1. Giới thiệu
Trong các ngành công nghiệp như mỹ phẩm cao cấp, dược phẩm sinh học và kỹ thuật hóa học chính xác, nhu cầu về các sản phẩm lỏng chất lượng cao với kích thước hạt mịn, độ ổn định cao và không có bọt khí ngày càng khắt khe. Thiết bị nhũ hóa chân không đồng nhất, tích hợp các chức năng đồng nhất hóa, nhũ hóa và khử khí chân không, đã trở thành một thiết bị quan trọng để đáp ứng các yêu cầu này. Nó có thể giải quyết hiệu quả các vấn đề về trộn không đều, bao gồm bọt khí và độ ổn định sản phẩm kém, những vấn đề khó tránh khỏi với các thiết bị truyền thống. Trường hợp này tập trung vào cách một khách hàng trong [ngành cụ thể, ví dụ: sản xuất kem dưỡng da cao cấp] đã vượt qua các nút thắt cổ chai sản xuất lâu dài bằng cách giới thiệu thiết bị nhũ hóa chân không đồng nhất và đạt được những cải tiến toàn diện về chất lượng sản phẩm, hiệu quả sản xuất và kiểm soát chi phí.
2. Bối cảnh của Dự án
2.1 Yêu cầu của Dự án
Khách hàng chủ yếu sản xuất [loại sản phẩm, ví dụ: kem và serum chống lão hóa], đòi hỏi các tiêu chuẩn cực kỳ cao về độ mịn, độ ổn định và vẻ ngoài của nhũ tương. Trước khi giới thiệu thiết bị nhũ hóa chân không đồng nhất mới, dây chuyền sản xuất của khách hàng có các yêu cầu rõ ràng sau:
- Độ mịn của nhũ tương: Kích thước hạt của nhũ tương cần được kiểm soát trong khoảng 0,5-2 micron để đảm bảo sản phẩm có kết cấu mịn và tinh tế, không có cảm giác hạt khi thoa lên da.
- Khử khí chân không: Sản phẩm phải không có bọt khí. Thiết bị cần duy trì độ chân không từ -0,095 MPa đến -0,098 MPa trong quá trình nhũ hóa, để loại bỏ hoàn toàn bọt khí sinh ra trong quá trình trộn nguyên liệu và tránh các vấn đề như oxy hóa và giảm thời hạn sử dụng sản phẩm do không khí.
- Năng lực sản xuất: Với việc mở rộng thị phần của khách hàng, năng lực sản xuất hàng ngày của một dây chuyền sản xuất đơn lẻ cần đạt ít nhất 3.000 kg và thiết bị nên hỗ trợ sản xuất liên tục hoặc bán liên tục để giảm thời gian hao hụt do chuyển đổi lô.
- An toàn và Tuân thủ: Thiết bị phải được làm bằng thép không gỉ 316L cấp dược phẩm cho tất cả các bộ phận tiếp xúc với vật liệu và tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế như GMP (Thực hành sản xuất tốt). Nó cũng nên được trang bị một hệ thống bảo vệ an toàn hoàn chỉnh, bao gồm các chức năng quá nhiệt, quá áp và dừng khẩn cấp, để đảm bảo an toàn cho quá trình sản xuất.
2.2 Thách thức phải đối mặt
Trước khi sử dụng thiết bị nhũ hóa chân không đồng nhất, khách hàng dựa vào sự kết hợp của máy khuấy tốc độ cao truyền thống và các bể chân không riêng biệt để sản xuất. Chế độ sản xuất này mang lại một loạt các vấn đề đã hạn chế nghiêm trọng sự phát triển của doanh nghiệp:
- Độ mịn của nhũ tương không đủ: Máy khuấy tốc độ cao truyền thống chỉ có thể phá vỡ pha dầu thành các hạt có kích thước 5-10 micron và sự phân bố kích thước hạt không đồng đều. Một số lô sản phẩm thậm chí còn có các hạt lớn hơn 15 micron, dẫn đến kết cấu thô ráp. Điều này không chỉ ảnh hưởng đến trải nghiệm người dùng mà còn dẫn đến tỷ lệ trả lại sản phẩm từ 5-8% do các khiếu nại về "cảm giác hạt".
- Bao gồm bọt khí: Bể chân không riêng biệt không thể đạt được quá trình khử khí chân không theo thời gian thực trong quá trình nhũ hóa. Bọt khí sẽ được đưa trở lại khi vật liệu được chuyển từ máy khuấy sang bể chân không, dẫn đến 10-15% sản phẩm có bọt khí nhìn thấy được trên bề mặt. Những sản phẩm này chỉ có thể được làm lại hoặc loại bỏ, làm tăng chi phí sản xuất.
- Hiệu quả sản xuất thấp: Quy trình sản xuất truyền thống yêu cầu nhiều bước, bao gồm trộn nguyên liệu trong máy khuấy, chuyển sang bể chân không để khử khí và sau đó kiểm tra lấy mẫu. Mỗi lô sản xuất mất 6-8 giờ và năng lực sản xuất hàng ngày của một dây chuyền đơn lẻ chỉ khoảng 1.200 kg, điều này không đáp ứng được nhu cầu thị trường. Ngoài ra, việc chuyển vật liệu giữa các thiết bị làm tăng nguy cơ nhiễm bẩn và thất thoát vật liệu.
