دانشنامه جامع کمپرس یخ25
فصل ۲۵
دانشنامه جامع کمپرس یخ و ژلپک
طراحی و انتخاب دستگاههای تولید ژلپک؛ از تجهیزات آزمایشگاهی و میکسر تا پرکن، دستگاه دوخت، بستهبندی، کنترل وزن و خط تولید نیمهصنعتی و صنعتی
مقدمه
پس از انتخاب فرمولاسیون ژلپک، مرحله مهم بعدی انتخاب تجهیزات تولید است.
ممکن است یک فرمول در آزمایشگاه عملکرد بسیار خوبی داشته باشد، اما هنگام انتقال به تولید صنعتی مشکلاتی مانند:
– کلوخهشدن پلیمر
– یکنواخت نبودن ژل
– ایجاد حباب
– گرفتگی مسیر انتقال
– اختلاف وزن بستهها
– آلودگی محل دوخت
– نشتی
– تغییر شکل بسته
– کاهش سرعت تولید
ایجاد شود.
بنابراین طراحی خط تولید باید از ابتدا بر اساس نوع فرمول، ویسکوزیته، وزن بسته، نوع فیلم، ظرفیت تولید و روش بستهبندی انجام شود.
—
۲۵-۱ ـ تولید آزمایشگاهی در برابر تولید صنعتی
در مقیاس آزمایشگاهی معمولاً میتوان از:
– بشر
– همزن
– ترازو
– قیف
– سرنگ یا پرکن دستی
– دستگاه دوخت ساده
استفاده کرد.
اما در تولید صنعتی، این روشها پاسخگو نیستند.
در مقیاس صنعتی باید فرآیند:
اندازهگیری → اختلاط → هیدراتهشدن → انتقال → پرکنی → دوخت → کنترل وزن → کنترل نشتی → بستهبندی
به شکل منظم طراحی شود.
—
۲۵-۲ ـ خط تولید ساده نیمهصنعتی
برای شروع یک کسبوکار کوچک، الزاماً به خط کاملاً اتوماتیک نیاز نیست.
یک خط نیمهصنعتی میتواند شامل موارد زیر باشد:
1. مخزن آب
2. ترازو
3. میکسر
4. مخزن نگهداری ژل
5. پمپ یا سیستم انتقال
6. دستگاه فرمدهی یا کیسه آماده
7. پرکن
8. دستگاه دوخت
9. ترازو کنترل
10. تجهیزات بستهبندی نهایی
—
۲۵-۳ ـ چرا ابتدا نیمهصنعتی؟
تولید نیمهصنعتی امکان میدهد فرمولاسیون و فرآیند قبل از سرمایهگذاری سنگین آزمایش شوند.
مزیت دیگر آن انعطافپذیری بیشتر است.
اگر وزن بسته از ۵۰۰ گرم به یک کیلوگرم تغییر کند، تنظیمات خط نیمهصنعتی معمولاً سادهتر است.
—
۲۵-۴ ـ مخزن آب
اولین تجهیز مهم میتواند مخزن آمادهسازی آب باشد.
مخزن باید:
– قابل شستوشو
– مقاوم در برابر مواد مورد استفاده
– دارای امکان تخلیه
– دارای حجم مناسب
باشد.
اگر آب کیفیت ثابتی داشته باشد، تکرارپذیری فرمول نیز بهتر میشود.
—
۲۵-۵ ـ کنترل آب ورودی
آب فقط یک ماده ارزان نیست؛ بخش اصلی جرم ژلپک است.
بنابراین بهتر است ویژگیهای آب مشخص باشد.
در پروژههای تحقیقاتی میتوان مواردی مانند:
– TDS
– سختی
– pH
را بررسی کرد.
زیرا یونهای محلول میتوانند بر رفتار پلیمر فوقجاذب اثر بگذارند.
—
۲۵-۶ ـ مخزن اختلاط
مخزن اختلاط باید متناسب با حجم بچ انتخاب شود.
اگر مخزن بیش از حد بزرگ باشد و مقدار ماده کمی داخل آن قرار گیرد، اختلاط ممکن است یکنواخت نباشد.
اگر بیش از ظرفیت مخزن پر شود نیز ممکن است اختلاط ناقص شود.
