دانشنامه جامع کمپرس یخ18
فصل ۱۸
دانشنامه جامع کمپرس یخ و ژلپک
روش تولید صنعتی ژلپک؛ از آمادهسازی مواد اولیه تا پرکنی، آببندی، کنترل وزن، آزمون نشتی و بستهبندی نهایی
—
۱۸-۱ ـ مقدمه
پس از انتخاب فرمولاسیون مناسب، طراحی کیسه و تعیین ظرفیت سرمایشی، مرحله بعدی تبدیل نمونه آزمایشگاهی به یک محصول قابل تولید است.
تولید صنعتی ژلپک فقط به مخلوط کردن آب و پلیمر و ریختن آن داخل کیسه محدود نمیشود.
در یک خط تولید مناسب باید زنجیره زیر کنترل شود:
مواد اولیه → آمادهسازی → اختلاط → هیدراتهشدن → انتقال → پرکنی → آببندی → کنترل وزن → تست نشتی → کنترل ظاهری → بستهبندی → نگهداری
هرگونه تغییر در یکی از این مراحل میتواند بر کیفیت محصول نهایی اثر بگذارد.
—
۱۸-۲ ـ تفاوت تولید آزمایشگاهی و صنعتی
در آزمایشگاه ممکن است ساخت چند کیلوگرم ژل بسیار ساده باشد.
اما در تولید صنعتی با مشکلات جدیدی مواجه میشویم:
– یکنواختی اختلاط
– سرعت تولید
– کنترل دما
– انتقال ژل
– گرفتگی تجهیزات
– کنترل وزن
– سرعت آببندی
– شستوشوی تجهیزات
– کنترل آلودگی
– کاهش ضایعات
بنابراین فرمولی که در آزمایشگاه عملکرد خوبی دارد، باید از نظر تولیدپذیری نیز آزمایش شود.
—
۱۸-۳ ـ طراحی خط تولید
یک خط ساده میتواند شامل بخشهای زیر باشد:
1. مخزن آب
2. سیستم اندازهگیری آب
3. مخزن اختلاط
4. همزن
5. سیستم افزودن پلیمر
6. مخزن نگهداری ژل
7. پمپ یا سیستم انتقال
8. دستگاه فرمدهی یا کیسهسازی
9. دستگاه پرکن
10. دستگاه دوخت
11. سیستم کنترل وزن
12. سیستم تست نشتی
13. میز بازرسی
14. بستهبندی نهایی
در مقیاس کوچک، بعضی از این تجهیزات میتوانند با یکدیگر ترکیب شوند.
—
۱۸-۴ ـ انتخاب ظرفیت خط
ظرفیت خط باید بر اساس مقدار تولید مورد انتظار تعیین شود.
برای مثال:
– تولید آزمایشی
– تولید کارگاهی
– تولید نیمهصنعتی
– تولید صنعتی
نیازمند تجهیزات متفاوتی هستند.
خرید تجهیزات بسیار بزرگ در ابتدای کار میتواند سرمایهگذاری غیرضروری ایجاد کند.
از طرف دیگر تجهیزات بسیار کوچک ممکن است سرعت تولید را محدود کنند.
—
۱۸-۵ ـ آمادهسازی آب
اگر فرمولاسیون بر پایه آب باشد، آب یکی از مواد اولیه اصلی است.
بهتر است مشخصات آب ورودی کنترل شود.
مواردی مانند:
– pH
– سختی
– هدایت الکتریکی
– دما
– ظاهر
میتوانند در صورت حساس بودن فرمول روی نتیجه اثر بگذارند.
مهمتر از همه، کیفیت آب باید بین بچهای مختلف تا حد امکان ثابت باشد.
—
۱۸-۶ ـ توزین مواد اولیه
یکی از مهمترین اصول تولید ژلپک:
فرمولاسیون باید بر اساس وزن دقیق مواد اجرا شود.
استفاده از اندازهگیری حجمی برای پلیمرهای پودری میتواند خطا ایجاد کند، زیرا چگالی ظاهری پودر ممکن است تغییر کند.
بنابراین بهتر است پلیمر با ترازو اندازهگیری شود.
—
۱۸-۷ ـ کنترل بچ
برای هر بچ تولید باید یک شماره اختصاص داده شود.
مثلاً:
Batch 18001
و اطلاعات آن ثبت شود:
– تاریخ
– نوع پلیمر
– شماره ماده اولیه
– وزن آب
– وزن پلیمر
– اپراتور
– زمان اختلاط
– دمای تولید
– وزن نهایی
این اطلاعات برای ردیابی محصول اهمیت زیادی دارد.
