1. Giới thiệu
Trong sản xuất công nghiệp hiện đại, chất lượng của các sản phẩm dạng lỏng thường phụ thuộc vào hiệu quả và độ đồng đều của quá trình nhũ hóa. Thiết bị nhũ hóa chất lỏng, là một thiết bị cốt lõi để đạt được sự trộn lẫn ổn định của dầu-nước và các chất không thể trộn lẫn khác, đóng một vai trò không thể thay thế trong các lĩnh vực như mỹ phẩm, dược phẩm, chế biến thực phẩm và kỹ thuật hóa học. Trường hợp này tập trung vào việc một khách hàng trong [ngành cụ thể, ví dụ: sản xuất chăm sóc da cao cấp] đã giải quyết thành công những thách thức sản xuất lâu dài bằng cách giới thiệu thiết bị nhũ hóa chất lỏng tiên tiến, và cuối cùng đã đạt được những cải thiện 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: các sản phẩm chăm sóc da nhũ tương dầu trong nước], đòi hỏi sự kiểm soát nghiêm ngặt về kích thước hạt của nhũ tương, độ ổn định trong quá trình bảo quản và độ nhất quán của kết cấu sản phẩm. Trước khi giới thiệu thiết bị nhũ hóa chất lỏng mới, dây chuyền sản xuất của khách hàng có các yêu cầu cụ thể sau:
- Độ đồng đều của quá trình nhũ hóa: Kích thước hạt của nhũ tương cần được kiểm soát trong khoảng 1-5 micron để đảm bảo sản phẩm có kết cấu mịn và không có cảm giác hạt rõ rệt khi sử dụng.
- Năng lực sản xuất: Để đáp ứng nhu cầu thị trường ngày càng tăng, năng lực sản xuất hàng ngày của một dây chuyền sản xuất đơn lẻ cần đạt ít nhất 5.000 lít và thiết bị phải hỗ trợ sản xuất liên tục để tránh việc chuyển đổi lô thường xuyên.
- Độ ổn định của sản phẩm: Nhũ tương sau khi nhũ hóa phải duy trì hiệu suất ổn định trong 12 tháng trong điều kiện bảo quản bình thường, không phân tầng, kết tủa hoặc thay đổi màu sắc.
- An toàn và Tuân thủ: Thiết bị phải được làm bằng vật liệu cấp thực phẩm hoặc dược phẩm (chẳng hạn như thép không gỉ 316L) để tránh nhiễm bẩn vật liệu và đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn của ngành về áp suất, nhiệt độ và điều khiển điện.
2.2 Những thách thức phải đối mặt
Trước khi sử dụng thiết bị nhũ hóa chất lỏng mới, khách hàng dựa vào thiết bị khuấy truyền thống để nhũ hóa, điều này dẫn đến một loạt các vấn đề hạn chế sự phát triển của doanh nghiệp:
- Độ đồng đều của quá trình nhũ hóa kém: Thiết bị truyền thống sử dụng một cánh khuấy đơn, không thể phá vỡ hoàn toàn pha dầu thành các giọt nhỏ. Kích thước hạt của nhũ tương được tạo ra thường từ 8-15 micron và một số lô thậm chí còn vượt quá 20 micron. Điều này không chỉ làm cho kết cấu sản phẩm thô ráp mà còn khiến một số khách hàng phàn nàn về việc "thoa không đều."
- Hiệu quả sản xuất thấp: Thiết bị truyền thống áp dụng chế độ sản xuất theo lô. Mỗi lô nhũ hóa cần 4-5 giờ (bao gồm gia nhiệt, khuấy, làm mát và kiểm tra lấy mẫu) và năng lực sản xuất hàng ngày chỉ khoảng 2.000 lít, điều này không đáp ứng được nhu cầu thị trường. Ngoài ra, sau mỗi lô, thiết bị cần được làm sạch kỹ lưỡng, mất thêm 1-2 giờ, làm giảm thời gian sản xuất hiệu quả.
- Chất lượng sản phẩm không ổn định: Do tốc độ khuấy và kiểm soát nhiệt độ của thiết bị truyền thống không nhất quán, độ ổn định của nhũ tương giữa các lô khác nhau khác biệt đáng kể. Khoảng 5-8% sản phẩm sẽ xuất hiện phân tầng sau 6-8 tháng bảo quản, dẫn đến việc loại bỏ sản phẩm và tăng chi phí tổn thất.
