مطالعه موردی: پیادهسازی تجهیزات امولسیفایر اختلاط برشی برای عملکرد تولید بهینه
مقدمه
در حوزهی صنایع تولیدی که به فرمولاسیون محصولات امولسیونی متکی هستند—مانند لوازم آرایشی، دارویی و مواد شیمیایی خاص—دستیابی به پراکندگی کامل مواد تشکیلدهنده، بافت یکنواخت محصول و چرخههای تولید کارآمد برای پاسخگویی به نیازهای بازار ضروری است. برای یک واحد تولیدی که بر ایجاد فرمولاسیونهای امولسیونی پیچیده با اجزای متعدد مواد اولیه متمرکز است، محدودیتهای سیستمهای اختلاط سنتی آن به یک مانع مهم برای رشد تبدیل شده بود. این سیستمها در ارائه نیروهای برشی بالا که برای امولسیونسازی پایدار مورد نیاز است، با مشکل مواجه بودند و منجر به ناسازگاریهای کیفی و تاخیر در تولید میشدند. برای رفع این چالشها، این واحد تولیدی در تجهیزات امولسیفایر اختلاط برشی سرمایهگذاری کرد. این مطالعه موردی، سفر این واحد تولیدی را از شناسایی نقاط دردناک تا پیادهسازی تجهیزات جدید و بهبودهای ملموس مشاهده شده در یک دوره 24 ماهه مستند میکند.
پیشینه: محدودیتهای سیستمهای اختلاط سنتی
قبل از استفاده از تجهیزات امولسیفایر اختلاط برشی، این واحد تولیدی از همزنهای معمولی و میکسرهای با برش کم برای تهیه محصولات امولسیونی خود استفاده میکرد. در حالی که این سیستمها برای کارهای اختلاط اولیه کافی بودند، اما نتوانستند نیازهای در حال تحول این واحد تولیدی را برآورده کنند و در نتیجه چهار چالش اصلی ایجاد شد:
- پایداری ناکافی امولسیون: نیروهای برشی کم تولید شده توسط میکسرهای سنتی از پراکندگی کامل فازهای روغن و آب جلوگیری میکرد و منجر به امولسیونهای ناپایدار میشد. بسیاری از دستهها برای دستیابی به پایداری مورد نظر به فرآوری یا افزودنیهای اضافی نیاز داشتند و حتی برخی از محصولات در حین ذخیرهسازی جدا میشدند—که منجر به شکایت مشتریان و نرخ رد دسته 7-9٪ شد.
- زمانهای فرآوری طولانی: به دلیل ناکارآمدی اختلاط با برش کم، این واحد تولیدی به طور متوسط 6 ساعت در هر دسته برای رسیدن به سطح امولسیونسازی قابل قبول صرف میکرد. این زمان فرآوری طولانی، خروجی روزانه این واحد تولیدی را به 5-7 دسته محدود میکرد و انجام سفارشات بزرگ یا پاسخ سریع به افزایش ناگهانی تقاضا را دشوار میکرد.
- ضایعات زیاد مواد تشکیلدهنده: عملکرد اختلاط ناسازگار سیستمهای سنتی اغلب منجر به استفاده بیش از حد از مواد اولیه—به ویژه عوامل امولسیونکننده—برای جبران پراکندگی ضعیف میشد. علاوه بر این، اختلاط ناقص منجر به باقیماندههای محصول میشد که نمیتوانستند از میکسرها بازیابی شوند و منجر به نرخ ضایعات مواد اولیه 12٪ میشد که هزینههای تولید را به طور قابل توجهی افزایش میداد.
- تمیز کردن پیچیده و خطرات آلودگی متقابل: میکسرهای سنتی دارای ساختارهای داخلی پیچیدهای با مناطق صعبالوصول بودند که تمیز کردن را به یک فرآیند زمانبر تبدیل میکرد که تا 1 ساعت در هر دسته طول میکشید. بدتر از آن، محصول باقیمانده از دستههای قبلی گاهی در این مناطق پنهان باقی میماند و خطر آلودگی متقابل را برای دستههای بعدی ایجاد میکند—به ویژه برای خطوط تولید دارویی و آرایشی این واحد تولیدی که نیاز به رعایت دقیق استانداردهای بهداشتی دارند، حیاتی است.
