Nghiên cứu trường hợp: Máy pha trộn tốc độ cao biến đổi quy trình pha trộn trong sản xuất chăm sóc cá nhân
Trong ngành chăm sóc cá nhân và mỹ phẩm, quá trình nhũ hóa là một liên kết quan trọng trực tiếp xác định chất lượng sản phẩm, kết cấu, độ ổn định và trải nghiệm của người dùng.Đối với các nhà sản xuất sản phẩm kem như chất tẩy rửa khuôn mặt, kem dưỡng ẩm và bôi nhựa, đạt được sự phân tán đồng nhất của các giai đoạn dầu-nước, kiểm soát kích thước hạt ở mức độ vi mô,và đảm bảo sự ổn định lâu dài của sản phẩm là những thách thức chính trong sản xuất hàng loạt. Nghiên cứu trường hợp này chi tiết cách một nhà sản xuất vượt qua các nút thắt quá trình lâu năm bằng cách giới thiệu một chất pha trộn tốc độ cao,thực hiện nâng cấp toàn diện về chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất mà không tiết lộ tên của công ty.
1. Bối cảnh và Thách thức
Nhà sản xuất tập trung vào nghiên cứu, phát triển và sản xuất các sản phẩm chăm sóc cá nhân cao cấp, với một dòng sản phẩm bao gồm chất tẩy rửa mặt axit amin, nhũ nước,Và hoa thơm bổ dưỡng,Trước khi giới thiệu chất pha trộn pha trộn tốc độ cao, công ty đã sử dụng các máy trộn loại chèo truyền thống cho quy trình pha trộn.Khi nhu cầu thị trường về kết cấu và sự ổn định của sản phẩm tiếp tục tăng, những hạn chế của thiết bị truyền thống ngày càng nổi bật, mang lại nhiều thách thức cho hoạt động sản xuất:
1.1 Đồng nhất hóa nhũ hóa kém và kết cấu sản phẩm thô
Máy trộn chèo truyền thống không có lực cắt đủ, với tốc độ xoay tối đa chỉ 1.000 vòng / phút.Các nguyên liệu thô giai đoạn dầu (như dầu khoáng), cetyl alcohol) và vật liệu pha nước (các chất hoạt chất bề mặt axit amin, nước phi ion hóa) không thể đạt được sự phân tán đồng đều ở mức vi mô.Sản phẩm kết quả có phân bố kích thước hạt 8-15 μmPhản hồi của người tiêu dùng về "cảm giác hạt trong quá trình áp dụng" và "bôi trơn không mịn" chiếm hơn 20% đánh giá tiêu cực,ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng cạnh tranh trên thị trường.
1.2 Sự ổn định kém của sản phẩm và thời gian sử dụng ngắn
Do không có sự pha trộn đầy đủ, các giai đoạn dầu và nước của các sản phẩm có xu hướng tách ra trong quá trình lưu trữ.hiện tượng như tách dầu và mưa nước đã xảy ra trong một số sản phẩm nhũ hóa, và thời gian sử dụng chỉ 1,5-2 năm, thấp hơn đáng kể so với trung bình trong ngành là 3 năm cho các sản phẩm cao cấp.một số sản phẩm kem cho thấy đông lạnh và cứng, trong khi lưu trữ ở nhiệt độ cao (45 ° C) dẫn đến sự tách dầu tăng lên, không đáp ứng các yêu cầu ổn định của các sản phẩm chăm sóc cá nhân cao cấp.
1.3 Chu kỳ sản xuất dài và mất nguyên liệu thô cao
Quá trình nhũ hóa truyền thống đòi hỏi nhiều bước khuấy và trộn, với một lô nguyên liệu 200L chỉ mất đến 60 phút để hoàn thành nhũ hóa.do trộn không đồng đều, tỷ lệ đủ điều kiện sản phẩm chỉ là 92%, và các sản phẩm không đủ điều kiện gây ra sự mất mát nguyên liệu 5-8kg mỗi lô, dẫn đến áp lực chi phí đáng kể. the disconnection between laboratory small-scale testing and industrial mass production parameters made it necessary to go through 3-5 repeated adjustments when scaling up from small tests to mass production, dẫn đến chu kỳ R & D sản phẩm dài 2-3 tháng.
1.4 Tiêu thụ năng lượng cao và hiệu quả hoạt động thấp
Máy trộn truyền thống dựa vào trộn kéo dài để cải thiện hiệu ứng nhũ hóa, dẫn đến mức tiêu thụ năng lượng cao.cao hơn 30% so với mức công nghiệp tiên tiếnNgoài ra, thiết bị thiếu hệ thống làm sạch tự động và làm sạch bằng tay sau mỗi lô mất 40 phút, điều này hạn chế nghiêm trọng việc cải thiện năng lực sản xuất.
