مطالعه موردی: امولسیفایر همزن با سرعت بالا، فرآیندهای امولسیونسازی را در تولید محصولات مراقبت شخصی متحول میکند
در صنعت مراقبت شخصی و لوازم آرایشی، فرآیند امولسیونسازی یک حلقه حیاتی است که مستقیماً کیفیت محصول، بافت، پایداری و تجربه کاربری را تعیین میکند. برای تولیدکنندگان محصولات کرمی مانند پاککنندههای صورت، کرمهای مرطوبکننده و بالمهای آرایشی، دستیابی به پراکندگی یکنواخت فازهای روغن و آب، کنترل اندازه ذرات در سطح میکرو و اطمینان از پایداری طولانیمدت محصول، چالشهای اصلی در تولید انبوه هستند. این مطالعه موردی نشان میدهد که چگونه یک تولیدکننده با معرفی یک امولسیفایر همزن با سرعت بالا، بر تنگناهای فرآیند طولانیمدت غلبه کرده و ارتقای جامعی در کیفیت محصول و راندمان تولید بدون افشای نام شرکت محقق کرده است.
1. پیشینه و چالشها
این تولیدکننده بر تحقیق، توسعه و تولید محصولات مراقبت شخصی با کیفیت بالا تمرکز دارد و خط تولید آن شامل پاککنندههای صورت اسید آمینه، امولسیونهای آبرسان و بالمهای مغذی است. قبل از معرفی امولسیفایر همزن با سرعت بالا، این شرکت از میکسرهای پارویی سنتی برای فرآیند امولسیونسازی استفاده میکرد. با افزایش تقاضای بازار برای بافت و پایداری محصول، محدودیتهای تجهیزات سنتی به طور فزایندهای برجسته شد و چالشهای متعددی را برای عملیات تولید به همراه داشت:
1.1 یکنواختی ضعیف امولسیونسازی و بافت درشت محصول
میکسرهای پارویی سنتی نیروی برشی کافی نداشتند و حداکثر سرعت چرخش آنها تنها 1000 دور در دقیقه بود. در طول تولید پاککنندههای صورت اسید آمینه، مواد اولیه فاز روغن (مانند روغن معدنی، الکل ستیل) و مواد فاز آب (سورفکتانتهای اسید آمینه، آب دیونیزه) نمیتوانستند به پراکندگی یکنواخت در سطح میکرو دست یابند. محصول حاصل دارای توزیع اندازه ذرات 8-15 میکرومتر بود که منجر به بافت زبر میشد. بازخورد مصرفکنندگان در مورد «احساس دانهدار در حین استفاده» و «مالش ناهموار» بیش از 20٪ از نظرات منفی را تشکیل میداد که مستقیماً بر رقابتپذیری بازار تأثیر میگذاشت.
1.2 پایداری ضعیف محصول و عمر مفید کوتاه
به دلیل امولسیونسازی ناکافی، فازهای روغن و آب محصولات در طول ذخیرهسازی مستعد جدایی بودند. پس از 1-2 ماه نگهداری در دمای اتاق، پدیدههایی مانند جدایی روغن و رسوب آب در برخی از محصولات امولسیونی رخ داد و عمر مفید تنها 1.5-2 سال بود که به طور قابل توجهی کمتر از میانگین صنعت 3 سال برای محصولات با کیفیت بالا بود. علاوه بر این، در آزمایشهای ذخیرهسازی در دمای پایین (-5 درجه سانتیگراد)، برخی از محصولات کرمی یخزدگی و سفت شدن را نشان دادند، در حالی که ذخیرهسازی در دمای بالا (45 درجه سانتیگراد) منجر به افزایش جدایی روغن شد و نتوانست الزامات پایداری محصولات مراقبت شخصی با کیفیت بالا را برآورده کند.