—
جهت پیام به گردآورنده: ۰۹۳۸۸۴۰۶۷۱۶
—
۱۸-۸ ـ افزودن پلیمر به آب
در بسیاری از فرمولاسیونهای سوپرجاذب، افزودن پلیمر باید به صورت تدریجی انجام شود.
هدف جلوگیری از تشکیل تودههای بزرگ است.
در مقیاس صنعتی میتوان از:
– قیف تغذیه
– فیدر
– اسکرو
– سیستم پاشش پودر
استفاده کرد.
انتخاب تجهیزات به شکل و سرعت جذب پلیمر بستگی دارد.
—
۱۸-۹ ـ کنترل گردوغبار
پلیمرهای پودری ممکن است هنگام انتقال گردوغبار ایجاد کنند.
در محیط تولید باید:
– تهویه مناسب
– کنترل گردوغبار
– روش صحیح انتقال
– تجهیزات حفاظت فردی متناسب
در نظر گرفته شود.
همچنین باید از ورود پودر اضافی به تجهیزات و سطوح حساس جلوگیری شود.
—
۱۸-۱۰ ـ همزن مناسب
انتخاب همزن یکی از مهمترین بخشهای فرآیند است.
همزن باید بتواند:
– پودر را پخش کند
– توده ایجاد نکند
– تمام حجم مخزن را مخلوط کند
اما در عین حال نباید باعث ورود بیش از حد هوا شود.
—
۱۸-۱۱ ـ سرعت همزن
سرعت بسیار کم ممکن است باعث توزیع نامناسب شود.
سرعت بسیار زیاد نیز ممکن است:
– هوا وارد ژل کند
– کف ایجاد کند
– ساختار ژل را تغییر دهد
– مصرف انرژی را افزایش دهد
بنابراین سرعت باید با آزمون تعیین شود.
—
۱۸-۱۲ ـ زمان اختلاط
زمان اختلاط باید به گونهای باشد که تمام پلیمر فرصت تماس با آب را پیدا کند.
اما اختلاط بیش از حد نیز همیشه مفید نیست.
بهترین روش این است که زمان اختلاط از طریق چند آزمایش تعیین شود و به عنوان بخشی از دستورالعمل تولید ثبت گردد.
—
۱۸-۱۳ ـ مرحله هیدراتهشدن
پس از اختلاط، ممکن است پلیمر هنوز به حالت نهایی خود نرسیده باشد.
باید زمان مشخصی برای هیدراتهشدن در نظر گرفته شود.
این زمان به:
– نوع پلیمر
– اندازه ذرات
– نسبت آب
– دما
– کیفیت آب
وابسته است.
—
۱۸-۱۴ ـ کنترل یکنواختی ژل
قبل از پرکنی باید نمونههایی از قسمتهای مختلف مخزن بررسی شوند.
هدف این است که مشخص شود آیا:
– قوام یکسان است؟
– ذرات خشک باقی ماندهاند؟
– آب آزاد وجود دارد؟
– ژل در تمام مخزن یکنواخت است؟
یا خیر.
—
۱۸-۱۵ ـ انتقال ژل
ژل نسبت به آب رفتار متفاوتی دارد.
ویسکوزیته بالا میتواند باعث شود برخی پمپها عملکرد مناسبی نداشته باشند.
انتخاب سیستم انتقال باید بر اساس:
– ویسکوزیته
– اندازه ذرات
– نرخ تولید
– طول مسیر
انجام شود.
—
۱۸-۱۶ ـ پمپ مناسب
در مقیاس صنعتی ممکن است از پمپهای مختلف استفاده شود، اما انتخاب پمپ باید بر اساس مشخصات واقعی ژل انجام شود.
نکات مهم:
– فشار
– دبی
– مقاومت در برابر مواد
– سهولت شستوشو
– عدم ایجاد آسیب در ساختار ژل
است.
نباید صرفاً بر اساس نام پمپ تصمیمگیری کرد.
—
۱۸-۱۷ ـ فرمدهی کیسه
دو روش کلی وجود دارد:
روش اول
کیسه از قبل تولید شده و سپس پر شود.
روش دوم
رول فیلم وارد دستگاه شود، فرمدهی انجام شود و سپس پر و دوخت شود.
روش دوم برای تولید انبوه میتواند سرعت بالاتری داشته باشد.
—
۱۸-۱۸ ـ پرکردن کیسه
سیستم پرکن باید بتواند مقدار مشخصی از ژل را وارد هر بسته کند.
دقت وزن اهمیت زیادی دارد.
مثلاً اگر وزن اسمی:
۵۰۰ گرم
باشد، باید محدوده مجاز وزن از قبل مشخص شود.
