Ứng dụng của Máy nhũ hóa trộn cắt tốc độ cao
Trong sản xuất sản phẩm lỏng quy mô lớn, quá trình trộn và nhũ hóa cắt là một khâu cốt lõi, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng, độ ổn định và thời hạn sử dụng của sản phẩm. Một cơ sở sản xuất chuyên về các sản phẩm lỏng và các dẫn xuất của chúng đã từng phải đối mặt với những thách thức liên tục trong khâu nhũ hóa cắt, điều này đã hạn chế hiệu quả sản xuất và tính nhất quán của sản phẩm. Việc giới thiệu máy nhũ hóa trộn cắt tốc độ cao đã giải quyết hiệu quả những vấn đề này, đạt được những cải thiện đáng kể về hiệu suất sản xuất và chất lượng sản phẩm.
Bối cảnh và Thách thức
Cơ sở vận hành hai bộ thiết bị nhũ hóa cắt với sản lượng hàng ngày từ 240 đến 360 tấn, hoạt động liên tục 20 giờ một ngày để đáp ứng nhu cầu thị trường. Trước khi nâng cấp thiết bị, các máy nhũ hóa hiện có gặp các vấn đề sau:
- Hiệu quả nhũ hóa cắt không đủ: Thiết bị truyền thống không thể phá vỡ hoàn toàn các hạt phân tán và kết tụ trong nguyên liệu thô, dẫn đến phân bố kích thước hạt không đồng đều. Kích thước hạt trung bình vẫn ở mức 3-5 μm, dẫn đến hiện tượng phân tầng rõ rệt trong sản phẩm trong quá trình bảo quản ở nhiệt độ thấp, với tỷ lệ tách lên đến 8% trong vòng 7 ngày.
- Tiêu thụ năng lượng cao và bảo trì thường xuyên: Thiết bị hoạt động ở tốc độ cố định mà không có sự điều chỉnh thích ứng với độ nhớt của nguyên liệu thô, tiêu thụ quá nhiều điện. Khoảng thời gian thay dầu bôi trơn chỉ là 1.250 giờ hoạt động, yêu cầu dừng máy thường xuyên để bảo trì, làm giảm tỷ lệ khả dụng tổng thể của sản xuất xuống khoảng 85%.
- Độ ổn định sản phẩm kém: Do quá trình trộn và nhũ hóa cắt không đầy đủ, chất lượng cảm quan của sản phẩm cho thấy sự khác biệt đáng kể giữa các lô, bao gồm kết cấu và độ đồng đều không nhất quán. Tỷ lệ sản phẩm cuối đạt tiêu chuẩn được duy trì ở mức 88-90%.
- Rủi ro tuân thủ vệ sinh: Khoang thiết bị có các góc chết cấu trúc khó làm sạch và cặn vật liệu dễ gây ô nhiễm vi sinh vật. Nó không đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn vệ sinh GMP và GB 14881-2013, yêu cầu các quy trình làm sạch thủ công bổ sung làm tăng chi phí lao động.
Lựa chọn thiết bị và Cấu hình kỹ thuật
Để giải quyết những vấn đề này, cơ sở đã chọn máy nhũ hóa trộn cắt tốc độ cao với thiết kế mô-đun, tích hợp các công nghệ tiên tiến để phù hợp với nhu cầu sản xuất của mình. Các cấu hình kỹ thuật chính như sau:
- Cấu trúc cắt rôto-stato đa tầng: Áp dụng thiết kế rôto-stato composite ba tầng với khe hở có thể điều chỉnh từ 0,05-0,2 mm. Tốc độ rôto có thể được điều chỉnh liên tục trong phạm vi 500-15.000 vòng/phút thông qua công nghệ biến tần, tạo ra tốc độ cắt lên đến 80.000 s⁻¹, giúp phá vỡ hiệu quả các hạt kết tụ và tăng cường độ đồng đều của quá trình trộn.
- Hệ thống kiểm soát nhiệt độ có áo khoác: Khoang thiết bị được trang bị cấu trúc kiểm soát nhiệt độ có áo khoác, cho phép kiểm soát nhiệt độ chính xác từ 0-120℃ với phạm vi dao động ±1,5℃. Điều này tránh sự tăng nhiệt quá mức trong quá trình cắt tốc độ cao, bảo vệ các thành phần nhạy cảm với nhiệt trong nguyên liệu thô.
- Thiết kế cấu trúc vệ sinh: Khoang được làm bằng thép không gỉ 316L với lớp hoàn thiện đánh bóng gương, đạt độ nhám bề mặt Ra ≤ 0,8 μm. Nó áp dụng cấu trúc tháo lắp nhanh không có góc chết, cho phép làm sạch hoàn toàn trong vòng 5 phút và hỗ trợ các hệ thống làm sạch CIP/SIP để đáp ứng các yêu cầu vệ sinh nghiêm ngặt.