1.3 چرخه تولید طولانی و تلفات بالای مواد اولیه
فرآیند امولسیونسازی سنتی به مراحل متعدد هم زدن و اختلاط نیاز داشت و یک دسته 200 لیتری از مواد اولیه تا 60 دقیقه طول میکشید تا امولسیونسازی کامل شود. علاوه بر این، به دلیل اختلاط ناهموار، نرخ واجد شرایط بودن محصول تنها 92٪ بود و محصولات نامرغوب باعث تلفات مواد اولیه 5-8 کیلوگرم در هر دسته میشد که منجر به فشار هزینهای قابل توجهی میشد. در عین حال، عدم ارتباط بین آزمایشهای کوچک مقیاس آزمایشگاهی و پارامترهای تولید انبوه صنعتی، نیاز به 3-5 بار تنظیم مجدد در هنگام افزایش مقیاس از آزمایشهای کوچک به تولید انبوه داشت که منجر به یک چرخه تحقیق و توسعه طولانی محصول به مدت 2-3 ماه شد.
1.4 مصرف انرژی بالا و راندمان عملیاتی پایین
میکسرهای سنتی برای بهبود اثرات امولسیونسازی به هم زدن طولانی مدت متکی بودند که منجر به مصرف انرژی بالا میشد. مصرف انرژی در هر تن محصول به 120 کیلووات ساعت رسید که 30 درصد بیشتر از سطح پیشرفته صنعت بود. علاوه بر این، این تجهیزات فاقد سیستم تمیزکننده خودکار بودند و تمیز کردن دستی پس از هر دسته 40 دقیقه طول میکشید که به طور جدی بهبود ظرفیت تولید را محدود میکرد.
2. راهحل: معرفی امولسیفایر همزن با سرعت بالا
برای رفع چالشهای فوق، این تولیدکننده تحقیقات عمیقی را در مورد تجهیزات امولسیونسازی انجام داد و در نهایت یک امولسیفایر همزن با سرعت بالا با ساختار روتور-استاتور چند مرحلهای، کنترل دقیق دما و عملکردهای هواگیری خلاء را انتخاب کرد. پارامترهای فنی اصلی تجهیزات به شرح زیر است:
- محدوده سرعت چرخش: 1000-15000 دور در دقیقه، تنظیم تبدیل فرکانس بدون پله
- حجم مخزن امولسیونسازی: 250 لیتر (قابل انطباق با تولید آزمایشی با حجم کم و تولید انبوه)
- محدوده کنترل دما: دمای اتاق - 100 درجه سانتیگراد، دقت ±1 درجه سانتیگراد
- درجه خلاء: -0.093 مگاپاسکال، تحقق امولسیونسازی بیهوازی
- نوع روتور: روتور دندانهدار قابل تعویض، روتور امولسیونکننده و روتور پارویی
- سیستم کنترل: کنترل هوشمند PLC، پشتیبانی از ذخیرهسازی پارامتر و عملکرد خودکار
- سیستم تمیز کردن: تمیز کردن آنلاین CIP، پشتیبانی از تمیز کردن خودکار بدنه مخزن و روتور
علاوه بر خود تجهیزات، این تولیدکننده همچنین کل فرآیند امولسیونسازی را با پشتیبانی تیمهای فنی، از جمله پیشتصفیه مواد اولیه، توالی تغذیه، تنظیم گرادیان سرعت برشی و فرآیند خنکسازی پس از امولسیونسازی، بهینه کرد و یک فرآیند عملیاتی استاندارد شده را مطابق با امولسیفایر همزن با سرعت بالا ایجاد کرد.
3. اثرات پیادهسازی و تأیید دادهها
پس از سه ماه راهاندازی تجهیزات، بهینهسازی فرآیند و تأیید تولید انبوه، امولسیفایر همزن با سرعت بالا نتایج قابل توجهی در بهبود کیفیت محصول، کاهش هزینهها و افزایش راندمان به دست آورده است. اثرات خاص توسط دادهها به شرح زیر تأیید میشود:
3.1 بهبود قابل توجه بافت و ظرافت محصول
با توجه به نیروی برشی بالایی که توسط چرخش 15000 دور در دقیقه با سرعت بالا ساختار روتور-استاتور ایجاد میشود، این تجهیزات میتواند ذرات جمع شده فازهای روغن و آب را کاملاً خرد کرده و اندازه ذرات محصول را به 3-5 میکرومتر کاهش دهد. تشخیص توسط یک آنالایزر اندازه ذرات لیزری نشان میدهد که دامنه توزیع اندازه ذرات (D90-D10) ≤ 2 میکرومتر است که بسیار کمتر از 8-15 میکرومتر تجهیزات سنتی است. ارزیابی حسی توسط یک تیم بررسی حرفهای 10 نفره نشان میدهد که نرمی، بدون دانهبندی و احساس مالش محصول به طور قابل توجهی بهبود یافته است و امتیاز حسی از 75 امتیاز به 92 امتیاز افزایش یافته است. نظرات منفی مصرفکنندگان مربوط به «بافت زبر» 90٪ کاهش یافته است و شهرت بازار محصول به طور قابل توجهی افزایش یافته است.