—
۱۸-۱۹ ـ پرکردن حجمی یا وزنی؟
در فرمولاسیون ژلپک، پرکردن وزنی معمولاً کنترل دقیقتری فراهم میکند، زیرا چگالی ژل ممکن است با تغییر شرایط تغییر کند.
در سیستمهای صنعتی میتوان از:
– لودسل
– سیستم توزین
– پرکن کنترلشده
استفاده کرد.
—
۱۸-۲۰ ـ سرعت پرکنی
سرعت بالا میتواند ظرفیت تولید را افزایش دهد.
اما اگر سرعت بیش از توان سیستم باشد، ممکن است:
– وزن بسته تغییر کند
– فیلم آلوده شود
– محل دوخت کثیف شود
– نشتی افزایش یابد
بنابراین باید میان سرعت و کیفیت تعادل برقرار شود.
—
۱۸-۲۱ ـ آلودگی محل دوخت
یکی از مشکلات رایج در بستههای پرشده، رسیدن ژل به محل دوخت است.
اگر ژل روی سطحی که باید دوخته شود قرار گیرد، کیفیت آببندی ممکن است کاهش یابد.
بنابراین طراحی پرکن باید به گونهای باشد که ناحیه دوخت تا حد امکان تمیز بماند.
—
۱۸-۲۲ ـ پاکسازی محل دوخت
اگر احتمال آلودگی وجود دارد، میتوان یک مرحله کنترل یا پاکسازی پیش از دوخت در نظر گرفت.
این مرحله باید به گونهای طراحی شود که سرعت تولید را بیش از حد کاهش ندهد.
—
۱۸-۲۳ ـ آببندی
پس از پرکنی، کیسه باید به صورت مطمئن بسته شود.
در بسیاری از طراحیها، آببندی حرارتی روش رایجی است.
پارامترهای مهم:
– دما
– فشار
– زمان
– عرض دوخت
هستند.
—
۱۸-۲۴ ـ دوخت اولیه و ثانویه
برای برخی محصولات میتوان دو خط دوخت در نظر گرفت.
خط اول وظیفه اصلی آببندی را انجام میدهد.
خط دوم میتواند نقش پشتیبان داشته باشد.
این روش باید از نظر هزینه و سرعت تولید با کاربرد محصول مقایسه شود.
—
۱۸-۲۵ ـ برش نهایی
پس از دوخت ممکن است قسمت اضافی فیلم بریده شود.
لبههای بریدهشده نباید:
– تیز
– نامنظم
– دارای سوراخ
باشند.
همچنین باید بررسی شود که برش به محل دوخت آسیب نزند.
—
۱۸-۲۶ ـ کنترل وزن
پس از تولید، وزن بستهها باید بررسی شود.
برای نمونه:
وزن اسمی = ۱۰۰۰ گرم
ممکن است محدوده مجاز از قبل تعیین شود.
اگر وزن خارج از محدوده باشد، بسته باید جدا شده و علت بررسی شود.
—
۱۸-۲۷ ـ کنترل ابعاد
ابعاد بسته نیز باید بررسی شوند.
مثلاً:
– طول
– عرض
– ضخامت
میتوانند کنترل شوند.
تغییر ابعاد ممکن است ناشی از تغییر وزن، قوام ژل یا فرآیند فرمدهی باشد.
—
۱۸-۲۸ ـ تست نشتی
یکی از مهمترین کنترلها، تست نشتی است.
میتوان نمونه را:
– فشار داد
– خم کرد
– در شرایط مشخص نگهداری کرد
– تحت فشار کنترلشده قرار داد
و سپس نشتی را بررسی کرد.
—
۱۸-۲۹ ـ تست نشتی پس از سرد شدن
برای ژلپک، تست نشتی فقط در دمای محیط کافی نیست.
باید نمونه در شرایط واقعی سرد شود و سپس تست شود.
زیرا انجماد میتواند:
– حجم را تغییر دهد
– فشار ایجاد کند
– فیلم را سفتتر کند
– دوخت را تحت تنش قرار دهد
—
۱۸-۳۰ ـ تست سقوط
نمونههای تولیدی را میتوان در شرایط تعریفشده تحت آزمون سقوط قرار داد.
پس از سقوط باید:
– پارگی
– نشتی
– بازشدن دوخت
بررسی شود.
—
۱۸-۳۱ ـ تست فشار
بسته ممکن است هنگام حمل تحت فشار قرار گیرد.
بنابراین نمونه باید در شرایط مشخص تحت فشار قرار گیرد.
هدف مشخص کردن مقاومت بسته در شرایط واقعی است.
