دانشنامه جامع کمپرس یخ28
فصل ۲۸
دانشنامه جامع کمپرس یخ و ژلپک
طراحی ژلپک فوقاقتصادی با کمترین مصرف پلیآکریلات؛ بررسی نسبتهای مختلف آب و پلیمر، محاسبه هزینه هر کیسه، آزمایش جذب، آب آزاد، انجماد، ذوب و تعیین نقطه بهینه اقتصادی برای تولید انبوه
مقدمه
در تولید ژلپک، یکی از مهمترین پرسشهای اقتصادی این است:
آیا میتوان مقدار پلیآکریلات سدیم را کاهش داد، بدون آنکه عملکرد محصول به شکل غیرقابلقبول کاهش پیدا کند؟
پاسخ اصولی این است که این موضوع باید با آزمایش تعیین شود.
پلیآکریلات معمولاً یکی از مواد مؤثر بر قیمت فرمول است، در حالی که بخش عمده جرم یک ژلپک آبپایه میتواند از آب تشکیل شود. بنابراین کاهش کنترلشده مقدار پلیمر، در صورت حفظ عملکرد مورد نیاز، میتواند هزینه مواد اولیه را کاهش دهد.
اما کاهش بیش از حد پلیمر ممکن است باعث:
– آب آزاد،
– کاهش انسجام ژل،
– تغییر رفتار هنگام انجماد و ذوب،
– دشواری حمل،
– افزایش احتمال نشت در صورت آسیب بسته،
شود.
بنابراین هدف این فصل پیدا کردن کمترین مقدار پلیمر قابل قبول برای یک کاربرد مشخص است، نه کمترین مقدار پلیمر به هر قیمت.
—
۲۸-۱ ـ مفهوم ژلپک فوقاقتصادی
ژلپک فوقاقتصادی محصولی نیست که فقط ارزان ساخته شود.
یک محصول اقتصادی باید در کنار قیمت پایین، حداقل عملکرد فنی مورد انتظار را نیز داشته باشد.
بنابراین میتوان آن را چنین تعریف کرد:
«محصولی که با حداقل هزینه، مشخصات حرارتی، مکانیکی و تولیدی موردنیاز بازار هدف را تأمین کند.»
—
۲۸-۲ ـ سه هزینه اصلی
برای یک ژلپک ساده، هزینه مواد اولیه را میتوان به سه گروه اصلی تقسیم کرد:
۱. پلیمر
۲. آب
۳. فیلم و بستهبندی
پس از آن هزینههای تولید نیز اضافه میشوند.
—
۲۸-۳ ـ چرا پلیمر اهمیت اقتصادی زیادی دارد؟
فرض کنید قیمت یک کیلوگرم پلیآکریلات چندین برابر قیمت یک کیلوگرم آب باشد.
در این حالت حتی کاهش چند گرم پلیمر در هر کیسه، در تولید هزاران کیسه قابل توجه خواهد بود.
—
۲۸-۴ ـ محاسبه ساده هزینه پلیمر
فرمول:
هزینه پلیمر = جرم پلیمر × قیمت هر کیلوگرم
مثلاً اگر:
جرم پلیمر = ۱۰ گرم = ۰٫۰۱۰ کیلوگرم
و قیمت هر کیلوگرم = ۳۰۰٬۰۰۰ تومان
باشد:
۰٫۰۱۰ × ۳۰۰٬۰۰۰ = ۳٬۰۰۰ تومان
هزینه پلیمر هر بسته خواهد بود.
—
۲۸-۵ ـ مثال مقایسهای
اگر مقدار پلیمر به ۵ گرم کاهش یابد:
۰٫۰۰۵ × ۳۰۰٬۰۰۰ = ۱٬۵۰۰ تومان
در این مثال، صرفهجویی مستقیم پلیمر:
۱٬۵۰۰ تومان در هر کیسه
خواهد بود.
البته تنها زمانی این کاهش منطقی است که عملکرد محصول همچنان قابل قبول باشد.