3.2 افزایش پایداری محصول و افزایش عمر مفید
عملکرد هواگیری خلاء امولسیفایر همزن با سرعت بالا به طور موثر حبابهای هوا را در مواد در طول فرآیند امولسیونسازی از بین میبرد و از اکسیداسیون مواد فعال جلوگیری میکند و پایداری سیستم امولسیون را تضمین میکند. از طریق یک آزمایش ذخیرهسازی در دمای اتاق 3 ماهه، آزمایش ذخیرهسازی در دمای پایین (-5 درجه سانتیگراد) 6 ماهه و آزمایش ذخیرهسازی در دمای بالا (45 درجه سانتیگراد) 3 ماهه، محصولات هیچ جدایی روغن، رسوب آب، سخت شدن انجمادی یا پدیدههای دیگر را نشان ندادند و نرخ واجد شرایط بودن پایداری به 100٪ رسید. عمر مفید محصول از 1.5-2 سال به 3 سال افزایش یافته است که با سطح محصولات مراقبت شخصی با کیفیت بالای بینالمللی مطابقت دارد.
3.3 چرخه تولید کوتاه شده و تلفات مواد اولیه کاهش یافته است
راندمان برشی بالای تجهیزات زمان امولسیونسازی را به طور قابل توجهی کوتاه کرده است. زمان امولسیونسازی یک دسته 200 لیتری از مواد اولیه از 60 دقیقه به 25 دقیقه کاهش یافته است و راندمان تولید 58٪ افزایش یافته است. در عین حال، اثر امولسیونسازی یکنواخت نرخ واجد شرایط بودن محصول را از 92٪ به 99.5٪ بهبود بخشیده است و تلفات مواد اولیه در هر دسته از 5-8 کیلوگرم به کمتر از 1 کیلوگرم کاهش یافته است که باعث صرفهجویی در هزینههای مواد اولیه حدود 15٪ در سال میشود. علاوه بر این، این تجهیزات از ذخیرهسازی پارامتر و تکرار دقیق پشتیبانی میکند و اتصال یکپارچه بین پارامترهای آزمایش مقیاس کوچک آزمایشگاهی و پارامترهای تولید انبوه صنعتی را محقق میکند. چرخه تحقیق و توسعه محصول از 2-3 ماه به 1 ماه کاهش یافته است و سرعت عرضه محصول جدید را تسریع میکند.
3.4 کاهش مصرف انرژی و بهبود راندمان عملیاتی
عملکرد تنظیم سرعت تبدیل فرکانس امولسیفایر همزن با سرعت بالا میتواند سرعت چرخش را با توجه به ویژگیهای مواد اولیه و الزامات فرآیند تنظیم کند و از اتلاف انرژی ناشی از عملکرد طولانی مدت با سرعت بالا جلوگیری کند. مصرف انرژی در هر تن محصول از 120 کیلووات ساعت به 85 کیلووات ساعت کاهش یافته است که 29٪ کاهش داشته است. سیستم تمیز کردن آنلاین CIP زمان تمیز کردن در هر دسته را از 40 دقیقه به 15 دقیقه کوتاه کرده است و شدت کار دستی را کاهش داده و ظرفیت تولید مداوم تجهیزات را بهبود بخشیده است. ظرفیت تولید روزانه از 8 دسته به 12 دسته افزایش یافته است و ظرفیت تولید سالانه بدون گسترش سایت تولید 50٪ افزایش یافته است.
