1. Introdução
Em indústrias como cosméticos de alta gama, biofarmacêuticos e engenharia química de precisão, a demanda por produtos líquidos de alta qualidade com tamanhos de partículas finos, forte estabilidade e ausência de bolhas de ar é cada vez mais rigorosa. O equipamento emulsificador a vácuo homogeneizador, que integra funções de homogeneização, emulsificação e desgaseificação a vácuo, tornou-se um dispositivo chave para atender a esses requisitos. Ele pode resolver efetivamente os problemas de mistura desigual, inclusão de bolhas de ar e baixa estabilidade do produto, que são difíceis de evitar com equipamentos tradicionais. Este caso se concentra em como um cliente na [indústria específica, por exemplo, fabricação de creme facial de alta gama] superou gargalos de produção de longo prazo ao introduzir equipamentos emulsificadores a vácuo homogeneizadores e alcançou melhorias abrangentes na qualidade do produto, eficiência da produção e controle de custos.
2. Contexto do Projeto
2.1 Requisitos do Projeto
O cliente produz principalmente [tipo de produto, por exemplo, cremes e séruns faciais antienvelhecimento], que exigem padrões extremamente altos de finura, estabilidade e aparência da emulsão. Antes de introduzir o novo equipamento emulsificador a vácuo homogeneizador, a linha de produção do cliente tinha os seguintes requisitos claros:
- Finura da Emulsão: O tamanho das partículas da emulsão precisa ser controlado entre 0,5-2 mícrons para garantir que o produto tenha uma textura suave e delicada, sem qualquer sensação granulada ao ser aplicado na pele.
- Desgaseificação a Vácuo: O produto deve estar livre de bolhas de ar. O equipamento precisa manter um grau de vácuo de -0,095 MPa a -0,098 MPa durante o processo de emulsificação, a fim de remover completamente as bolhas de ar geradas durante a mistura dos materiais e evitar problemas como oxidação e redução da vida útil do produto causados pelo ar.
- Capacidade de Produção: Com a expansão da participação de mercado do cliente, a capacidade de produção diária de uma única linha de produção precisa atingir pelo menos 3.000 kg, e o equipamento deve suportar produção contínua ou semi-contínua para reduzir a perda de tempo causada pela troca de lotes.
- Segurança e Conformidade: O equipamento deve ser feito de aço inoxidável 316L de grau farmacêutico para todas as peças em contato com os materiais e estar em conformidade com os padrões internacionais, como GMP (Boas Práticas de Fabricação). Ele também deve ser equipado com um sistema completo de proteção de segurança, incluindo funções de sobretemperatura, sobrepressão e parada de emergência, para garantir a segurança do processo de produção.
2.2 Desafios Enfrentados
Antes de usar o equipamento emulsificador a vácuo homogeneizador, o cliente dependia de uma combinação de agitadores de alta velocidade tradicionais e tanques de vácuo separados para a produção. Esse modo de produção trouxe uma série de problemas que restringiram seriamente o desenvolvimento da empresa:
- Finura da Emulsão Insuficiente: O agitador de alta velocidade tradicional só conseguia quebrar a fase oleosa em partículas com um tamanho de 5-10 mícrons, e a distribuição do tamanho das partículas era desigual. Alguns lotes de produtos apresentavam até mesmo partículas maiores que 15 mícrons, resultando em uma textura áspera. Isso não apenas afetou a experiência do usuário, mas também levou a uma taxa de devolução do produto de 5-8% devido a reclamações de "sensação granulada".
- Inclusão de Bolhas de Ar: O tanque de vácuo separado não conseguia realizar a desgaseificação a vácuo em tempo real durante o processo de emulsificação. Bolhas de ar seriam reintroduzidas quando os materiais fossem transferidos do agitador para o tanque de vácuo, resultando em 10-15% dos produtos com bolhas de ar visíveis na superfície. Esses produtos só podiam ser retrabalhados ou descartados, aumentando os custos de produção.
- Baixa Eficiência de Produção: O processo de produção tradicional exigia várias etapas, incluindo a mistura de materiais no agitador, transferência para o tanque de vácuo para desgaseificação e, em seguida, inspeção por amostragem. Cada lote de produção levava de 6 a 8 horas, e a capacidade de produção diária de uma única linha era de apenas cerca de 1.200 kg, o que estava longe de atender à demanda do mercado. Além disso, a transferência de materiais entre equipamentos aumentava o risco de contaminação e perda de material.