- Kiểm soát và bảo vệ thông minh: Được trang bị cảm biến mô-men xoắn thông minh và hệ thống điều khiển vòng kín, nó có thể tự động điều chỉnh tốc độ quay theo sự thay đổi độ nhớt của vật liệu, tránh các rủi ro quá tải. Cấu trúc phớt cơ khí kép ngăn ngừa rò rỉ vật liệu và đảm bảo hoạt động an toàn.
- Tối ưu hóa bôi trơn: Phù hợp với dầu bôi trơn an toàn thực phẩm cấp H1, không độc hại và tương thích với các yêu cầu sản xuất. Nó có khả năng chống oxy hóa và chống mài mòn tuyệt vời, kéo dài khoảng thời gian thay dầu bôi trơn.
Hiệu quả thực hiện và Phân tích dữ liệu
Sau năm tháng vận hành thử nghiệm và tối ưu hóa, máy nhũ hóa trộn cắt tốc độ cao đã đạt được những cải thiện đáng kể về hiệu quả sản xuất, chất lượng sản phẩm và kiểm soát chi phí vận hành. Dữ liệu cụ thể như sau:
1. Cải thiện chất lượng sản phẩm
Hiệu quả nhũ hóa cắt được tăng cường đáng kể, với kích thước hạt trung bình của vật liệu giảm xuống còn 0,5-1 μm và chỉ số đa phân tán (PDI) được kiểm soát dưới 0,15. Tỷ lệ tách phân tầng của sản phẩm trong quá trình bảo quản ở nhiệt độ thấp đã giảm xuống dưới 1% trong vòng 30 ngày và độ ổn định của nhũ tương được cải thiện đáng kể. Tính nhất quán về chất lượng cảm quan của các lô được tăng cường đáng kể, với tỷ lệ sản phẩm cuối đạt tiêu chuẩn tăng từ 88-90% lên 99,5%.
2. Tối ưu hóa tiêu thụ năng lượng và bảo trì
Điều chỉnh tốc độ biến tần và cấu trúc cắt hiệu quả đã giảm mức tiêu thụ năng lượng trên một đơn vị khoảng 5%, tiết kiệm 55 MWh điện và giảm 33 tấn khí thải CO₂ hàng năm. Khoảng thời gian thay dầu bôi trơn được kéo dài từ 1.250 giờ hoạt động lên 9.000 giờ hoạt động, tương đương với khoảng ba năm hoạt động liên tục trong điều kiện làm việc hàng ngày. Điều này không chỉ làm giảm chi phí dầu bôi trơn và nhân công bảo trì mà còn tăng tỷ lệ khả dụng của thiết bị lên 96%.
3. Hiệu quả sản xuất và Thuận tiện vận hành
Hiệu quả cắt tốc độ cao đã rút ngắn thời gian nhũ hóa một lô từ 30 phút xuống còn 15 phút, tăng tổng công suất sản xuất lên 30%. Hệ thống điều khiển thông minh đã thực hiện vận hành tự động, giảm sự can thiệp thủ công và các lỗi vận hành. Cấu trúc tháo lắp nhanh và dễ làm sạch đã giảm thời gian làm sạch xuống 60%, đảm bảo tính liên tục của sản xuất và giảm nguy cơ nhiễm chéo.
4. Nâng cấp tuân thủ vệ sinh
Thiết kế khoang không góc chết và dầu bôi trơn an toàn thực phẩm đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của tiêu chuẩn GMP và GB 14881-2013. Kết quả phát hiện vi sinh vật cho thấy tổng số khuẩn lạc trong sản phẩm vẫn ổn định ở mức thấp, loại bỏ các rủi ro tuân thủ vệ sinh và giảm chi phí làm lại do nhiễm bẩn.
Tóm tắt
Việc ứng dụng máy nhũ hóa trộn cắt tốc độ cao đã giải quyết về cơ bản các vấn đề tồn tại lâu năm trong khâu nhũ hóa cắt của cơ sở sản xuất. Bằng cách tối ưu hóa hiệu quả nhũ hóa cắt, giảm tiêu thụ năng lượng và chi phí bảo trì, đồng thời cải thiện độ ổn định của sản phẩm và tuân thủ vệ sinh, nó đã đặt nền tảng vững chắc cho sự phát triển bền vững của sản xuất. Thiết kế mô-đun và điều khiển thông minh của thiết bị cũng cung cấp sự linh hoạt cho việc mở rộng sản xuất trong tương lai và nâng cấp sản phẩm, thích ứng với nhu cầu thị trường đang thay đổi về chất lượng và an toàn sản phẩm.
Trong sản xuất thực tế, hiệu suất của máy nhũ hóa trộn cắt tốc độ cao có liên quan chặt chẽ đến đặc tính vật liệu, thông số quy trình và quản lý vận hành. Thông qua việc liên tục tối ưu hóa các thông số phù hợp và bảo trì theo tiêu chuẩn, thiết bị có thể đóng vai trò lớn hơn trong việc cải thiện hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm, tạo ra nhiều giá trị hơn cho cơ sở sản xuất.