—
۲۸-۶ ـ اهمیت تعداد تولید
اگر روزانه ۱۰٬۰۰۰ کیسه تولید شود و صرفهجویی واقعی ۱٬۵۰۰ تومان در هر کیسه باشد:
۱۰٬۰۰۰ × ۱٬۵۰۰ = ۱۵٬۰۰۰٬۰۰۰ تومان
صرفهجویی روزانه ایجاد میشود.
این مثال نشان میدهد چرا بهینهسازی فرمول در تولید انبوه اهمیت زیادی دارد.
—
۲۸-۷ ـ اما کاهش پلیمر چه اثری دارد؟
با کاهش پلیمر، ظرفیت نگهداری آب توسط شبکه ژل کاهش پیدا میکند.
ممکن است محصول:
– نرمتر شود؛
– آب آزاد بیشتری داشته باشد؛
– شکل خود را کمتر حفظ کند.
به همین دلیل باید یک حداقل فنی تعیین شود.
—
۲۸-۸ ـ حداقل فنی چیست؟
حداقل فنی یعنی کمترین مقدار پلیمر که محصول هنوز بتواند مشخصات تعریفشده را تأمین کند.
مثلاً اگر مشخصات محصول بگوید:
نباید در آزمون فشار مشخص، آب آزاد قابل توجه ایجاد شود
مقدار پلیمر باید تا حدی باشد که این شرط رعایت شود.
—
۲۸-۹ ـ یک نکته بسیار مهم
ممکن است دو بازار به دو فرمول متفاوت نیاز داشته باشند.
برای یک محصول ارزان و یکبارمصرف، ژل نرمتر ممکن است قابل قبول باشد.
اما برای یک محصول چندبارمصرف که مرتباً جابهجا میشود، ممکن است ژل منسجمتری لازم باشد.
بنابراین «فرمول اقتصادی» بدون تعیین کاربرد معنا ندارد.
—
۲۸-۱۰ ـ طراحی آزمایش چهار سطحی
برای شروع میتوان چهار سطح از پلیمر را بررسی کرد.
مثلاً:
A = پلیمر بسیار کم
B = پلیمر کم
C = پلیمر متوسط
D = پلیمر بیشتر
مقدار دقیق هر سطح باید بر اساس ظرفیت جذب واقعی گرید مورد استفاده تعیین شود.
—
جهت پیام به گردآورنده: ۰۹۳۸۸۴۰۶۷۱۶
۲۸-۱۱ ـ چرا باید مقدار آب ثابت باشد؟
در مرحله اول بهتر است برای مقایسه ساده، مقدار آب ثابت و فقط مقدار پلیمر تغییر کند.
این کار کمک میکند اثر مستقیم مقدار پلیمر بهتر دیده شود.
—
۲۸-۱۲ ـ مرحله دوم آزمایش
پس از پیدا کردن محدوده مناسب پلیمر، میتوان مقدار آب را نیز تغییر داد.
در این مرحله دو متغیر داریم:
مقدار پلیمر
و
مقدار آب
—
۲۸-۱۳ ـ ماتریس ساده آزمایش
برای مثال:
نمونه| پلیمر| آب| هدف
A1| کم| کم| ژل سفتتر
A2| کم| متوسط| بررسی آب آزاد
B1| متوسط| متوسط| نقطه مرجع
B2| متوسط| زیاد| ژل نرمتر
C1| زیاد| متوسط| بررسی انسجام
C2| زیاد| زیاد| بررسی ظرفیت نگهداری
این جدول صرفاً چارچوب آزمایش است و اعداد واقعی باید از آزمون محصول تعیین شوند.
—
۲۸-۱۴ ـ آزمون آب آزاد
پس از آمادهشدن هر نمونه، آن را در ظرف شفاف قرار دهید.
پس از یک زمان ثابت، وجود آب آزاد را بررسی کنید.
بهتر است مقدار آب آزاد به صورت جرمی اندازهگیری شود.