—
۲۵-۷ ـ جنس مخزن
جنس مخزن باید با آب، پلیمر و افزودنیهای مورد استفاده سازگار باشد.
برای بسیاری از سیستمهای آبی میتوان مواد پلیمری یا فلزات مناسب فرآیندی را بررسی کرد.
انتخاب نهایی باید بر اساس فرمول واقعی و شرایط شستوشو انجام شود.
—
۲۵-۸ ـ شکل مخزن
مخزنهایی با گوشههای زیاد ممکن است نقاط مرده ایجاد کنند.
در طراحی مناسب بهتر است گردش ماده در کل حجم مخزن امکانپذیر باشد.
شکل کف مخزن نیز بر تخلیه کامل اثر دارد.
—
۲۵-۹ ـ انتخاب همزن
انتخاب همزن یکی از مهمترین بخشهای طراحی است.
همزن باید بتواند:
– آب را به حرکت درآورد؛
– پلیمر را بهطور یکنواخت پخش کند؛
– کلوخهشدن را کاهش دهد؛
– ژل تشکیلشده را جابهجا کند.
—
۲۵-۱۰ ـ همزن دور بالا یا دور پایین؟
برای پخش اولیه برخی پودرها، سرعت بالاتر میتواند مفید باشد.
اما سرعت بیش از حد ممکن است:
– هوا وارد محصول کند؛
– کف ایجاد کند؛
– ساختار ژل را تغییر دهد.
بنابراین انتخاب سرعت باید تجربی باشد.
—
جهت پیام به گردآورنده: ۰۹۳۸۸۴۰۶۷۱۶
۲۵-۱۱ ـ افزودن پلیمر به آب
ترتیب افزودن بسیار مهم است.
در بسیاری از فرمولهای فوقجاذب، اگر مقدار زیادی پودر یکباره روی آب ریخته شود، سطح ذرات سریعاً آب میگیرد و کلوخه ایجاد میشود.
در نتیجه بخش داخلی کلوخه ممکن است بهخوبی هیدراته نشود.
—
۲۵-۱۲ ـ روش افزودن تدریجی
یکی از روشهای قابل بررسی، افزودن تدریجی پودر در حالی است که آب در حال اختلاط کنترلشده است.
هدف:
پخش یکنواخت ذرات قبل از تشکیل کلوخههای بزرگ
است.
—
۲۵-۱۳ ـ سیستم توزین پودر
در خط صنعتی بهتر است مقدار پلیمر با سیستم توزین دقیق اندازهگیری شود.
خطای چند درصدی در یک فرمول حساس ممکن است روی:
– ویسکوزیته
– مقدار آب آزاد
– قابلیت پرکنی
اثر بگذارد.
—
۲۵-۱۴ ـ زمان هیدراتهشدن
پس از اختلاط اولیه ممکن است پلیمر به زمان نیاز داشته باشد تا به ظرفیت نهایی تورم نزدیک شود.
اگر محصول خیلی زود وارد دستگاه پرکن شود، رفتار آن ممکن است با ژل نهایی متفاوت باشد.
بنابراین زمان هیدراتهشدن باید در دستور تولید ثبت شود.
—
۲۵-۱۵ ـ مخزن نگهداری ژل
پس از اختلاط ممکن است ژل برای مدت مشخصی در مخزن واسط قرار گیرد.
این مخزن باید بهگونهای طراحی شود که:
– تهنشینی حداقل شود؛
– تخلیه آسان باشد؛
– آلودگی وارد محصول نشود.
—
۲۵-۱۶ ـ آیا پمپ لازم است؟
بستگی به ویسکوزیته دارد.
اگر ژل بسیار روان باشد، پمپ سادهتر قابل استفاده است.
اما ژل غلیظ ممکن است به پمپ و مسیر انتقال مناسبتری نیاز داشته باشد.
—
۲۵-۱۷ ـ خطر گرفتگی پمپ
ژلهای پلیمری میتوانند در صورت وجود کلوخه یا ذرات هیدراتهنشده مسیر انتقال را مسدود کنند.
بنابراین قبل از انتخاب پمپ باید:
– ویسکوزیته
– اندازه ذرات
– سرعت جریان
– طول مسیر
بررسی شود.
—
۲۵-۱۸ ـ انتخاب پرکن
پرکن باید بتواند مقدار مشخصی ژل را با دقت مناسب وارد بسته کند.