- Qualidade Instável do Produto: Devido à velocidade de mistura e ao grau de vácuo inconsistentes em diferentes lotes, a estabilidade da emulsão variava muito. Aproximadamente 7-10% dos produtos apresentavam estratificação ou mudança de cor após 6 meses de armazenamento, e a taxa de oxidação dos produtos era alta, levando a uma redução significativa da vida útil.
3. Seleção do Equipamento Emulsificador a Vácuo Homogeneizador
3.1 Características e Vantagens do Equipamento Escolhido
Após realizar uma pesquisa de mercado aprofundada, comparar produtos de vários fornecedores e conduzir testes de produção em campo, o cliente finalmente selecionou um equipamento emulsificador a vácuo homogeneizador de estágio duplo. Este equipamento tinha as seguintes características e vantagens principais:
- Sistema de Homogeneização de Estágio Duplo: O equipamento foi equipado com uma cabeça de homogeneização de estágio duplo. O primeiro estágio usou uma bomba de pistão de alta pressão para gerar uma pressão de até 30 MPa, que poderia inicialmente quebrar a fase oleosa em pequenas partículas; o segundo estágio usou uma estrutura especial estator-rotor para refinar ainda mais as partículas para um tamanho de 0,3-1 mícron. Este projeto de homogeneização de estágio duplo garantiu a finura e uniformidade da emulsão.
- Sistema de Vácuo Integrado: O equipamento integrou uma bomba de vácuo de alta eficiência e um tanque de emulsificação selado. Durante todo o processo de emulsificação, o grau de vácuo poderia ser mantido de forma estável em -0,096 MPa a -0,098 MPa. O design exclusivo do corpo do tanque e a estrutura de agitação poderiam impedir a entrada de ar durante a adição de material, realizando a desgaseificação a vácuo em tempo real e completa.
- Controle Inteligente de Temperatura e Processo: O equipamento foi equipado com um sistema de controle PLC (Controlador Lógico Programável) e uma interface de operação com tela sensível ao toque. Os operadores podiam definir e monitorar parâmetros-chave, como pressão de homogeneização, velocidade de agitação, temperatura e grau de vácuo em tempo real. O sistema também tinha uma função de memória de processo automática, que podia armazenar os parâmetros de produção de diferentes produtos e garantir a consistência dos processos de produção entre os lotes.
- Fácil Limpeza e Design de Conformidade: Todas as peças em contato com os materiais foram feitas de aço inoxidável 316L de grau farmacêutico, e o tanque interno do equipamento tinha uma superfície lisa com uma rugosidade de Ra ≤ 0,4 μm, que era fácil de limpar e evitar resíduos de material. O equipamento também foi equipado com um sistema de limpeza CIP (Clean-in-Place), que poderia concluir o processo de limpeza em 45 minutos sem desmontar o equipamento, atendendo aos requisitos GMP de higiene e limpeza.
3.2 Como Atendeu aos Requisitos
O equipamento emulsificador a vácuo homogeneizador selecionado correspondeu totalmente aos requisitos de produção do cliente e resolveu efetivamente os desafios anteriores:
- Atendendo aos Requisitos de Finura da Emulsão: Por meio do sistema de homogeneização de estágio duplo, o equipamento poderia controlar de forma estável o tamanho das partículas da emulsão entre 0,5-1,5 mícrons, o que era melhor do que a faixa exigida pelo cliente de 0,5-2 mícrons. Após o teste, a textura do produto tornou-se extremamente suave, e a taxa de devolução do cliente devido à "sensação granulada" caiu para menos de 0,3%.
- Atendendo aos Requisitos de Desgaseificação a Vácuo: O sistema de vácuo integrado manteve um alto grau de vácuo durante todo o processo de emulsificação, eliminando completamente as bolhas de ar no produto. A taxa de produtos com bolhas de ar foi reduzida de 12% (antes) para menos de 0,5%, e o problema de oxidação do produto causado pelo ar também foi significativamente aliviado.