—
۲۸-۱۵ ـ روش کمیتر برای آب آزاد
اگر امکان دارد، آب آزاد جداشده جمعآوری و وزن شود.
مثلاً:
جرم کل نمونه = ۱۰۰۰ گرم
آب آزاد = ۲۰ گرم
درصد آب آزاد:
۲۰ ÷ ۱۰۰۰ × ۱۰۰ = ۲٪
است.
این عدد فقط نمونه محاسبه است.
—
۲۸-۱۶ ـ آب آزاد همیشه مشکل نیست
باید مشخصات محصول تعیین کند که چه مقدار آب آزاد قابل قبول است.
ممکن است در یک محصول صنعتی مقدار کمی آب آزاد مشکلی ایجاد نکند، اما در محصولی که احتمال سوراخشدن بسته وجود دارد، ریسک بیشتری ایجاد کند.
—
۲۸-۱۷ ـ آزمون فشار
نمونهها را با فشار مشخص و یکسان آزمایش کنید.
بعد از فشار:
– جرم آب آزاد
– تغییر شکل
– وضعیت فیلم
– وضعیت دوخت
ثبت شود.
—
۲۸-۱۸ ـ آزمون سقوط
یک آزمایش ساده میتواند شامل چند بار سقوط بسته از ارتفاع مشخص باشد.
پس از هر مرحله بررسی شود:
– پارگی
– نشتی
– بازشدن دوخت
– تغییر شکل غیرعادی
رخ داده است یا خیر.
—
۲۸-۱۹ ـ آزمون انجماد
نمونهها باید در یک فریزر و شرایط مشابه قرار گیرند.
بهتر است:
– جرم بستهها برابر باشد؛
– ابعاد مشابه باشد؛
– محل قرارگیری یکسان باشد.
—
۲۸-۲۰ ـ زمان انجماد
زمان لازم برای رسیدن مرکز ژل به دمای هدف ثبت شود.
دمای سطح بسته ممکن است زودتر از مرکز کاهش یابد.
بنابراین اندازهگیری سطح بهتنهایی کافی نیست.
—
۲۸-۲۱ ـ سنسور مرکزی
برای مقایسه دقیقتر، سنسور دما باید در نقطهای قرار گیرد که نماینده بخش مرکزی بسته باشد.
در بستههای ضخیم، این موضوع اهمیت بیشتری دارد.
—
۲۸-۲۲ ـ آزمون ذوب
پس از انجماد، بستهها در محیط کنترلشده قرار داده شوند.
دما در فواصل زمانی مشخص ثبت شود.
مثلاً:
۰ دقیقه
۱۵ دقیقه
۳۰ دقیقه
۶۰ دقیقه
۹۰ دقیقه
۱۲۰ دقیقه
—
۲۸-۲۳ ـ مقایسه منحنی دما
ممکن است دو فرمول در شروع تقریباً یکسان باشند، اما بعد از یک ساعت رفتار متفاوتی نشان دهند.
بنابراین بهتر است به جای یک عدد، منحنی دما ـ زمان ثبت شود.
—
۲۸-۲۴ ـ ظرفیت سرمایشی تجربی
اگر شرایط آزمایش کنترلشده باشد، میتوان عملکرد حرارتی نمونهها را با یک بار مرجع مقایسه کرد.
فرمول پایه:
Q = m × Cp × ΔT
و برای فرآیندهای تغییر فاز، گرمای نهان نیز باید در نظر گرفته شود.
—
۲۸-۲۵ ـ اهمیت جرم کل ژلپک
اگر یک بسته:
۵۰۰ گرم
و دیگری:
۱۰۰۰ گرم
باشد، مقایسه مستقیم زمان گرمشدن آنها منطقی نیست.
برای مقایسه بهتر باید جرم و هندسه نیز ثبت شود.
—
۲۸-۲۶ ـ اهمیت سطح تماس
دو بسته با جرم مساوی میتوانند ابعاد متفاوت داشته باشند.
