Nghiên cứu trường hợp: Máy xăng chân không lưu thông bên ngoài trong sản xuất kem mỹ phẩm
Trong ngành mỹ phẩm, kem và sản phẩm nhũ hóa chất lượng cao đòi hỏi phải kiểm soát chặt chẽ sự đồng nhất kết cấu, phân bố kích thước hạt, ổn định nhũ hóa và ngoại hình không có bong bóng.Thiết bị ẩm ướt truyền thống lưu thông nội bộ thường gặp khó khăn với việc lưu thông vật liệu không đủ, phân bố lực cắt không đồng đều và bong bóng không khí còn lại trong sản xuất hàng loạt lớn, dẫn đến chất lượng sản phẩm không nhất quán và hiệu quả sản xuất hạn chế.Nghiên cứu trường hợp này chi tiết cách một chất ướp nước chân không lưu thông bên ngoài giải quyết những thách thức cốt lõi trong sản xuất kem mỹ phẩm quy mô lớn, tối ưu hóa quy trình sản xuất và cải thiện tính nhất quán sản phẩm được trình bày một cách khách quan mà không có ngôn ngữ quảng cáo, tuân thủ các tiêu chuẩn ngành và các yêu cầu quy định.
1. Bối cảnh và thách thức sản xuất
Cơ sở sản xuất tập trung vào sản xuất quy mô lớn các loại kem mỹ phẩm cao cấp, bao gồm kem dưỡng ẩm, kem chống lão hóa và kem chống nắng.Cơ sở dựa trên các chất ướp chân không lưu thông thông thường, dẫn đến các vấn đề liên tục sau khi sản xuất hàng loạt lâu dài, cản trở sự ổn định chất lượng sản phẩm và khả năng mở rộng sản xuất.
Đầu tiên, sự đồng nhất của tinh dịch và kiểm soát kích thước hạt là thấp hơn.dẫn đến sự phân bố lực cắt không đồng đều trong buồng trộnĐiều này dẫn đến kích thước hạt không nhất quán (trung bình 10-15 μm) và các tập hợp có thể nhìn thấy trong một số lô, gây ra kết cấu hạt và cảm giác da kém của các loại kem hoàn thành.Sự thay đổi từ lô đến lô trong phân bố kích thước hạt (giá trị Span > 1.2) cũng ảnh hưởng đến hiệu quả sản phẩm và trải nghiệm của người tiêu dùng.
Thứ hai, bong bóng không khí còn lại và sự phân hủy oxy hóa là những vấn đề lặp đi lặp lại.dẫn đến độ xốp bề mặt và hình thành bong bóng trong các sản phẩm hoàn thiệnNgoài ra, việc giữ chân không đầy đủ trong quá trình nhũ hóa đã tiếp xúc các thành phần nhạy cảm (ví dụ: chiết xuất thực vật, vitamin E) với oxy,tăng tốc độ phân hủy oxy hóa và rút ngắn thời gian sử dụng sản phẩm.
Thứ ba, hiệu quả sản xuất và khả năng mở rộng bị hạn chế.và thiết kế buồng hạn chế việc sử dụng hiệu quả công suất (chỉ 60-70% khối lượng danh nghĩa)Sự can thiệp thường xuyên bằng tay để điều chỉnh lưu thông vật liệu làm tăng cường độ lao động và sự thay đổi lô.sự khó khăn của thiết bị trong việc làm sạch các khu vực khó tiếp cận của con đường lưu thông nội bộ làm tăng nguy cơ nhiễm trùng chéo giữa các công thức khác nhau.
Để giải quyết các vấn đề này, cơ sở đã tìm kiếm một giải pháp nhũ hóa có khả năng kiểm soát kích thước hạt chính xác (≤ 5 μm), loại bỏ bong bóng không khí hoàn toàn, chế biến lô lớn hiệu quả,và tuân thủ các tiêu chuẩn vệ sinh công nghiệp mỹ phẩm (GMP)Sau khi thử nghiệm thử nghiệm nghiêm ngặt và đánh giá kỹ thuật của các loại nhũ hóa khác nhau,một chất pha trộn chân không lưu thông bên ngoài với các thông số tùy chỉnh đã được chọn để tích hợp vào dây chuyền sản xuất.
2- Chọn thiết bị và điều chỉnh kỹ thuật
Xem xét các yêu cầu sản xuất của kem mỹ phẩm độ nhớt cao (8.000-80.000 mPas), dung lượng lô lớn (1.000L mỗi lô), tiêu chuẩn kết cấu nghiêm ngặt,và nhạy cảm với oxy Ứng dụng ức chế chân không lưu thông bên ngoài đã được thiết kế để giải quyết các hạn chế của thiết bị truyền thốngCác đặc điểm kỹ thuật và điều chỉnh chính là như sau:
Hệ thống tuần hoàn bên ngoài cốt lõi
Thiết bị sử dụng thiết kế đường ống lưu thông bên ngoài chuyên dụng,kết nối phần dưới của buồng trộn với một đơn vị đồng hóa hiệu quả cao và đưa vật liệu trở lại phần trên của buồngCấu trúc này cho phép lưu thông bắt buộc của vật liệu thông qua homogenizer với tốc độ dòng chảy 8-10 m3/h, đảm bảo rằng tất cả các vật liệu đi qua vùng cắt nhiều lần (6-8 chu kỳ mỗi lô).Không giống như các hệ thống lưu thông nội bộ, thiết kế bên ngoài loại bỏ khối lượng chết và đảm bảo áp dụng lực cắt đồng đều trên toàn bộ khối lượng vật liệu,giải quyết vấn đề của sự nhũ hóa không đồng đều.