4. تجربه بهینهسازی فرآیند
در فرآیند استفاده از امولسیفایر همزن با سرعت بالا، این تولیدکننده مجموعهای از تجربیات بهینهسازی فرآیند هدفمند را در ترکیب با ویژگیهای محصول خلاصه کرد که مرجعی را برای تولید بعدی و همتایان صنعت ارائه کرد:
- پیشتصفیه مواد اولیه: مواد اولیه فاز روغن تا 50-60 درجه سانتیگراد از قبل گرم میشوند تا ذوب شوند و ویسکوزیته کاهش یابد و از طریق یک فیلتر 100 مش فیلتر میشوند تا ناخالصیها از بین بروند. مواد اولیه فاز آب تا 40-50 درجه سانتیگراد از قبل گرم میشوند تا انحلال سورفکتانتها را تقویت کنند که مقاومت امولسیونسازی را کاهش میدهد.
- توالی تغذیه: روش تغذیه «روغن در آب» را اتخاذ کنید، فاز روغن از قبل گرم شده را با سرعت 5-10 میلیلیتر در دقیقه به فاز آب اضافه کنید و همزمان هم زدن با سرعت کم (3000 دور در دقیقه) را شروع کنید تا از تجمع موضعی فاز روغن جلوگیری شود.
- گرادیان سرعت برشی: یک حالت افزایش سرعت گام به گام «سرعت کم (3000 دور در دقیقه) - سرعت متوسط (5000 دور در دقیقه) - سرعت بالا (8000 دور در دقیقه)» را اتخاذ کنید، که در هر مرحله به مدت 2-3 دقیقه حفظ میشود، که از پاشش مواد ناشی از برش آنی بالا جلوگیری میکند و امولسیونسازی یکنواخت را تضمین میکند.
- کنترل دما: در طول امولسیونسازی، دما در 50-65 درجه سانتیگراد کنترل میشود. پس از امولسیونسازی، دما با هم زدن با سرعت کم با سرعت 2-3 درجه سانتیگراد در دقیقه به زیر 40 درجه سانتیگراد کاهش مییابد و سپس مواد افزودنی مانند اسانس و مواد نگهدارنده اضافه میشوند تا از تخریب مواد فعال توسط دمای بالا جلوگیری شود.
5. نتیجهگیری
معرفی امولسیفایر همزن با سرعت بالا اساساً تنگناهای فرآیندی را که تولیدکننده در پیوند امولسیونسازی با آن مواجه بود، حل کرده و بهبود جامعی در کیفیت محصول، راندمان تولید و کنترل هزینه محقق کرده است. از منظر کیفیت محصول، ظرافت بافت و پایداری به سطح بالای بینالمللی رسیده است و رقابتپذیری بازار را افزایش میدهد. از منظر راندمان تولید، چرخه تولید کوتاه شده است، ظرفیت تولید افزایش یافته است و مصرف انرژی و تلفات مواد اولیه کاهش یافته است و مزایای اقتصادی قابل توجهی ایجاد میکند. از منظر تحقیق و توسعه و نوآوری، اتصال یکپارچه بین آزمایشهای مقیاس کوچک و تولید انبوه، عرضه محصولات جدید را تسریع کرده است و یک پایه محکم برای توسعه بلندمدت شرکت ایجاد کرده است.
این مطالعه موردی به طور کامل نشان میدهد که امولسیفایرهای همزن با سرعت بالا، با عملکرد برشی کارآمد، کنترل دقیق پارامترها و انطباق فرآیند انعطافپذیر، به تجهیزات کلیدی برای ارتقای فرآیندهای امولسیونسازی در صنعت مراقبت شخصی و لوازم آرایشی تبدیل شدهاند. برای تولیدکنندگانی که با چالشهای فرآیند مشابه مواجه هستند، انتخاب منطقی امولسیفایرهای همزن با سرعت بالا و بهینهسازی فرآیند منطبق میتواند به طور موثر تبدیل از «محصولات واجد شرایط» به «محصولات با کیفیت بالا» را محقق کند و به صنعت کمک کند تا به سمت یک مسیر توسعه کارآمدتر، با کیفیت بالا و پایدارتر حرکت کند.
پیام شما باید بین 20 تا 3000 کاراکتر باشد!