سه گروه کلی:
– پرکن حجمی
– پرکن وزنی
– پرکن مبتنی بر دبی
وجود دارند.
برای محصولی که چگالی آن تغییر میکند، پرکن وزنی میتواند مزیت داشته باشد.
—
۲۵-۱۹ ـ پرکن وزنی
در پرکن وزنی، مقدار ماده بر اساس جرم کنترل میشود.
مثلاً:
هدف = ۵۰۰ گرم
سیستم تا رسیدن وزن به مقدار تعیینشده پر میکند.
این روش برای کنترل جرم محصول مفید است.
—
۲۵-۲۰ ـ پرکن حجمی
در سیستم حجمی، مقدار ماده بر اساس حجم تعیین میشود.
اگر چگالی ژل ثابت باشد، میتواند روش مناسبی باشد.
اما تغییر ویسکوزیته یا چگالی ممکن است جرم نهایی را تغییر دهد.
—
۲۵-۲۱ ـ دقت پرکنی
فرض کنید وزن اسمی ۵۰۰ گرم است.
اگر نمونهها به شکل زیر باشند:
۴۹۵
۵۰۲
۵۰۱
۴۹۸
۵۰۳ گرم
میتوان میانگین و پراکندگی را بررسی کرد.
هدف فقط رسیدن به میانگین مناسب نیست؛ بلکه کنترل پراکندگی نیز اهمیت دارد.
—
۲۵-۲۲ ـ فرمدهی کیسه
دو روش رایج وجود دارد:
روش اول
استفاده از کیسه آماده.
روش دوم
استفاده از رول فیلم و تشکیل کیسه در خط.
روش اول برای تولید کوچک سادهتر است.
روش دوم برای تولید حجم بالا میتواند بهرهوری بیشتری داشته باشد.
—
۲۵-۲۳ ـ کیسه آماده
مزایای کیسه آماده:
– سرمایهگذاری اولیه کمتر
– فرآیند سادهتر
– تغییر سریع اندازه
معایب:
– قیمت بیشتر هر کیسه
– نیاز به نیروی کار بیشتر
—
۲۵-۲۴ ـ رول فیلم
استفاده از رول فیلم امکان اتوماسیون بیشتر را فراهم میکند.
اما نیازمند:
– سیستم فرمدهی
– کنترل کشش فیلم
– دوخت طولی
– دوخت عرضی
است.
—
۲۵-۲۵ ـ دستگاه دوخت حرارتی
برای بسیاری از فیلمهای ترموپلاستیک میتوان از دوخت حرارتی استفاده کرد.
سه پارامتر اصلی عبارتاند از:
– دما
– فشار
– زمان تماس
—
۲۵-۲۶ ـ اهمیت تنظیم دوخت
دمای کم ممکن است باعث دوخت ناقص شود.
دمای زیاد ممکن است:
– فیلم را تخریب کند؛
– تغییر شکل ایجاد کند؛
– ناحیه دوخت را ضعیف کند.
بنابراین تنظیم دستگاه باید با فیلم واقعی انجام شود.
—
۲۵-۲۷ ـ آلودگی محل دوخت
یکی از رایجترین دلایل نشتی میتواند ورود ژل به محل دوخت باشد.
بنابراین طراحی خط باید به شکلی باشد که قبل از بستهشدن دهانه، محل دوخت تا حد امکان تمیز بماند.
—
۲۵-۲۸ ـ فضای خالی داخل کیسه
کیسه نباید بدون بررسی تا آخرین فضای ممکن پر شود.
در زمان انجماد، تغییر حجم و جابهجایی داخلی باید در طراحی لحاظ شود.
بنابراین مقدار مناسب فضای خالی باید تجربی تعیین شود.
—
۲۵-۲۹ ـ کنترل حباب هوا
حباب زیاد میتواند:
– حجم ظاهری را تغییر دهد؛
– انتقال حرارت را تغییر دهد؛
– کنترل وزن و شکل را دشوار کند.
به همین دلیل فرآیند پرکنی باید از ورود هوای اضافی جلوگیری کند.
—
۲۵-۳۰ ـ تجهیزات کنترل وزن
پس از دوخت، بستهها میتوانند از روی ترازو یا سیستم کنترل وزن عبور کنند.