Homogenization và hiệu suất cắt
Đơn vị đồng hóa có cấu trúc rotor-stator hai giai đoạn với tốc độ xoay tối đa 12.000 vòng / phút và tốc độ tuyến tính 45 m / s. Khoảng cách rotor-stator có thể điều chỉnh (0.1-0.3 mm) tạo ra cắt tỉa mạnh mẽ, cavitation và lực hỗn loạn, phá vỡ hiệu quả giọt dầu và các hạt rắn thành các phân tán vi mô (2-4 μm).Một động cơ truyền động tần số biến động (VFD) 45 kW cho phép điều chỉnh tốc độ không bước (1, 500-12,000 rpm), cho phép nhóm kỹ thuật điều chỉnh cường độ cắt cho các công thức kem khác nhau mà không làm hỏng các thành phần nhạy cảm với nhiệt.
Thiết kế chân không và niêm phong
Hệ thống chân không hiệu quả cao tích hợp duy trì mức chân không ổn định từ -0,096 đến -0,098 MPa trong suốt quá trình sản xuất, bao gồm vòng lưu thông bên ngoài.Toàn bộ đường lưu thông từ buồng đến homogenizer và trở lại được niêm phong hoàn toàn bằng các niêm phong cơ học kép và các miếng dán cao su fluorine loại thực phẩmThiết kế này đảm bảo khử không khí kỹ lưỡng trong quá trình lưu thông, loại bỏ bong bóng còn lại và giảm thiểu sự phân hủy oxy hóa của các thành phần hoạt chất.
Phù hợp vật liệu và vệ sinh
Tất cả các thành phần tiếp xúc với sản phẩm, bao gồm buồng trộn, đường ống lưu thông bên ngoài và đầu đồng hóa, được chế tạo từ thép không gỉ 316L.Các bề mặt được xử lý đánh bóng điện phân để đạt được độ thô Ra ≤ 0.4 μm, ngăn ngừa dính vật liệu và hình thành biofilm. Thiết bị hỗ trợ các hoạt động CIP (Sửa sạch tại chỗ), với vòi làm sạch áp suất cao được lắp đặt trong buồng, đường ống lưu thông,và đơn vị đồng nhất ờ cho phép làm sạch kỹ lưỡng tất cả các bề mặt tiếp xúc và đáp ứng các yêu cầu vệ sinh GMP.
Kiểm soát nhiệt độ và tự động hóa
Một buồng trộn có vỏ với hệ thống điều khiển nhiệt độ PID điều chỉnh nhiệt độ chế biến từ 20-80 °C với độ chính xác ± 1 °C, hỗ trợ cả chức năng sưởi ấm và làm mát.Điều này ngăn ngừa biến dạng nhiệt của các thành phần nhạy cảm và đảm bảo hình thành ma trận nhũ hóa ổn địnhThiết bị được trang bị hệ thống điều khiển màn hình cảm ứng PLC, cho phép theo dõi và điều chỉnh các thông số chính trong thời gian thực (tốc độ đồng nhất, tốc độ lưu thông, mức độ chân không, độnhiệt độ)Hệ thống lưu trữ đến 50 hồ sơ công thức, tạo điều kiện chuyển batch một cú nhấp chuột và ghi lại dữ liệu tự động để có thể truy xuất.
3. Thực hiện và tối ưu hóa quy trình
Trước khi sản xuất quy mô lớn, nhóm kỹ thuật đã tiến hành thử nghiệm thí điểm nhiều lô để tối ưu hóa các thông số quy trình cho ba công thức kem cốt lõi: kem dưỡng ẩm dầu trong nước (O / W),kem chống lão hóa nước trong dầu (W/O)Mục tiêu chính là xác định sự kết hợp tối ưu của tốc độ lưu thông lưu thông bên ngoài, tốc độ đồng hóa, mức chân không,và thời gian xử lý để đạt được kích thước hạt mục tiêu, độ ổn định emulsification và kết cấu.