بسته تخت سطح تماس بیشتری دارد و میتواند انتقال حرارت متفاوتی نسبت به بسته ضخیم داشته باشد.
—
۲۸-۲۷ ـ بسته نازک
بسته نازک معمولاً برای تماس با سطح وسیع مناسبتر است.
همچنین ممکن است سریعتر منجمد و سریعتر نیز گرم شود.
—
۲۸-۲۸ ـ بسته ضخیم
بسته ضخیم ظرفیت حرارتی بالاتری در واحد بسته دارد، اما ممکن است زمان بیشتری برای انجماد کامل نیاز داشته باشد.
بنابراین انتخاب ضخامت باید بر اساس کاربرد انجام شود.
—
۲۸-۲۹ ـ کاهش هزینه فقط با کاهش پلیمر نیست
راههای دیگر کاهش هزینه عبارتاند از:
– کاهش ضایعات فیلم
– بهینهکردن ابعاد کیسه
– افزایش سرعت پرکنی
– کاهش زمان اختلاط
– کاهش مصرف انرژی
– کاهش محصول معیوب
– خرید عمده مواد اولیه
—
۲۸-۳۰ ـ ضایعات تولید
اگر ۵ درصد محصول تولیدشده ضایعات شود، کاهش قیمت مواد اولیه ممکن است بخش زیادی از اثر خود را از دست بدهد.
بنابراین:
کاهش ضایعات = کاهش مستقیم قیمت تمامشده
است.
—
جهت پیام به گردآورنده: ۰۹۳۸۸۴۰۶۷۱۶
۲۸-۳۱ ـ محاسبه هزینه واقعی
هزینه هر کیسه را میتوان به صورت زیر نوشت:
C = Cp + Cw + Cf + Cl + Ce + Cq + Cpck + Cwaste
که در آن:
Cp = هزینه پلیمر
Cw = هزینه آب
Cf = هزینه فیلم
Cl = نیروی انسانی
Ce = انرژی
Cq = کنترل کیفیت
Cpck = بستهبندی
Cwaste = ضایعات
است.
—
۲۸-۳۲ ـ نمونه محاسبه
فرض کنید هزینههای یک کیسه به شکل فرضی چنین باشد:
پلیمر: ۳۰۰۰ تومان
آب: ۱۰۰ تومان
فیلم: ۲۰۰۰ تومان
تولید: ۱۰۰۰ تومان
بستهبندی: ۵۰۰ تومان
کنترل کیفیت و سایر هزینهها: ۴۰۰ تومان
جمع:
۷۰۰۰ تومان
این مثال برای روش محاسبه است و قیمت واقعی باید با دادههای کارخانه محاسبه شود.
—
۲۸-۳۳ ـ اگر پلیمر نصف شود
فرض کنیم پلیمر از ۱۰ گرم به ۵ گرم کاهش یابد.
هزینه پلیمر در مثال قبلی از:
۳۰۰۰
به:
۱۵۰۰ تومان
میرسد.
اگر سایر هزینهها ثابت باشند، قیمت نظری محصول به:
۵۵۰۰ تومان
کاهش مییابد.
اما تنها در صورتی این کاهش واقعی و اقتصادی است که کیفیت محصول قابل قبول باقی بماند.
—
۲۸-۳۴ ـ هزینه هر کیلو محصول
گاهی بهتر است هزینه به صورت «تومان به ازای هر کیلوگرم ژلپک» نیز محاسبه شود.
فرمول:
هزینه هر کیلو = هزینه کل بچ ÷ جرم کل محصول
—
۲۸-۳۵ ـ مقایسه فرمولها
برای تصمیم فنی، جدولی مانند زیر بسیار مفید است:
فرمول| هزینه| آب آزاد| زمان انجماد| دوام| عملکرد سرمایشی
A| کم| زیاد| …| …| …
B| متوسط| کم| …| …| …
C| بیشتر| بسیار کم| …| …| …
در این جدول نباید صرفاً ارزانترین نمونه انتخاب شود؛ باید مشخصات موردنیاز بازار نیز لحاظ شود.
