1. Introdução
Na produção industrial moderna, a qualidade dos produtos líquidos muitas vezes depende da eficiência e uniformidade da emulsificação. O equipamento emulsificador de líquidos, como um dispositivo central para alcançar a mistura estável de óleo-água e outras substâncias imiscíveis, desempenha um papel insubstituível em áreas como cosméticos, produtos farmacêuticos, processamento de alimentos e engenharia química. Este estudo de caso se concentra em como um cliente na [indústria específica, por exemplo, fabricação de produtos de cuidados com a pele de alta qualidade] resolveu com sucesso desafios de produção de longa data, introduzindo equipamentos emulsificadores de líquidos avançados e, em última análise, alcançando melhorias 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, produtos de cuidados com a pele em emulsão água-em-óleo], que exigem controle rigoroso sobre o tamanho das partículas da emulsão, estabilidade durante o armazenamento e consistência da textura do produto. Antes de introduzir o novo equipamento emulsificador de líquidos, a linha de produção do cliente tinha os seguintes requisitos específicos:
- Uniformidade da Emulsificação: O tamanho das partículas da emulsão precisa ser controlado dentro de 1-5 mícrons para garantir que o produto tenha uma textura suave e nenhuma sensação granular óbvia quando usado.
- Capacidade de Produção: Para atender à crescente demanda do mercado, a capacidade de produção diária de uma única linha de produção precisa atingir pelo menos 5.000 litros, e o equipamento deve suportar a produção contínua para evitar trocas frequentes de lotes.
- Estabilidade do Produto: A emulsão após a emulsificação deve manter um desempenho estável por 12 meses em condições normais de armazenamento, sem estratificação, precipitação ou alteração de cor.
- Segurança e Conformidade: O equipamento deve ser feito de materiais de qualidade alimentar ou farmacêutica (como aço inoxidável 316L) para evitar a contaminação do material e atender aos padrões de segurança da indústria para pressão, temperatura e controle elétrico.
2.2 Desafios Enfrentados
Antes de usar o novo equipamento emulsificador de líquidos, o cliente confiava em equipamentos de agitação tradicionais para emulsificação, o que levou a uma série de problemas que restringiram o desenvolvimento da empresa:
- Baixa Uniformidade da Emulsificação: O equipamento tradicional usava uma única pá de agitação, que não conseguia quebrar totalmente a fase oleosa em pequenas gotículas. O tamanho das partículas da emulsão produzida era frequentemente entre 8-15 mícrons, e alguns lotes até excediam 20 mícrons. Isso não apenas tornava a textura do produto áspera, mas também fazia com que alguns clientes reclamassem de "aplicação desigual".
- Baixa Eficiência de Produção: O equipamento tradicional adotava um modo de produção em lote. Cada lote de emulsificação exigia 4-5 horas (incluindo aquecimento, agitação, resfriamento e inspeção de amostragem), e a capacidade de produção diária era de apenas cerca de 2.000 litros, o que estava longe de atender à demanda do mercado. Além disso, após cada lote, o equipamento precisava ser limpo completamente, o que levava mais 1-2 horas, reduzindo ainda mais o tempo de produção efetivo.
- Qualidade Instável do Produto: Devido à velocidade de agitação e controle de temperatura inconsistentes do equipamento tradicional, a estabilidade da emulsão entre diferentes lotes era significativamente diferente. Aproximadamente 5-8% dos produtos apresentavam estratificação após 6-8 meses de armazenamento, resultando em sucata de produto e aumento das perdas de custos.
- Alto Consumo de Energia e Desperdício de Material: O equipamento tradicional exigia alta potência para manter a velocidade de agitação, e o consumo de energia por tonelada de produto atingia 120 kWh. Ao mesmo tempo, devido ao efeito de emulsificação ruim, algumas matérias-primas não podiam ser totalmente misturadas e reagidas, levando a uma taxa de desperdício de material de cerca de 3-5%.
3. Seleção do Equipamento Emulsificador de Líquidos
3.1 Características e Vantagens do Equipamento Escolhido
Após uma pesquisa aprofundada no mercado e múltiplas inspeções e testes no local, o cliente finalmente selecionou um equipamento emulsificador de líquidos de cisalhamento de eixo duplo. Este equipamento tinha as seguintes características e vantagens principais:
- Estrutura de Cisalhamento de Eixo Duplo: O equipamento foi equipado com um rotor de cisalhamento de alta velocidade e uma pá de agitação de baixa velocidade. O rotor de cisalhamento de alta velocidade poderia gerar uma força de cisalhamento de até 10.000 rpm, quebrando efetivamente a fase oleosa em pequenas gotículas; a pá de agitação de baixa velocidade poderia garantir a circulação uniforme dos materiais no tanque, evitando superaquecimento local ou emulsificação insuficiente.
- Controle Preciso de Temperatura e Pressão: O equipamento foi equipado com um sensor de temperatura multiponto e um sistema de controle de pressão automático. A faixa de controle de temperatura era de 0-150°C, com um erro de ±0,5°C, e a pressão poderia ser mantida em 0,1-0,3 MPa, garantindo que a reação de emulsificação fosse realizada em condições de processo estáveis.
- Material de Qualidade Alimentar e Fácil Limpeza: O tanque interno e todas as peças de contato com os materiais foram feitos de aço inoxidável 316L, que tinha boa resistência à corrosão e podia ser esterilizado em altas temperaturas. Além disso, o equipamento foi projetado com um sistema de limpeza CIP (Clean-in-Place), que poderia concluir o processo de limpeza em 30 minutos sem desmontagem, reduzindo a intensidade do trabalho e o tempo de limpeza.