- Tiêu thụ năng lượng cao và lãng phí vật liệu: Thiết bị truyền thống yêu cầu công suất cao để duy trì tốc độ khuấy và mức tiêu thụ năng lượng trên mỗi tấn sản phẩm đạt 120 kWh. Đồng thời, do hiệu quả nhũ hóa kém, một số nguyên liệu thô không thể được trộn và phản ứng hoàn toàn, dẫn đến tỷ lệ lãng phí vật liệu khoảng 3-5%.
3. Lựa chọn Thiết bị Nhũ hóa Chất lỏng
3.1 Tính năng và Ưu điểm của Thiết bị được Chọn
Sau khi nghiên cứu sâu rộng về thị trường và nhiều lần kiểm tra và thử nghiệm tại chỗ, khách hàng cuối cùng đã chọn thiết bị nhũ hóa chất lỏng cắt hai trục. Thiết bị này có các tính năng và ưu điểm chính sau:
- Cấu trúc cắt hai trục: Thiết bị được trang bị một rôto cắt tốc độ cao và một cánh khuấy tốc độ thấp. Rôto cắt tốc độ cao có thể tạo ra lực cắt lên đến 10.000 vòng/phút, phá vỡ hiệu quả pha dầu thành các giọt nhỏ; cánh khuấy tốc độ thấp có thể đảm bảo sự tuần hoàn đồng đều của vật liệu trong bể, tránh quá nhiệt cục bộ hoặc nhũ hóa không đủ.
- Kiểm soát nhiệt độ và áp suất chính xác: Thiết bị được trang bị cảm biến nhiệt độ đa điểm và hệ thống điều khiển áp suất tự động. Phạm vi kiểm soát nhiệt độ là 0-150°C, với sai số ±0,5°C và áp suất có thể được duy trì ở mức 0,1-0,3 MPa, đảm bảo phản ứng nhũ hóa được thực hiện trong điều kiện quy trình ổn định.
- Vật liệu cấp thực phẩm và dễ làm sạch: Bể bên trong và tất cả các bộ phận tiếp xúc với vật liệu đều được làm bằng thép không gỉ 316L, có khả năng chống ăn mòn tốt và có thể được khử trùng ở nhiệt độ cao. Ngoài ra, thiết bị được thiết kế với hệ thống làm sạch CIP (Clean-in-Place), có thể hoàn thành quá trình làm sạch trong 30 phút mà không cần tháo rời, giảm cường độ lao động và thời gian làm sạch.
- Điều khiển thông minh và ghi dữ liệu: Thiết bị được trang bị hệ thống điều khiển màn hình cảm ứng, có thể cài đặt và điều chỉnh các thông số như tốc độ khuấy, nhiệt độ và thời gian. Đồng thời, nó có thể tự động ghi lại dữ liệu sản xuất (chẳng hạn như nhiệt độ, áp suất, thời gian và sản lượng) và tạo báo cáo, rất thuận tiện cho khách hàng để truy xuất quá trình sản xuất và đáp ứng các yêu cầu quản lý chất lượng của ngành.
3.2 Cách nó đáp ứng các yêu cầu
Thiết bị nhũ hóa chất lỏng được chọn đã đáp ứng đầy đủ các yêu cầu sản xuất của khách hàng và giải quyết các thách thức trước đây:
- Đáp ứng các yêu cầu về độ đồng đều của quá trình nhũ hóa: Thông qua rôto cắt tốc độ cao, thiết bị có thể kiểm soát ổn định kích thước hạt nhũ tương trong khoảng 1-3 micron, tốt hơn so với yêu cầu 1-5 micron của khách hàng. Sau khi thử nghiệm, kết cấu sản phẩm mịn hơn đáng kể và tỷ lệ khiếu nại của khách hàng liên quan đến "cảm giác hạt" giảm xuống dưới 0,5%.
- Đáp ứng các yêu cầu về năng lực sản xuất: Thiết bị hỗ trợ sản xuất liên tục. Sau khi tối ưu hóa quy trình, thời gian nhũ hóa trên mỗi tấn sản phẩm được rút ngắn xuống còn 1,5 giờ và năng lực sản xuất hàng ngày của một dây chuyền sản xuất đạt 6.000 lít, vượt quá mục tiêu 5.000 lít của khách hàng. Ngoài ra, hệ thống làm sạch CIP đã giảm thời gian làm sạch xuống 70%, cải thiện hơn nữa thời gian sản xuất hiệu quả.