—
۲۸-۳۶ ـ تعریف معیار پذیرش
قبل از آزمایش باید تعیین شود:
مثلاً:
– حداکثر آب آزاد قابل قبول
– حداقل تعداد چرخه انجماد و ذوب
– حداکثر نشتی مجاز
– حداقل مدت حفظ دمای هدف
این معیارها باید متناسب با کاربرد تعیین شوند.
—
۲۸-۳۷ ـ مفهوم نقطه بهینه
فرض کنید:
فرمول A ارزان اما ضعیف است.
فرمول B کمی گرانتر اما قابل قبول است.
فرمول C بسیار گران و از نظر عملکرد تنها کمی بهتر است.
نقطه اقتصادی موردنظر معمولاً جایی در محدودهای است که محصول الزامات فنی را تأمین کند و هزینه اضافی غیرضروری نداشته باشد.
—
۲۸-۳۸ ـ چرا «کمترین پلیمر» هدف نهایی نیست؟
اگر کاهش پلیمر موجب افزایش خرابی بسته شود، هزینه واقعی افزایش خواهد یافت.
مثلاً:
– نشت
– برگشت کالا
– شکایت مشتری
– تولید مجدد
– بستهبندی مجدد
همگی هزینه ایجاد میکنند.
—
۲۸-۳۹ ـ اثر کیفیت آب
برای تولید انبوه بهتر است کیفیت آب ورودی کنترل شود.
تغییر کیفیت آب میتواند رفتار جذب و ویسکوزیته پلیمر را تغییر دهد.
—
۲۸-۴۰ ـ آب شهری یا تصفیهشده؟
پاسخ مطلقی وجود ندارد.
اگر آب شهری از نظر سختی و املاح تغییر زیادی نداشته باشد، ممکن است برای محصول مشخص قابل استفاده باشد.
اما برای تولید صنعتی، بهتر است مشخصات آب تعریف و پایش شود.
—
۲۸-۴۱ ـ اندازه ذرات پلیمر
اندازه ذرات بر سرعت جذب آب اثر میگذارد.
ذرات ریز ممکن است سریعتر هیدراته شوند، ولی در برخی فرآیندها کنترل گردوغبار و کلوخهشدن دشوارتر شود.
—
۲۸-۴۲ ـ روش افزودن پلیمر
برای تولید انبوه، افزودن ناگهانی کل پلیمر میتواند باعث تشکیل توده شود.
روش بهتر باید با آزمایش مشخص شود و سپس در دستورالعمل تولید ثابت شود.
—
۲۸-۴۳ ـ کنترل سرعت همزن
سرعت بیش از حد ممکن است هوا وارد محصول کند.
سرعت بسیار کم نیز ممکن است پراکندگی مناسب ایجاد نکند.
بنابراین باید یک محدوده عملیاتی مشخص شود.
—
۲۸-۴۴ ـ زمان هیدراتهشدن
بعد از اختلاط اولیه، ممکن است پلیمر همچنان در حال جذب آب باشد.
بنابراین پرکنی فوری و پرکنی پس از استراحت ممکن است نتایج متفاوتی ایجاد کند.
—
۲۸-۴۵ ـ آزمون تکرارپذیری
فرمول منتخب را حداقل در چند بچ مستقل تولید کنید.
اگر هر سه بچ تقریباً رفتار یکسانی داشتند، اعتماد به فرآیند بیشتر میشود.
—
۲۸-۴۶ ـ فرمول نهایی را قفل کنید
پس از تأیید فرمول، موارد زیر ثبت شوند:
– نوع پلیمر
– گرید
– جرم دقیق
– مقدار آب
– ترتیب اختلاط
– سرعت همزن
– زمان اختلاط
– زمان استراحت
– دمای تولید
تغییر هرکدام باید کنترل شود.