Kết quả thử nghiệm thí điểm cho thấy các thông số tối ưu cụ thể cho công thức: Đối với kem dưỡng ẩm O / W, tốc độ lưu thông lưu thông bên ngoài là 9 m 3 / h, tốc độ đồng nhất là 10.000 rpm,nhiệt độ chế biến 40°C, và thời gian nhũ hóa 30 phút (dưới -0,097 MPa chân không) đạt được sự phân bố kích thước hạt đồng đều (2-3 μm, giá trị Span ≤ 0,8) và kết cấu mịn.Tỷ lệ lưu thông giảm 7 m3/h, tốc độ đồng hóa cao hơn 11.000 vòng / phút và thời gian giữ chân không kéo dài (10 phút sau khi nhũ hóa) loại bỏ bong bóng còn lại và đảm bảo hiệu quả SPF nhất quán.Đối với W/O kem chống lão hóa có chứa chiết xuất thực vật, nhiệt độ thấp hơn (35 °C) và đồng hóa gián đoạn (5 phút bật, 2 phút tắt) bảo quản hoạt động của thành phần trong khi duy trì sự ổn định của nhũ hóa.
Dựa trên những kết quả này, dây chuyền sản xuất đã được cấu hình lại để tích hợp các chất ướp chân không lưu thông bên ngoài vào một luồng công việc vòng kín.
- Các nguyên liệu trước quá trình chế biến (các thành phần pha dầu nóng chảy, dung dịch hòa tan trong nước, chiết xuất lọc) và làm nóng trước đến nhiệt độ được chỉ định.
- Chuyển các vật liệu được xử lý trước vào buồng 1.000L thông qua các đường ống kín, theo trình tự bổ sung pha tối ưu (phần dầu đầu tiên, sau đó là pha nước) để giảm thiểu không khí bị mắc kẹt.
- Kích hoạt hệ thống chân không để đạt đến mức mục tiêu (-0,096 đến -0,098 MPa) và khởi động bơm lưu thông bên ngoài để bắt đầu lưu thông vật liệu.
- Kích hoạt homogenizer ở tốc độ đã được đặt trước, cho phép vật liệu lưu thông qua vùng cắt nhiều lần trong thời gian nhũ hóa đã chỉ định.
- Giữ nhiệt độ ổn định thông qua hệ thống áo khoác, sau đó làm mát kem đến 25 °C trong khi tiếp tục lưu thông để đảm bảo làm mát đồng đều.
- Mở rộng thời gian giữ chân không trong 5-10 phút để loại bỏ bong bóng còn lại, sau đó ngừng lưu thông và đồng hóa.
- Thả kem hoàn thành vào thiết bị đổ đầy hạ lưu thông qua các đường ống kín, hoàn thành chu kỳ sản xuất.
Quá trình tối ưu hóa này loại bỏ nhu cầu hỗn hợp vật liệu bằng tay và các bước khử khí sau nhũ hóa, tích hợp tất cả các hoạt động chính vào một quy trình làm việc tự động duy nhất.Việc xác nhận làm sạch đã xác nhận rằng thiết kế đường ống lưu thông bên ngoài, kết hợp với các hệ thống CIP, loại bỏ hiệu quả các vật liệu còn lại không có chất gây ô nhiễm có thể phát hiện được (giới hạn phát hiện: 0,1 μg/cm2) giữa các lô.
4Kết quả ứng dụng và cải thiện hiệu suất
Sau khi máy ướp nước chân không lưu thông bên ngoài được đưa vào sản xuất chính thức, nhà máy đạt được những cải tiến đáng kể về chất lượng sản phẩm, hiệu quả sản xuất,và chi phí hoạt động với kết quả nhất quán trên tất cả các công thức kem:
Cải thiện chất lượng sản phẩm
Kiểm soát kích thước hạt được cải thiện đáng kể: kích thước hạt trung bình được ổn định ở 2-4 μm, với giá trị Span ≤ 0.9, loại bỏ hạt và cung cấp một kết cấu mịn, kem.độ ẩm tương đối 75% ± 5%) mà không có sự phân tách pha hoặc thay đổi kết cấuCác bong bóng không khí còn lại đã được loại bỏ hoàn toàn, cải thiện ngoại hình sản phẩm (sáng bóng đồng đều, không có lỗ chân lông) và kéo dài tuổi thọ 30% bằng cách giảm sự phân hủy oxy hóa của các thành phần hoạt chất.Sự nhất quán từ lô đến lô được cải thiện đáng kể, với các chỉ số chất lượng chính (sự nhớt, kích thước hạt, độ pH) dao động trong phạm vi ± 3% một sự cải thiện rõ rệt so với sự thay đổi ± 8% trước đó.
Tăng hiệu quả sản xuất
Chu kỳ chế biến lô đã được rút ngắn từ 45 phút xuống còn 30 phút - giảm 33% - cho phép cơ sở tăng khối lượng sản xuất hàng ngày từ 8 lô lên 12 lô (1.000L mỗi lô).Thiết kế lưu thông bên ngoài làm tăng khả năng sử dụng hiệu quả lên 85% khối lượng danh nghĩa, so với 65% với thiết bị truyền thống. hệ thống điều khiển tự động giảm sự can thiệp bằng tay, với mỗi nhà điều hành có thể giám sát hai dây chuyền sản xuất đồng thời,giảm cường độ lao động 40%Thời gian chuyển đổi công thức cũng được giảm từ 2 giờ xuống 45 phút, hỗ trợ sản xuất linh hoạt