اگر وزن خارج از محدوده تعریفشده باشد، بسته برای بررسی جدا میشود.
—
۲۵-۳۱ ـ سیستم تشخیص نشتی
در تولید صنعتی، کنترل نشتی اهمیت زیادی دارد.
روشهای مختلفی وجود دارد:
– بازرسی ظاهری
– تست فشار
– تست خلأ
– تست نشتی اختصاصی
روش مناسب به نوع فیلم و طراحی محصول بستگی دارد.
—
جهت پیام به گردآورنده: ۰۹۳۸۸۴۰۶۷۱۶
۲۵-۳۲ ـ دستگاه تست فشار
نمونه را میتوان تحت فشار کنترلشده قرار داد.
اگر نشتی ایجاد شود، نمونه مردود میشود.
فشار آزمون باید بر اساس ساختار بسته و کاربرد تعیین شود و نباید بدون اعتبارسنجی آن را بیش از حد افزایش داد.
—
۲۵-۳۳ ـ آزمون سقوط
برای شبیهسازی حملونقل میتوان بسته را از ارتفاع مشخصی روی سطح مشخص رها کرد.
پس از آزمون:
– نشتی
– پارگی
– تغییر شکل
– بازشدن دوخت
بررسی میشود.
—
۲۵-۳۴ ـ آزمون سوراخشدن
فیلم باید در برابر شرایط معمول حملونقل مقاومت کافی داشته باشد.
برای ارزیابی میتوان آزمون پانچ یا سوراخشدن کنترلشده طراحی کرد.
—
۲۵-۳۵ ـ خط بستهبندی ثانویه
پس از تولید ژلپک، محصول میتواند وارد بستهبندی ثانویه شود.
مثلاً:
ژلپک → بسته چندتایی → کارتن
این کار حمل و انبارش را سادهتر میکند.
—
۲۵-۳۶ ـ چاپ اطلاعات محصول
بستهبندی میتواند شامل:
– نام محصول
– وزن
– شماره بچ
– تاریخ تولید
– دستورالعمل استفاده
– شرایط نگهداری
– هشدارهای لازم
باشد.
اطلاعات دقیق باید متناسب با کاربرد و الزامات قانونی بازار هدف تعیین شود.
—
۲۵-۳۷ ـ سیستم شماره بچ
هر بچ تولیدی باید کد مشخص داشته باشد.
مثلاً:
GP-260925-01
این کد میتواند امکان ردیابی مواد اولیه و فرآیند تولید را فراهم کند.
—
۲۵-۳۸ ـ ثبت مواد اولیه
برای هر بچ بهتر است مشخص شود:
– شماره بچ پلیمر
– مقدار آب
– نوع فیلم
– مقدار افزودنی
– زمان تولید
چه بوده است.
—
۲۵-۳۹ ـ شستوشوی تجهیزات
تجهیزات تماسیافته با ژل باید طبق دستورالعمل مشخص تمیز شوند.
باقیماندن ژل قدیمی ممکن است باعث:
– تغییر فرمول
– آلودگی
– گرفتگی
شود.
—
۲۵-۴۰ ـ مدیریت آب شستوشو
آب حاصل از شستوشوی تجهیزات نباید بدون بررسی وارد فاضلاب شود.
روش مدیریت آن به مواد مورد استفاده و مقررات محل تولید بستگی دارد.
—
۲۵-۴۱ ـ کنترل گردوغبار پلیمر
پودرهای ریز میتوانند هنگام توزین و انتقال گردوغبار ایجاد کنند.
بنابراین در طراحی خط باید:
– تهویه مناسب
– مکش موضعی
– تجهیزات حفاظت فردی مناسب
در نظر گرفته شود.
—
۲۵-۴۲ ـ ایمنی اپراتور
اپراتور باید آموزش ببیند.
موضوعات آموزشی میتواند شامل:
– کار با همزن
– کار با دستگاه دوخت
– حمل مواد
– تمیزکاری
– برخورد با نشتی
– اقدامات اضطراری
باشد.
—
۲۵-۴۳ ـ خط تولید کوچک پیشنهادی
برای یک تولیدکننده کوچک، ساختار زیر میتواند نقطه شروع باشد:
مخزن آب → میکسر → مخزن ژل → پرکن → دوخت → ترازو → تست نشتی → بستهبندی
این خط میتواند در آینده توسعه یابد.