- Chất lượng sản phẩm không ổn định: Do tốc độ trộn và độ chân không không nhất quán trong các lô khác nhau, độ ổn định của nhũ tương thay đổi rất lớn. Khoảng 7-10% sản phẩm sẽ bị phân tầng hoặc thay đổi màu sắc sau 6 tháng bảo quản và tốc độ oxy hóa của sản phẩm cao, dẫn đến giảm đáng kể thời hạn sử dụng.
3. Lựa chọn Thiết bị Nhũ hóa Chân không Đồng nhất
3.1 Tính năng và Ưu điểm của Thiết bị được Chọn
Sau khi tiến hành nghiên cứu thị trường chuyên sâu, so sánh các sản phẩm từ nhiều nhà cung cấp và tiến hành các thử nghiệm sản xuất tại chỗ, khách hàng cuối cùng đã chọn thiết bị nhũ hóa chân không đồng nhất hai giai đoạn. Thiết bị này có các tính năng và ưu điểm cốt lõi sau:
- Hệ thống đồng nhất hóa hai giai đoạn: Thiết bị được trang bị đầu đồng nhất hóa hai giai đoạn. Giai đoạn đầu tiên sử dụng bơm piston áp suất cao để tạo ra áp suất lên đến 30 MPa, có thể ban đầu phá vỡ pha dầu thành các hạt nhỏ; giai đoạn thứ hai sử dụng cấu trúc rôto-stato đặc biệt để tinh chế thêm các hạt xuống kích thước 0,3-1 micron. Thiết kế đồng nhất hóa hai giai đoạn này đảm bảo độ mịn và độ đồng đều của nhũ tương.
- Hệ thống chân không tích hợp: Thiết bị tích hợp bơm chân không hiệu quả cao và bể nhũ hóa kín. Trong suốt quá trình nhũ hóa, độ chân không có thể được duy trì ổn định ở mức -0,096 MPa đến -0,098 MPa. Thiết kế thân bể độc đáo và cấu trúc khuấy có thể ngăn không khí bị hút vào trong quá trình thêm vật liệu, thực hiện khử khí chân không theo thời gian thực và triệt để.
- Kiểm soát nhiệt độ và quy trình thông minh: Thiết bị được trang bị hệ thống điều khiển PLC (Bộ điều khiển logic lập trình) và giao diện vận hành màn hình cảm ứng. Người vận hành có thể cài đặt và theo dõi các thông số chính như áp suất đồng nhất hóa, tốc độ khuấy, nhiệt độ và độ chân không trong thời gian thực. Hệ thống cũng có chức năng ghi nhớ quy trình tự động, có thể lưu trữ các thông số sản xuất của các sản phẩm khác nhau và đảm bảo tính nhất quán của quy trình sản xuất giữa các lô.
- Thiết kế dễ làm sạch và tuân thủ: Tất cả các bộ phận tiếp xúc với vật liệu đều được làm bằng thép không gỉ 316L cấp dược phẩm và mặt trong của bể chứa của thiết bị có bề mặt nhẵn với độ nhám Ra ≤ 0,4 μm, dễ dàng làm sạch và tránh cặn vật liệu. Thiết bị cũng được trang bị hệ thống làm sạch CIP (Làm sạch tại chỗ), có thể hoàn thành quá trình làm sạch trong 45 phút mà không cần tháo rời thiết bị, đáp ứng các yêu cầu GMP về vệ sinh và sạch sẽ.
3.2 Cách nó đáp ứng các yêu cầu
Thiết bị nhũ hóa chân không đồng nhất được chọn đã đáp ứng đầy đủ các yêu cầu sản xuất của khách hàng và giải quyết hiệu quả các thách thức trước đây:
- Đáp ứng các yêu cầu về độ mịn của nhũ tương: Thông qua hệ thống đồng nhất hóa hai giai đoạn, thiết bị có thể kiểm soát ổn định kích thước hạt nhũ tương trong khoảng 0,5-1,5 micron, tốt hơn phạm vi yêu cầu của khách hàng là 0,5-2 micron. Sau khi thử nghiệm, kết cấu sản phẩm trở nên cực kỳ mịn và tỷ lệ trả lại của khách hàng do "cảm giác hạt" giảm xuống dưới 0,3%.
- Đáp ứng các yêu cầu về khử khí chân không: Hệ thống chân không tích hợp duy trì độ chân không cao trong suốt quá trình nhũ hóa, loại bỏ hoàn toàn bọt khí trong sản phẩm. Tỷ lệ sản phẩm có bọt khí đã giảm từ 12% (trước) xuống dưới 0,5% và vấn đề oxy hóa sản phẩm do không khí cũng được giảm nhẹ đáng kể.