—
۲۸-۴۷ ـ یک نکته درباره مواد افزودنی
برای کاهش هزینه ممکن است وسوسه شویم مواد دیگری به ژل اضافه کنیم.
اما هر افزودنی جدید میتواند:
– ظرفیت جذب را تغییر دهد؛
– نقطه انجماد را تغییر دهد؛
– ویسکوزیته را تغییر دهد؛
– پایداری را تغییر دهد.
بنابراین برای ژلپک فوقاقتصادی، ابتدا باید فرمول ساده آب + پلیآکریلات بهینه شود.
—
۲۸-۴۸ ـ فرمول ساده معمولاً مزیت تولیدی دارد
هرچه تعداد مواد اولیه کمتر باشد:
– کنترل کیفیت سادهتر است؛
– خطای اپراتور کمتر میشود؛
– خرید مواد آسانتر است؛
– فرمول قابل تکرارتر میشود.
این موضوع برای تولید انبوه اهمیت زیادی دارد.
—
۲۸-۴۹ ـ چکلیست انتخاب فرمول فوقاقتصادی
قبل از نهاییکردن فرمول، این پرسشها بررسی شوند:
☐ هزینه مواد اولیه مناسب است؟
☐ آب آزاد قابل قبول است؟
☐ ژل یکنواخت است؟
☐ پرکنی آسان است؟
☐ انجماد کامل انجام میشود؟
☐ رفتار ذوب قابل قبول است؟
☐ بسته نشتی ندارد؟
☐ پس از چند چرخه عملکرد حفظ میشود؟
☐ تولید تکرارپذیر است؟
☐ قیمت نهایی برای بازار هدف مناسب است؟
—
۲۸-۵۰ ـ جمعبندی فصل
برای تولید ژلپک فوقاقتصادی با پلیآکریلات سدیم، مهمترین اصل این است که مقدار پلیمر بر اساس عملکرد موردنیاز تعیین شود، نه صرفاً بر اساس ظرفیت جذب اعلامشده یا هدف کاهش قیمت.
روش پیشنهادی توسعه فرمول عبارت است از:
مرحله ۱: انتخاب پلیآکریلات مناسب
مرحله ۲: ثابت نگهداشتن مقدار آب
مرحله ۳: آزمایش چند سطح پلیمر
مرحله ۴: بررسی آب آزاد
مرحله ۵: بررسی ویسکوزیته و قابلیت پرکنی
مرحله ۶: انجماد نمونهها
مرحله ۷: اندازهگیری دمای مرکز
مرحله ۸: آزمایش ذوب
مرحله ۹: آزمون نشتی و دوام
مرحله ۱۰: محاسبه قیمت واقعی هر کیسه
مرحله ۱۱: تکرار آزمایش با چند بچ
مرحله ۱۲: انتخاب محدوده فرمول مناسب
در نهایت، بهترین نقطه توسعه اقتصادی الزاماً کمترین مقدار پلیآکریلات نیست؛ بلکه کمترین هزینهای است که همچنان مشخصات فنی تعریفشده برای محصول را تأمین کند.
این رویکرد بهخصوص برای تولید انبوه اهمیت دارد، زیرا صرفهجویی چند صد یا چند هزار تومان در هر بسته، در تیراژ بالا میتواند اثر اقتصادی قابل توجهی داشته باشد؛ در حالی که یک کاهش نامناسب در پلیمر ممکن است با افزایش ضایعات، نشتی یا کاهش عملکرد، تمام این صرفهجویی را از بین ببرد.
جهت پیام به گردآورنده: ۰۹۳۸۸۴۰۶۷۱۶
موضوع پیشنهادی فصل ۲۹
مقایسه ژلپک آب خالص، ژلپک پلیآکریلات سدیم و کمپرس یخ؛ بررسی ظرفیت سرمایشی، زمان انجماد و ذوب، وزن، قیمت، دوام، نشتی، کاربرد صنعتی و انتخاب ساختار مناسب برای تولید و فروش
۰ دیدگاه