—
۲۵-۴۴ ـ خط نیمهصنعتی
در ظرفیت بالاتر میتوان موارد زیر را اضافه کرد:
– توزین اتوماتیک پودر
– مخزنهای چندگانه
– پمپ انتقال
– پرکن چندنازله
– سیستم کنترل وزن
– سیستم رد محصول معیوب
– دستگاه بستهبندی ثانویه
—
۲۵-۴۵ ـ خط تماماتوماتیک
خط تماماتوماتیک میتواند بخش زیادی از فرآیند را بدون دخالت مستقیم اپراتور انجام دهد.
اما هزینه سرمایهگذاری و پیچیدگی نگهداری نیز افزایش مییابد.
بنابراین اتوماسیون باید متناسب با حجم فروش واقعی انتخاب شود.
—
۲۵-۴۶ ـ محاسبه ظرفیت خط
فرض کنیم دستگاه بتواند:
۳۰ بسته در دقیقه
تولید کند.
ظرفیت تئوری یک ساعت:
۳۰ × ۶۰ = ۱۸۰۰ بسته
اما ظرفیت واقعی به دلیل توقفها، تنظیم دستگاه، شستوشو، تعویض رول و کنترل کیفیت کمتر خواهد بود.
—
۲۵-۴۷ ـ راندمان واقعی
اگر ظرفیت تئوری ۱۸۰۰ بسته در ساعت باشد و راندمان عملی ۷۰ درصد فرض شود:
۱۸۰۰ × ۰٫۷ = ۱۲۶۰ بسته در ساعت
این عدد نیز نمونه محاسباتی است و باید با داده واقعی خط تعیین شود.
—
۲۵-۴۸ ـ انتخاب تجهیزات بر اساس ظرفیت فروش
نباید دستگاهی با ظرفیت بسیار بیشتر از فروش واقعی خریداری شود، مگر اینکه برنامه توسعه مشخصی وجود داشته باشد.
سرمایهگذاری باید با:
– بازار
– سفارش
– ظرفیت تولید
– نقدینگی
– امکان توسعه
هماهنگ باشد.
—
۲۵-۴۹ ـ چکلیست انتخاب دستگاه
قبل از خرید تجهیزات بهتر است این موارد بررسی شود:
□ سازگاری با فرمول
□ محدوده ویسکوزیته
□ دقت پرکنی
□ محدوده وزن
□ نوع فیلم
□ سرعت تولید
□ امکان تنظیم
□ خدمات تعمیر
□ قطعات یدکی
□ مصرف برق
□ فضای موردنیاز
□ امکان توسعه خط
□ سهولت شستوشو
—
۲۵-۵۰ ـ جمعبندی فصل
انتخاب تجهیزات تولید ژلپک نباید صرفاً بر اساس سرعت دستگاه انجام شود.
مهمتر از سرعت، هماهنگی دستگاه با فرمولاسیون، ویسکوزیته ژل، نوع فیلم، وزن بسته، دقت پرکنی و کیفیت دوخت است.
برای شروع میتوان از یک خط نیمهصنعتی استفاده کرد:
آمادهسازی آب → اختلاط پلیمر → هیدراتهشدن → انتقال → پرکنی → دوخت → کنترل وزن → تست نشتی → بستهبندی
پس از تثبیت فرمول و افزایش سفارش، میتوان بخشهایی مانند توزین اتوماتیک، پرکن چندنازله، فرمدهی اتوماتیک کیسه و کنترل وزن آنلاین را اضافه کرد.
نکته مهم این است که ابتدا فرآیند پایدار شود و سپس سرعت افزایش یابد.
یک خط بسیار سریع که محصول آن وزن یکنواخت، دوخت مطمئن و عملکرد حرارتی ثابت ندارد، از یک خط کندتر اما پایدار ارزش اقتصادی کمتری خواهد داشت.
در طراحی نهایی نیز باید سه موضوع همزمان دیده شوند:
فرمولاسیون + تجهیزات تولید + کنترل کیفیت
این سه بخش باید بهصورت یک سیستم واحد طراحی شوند.
جهت پیام به گردآورنده: ۰۹۳۸۸۴۰۶۷۱۶
۰ دیدگاه