انتخاب تجهیزات و برنامهریزی پیادهسازی
پس از انجام یک تجزیه و تحلیل عمیق از الزامات تولید خود، این واحد تولیدی شروع به ارزیابی فناوریهای اختلاط کرد که میتوانستند نیروهای برشی بالایی را در عین حفظ انعطافپذیری عملیاتی ارائه دهند. معیارهای اصلی برای انتخاب تجهیزات عبارتند از:
- توانایی تولید انرژی برشی کافی (اندازهگیری شده بر حسب کیلووات بر متر مکعب) برای شکستن خوشههای ذرات و اطمینان از تشکیل امولسیون پایدار
- سازگاری با طیف گستردهای از ویسکوزیتههای مواد اولیه (از 500 تا 10000 سانتیپویز) که در سبد محصولات این واحد تولیدی استفاده میشود
- ادغام آسان با خطوط تولید و سیستمهای کنترل موجود
- ویژگیهای طراحی که تمیز کردن سریع را تسهیل کرده و خطرات آلودگی متقابل را به حداقل میرساند
- بهرهوری انرژی برای کاهش هزینههای عملیاتی بلندمدت
پس از ارزیابی دقیق چندین گزینه تجهیزات، این واحد تولیدی یک سیستم امولسیفایر اختلاط برشی را انتخاب کرد که مجهز به ویژگیهای زیر است:
- یک مجموعه روتور-استاتور با سرعت بالا که قادر به تولید نرخهای برش تا 10000 s⁻¹ برای پراکندگی فاز کارآمد است
- کنترل سرعت متغیر (500-5000 دور در دقیقه) برای انطباق با فرمولاسیونهای مختلف محصول
- یک طراحی بهداشتی با سطوح داخلی صاف، اجزای قابل جدا شدن و سازگاری CIP (تمیز کردن در محل)
- ادغام با سیستم PLC (کنترلکننده منطقی قابل برنامهریزی) موجود این واحد تولیدی برای نظارت بر فرآیند در زمان واقعی و تنظیم پارامترها
- یک محفظه اختلاط بسته برای جلوگیری از تبخیر و آلودگی مواد تشکیلدهنده در حین فرآوری
پیادهسازی تجهیزات امولسیفایر اختلاط برشی از یک برنامه ساختاریافته و چهار مرحلهای برای به حداقل رساندن اختلالات تولید پیروی کرد:
مرحله 1: آمادهسازی سایت و ارتقاء زیرساختها
این واحد تولیدی ابتدا یک ارزیابی دقیق از سایت انجام داد تا مکان بهینه برای تجهیزات جدید را تعیین کند. این شامل موارد زیر بود:
- ارزیابی ظرفیت بار کف برای پشتیبانی از وزن تجهیزات (تقریباً 1200 کیلوگرم)
- ارتقاء سیستمهای الکتریکی برای تأمین برق مورد نیاز (480 ولت، 3 فاز)
- نصب خطوط لولهکشی اضافی برای سیستم CIP و تغذیه مواد اولیه
- اصلاح سیستم تهویه این واحد تولیدی برای تطبیق با گرمای تولید شده توسط موتور تجهیزات
مرحله 2: آموزش اپراتور و توسعه مهارت
با درک این موضوع که پذیرش موفقیتآمیز تجهیزات به مهارت اپراتور بستگی دارد، این واحد تولیدی در آموزش جامع برای تیم تولید خود سرمایهگذاری کرد. برنامه آموزشی که با همکاری تامینکننده تجهیزات توسعه یافت، شامل موارد زیر بود:
- جلسات کلاسی در مورد اصول اختلاط برشی، علم امولسیون و عملکرد تجهیزات
- آموزش عملی با تجهیزات، پوشش روشهای راهاندازی، تنظیم پارامترها و پروتکلهای خاموش کردن
- کارگاههای عیبیابی برای رسیدگی به مسائل رایج مانند گرم شدن بیش از حد موتور، نوسانات فشار و نقص در سیستم CIP
- آموزش ایمنی با تمرکز بر روی روشهای قفل/برچسبگذاری (LOTO) مناسب، استفاده از تجهیزات حفاظت فردی (PPE) و پاسخ اضطراری
مرحله 3: آزمایش آزمایشی و بهینهسازی فرآیند
برای اعتبارسنجی عملکرد تجهیزات و اصلاح پارامترهای فرآیند، این واحد تولیدی یک آزمایش آزمایشی سه ماهه انجام داد. در طول این مرحله:
- تیم، امولسیفایر اختلاط برشی را با پنج مورد از فرمولاسیونهای تولید شده رایج این واحد تولیدی آزمایش کرد
- پارامترهایی مانند سرعت روتور، زمان اختلاط و توالی تغذیه مواد تشکیلدهنده برای بهینهسازی پایداری امولسیون و کیفیت محصول تنظیم شدند
- نمونههایی از هر دسته آزمایشی در آزمایشگاه کنترل کیفیت این واحد تولیدی برای توزیع اندازه ذرات (با استفاده از پراکندگی نور دینامیکی)، ویسکوزیته (با یک ویسکومتر چرخشی) و پایداری ذخیرهسازی (از طریق آزمایشهای پیری تسریع شده) تجزیه و تحلیل شدند
- نتایج با نتایج دستههای تولید شده با سیستمهای اختلاط سنتی مقایسه شد و تأیید شد که تجهیزات جدید به طور مداوم عملکرد برتری را ارائه میدهند
مرحله 4: ادغام و انتقال در مقیاس کامل
پس از آزمایش آزمایشی موفقیتآمیز، این واحد تولیدی با ادغام در مقیاس کامل امولسیفایر اختلاط برشی در خط تولید خود ادامه داد. یک رویکرد انتقال فازبندی شده اتخاذ شد:
پیام شما باید بین 20 تا 3000 کاراکتر باشد!