 문제를 제시했습니다.
품질 가변성: 기존 믹서는 더 큰 입자를 일관되게 분해할 만큼 충분한 전단력을 생성하는 데 어려움을 겪었습니다. 그 결과 배치의 12~15%가 불균일한 입자 분포 또는 상 분리로 인해 품질 관리 테스트에 실패하여 재작업 또는 폐기가 필요하고 일부 고객에 대한 제조업체의 평판이 손상되었습니다.
생산 병목 현상: 각 300리터 배치는 최소 허용 유화액 상태에 도달하는 데 120분의 혼합 시간이 필요했습니다. 이러한 느린 프로세스는 제조업체가 하루에 3개의 배치만 생산할 수 있다는 것을 의미했는데, 이는 새로운 계약을 충족하는 데 필요한 40%의 생산량 증가에 훨씬 못 미치는 수준이었습니다.
자원 낭비가 높음: 유화 불량을 보완하기 위해 제조업체는 유화제를 과다하게 사용(업계 기준 대비 15% 이상)하여 원재료비가 연간 18% 증가했습니다. 또한 기존 믹서는 현대식 믹서보다 30% 더 많은 에너지를 소비하여 운영 비용이 증가하고 환경 목표를 달성하지 못했습니다.
노동 강도: 믹서에는 배치 실패를 방지하기 위해 지속적인 수동 모니터링과 매개변수 조정(예: 속도, 온도)이 필요했습니다. 이로 인해 교대조당 2~3명의 작업자가 묶여 품질 테스트 및 재고 관리와 같은 다른 중요한 생산 작업에 자원이 집중되지 않았습니다.
3. 전단균질화기 유화제의 선택
3.1 연구 및 평가
이러한 문제를 해결하기 위해 제조업체는 적합한 유화 솔루션을 식별하기 위해 8개월 간의 연구 계획을 시작했습니다. 팀은 전통적인 회전자-고정자 혼합기(업그레이드 모델), 고압 균질화기, 콜로이드 밀, 전단 균질화기 유화기 등 4가지 유형의 장비를 평가했습니다. 주요 평가 기준은 다음과 같습니다.
전단력 및 입자 크기 제어: 샘플 배치에 대한 실험실 테스트를 통해 검증된 목표 입자 크기 1~3 마이크로미터를 일관되게 달성하는 능력입니다.
확장성: 200~800리터 범위의 배치 크기와 호환되며 향후 확장을 위해 추가 장치를 통합할 수 있는 가능성이 있습니다.
에너지 및 자원 효율성: 유사한 제품에 대한 업계 벤치마크와 비교하여 측정한 배치당 전력 소비 및 보조 첨가제(예: 유화제)의 필요성.
자동화 및 통합: 실시간 데이터 추적, 원격 모니터링 및 자동화된 레시피 관리를 위해 제조업체의 기존 제조 실행 시스템(MES)과 연결하는 기능입니다.
유지 관리 및 신뢰성: 평균 고장 간격(MTBF), 세척 용이성(배치 간 교차 오염 방지) 및 공급업체의 기술 지원 가용성.
테스트하는 동안 전단 균질화기 유화제는 다른 옵션보다 성능이 뛰어났습니다.
90일 동안 저장된 샘플 배치에서 상 분리가 전혀 없이 1.2~2.5 마이크로미터(목표 범위 내에 있음)의 입자 크기를 일관되게 생성했습니다.
에너지 소비는 기존 믹서에 비해 35% 낮았고, 더 효율적인 분산으로 인해 유화제가 20% 더 적게 필요했습니다.
장비의 자동화 기능을 통해 제조업체의 MES와 통합할 수 있어 원격 모니터링이 가능하고 수동 개입의 필요성이 줄어듭니다.
고압 균질화기(상당한 시설 수정이 필요함) 및 콜로이드 밀(대규모 배치에 대한 확장성이 제한됨)과 달리 전단 균질화기 유화제는 기존 생산 라인에 쉽게 통합되고 최소한의 업그레이드로 더 큰 배치 크기로 확장될 수 있습니다.
3.2 의사결정 요소
전단 균질화기 유화제를 선택하기로 한 최종 결정은 제조업체의 단기 요구 사항 및 장기 목표에 부합하는 5가지 중요한 요소에 의해 이루어졌습니다.
품질 보증: 1~3 마이크로미터 입자 크기 목표를 일관되게 충족하는 능력으로 배치 실패의 위험을 제거하고 제조업체의 가장 시급한 품질 문제를 직접 해결하고 고객 사양 준수를 보장합니다.
생산 확장성: 시뮬레이션에 따르면 장비는 배치 처리 시간을 120분에서 50분으로 줄여 제조업체가 하루에 7개의 배치를 생산할 수 있음을 보여주었습니다. 이는 신규 계약에 필요한 40% 증가량을 충족하기에 충분한 양입니다.
귀하의 메시지는 20-3,000 자 사이 여야합니다!