2. Giải pháp: giới thiệu High-Speed Stirring Emulsifier
Để giải quyết các thách thức trên, nhà sản xuất đã tiến hành nghiên cứu sâu về thiết bị nhũ hóa và cuối cùng đã chọn một máy nhũ hóa nhũ hóa tốc độ cao với cấu trúc rotor-stator nhiều giai đoạn,Điều khiển nhiệt độ chính xác và chức năng khử không khí chân không Các thông số kỹ thuật cốt lõi của thiết bị là như sau:
- Phạm vi tốc độ xoay: 1.000-15.000 vòng/phút, điều chỉnh chuyển đổi tần số không bước
- Kích thước bể xăng: 250L (có thể thích nghi với sản xuất thử nghiệm lô nhỏ và sản xuất hàng loạt quy mô lớn)
- Phạm vi điều khiển nhiệt độ: nhiệt độ phòng - 100°C, độ chính xác ±1°C
- Mức chân không: -0,093 MPa, thực hiện nhũ hóa vô khí
- Loại rotor: rotor có răng cưa, rotor nhũ hóa và rotor chèo có thể thay đổi
- Hệ thống điều khiển: PLC điều khiển thông minh, hỗ trợ lưu trữ tham số và hoạt động tự động
- Hệ thống làm sạch: Làm sạch trực tuyến CIP, hỗ trợ làm sạch tự động thân thùng và rotor
Ngoài các thiết bị chính nó, nhà sản xuất cũng tối ưu hóa toàn bộ quy trình nhũ hóa với sự hỗ trợ của các nhóm kỹ thuật, bao gồm xử lý trước nguyên liệu thô, trình tự cho ăn,điều chỉnh gradient tốc độ cắt, và quá trình làm mát sau emulsification, tạo thành một quy trình hoạt động tiêu chuẩn phù hợp với các emulsifier hỗn hợp tốc độ cao.
3- Hiệu ứng thực hiện và xác minh dữ liệu
Sau ba tháng điều động thiết bị, tối ưu hóa quy trình, và xác minh sản xuất hàng loạt, máy xoa dịu hỗn hợp tốc độ cao đã đạt được kết quả đáng chú ý trong việc cải thiện chất lượng sản phẩm,giảm chi phíCác hiệu ứng cụ thể được xác minh bằng dữ liệu như sau:
3.1 cải thiện đáng kể kết cấu sản phẩm và độ tinh tế
Do lực cắt cao được tạo ra bởi sự xoay nhanh 15.000 vòng / phút của cấu trúc rotor-stator,Thiết bị có thể nghiền nát hoàn toàn các hạt tổng hợp của các giai đoạn dầu-nước và giảm kích thước hạt sản phẩm xuống còn 3-5 μmPhát hiện bằng máy phân tích kích thước hạt laser cho thấy khoảng phân bố kích thước hạt (D90-D10) là ≤ 2 μm, thấp hơn nhiều so với 8-15 μm của thiết bị truyền thống.Việc đánh giá cảm giác bởi một nhóm đánh giá chuyên nghiệp gồm 10 người cho thấy tính mịn của sản phẩm, không có hạt, và cảm giác bôi trơn đã được cải thiện đáng kể, với điểm số cảm giác tăng từ 75 điểm lên 92 điểm.Các đánh giá tiêu dùng tiêu cực liên quan đến "bản chất thô" đã giảm 90%, và danh tiếng thị trường của sản phẩm đã được tăng cường đáng kể.
3.2 Tăng độ ổn định sản phẩm và kéo dài thời gian sử dụng
Chức năng khử không khí chân không của máy xịt emulsifier tốc độ cao có hiệu quả loại bỏ bong bóng không khí trong vật liệu trong quá trình xịt emulsification,tránh oxy hóa các thành phần hoạt chất và đảm bảo sự ổn định của hệ thống nhũ dầuThông qua thử nghiệm lưu trữ nhiệt độ phòng 3 tháng, thử nghiệm lưu trữ nhiệt độ thấp 6 tháng (-5 ° C) và thử nghiệm lưu trữ nhiệt độ cao 3 tháng (45 ° C), các sản phẩm không cho thấy sự tách dầu,lượng mưa nước, đông cứng hoặc các hiện tượng khác và tỷ lệ xác định độ ổn định đạt 100%. Thời gian sử dụng sản phẩm đã được kéo dài từ 1,5-2 năm lên 3 năm,phù hợp với mức độ của các sản phẩm chăm sóc cá nhân cao cấp quốc tế.
3.3 Giảm chu kỳ sản xuất và giảm tổn thất nguyên liệu thô
Hiệu quả cắt cao của thiết bị đã rút ngắn đáng kể thời gian nhũ hóa.Thời gian nhũ hóa của một lô nguyên liệu 200L đã được giảm từ 60 phút xuống còn 25 phút, và hiệu quả sản xuất đã được tăng 58%. đồng thời, hiệu ứng nhũ hóa đồng đều đã cải thiện tỷ lệ trình độ sản phẩm từ 92% lên 99,5%,và lượng nguyên liệu thô mỗi lô đã giảm từ 5-8kg xuống dưới 1kgNgoài ra, thiết bị hỗ trợ lưu trữ tham số và sao chép chính xác.nhận ra sự kết nối liền mạch giữa các tham số thử nghiệm quy mô nhỏ trong phòng thí nghiệm và các tham số sản xuất hàng loạt trong công nghiệpChu kỳ nghiên cứu và phát triển sản phẩm đã được rút ngắn từ 2-3 tháng xuống còn 1 tháng, tăng tốc độ ra mắt sản phẩm mới.