- Đáp ứng các yêu cầu về độ ổn định của sản phẩm: Hệ thống kiểm soát nhiệt độ và áp suất chính xác đảm bảo rằng quá trình nhũ hóa nhất quán giữa các lô khác nhau. Sau 12 tháng thử nghiệm bảo quản, tỷ lệ phân tầng của sản phẩm đã giảm xuống dưới 0,3%, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về độ ổn định của khách hàng.
- Đáp ứng các yêu cầu về an toàn và tuân thủ: Vật liệu thép không gỉ 316L và kiểm tra chất lượng nghiêm ngặt đảm bảo rằng thiết bị đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn và vệ sinh của ngành. Chức năng ghi dữ liệu cũng giúp khách hàng vượt qua cuộc kiểm toán chất lượng hàng năm của các cơ quan quản lý có liên quan một cách suôn sẻ.
4. Quy trình triển khai
4.1 Lắp đặt và Thiết lập
Việc lắp đặt và thiết lập thiết bị nhũ hóa chất lỏng được hoàn thành bởi một đội ngũ kỹ thuật chuyên nghiệp do nhà cung cấp thiết bị cử đến và toàn bộ quá trình mất 10 ngày làm việc:
- Chuẩn bị trước khi lắp đặt: Trước khi thiết bị đến, đội kỹ thuật đã liên lạc trước với khách hàng để xác nhận các điều kiện của địa điểm (chẳng hạn như kích thước không gian, nguồn điện, cấp nước và thoát nước) và lập kế hoạch lắp đặt chi tiết. Đồng thời, khách hàng đã bố trí 2 kỹ thuật viên toàn thời gian để phối hợp với công việc lắp đặt.
- Lắp đặt thiết bị: Vào ngày thiết bị đến, đội kỹ thuật trước tiên đã kiểm tra tính toàn vẹn của thiết bị và phụ kiện, sau đó tiến hành nâng, định vị và kết nối đường ống. Trong quá trình lắp đặt, nhóm đã đặc biệt chú ý đến hiệu suất bịt kín của thân bể và sự liên kết của các bộ phận quay để tránh rò rỉ dầu hoặc tiếng ồn bất thường trong quá trình vận hành.
- Vận hành thử và Kiểm tra: Sau khi hoàn thành việc lắp đặt, đội kỹ thuật đã thực hiện công việc vận hành thử trong 3 ngày. Họ đã kiểm tra hệ thống điện, hệ thống sưởi và hệ thống làm mát trước tiên để đảm bảo rằng mọi thành phần đều hoạt động bình thường. Sau đó, họ đã sử dụng nguyên liệu thô thực tế của khách hàng để sản xuất thử. Trong quá trình sản xuất thử, các thông số như tốc độ khuấy, nhiệt độ và thời gian nhũ hóa đã được điều chỉnh nhiều lần cho đến khi kích thước hạt nhũ tương, kết cấu và độ ổn định đều đáp ứng các yêu cầu của khách hàng.
4.2 Đào tạo và Làm quen
Để đảm bảo rằng người vận hành của khách hàng có thể sử dụng và bảo trì thiết bị một cách chính xác, nhà cung cấp đã cung cấp một khóa đào tạo 5 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 chất lỏng, chức năng của từng bộ phận, nguyên nhân và giải pháp của các lỗi thường gặp và quy trình vận hành an toàn. Các nhà khai thác được yêu cầu phải nắm vững kiến thức cơ bản về quy trình nhũ hóa và kiểm soát thiết bị.
- Đào tạo vận hành thực tế: Dưới sự hướng dẫn của giáo viên đào tạo, mỗi người vận hành đã thực hiện các thao tác thực tế như cài đặt thông số, nạp nguyên liệu thô, giám sát quá trình nhũ hóa và làm sạch thiết bị. Giáo viên đã sửa các phương pháp vận hành không chính xác kịp thời và đảm bảo rằng mỗi người vận hành có thể vận hành thiết bị một cách độc lập.
- Đào tạo bảo trì: Việc đào tạo cũng bao gồm công việc bảo trì hàng ngày, chẳng hạn như kiểm tra bôi trơn các bộ phận quay, làm sạch bộ lọc và hiệu chuẩn cảm biến nhiệt độ. Các nhà khai thác đã được hướng dẫn cách đánh giá trạng thái bất thường của thiết bị thông qua âm thanh, nhiệt độ và các tín hiệu khác, và cách thực hiện các biện pháp khẩn cấp khi xảy ra lỗi.
Sau khi đào tạo, nhà cung cấp đã tiến hành đánh giá người vận hành. Tất cả 8 người vận hành đã vượt qua bài đánh giá và nhận được chứng chỉ đủ điều kiện để vận hành thiết bị.