- Controle Inteligente e Registro de Dados: O equipamento foi equipado com um sistema de controle de tela sensível ao toque, que poderia definir e ajustar parâmetros como velocidade de agitação, temperatura e tempo. Ao mesmo tempo, ele poderia registrar automaticamente os dados de produção (como temperatura, pressão, tempo e produção) e gerar relatórios, o que era conveniente para o cliente rastrear o processo de produção e atender aos requisitos de gerenciamento de qualidade da indústria.
3.2 Como Atendeu aos Requisitos
O equipamento emulsificador de líquidos selecionado atendeu totalmente aos requisitos de produção do cliente e resolveu os desafios anteriores:
- Atendendo aos Requisitos de Uniformidade da Emulsificação: Através do rotor de cisalhamento de alta velocidade, o equipamento poderia controlar de forma estável o tamanho das partículas da emulsão dentro de 1-3 mícrons, o que era melhor do que os 1-5 mícrons exigidos pelo cliente. Após o teste, a textura do produto foi significativamente mais suave, e a taxa de reclamação do cliente relacionada à "sensação granular" caiu para menos de 0,5%.
- Atendendo aos Requisitos de Capacidade de Produção: O equipamento suportava a produção contínua. Após otimizar o processo, o tempo de emulsificação por tonelada de produto foi reduzido para 1,5 horas, e a capacidade de produção diária de uma única linha de produção atingiu 6.000 litros, excedendo a meta do cliente de 5.000 litros. Além disso, o sistema de limpeza CIP reduziu o tempo de limpeza em 70%, melhorando ainda mais o tempo de produção efetivo.
- Atendendo aos Requisitos de Estabilidade do Produto: O sistema preciso de controle de temperatura e pressão garantiu que o processo de emulsificação fosse consistente entre diferentes lotes. Após 12 meses de testes de armazenamento, a taxa de estratificação do produto foi reduzida para menos de 0,3%, o que atendeu totalmente aos requisitos de estabilidade do cliente.
- Atendendo aos Requisitos de Segurança e Conformidade: O material de aço inoxidável 316L e a inspeção de qualidade rigorosa garantiram que o equipamento atendesse aos padrões de segurança e higiene da indústria. A função de registro de dados também ajudou o cliente a passar na auditoria anual de qualidade das autoridades reguladoras relevantes sem problemas.
4. Processo de Implementação
4.1 Instalação e Configuração
A instalação e configuração do equipamento emulsificador de líquidos foram concluídas por uma equipe técnica profissional enviada pelo fornecedor do equipamento, e todo o processo levou 10 dias úteis:
- Preparação Pré-Instalação: Antes da chegada do equipamento, a equipe técnica se comunicou com o cliente com antecedência para confirmar as condições do local (como tamanho do espaço, fornecimento de energia, fornecimento de água e drenagem) e fez um plano de instalação detalhado. Ao mesmo tempo, o cliente designou 2 técnicos em tempo integral para cooperar com o trabalho de instalação.
- Instalação do Equipamento: No dia da chegada do equipamento, a equipe técnica primeiro verificou a integridade do equipamento e acessórios, em seguida, realizou içamento, posicionamento e conexão de tubulações. Durante o processo de instalação, a equipe prestou atenção especial ao desempenho de vedação do corpo do tanque e ao alinhamento das peças rotativas para evitar vazamento de óleo ou ruído anormal durante a operação.
- Comissionamento e Testes: Após a conclusão da instalação, a equipe técnica realizou um trabalho de comissionamento de 3 dias. Eles primeiro testaram o sistema elétrico, o sistema de aquecimento e o sistema de resfriamento para garantir que cada componente funcionasse normalmente. Em seguida, eles usaram as matérias-primas reais do cliente para produção experimental. Durante a produção experimental, parâmetros como velocidade de agitação, temperatura e tempo de emulsificação foram ajustados repetidamente até que o tamanho das partículas da emulsão, textura e estabilidade atendessem aos requisitos do cliente.
4.2 Treinamento e Familiarização
Para garantir que os operadores do cliente pudessem usar e manter o equipamento corretamente, o fornecedor forneceu um curso de treinamento de 5 dias, que incluiu os seguintes conteúdos:
- Treinamento Teórico: O professor de treinamento explicou o princípio de funcionamento do equipamento emulsificador de líquidos, a função de cada componente, as causas e soluções de falhas comuns e os procedimentos operacionais de segurança. Os operadores foram obrigados a dominar o conhecimento básico do processo de emulsificação e controle do equipamento.
- Treinamento de Operação Prática: Sob a orientação do professor de treinamento, cada operador realizou operações práticas, como configuração de parâmetros, alimentação de matérias-primas, monitoramento do processo de emulsificação e limpeza do equipamento. O professor corrigiu os métodos de operação incorretos a tempo e garantiu que cada operador pudesse operar o equipamento de forma independente.
- Treinamento de Manutenção: O treinamento também cobriu o trabalho de manutenção diária, como verificar a lubrificação das peças rotativas, limpar o filtro e calibrar o sensor de temperatura. Os operadores foram ensinados a julgar o estado anormal do equipamento por meio de som, temperatura e outros sinais, e como tomar medidas de emergência quando ocorressem falhas.
Após o treinamento, o fornecedor conduziu uma avaliação dos operadores. Todos os 8 operadores passaram na avaliação e obtiveram o certificado de qualificação para operar o equipamento.
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