3.4 Giảm tiêu thụ năng lượng và cải thiện hiệu quả hoạt động
Chức năng điều chỉnh tốc độ chuyển đổi tần số của chất pha trộn tốc độ cao có thể điều chỉnh tốc độ xoay theo đặc điểm của nguyên liệu thô và yêu cầu quy trình,tránh lãng phí năng lượng do hoạt động tốc độ cao kéo dàiNhu cầu năng lượng trên mỗi tấn sản phẩm đã giảm từ 120 kWh xuống 85 kWh, giảm 29%.Hệ thống làm sạch trực tuyến CIP đã rút ngắn thời gian làm sạch mỗi lô từ 40 phút xuống còn 15 phút, giảm cường độ lao động tay và cải thiện năng lực sản xuất liên tục của thiết bị.và năng lực sản xuất hàng năm đã tăng 50% mà không cần mở rộng địa điểm sản xuất.
4. Kinh nghiệm tối ưu hóa quy trình
Trong quá trình sử dụng chất pha trộn tốc độ cao, nhà sản xuất đã tóm tắt một loạt các trải nghiệm tối ưu hóa quy trình được nhắm mục tiêu kết hợp với các đặc điểm của sản phẩm,cung cấp một tài liệu tham khảo cho sản xuất và ngành công nghiệp tương đương sau đó:
- Xử lý trước nguyên liệu thô: Các nguyên liệu thô giai đoạn dầu được làm nóng trước đến 50-60 °C để tan chảy và giảm độ nhớt, và lọc qua bộ lọc 100 lưới để loại bỏ tạp chất;Các nguyên liệu thô pha nước được làm nóng trước đến 40-50 °C để thúc đẩy sự hòa tan của các chất hoạt bề mặt, làm giảm khả năng chống ốc dịch.
- Chuỗi cho ăn: Sử dụng phương pháp cho ăn "dầu trong nước", thêm giai đoạn dầu được làm nóng trước vào giai đoạn nước với tốc độ 5-10mL / phút và bắt đầu khuấy với tốc độ thấp (3,000 rpm) cùng một lúc để tránh tích tụ địa phương của giai đoạn dầu.
- Độ dốc tốc độ cắt: áp dụng chế độ tăng tốc từng bước của "tốc độ thấp (3,000 rpm) - tốc độ trung bình (5,000 rpm) - tốc độ cao (8,000 rpm)", với mỗi giai đoạn duy trì trong 2-3 phút,tránh bị phun vật liệu do cắt cao ngay lập tức và đảm bảo nhũ hóa đồng đều.
- Kiểm soát nhiệt độ: Trong quá trình nhũ hóa, nhiệt độ được kiểm soát ở 50-65 °C. Sau khi nhũ hóa, nhiệt độ được giảm xuống dưới 40 °C với tốc độ 2-3 °C/phút bằng cách khuấy với tốc độ thấp,và sau đó thêm các chất phụ gia như tinh dầu và chất bảo quản để tránh sự phá hủy các thành phần hoạt chất do nhiệt độ cao.
5Kết luận
Việc giới thiệu chất pha trộn tốc độ cao đã giải quyết cơ bản các nút thắt quy trình mà nhà sản xuất phải đối mặt trong liên kết pha trộn,thực hiện cải thiện toàn diện chất lượng sản phẩm, hiệu quả sản xuất và kiểm soát chi phí. Từ quan điểm về chất lượng sản phẩm, độ tinh tế và độ ổn định của kết cấu đã đạt đến mức cao cấp quốc tế, tăng cường khả năng cạnh tranh trên thị trường;từ quan điểm về hiệu quả sản xuất, chu kỳ sản xuất đã được rút ngắn, công suất sản xuất đã được tăng lên, và tiêu thụ năng lượng và mất nguyên liệu thô đã được giảm, tạo ra lợi ích kinh tế đáng kể;Từ quan điểm R&D và đổi mới, sự kết nối liền mạch giữa thử nghiệm quy mô nhỏ và sản xuất hàng loạt đã đẩy nhanh việc ra mắt các sản phẩm mới, đặt nền tảng vững chắc cho sự phát triển lâu dài của doanh nghiệp.
Trường hợp này hoàn toàn chứng minh rằng các chất pha trộn tốc độ cao, với hiệu suất cắt tỉa hiệu quả, kiểm soát tham số chính xác và thích nghi quy trình linh hoạt,đã trở thành thiết bị quan trọng để thúc đẩy việc nâng cấp các quy trình nhũ hóa trong ngành công nghiệp chăm sóc cá nhân và mỹ phẩmĐối với các nhà sản xuất phải đối mặt với những thách thức quy trình tương tự, the rational selection of high-speed stirring emulsifiers and the matching process optimization can effectively realize the transformation from "qualified products" to "high-quality products" and help the industry move towards a more efficient, chất lượng cao, và con đường phát triển bền vững.