- Đáp ứng các yêu cầu về năng lực sản xuất: Thiết bị hỗ trợ sản xuất bán liên tục. Sau khi tối ưu hóa quy trình sản xuất, thời gian sản xuất cho mỗi lô đã được rút ngắn xuống còn 2,5-3 giờ và năng lực sản xuất hàng ngày của một dây chuyền đơn lẻ đạt 3.500 kg, vượt quá mục tiêu 3.000 kg của khách hàng. Đồng thời, thiết kế tích hợp đã tránh được việc chuyển vật liệu giữa các thiết bị, giảm thiểu thất thoát vật liệu và nguy cơ nhiễm bẩn.
- Đáp ứng các yêu cầu về an toàn và tuân thủ: Vật liệu thép không gỉ 316L cấp dược phẩm và thiết kế tuân thủ GMP đảm bảo rằng thiết bị đáp ứng các tiêu chuẩn vệ sinh và an toàn nghiêm ngặt của ngành. Hệ thống bảo vệ an toàn hoàn chỉnh cũng ngăn chặn hiệu quả các tai nạn an toàn như quá nhiệt và quá áp, đảm bảo tiến độ sản xuất suôn sẻ.
4. Quy trình thực hiện
4.1 Lắp đặt và Thiết lập
Việc lắp đặt và thiết lập thiết bị nhũ hóa chân không đồng nhất được hoàn thành bởi một đội ngũ kỹ thuật chuyên nghiệp từ nhà cung cấp thiết bị và toàn bộ quá trình mất 14 ngày làm việc. Các bước cụ thể như sau:
- Chuẩn bị trước khi lắp đặt: Một tháng trước khi thiết bị đến, đội ngũ kỹ thuật đã tiến hành khảo sát tại chỗ với khách hàng để xác nhận các điều kiện của địa điểm, bao gồm nguồn điện (380V/50Hz), cấp nước (áp suất ≥ 0,3 MPa), thoát nước và thông gió. Họ cũng xây dựng một kế hoạch lắp đặt chi tiết và cung cấp đào tạo về chuẩn bị trước khi lắp đặt cho nhân viên hiện trường của khách hàng.
- Dỡ hàng và Định vị Thiết bị: Vào ngày thiết bị đến, đội ngũ kỹ thuật đã sử dụng thiết bị nâng chuyên nghiệp để dỡ thiết bị và định vị chính xác theo kế hoạch lắp đặt. Họ đặc biệt chú ý đến độ bằng phẳng của thiết bị để đảm bảo hoạt động ổn định của đầu đồng nhất hóa và hệ thống chân không.
- Kết nối đường ống và điện: Đội ngũ kỹ thuật đã kết nối các đường ống đầu vào và đầu ra vật liệu, đường ống nước làm mát và đường ống chân không của thiết bị, đồng thời kiểm tra nghiêm ngặt hiệu suất bịt kín của từng đường ống để tránh rò rỉ. Đồng thời, họ đã hoàn thành công việc kết nối điện, bao gồm kết nối nguồn điện chính, mạch điều khiển và mạch bảo vệ an toàn, đồng thời tiến hành kiểm tra an toàn điện toàn diện.
- Vận hành thử và Sản xuất thử: Sau khi hoàn thành việc lắp đặt, đội ngũ kỹ thuật đã tiến hành công việc vận hành thử trong 5 ngày. Đầu tiên, họ đã kiểm tra hoạt động của từng bộ phận, bao gồm hệ thống đồng nhất hóa, hệ thống chân không, hệ thống khuấy và hệ thống kiểm soát nhiệt độ, để đảm bảo rằng tất cả các thông số đều đáp ứng các yêu cầu thiết kế. Sau đó, họ đã sử dụng nguyên liệu thô thực tế của khách hàng để sản xuất thử. Trong quá trình sản xuất thử, họ đã điều chỉnh các thông số như áp suất đồng nhất hóa và tốc độ khuấy nhiều lần và kiểm tra độ mịn, hàm lượng bọt khí và độ ổn định của sản phẩm. Cuối cùng, họ đã xác nhận rằng tất cả các chỉ số đều đáp ứng các yêu cầu của khách hàng.
4.2 Đào tạo và Làm quen
Để đảm bảo rằng người vận hành và nhân viên bảo trì của khách hàng có thể sử dụng và bảo trì thiết bị thành thạo, nhà cung cấp đã cung cấp một khóa đào tạo có hệ thống trong 7 ngày, bao gồm các nội dung sau:
- Đào tạo lý thuyết: Giáo viên đào tạo đã giải thích nguyên lý hoạt động của thiết bị nhũ hóa chân không đồng nhất, cấu trúc và chức năng của từng bộ phận (chẳng hạn như đầu đồng nhất hóa hai giai đoạn, bơm chân không và hệ thống điều khiển PLC), các nguyên nhân phổ biến gây ra lỗi và các giải pháp của chúng, và các yêu cầu liên quan đến GMP trong quá trình sản xuất. Học viên được yêu cầu nắm vững kiến thức lý thuyết và vượt qua bài kiểm tra viết.
- Đào tạo vận hành thực tế: Dưới sự hướng dẫn của giáo viên đào tạo, mỗi người vận hành đã tiến hành các hoạt động thực tế