- Atendendo aos Requisitos de Capacidade de Produção: O equipamento suportava produção semi-contínua. Após otimizar o processo de produção, o tempo de produção por lote foi reduzido para 2,5-3 horas, e a capacidade de produção diária de uma única linha atingiu 3.500 kg, excedendo a meta do cliente de 3.000 kg. Ao mesmo tempo, o design integrado evitou a transferência de material entre equipamentos, reduzindo a perda de material e os riscos de contaminação.
- Atendendo aos Requisitos de Segurança e Conformidade: O material de aço inoxidável 316L de grau farmacêutico e o design em conformidade com GMP garantiram que o equipamento atendesse aos rigorosos padrões de higiene e segurança da indústria. O sistema completo de proteção de segurança também evitou efetivamente acidentes de segurança, como sobretemperatura e sobrepressão, garantindo o bom andamento do processo de produção.
4. Processo de Implementação
4.1 Instalação e Configuração
A instalação e configuração do equipamento emulsificador a vácuo homogeneizador foram concluídas por uma equipe técnica profissional do fornecedor do equipamento, e todo o processo levou 14 dias úteis. As etapas específicas foram as seguintes:
- Preparação Pré-Instalação: Um mês antes da chegada do equipamento, a equipe técnica realizou levantamentos no local com o cliente para confirmar as condições do local, incluindo fonte de alimentação (380V/50Hz), abastecimento de água (pressão ≥ 0,3 MPa), drenagem e ventilação. Eles também formularam um plano de instalação detalhado e forneceram treinamento sobre preparação pré-instalação para o pessoal do cliente no local.
- Descarregamento e Posicionamento do Equipamento: No dia da chegada do equipamento, a equipe técnica usou equipamentos de elevação profissionais para descarregar o equipamento e posicioná-lo com precisão de acordo com o plano de instalação. Eles prestaram atenção especial ao nivelamento do equipamento para garantir a operação estável da cabeça de homogeneização e do sistema de vácuo.
- Conexão de Tubulações e Elétrica: A equipe técnica conectou as tubulações de entrada e saída de material do equipamento, tubulações de água de resfriamento e tubulações de vácuo, e verificou rigorosamente o desempenho de vedação de cada tubulação para evitar vazamentos. Ao mesmo tempo, eles concluíram o trabalho de conexão elétrica, incluindo a conexão da fonte de alimentação principal, circuito de controle e circuito de proteção de segurança, e realizaram um teste abrangente de segurança elétrica.
- Comissionamento e Produção de Teste: Após a conclusão da instalação, a equipe técnica realizou um trabalho de comissionamento de 5 dias. Eles primeiro testaram a operação de cada componente, incluindo o sistema de homogeneização, sistema de vácuo, sistema de agitação e sistema de controle de temperatura, para garantir que todos os parâmetros atendessem aos requisitos de projeto. Em seguida, eles usaram as matérias-primas reais do cliente para produção de teste. Durante a produção de teste, eles ajustaram os parâmetros, como pressão de homogeneização e velocidade de agitação repetidamente, e testaram a finura, o conteúdo de bolhas de ar e a estabilidade do produto. Finalmente, eles confirmaram que todos os indicadores atendiam aos requisitos do cliente.
4.2 Treinamento e Familiarização
Para garantir que os operadores e a equipe de manutenção do cliente pudessem usar e manter o equipamento com proficiência, o fornecedor forneceu um curso de treinamento sistemático de 7 dias, que cobriu os seguintes conteúdos:
- Treinamento Teórico: O professor de treinamento explicou o princípio de funcionamento do equipamento emulsificador a vácuo homogeneizador, a estrutura e a função de cada componente (como a cabeça de homogeneização de estágio duplo, bomba de vácuo e sistema de controle PLC), as causas comuns de falhas e suas soluções e os requisitos relacionados a GMP no processo de produção. Os treinandos foram obrigados a dominar o conhecimento teórico e passar em um teste escrito.
- Treinamento de Operação Prática: Sob a orientação do professor de treinamento, cada operador realizou operações práticas, incluindo configuração de parâmetros, adição de material, monitoramento do processo de homogeneização, ajuste do grau de vácuo e descarga do produto. O professor corrigiu os métodos de operação incorretos em tempo real e garantiu que cada operador pudesse concluir independentemente todo o processo de produção.
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