Studium przypadku zastosowania emulgatora mieszającego ze ścinaniem o dużej prędkości
W produkcji produktów płynnych na dużą skalę, proces mieszania i emulgowania ze ścinaniem jest kluczowym ogniwem, które bezpośrednio wpływa na jakość produktu, stabilność i okres przydatności do spożycia. Zakład produkcyjny specjalizujący się w produktach płynnych i ich pochodnych borykał się kiedyś z powtarzającymi się wyzwaniami w swoim dziale emulgowania ze ścinaniem, co ograniczało wydajność produkcji i spójność produktu. Wprowadzenie emulgatorów mieszających ze ścinaniem o dużej prędkości skutecznie rozwiązało te problemy, osiągając zauważalną poprawę w wydajności produkcji i jakości produktu.
Tło i wyzwania
Zakład eksploatował dwa zestawy urządzeń do emulgowania ze ścinaniem o dziennej wydajności od 240 do 360 ton, pracując nieprzerwanie przez 20 godzin dziennie, aby zaspokoić zapotrzebowanie rynku. Przed modernizacją sprzętu, istniejące emulgatory miały następujące problemy:
- Niewystarczająca wydajność emulgowania ze ścinaniem: Tradycyjny sprzęt nie był w stanie w pełni rozbić rozproszonych cząstek i aglomeratów w surowcach, co skutkowało nierównomiernym rozkładem wielkości cząstek. Średnia wielkość cząstek utrzymywała się na poziomie 3-5 μm, co prowadziło do wyraźnego zjawiska warstwowania w produktach podczas przechowywania w niskiej temperaturze, z wskaźnikiem separacji sięgającym 8% w ciągu 7 dni.
- Wysokie zużycie energii i częsta konserwacja: Sprzęt pracował ze stałą prędkością bez adaptacyjnego dostosowania do lepkości surowca, zużywając nadmierną ilość energii elektrycznej. Interwał wymiany oleju smarującego wynosił tylko 1250 godzin pracy, wymagając częstych przestojów w celu konserwacji, co zmniejszało ogólny wskaźnik dostępności produkcji do około 85%.
- Słaba stabilność produktu: Ze względu na niewystarczające mieszanie i emulgowanie ze ścinaniem, jakość sensoryczna produktów wykazywała znaczne różnice między partiami, w tym niespójną teksturę i jednorodność. Wskaźnik kwalifikacji gotowych produktów utrzymywał się na poziomie 88-90%.
- Ryzyko związane z przestrzeganiem zasad higieny: Wnęka sprzętu miała martwe kąty konstrukcyjne, które były trudne do czyszczenia, a pozostałe materiały łatwo powodowały zanieczyszczenie mikrobiologiczne. Nie spełniał w pełni standardów GMP i GB 14881-2013, wymagając dodatkowych ręcznych procedur czyszczenia, które zwiększały koszty pracy.
Wybór sprzętu i konfiguracja techniczna
Aby rozwiązać te problemy, zakład wybrał emulgatory mieszające ze ścinaniem o dużej prędkości z modułową konstrukcją, integrując zaawansowane technologie, aby dopasować je do swoich potrzeb produkcyjnych. Kluczowe konfiguracje techniczne są następujące:
- Wielostopniowa struktura ścinania wirnika-statora: Zastosowanie trójstopniowej konstrukcji kompozytowej wirnika-statora z regulowaną szczeliną 0,05-0,2 mm. Prędkość wirnika można regulować w sposób ciągły w zakresie 500-15 000 obr./min za pomocą technologii konwersji częstotliwości, generując prędkość ścinania do 80 000 s⁻¹, co skutecznie rozbija aglomerowane cząstki i zwiększa jednorodność mieszania.
- System kontroli temperatury z płaszczem: Wnęka sprzętu jest wyposażona w konstrukcję kontroli temperatury z płaszczem, umożliwiającą precyzyjną kontrolę temperatury w zakresie 0-120℃ z zakresem wahań ±1,5℃. Pozwala to uniknąć nadmiernego wzrostu temperatury podczas ścinania z dużą prędkością, chroniąc składniki wrażliwe na ciepło w surowcach.
- Higieniczna konstrukcja strukturalna: Wnęka wykonana jest ze stali nierdzewnej 316L z wykończeniem polerowanym na lustro, osiągając chropowatość powierzchni Ra ≤ 0,8 μm. Przyjmuje konstrukcję szybkodemontowalną bez martwych kątów, umożliwiając pełne czyszczenie w ciągu 5 minut i obsługując systemy czyszczenia CIP/SIP, aby spełnić surowe wymagania higieniczne.