—
جهت پیام به گردآورنده: ۰۹۳۸۸۴۰۶۷۱۶
—
۱۸-۳۲ ـ تست چرخهای
اگر محصول چندبارمصرف است، باید چرخههای:
انجماد → استفاده → ذوب → انجماد
تکرار شوند.
پس از هر چرخه موارد زیر بررسی شود:
– وزن
– ظاهر
– نشتی
– شکل
– کیفیت دوخت
—
۱۸-۳۳ ـ کنترل عملکرد حرارتی
تولید یک ژلپک مقاوم کافی نیست.
باید مشخص شود که محصول واقعاً عملکرد سرمایشی مورد انتظار را دارد.
برای این منظور میتوان آزمون استاندارد داخلی تعریف کرد.
شرایط آزمون باید ثابت باشند:
– وزن ژلپک
– دمای اولیه
– جعبه
– عایق
– محصول آزمایشی
– دمای محیط
—
۱۸-۳۴ ـ تست یکنواختی بچ
ممکن است اولین بسته یک بچ عملکرد خوبی داشته باشد ولی بستههای بعدی متفاوت باشند.
بنابراین نمونهبرداری از ابتدا، وسط و انتهای بچ میتواند به بررسی یکنواختی کمک کند.
—
۱۸-۳۵ ـ کنترل ماده اولیه پلیمر
پلیمر ورودی باید با مشخصات مورد قبول مطابقت داشته باشد.
موارد قابل کنترل:
– ظاهر
– رنگ
– اندازه ذرات
– رطوبت
– ظرفیت جذب طبق روش آزمون تعریفشده
است.
اگر مشخصات تأمینکننده تغییر کند، باید اثر آن بر فرمول بررسی شود.
—
۱۸-۳۶ ـ کنترل آب
اگر کیفیت آب تغییر کند، عملکرد پلیمر نیز ممکن است تغییر کند.
بنابراین در تولید صنعتی بهتر است منبع آب ثابت باشد یا کیفیت آب قبل از تولید کنترل شود.
—
۱۸-۳۷ ـ کنترل دمای تولید
دمای بالا یا پایین میتواند بر:
– سرعت هیدراتهشدن
– ویسکوزیته
– زمان اختلاط
اثر بگذارد.
ثبت دمای تولید کمک میکند تغییرات فرآیند شناسایی شوند.
—
۱۸-۳۸ ـ تمیزی تجهیزات
باقیماندن ژل در تجهیزات میتواند باعث:
– آلودگی بچ بعدی
– گرفتگی
– تغییر فرمول
– رشد میکروبی در سیستمهای آبی
شود.
بنابراین برنامه شستوشو و نگهداری تجهیزات لازم است.
—
۱۸-۳۹ ـ شستوشوی مخزن
مخزن باید پس از پایان تولید طبق دستورالعمل مشخص تمیز شود.
میزان و روش شستوشو باید با جنس تجهیزات و فرمولاسیون سازگار باشد.
—
۱۸-۴۰ ـ مدیریت ضایعات
در تولید ژلپک ممکن است ضایعاتی مانند:
– فیلم بریدهشده
– بسته معیوب
– ژل باقیمانده
– مواد اولیه خارج از مشخصات
ایجاد شود.
برای کاهش هزینه باید میزان ضایعات ثبت و علت آنها بررسی شود.
—
۱۸-۴۱ ـ بستهبندی ثانویه
پس از تولید، ژلپکها میتوانند در بستهبندیهای بزرگتر قرار گیرند.
مثلاً:
– بسته چندتایی
– کارتن
– کیسه حمل
– جعبه
انتخاب بستهبندی باید متناسب با حمل و انبارش باشد.
—
۱۸-۴۲ ـ نگهداری در انبار
محل انبار باید متناسب با مشخصات محصول باشد.
از قرار دادن محصول در شرایطی که موجب:
– گرمای شدید
– تابش مستقیم
– فشار مکانیکی زیاد
– تماس با مواد ناسازگار
میشود، جلوگیری شود.
دمای مناسب نگهداری باید بر اساس آزمون پایداری محصول تعیین شود.
—
۱۸-۴۳ ـ برچسبگذاری
بر روی محصول میتوان اطلاعاتی مانند:
– نام
– وزن
– تاریخ تولید
– شماره بچ
– روش مصرف
– روش انجماد
– هشدارها
را درج کرد.
برای کاربردهای تخصصی، اطلاعات موردنیاز باید مطابق مقررات همان حوزه تعیین شود.
—
۱۸-۴۴ ـ ردیابی محصول
شماره بچ امکان میدهد اگر مشکلی در بازار مشاهده شد، مشخص شود محصول از کدام مواد اولیه و کدام فرآیند تولید شده است.