- Inteligentne sterowanie i ochrona: Wyposażony w inteligentny czujnik momentu obrotowego i system sterowania w pętli zamkniętej, może automatycznie regulować prędkość obrotową w zależności od zmiany lepkości materiałów, unikając ryzyka przeciążenia. Konstrukcja z podwójnym uszczelnieniem mechanicznym zapobiega wyciekom materiału i zapewnia bezpieczną eksploatację.
- Optymalizacja smarowania: Dopasowany do oleju smarującego klasy H1 bezpiecznego dla żywności, który jest nietoksyczny i zgodny z wymaganiami produkcyjnymi. Posiada doskonałą odporność na utlenianie i zużycie, wydłużając interwał wymiany oleju smarującego.
Efekt wdrożenia i analiza danych
Po pięciu miesiącach testów i optymalizacji, emulgatory mieszające ze ścinaniem o dużej prędkości osiągnęły znaczne ulepszenia w wydajności produkcji, jakości produktu i kontroli kosztów operacyjnych. Konkretne dane są następujące:
1. Poprawa jakości produktu
Efekt emulgowania ze ścinaniem został znacznie wzmocniony, ze średnią wielkością cząstek materiałów zmniejszoną do 0,5-1 μm, a wskaźnik polidyspersji (PDI) kontrolowany poniżej 0,15. Wskaźnik separacji warstw produktów podczas przechowywania w niskiej temperaturze został zmniejszony do mniej niż 1% w ciągu 30 dni, a stabilność emulsji została znacznie poprawiona. Spójność jakości sensorycznej partii została znacznie zwiększona, a wskaźnik kwalifikacji gotowego produktu wzrósł z 88-90% do 99,5%.
2. Optymalizacja zużycia energii i konserwacji
Regulacja prędkości konwersji częstotliwości i wydajna struktura ścinania zmniejszyły jednostkowe zużycie energii o około 5%, oszczędzając 55 MWh energii elektrycznej i redukując emisję CO₂ o 33 tony rocznie. Interwał wymiany oleju smarującego został wydłużony z 1250 godzin pracy do 9000 godzin pracy, co odpowiada około trzem latom ciągłej pracy w codziennych warunkach pracy. Zmniejszyło to nie tylko koszty oleju smarującego i pracy konserwacyjnej, ale także zwiększyło wskaźnik dostępności sprzętu do 96%.
3. Wydajność produkcji i wygoda obsługi
Wysoka wydajność ścinania skróciła czas emulgowania jednej partii z 30 minut do 15 minut, zwiększając ogólną zdolność produkcyjną o 30%. Inteligentny system sterowania zrealizował automatyczną pracę, redukując interwencję ręczną i błędy operacyjne. Konstrukcja szybkodemontowalna i łatwa do czyszczenia skróciła czas czyszczenia o 60%, zapewniając ciągłość produkcji i zmniejszając ryzyko zanieczyszczenia krzyżowego.
4. Ulepszenie zgodności z zasadami higieny
Konstrukcja wnęki bez martwych kątów i olej smarujący bezpieczny dla żywności w pełni spełniły wymagania norm GMP i GB 14881-2013. Wyniki wykrywania mikrobiologicznego wykazały, że całkowita liczba kolonii w produktach utrzymywała się na niskim poziomie, eliminując ryzyko związane z przestrzeganiem zasad higieny i zmniejszając koszty przeróbek z powodu zanieczyszczenia.
Podsumowanie
Zastosowanie emulgatorów mieszających ze ścinaniem o dużej prędkości zasadniczo rozwiązało wieloletnie problemy w dziale emulgowania ze ścinaniem zakładu produkcyjnego. Optymalizując efekt emulgowania ze ścinaniem, zmniejszając zużycie energii i koszty konserwacji oraz poprawiając stabilność produktu i zgodność z zasadami higieny, położyło solidne podstawy dla zrównoważonego rozwoju produkcji. Modułowa konstrukcja i inteligentne sterowanie sprzętu zapewniają również elastyczność w zakresie przyszłej rozbudowy produkcji i modernizacji produktów, dostosowując się do zmieniających się wymagań rynku w zakresie jakości i bezpieczeństwa produktów.
W praktycznej produkcji wydajność emulgatorów mieszających ze ścinaniem o dużej prędkości jest ściśle związana z charakterystyką materiału, parametrami procesu i zarządzaniem operacyjnym. Poprzez ciągłą optymalizację parametrów dopasowania i standaryzowaną konserwację, sprzęt może odgrywać większą rolę w poprawie wydajności produkcji i jakości produktu, tworząc większą wartość dla zakładu produkcyjnego.
Twoja wiadomość musi mieć od 20 do 3000 znaków!