این موضوع برای تولید صنعتی اهمیت بسیار زیادی دارد.
—
۱۸-۴۵ ـ نمونه شاهد
از هر بچ تولیدی بهتر است تعدادی نمونه شاهد نگهداری شود.
در صورت بروز مشکل، میتوان نمونه شاهد را آزمایش کرد.
این کار امکان مقایسه بین محصول موجود در بازار و نمونه اولیه تولید را فراهم میکند.
—
۱۸-۴۶ ـ تعریف محصول قابل قبول
قبل از شروع تولید باید مشخص شود که یک ژلپک چه زمانی «قبول» است.
مثلاً از نظر:
– وزن
– ابعاد
– ظاهر
– نشتی
– دوخت
– عملکرد حرارتی
حدود پذیرش تعریف شود.
بدون معیار پذیرش، کنترل کیفیت به تصمیم سلیقهای تبدیل میشود.
—
۱۸-۴۷ ـ تولید آزمایشی
قبل از راهاندازی کامل خط، بهتر است یک بچ آزمایشی تولید شود.
در این مرحله موارد زیر بررسی میشوند:
– سرعت تولید
– مصرف مواد
– زمان اختلاط
– عملکرد پرکن
– کیفیت دوخت
– درصد ضایعات
– یکنواختی وزن
سپس فرآیند اصلاح شود.
—
۱۸-۴۸ ـ تولید نیمهصنعتی
پس از موفقیت نمونه آزمایشگاهی، میتوان تولید نیمهصنعتی انجام داد.
این مرحله برای شناسایی مشکلاتی که در مقیاس کوچک دیده نمیشوند بسیار مهم است.
برای مثال:
ممکن است مخلوط ۱۰ کیلوگرمی کاملاً یکنواخت باشد، ولی در مخزن ۵۰۰ کیلوگرمی بخشهایی از مخزن رفتار متفاوتی داشته باشند.
—
۱۸-۴۹ ـ تبدیل فرمول آزمایشگاهی به دستور تولید
دستور تولید باید دقیق و قابل تکرار باشد.
برای مثال:
1. مقدار مشخص آب وارد مخزن شود.
2. دمای آب ثبت شود.
3. همزن با سرعت تعیینشده روشن شود.
4. پلیمر در مدت مشخص اضافه شود.
5. زمان هیدراتهشدن رعایت شود.
6. ژل از نظر یکنواختی بررسی شود.
7. پرکنی انجام شود.
8. وزن بسته کنترل شود.
9. دوخت انجام شود.
10. تست نشتی انجام شود.
11. محصول نهایی بستهبندی شود.
اعداد واقعی این مراحل باید از آزمایشهای اختصاصی محصول به دست آیند.
—
۱۸-۵۰ ـ جمعبندی فصل هجدهم
تولید صنعتی ژلپک یک فرآیند زنجیرهای است و کیفیت محصول نهایی به عملکرد تمام مراحل وابسته است.
مسیر کلی را میتوان چنین خلاصه کرد:
کنترل آب و پلیمر → توزین → اختلاط → هیدراتهشدن → کنترل ژل → انتقال → پرکنی → دوخت → کنترل وزن → تست نشتی → آزمون سرمایشی → بستهبندی → انبارش
مهمترین اصل در انتقال از آزمایشگاه به صنعت این است که فرمولاسیون، تجهیزات و روش تولید باید با یکدیگر سازگار باشند.
ممکن است یک فرمول از نظر آزمایشگاهی عالی باشد، اما به دلیل ویسکوزیته بالا، کلوخهشدن، دشواری پمپاژ یا آلودگی محل دوخت، برای تولید صنعتی مناسب نباشد.
به همین دلیل پیش از خرید تجهیزات گرانقیمت، بهتر است ابتدا یک تولید نیمهصنعتی انجام شود و پارامترهای واقعی فرآیند اندازهگیری شوند.
همچنین برای محصول چندبارمصرف، کنترل کیفیت نباید فقط به ظاهر و وزن محدود شود؛ بلکه نشتی پس از انجماد، دوام دوخت، چرخه انجماد و ذوب و عملکرد حرارتی نیز باید بررسی شوند.
فصل بعد میتواند به موضوع مهم «محاسبه اقتصادی تولید ژلپک؛ قیمت مواد اولیه، فیلم، آب، انرژی انجماد، نیروی کار، ضایعات، بستهبندی و قیمت تمامشده هر ژلپک» اختصاص پیدا کند.
—
جهت پیام به گردآورنده: ۰۹۳۸۸۴۰۶۷۱۶