Съвременни технологии за дозиране и пълнене в козметичната индустрия

АвтоматизацияСп. Инженеринг ревю - брой 8/2020 • 03.12.2020

В козметичната индустрия производствените процеси се подчиняват на редица технологични и маркетингови правила, които поставят комплексни и сложни за изпълнение изисквания спрямо оборудването.

Пазарът на козметични продукти има изключително динамичен характер. Ежегодно козметичните компании реализират мащабни инвестиции в разработване на нови предложения за кратък период от време, за да откликнат на променящите се предпочитания на потребителите и новите модни тенденции. За да поддържат високите нива на търсене и да останат актуални на пазара, големите лаборатории не спират да работят върху иновативни продукти по отношение на цвят, аромат, ефективно действие и ред други характеристики, така че да не допуснат шанса конкуренцията да отнеме от пазарния им дял.

Процесите на пълнене и дозиране във висока степен зависят от характеристиките на продукта и условията за съхранението му, като производствените системи трябва да удовлетворяват всяко от тези изисквания. Всеки производител, както стартиращ, така и разширяващ своята дейност, се изправя пред въпроса как да постигне баланса между оправдана инвестиция в качествено оборудване с добра възвръщаемост и обслужване на широка гама от разнородни продукти било то кремообразни, гелообразни, прахообразни, парфюми или други видове козметика, като същевременно се спазва уеднаквен и стриктен контрол на всички технологични процеси.

 

Фактори, обуславящи избора на оборудване за пълнене и дозиране

Неизменна характеристика на козметичните изделия е акцентът върху индивидуалността и изискания дизайн на опаковката, които провокират суетността и правят продукта привлекателен за потребителите, карайки ги да се чувстват специални. Тази маркетингова особеност в козметичния бранш поставя предизвикателство пред производствените технологии за пълнене и дозиране, като налага те да могат да се адаптират за огромно разнообразие от опаковки по отношение на размера, формата, типа и начина на пълнене на опаковката, както и изисквания към дозирането и пълненето на продукти с различна консистенция, цвят, плътност и начин на прилагане. Друга особеност на козметичните продукти е, че те са предвидени за приложение в пряк контакт с кожата, преминават различни изпитвания за безвредност и странични ефекти, което допълнително повишава вниманието към прецизността на дозирането на компонентите в състава на един продукт и не позволява толериране на каквито и да е отклонения от предписаните формулировки и изискваните условия на средата на обработка и пълнене. Производството трябва да бъде издържано в спазване на изключително високи хигиенни норми, равносилни на тези при изготвянето на медицински изделия.

Разнообразието от козметични продукти изисква изключителна гъвкавост на системите за пълнене и дозиране, така че те да могат да се адаптират за обработка на даден продукт, вида на опаковката му и нейното затваряне без излишно забавяне и разход на ресурси. Съвременните иновативни технологии с постоянен фокус върху разработването на автоматизирано оборудване с функционалности, разрешаващи все по-високи нива на оптимизация на производството, дават перфектния отговор на динамичния характер на развитие на козметичната индустрия. Водещите производители предлагат високоефективни линии за пълнене и дозиране като единични продуктови линии или като комбинирани такива за различни типове опаковки. Бързо и лесно могат да бъдат обработвани контейнери от стъкло, пластмаса (PET), картон, фолио и др.

Добрите практики във фирмите с дългогодишен опит също сочат, че за преодоляване на трудностите при работа с опаковки с толкова широк спектър от спецификации, ключова стъпка е да се заложи на иновативния дизайн и съвременните решения за автоматизация за дозиране и пълнене на козметика, така че всички изисквания да бъдат посрещнати ефективно, точно и надеждно.

 

Пълнене и дозиране на течни и полутечни продукти

При опаковането на продукти в течна или полутечна форма все по-често предпочитан вариант са гъвкавите опаковки, тъй като те притежават няколко предимства по отношение на пълнене и дозиране спрямо останалите решения. Съвременните машини за гъвкави разфасовки са свели пълненето на продукти в течна форма до изключително лесен, бърз и чист процес. По отношение на пълненето чрез този тип автоматизирано опаковане съществуват редица специфични фактори, които трябва да се вземат под внимание, за да не бъде възпрепятствано производството и ефективността му намалена.

При избора на оборудване за пълнене и дозиране на гъвкави опаковки следва да се има предвид вискозитетът на флуида. Вискозитетът се отнася до вътрешното съпротивление (напрежение) на един флуид и може да бъде считан за мярка за триенето му. Течностите с по-малък вискозитет имат по-малко вътрешно триене и това ги прави по-течливи.

Вискозитетът влияе на скоростта, с която течността преминава през линията, втвърдява се и изсъхва и се дозира в опаковката. От съществено значение за правилната настройка на параметрите на пълнене, като скоростта например, е точното измерване на вискозитета. От вискозитета също така зависи типа на пълначното оборудване, от който се нуждае дадено производство. То трябва да осигури достатъчно напор, за да стимулира потока, но не толкова, че да доведе до препълване.

Друг важен фактор при избора на оборудване е температурата на пълнене. Температурата, при която даден продукт в течна фаза се пълни, е от критично значение за процеса на опаковане, особено по отношение на машината, която пълни. Повишаването на температурата повишава и течливостта на продуктите, тъй като загряването води до намаляване на вискозитета. Всеки производител е длъжен да гарантира правилната температура на пълнене спрямо спецификациите и настройките на оборудването, така че да се постигне точно дозиране на продукта.

Някои течни козметични продукти съдържат твърди частици. Тяхното наличие и размер са от значение при избора на технология за пълнене. Тези частици могат да се утаят на дъното или да останат под формата на суспензия във флуида. Точното измерване и регистриране на средния размер на тези частици, както и общите им свойства, дават много важна информация, спрямо която следва да се съобразят характеристиките на необходимото оборудване.

Предлаганите на пазара добри решения са много и разнообразни, като всяко едно притежава своите предимства, но разковничето към постигането на най-високи резултати е събирането на изчерпателна информация, която да стесни кръга от възможности до оптималния за конкретна технологична линия избор.

 

Решения за прецизно пълнене и дозиране

В преобладаващите случаи козметичните продукти са в разфасовки с вместимост от порядъка на няколко до няколкостотин милиграма, а изискванията за чистота на преминаващите по линиите вещества, компоненти на продукта, са изключително високи. В практиката често дозирането се извършва от сервозадвижвани модули, управлявани с програмируем контролер Задължително изискване в производството на козметични продукти е гарантирането, че точното количество продукт ще бъде прецизно дозирано всеки път без прекъсване на процеса. Освен това механичните компоненти на оборудването за пълнене и дозиране могат да костват високи разходи за поддръжка и евентуалната им повреда да доведе до продължителни прекъсвания на експлоатацията.

През последните години при дозирането на бутилирани продукти в течно състояние козметичната индустрия се пренасочи от системи за механично пълнене и пълнещи машини с претегляща везна, използващи технология за товарни клетки, към машини за пълнене с дозиране чрез разходомери. В отговор на търсенето на нови модернизирани и още по-прецизни машини за пълнене на течности, проактивните производители внедряват електромагнитни (магнитно-индуктивни) и кориолисови масови разходомери в своите машини. Точността на електромагнитните и кориолисовите разходомери от ново поколение е по-добра от всяка предишна сензорна технология за пълнене на течности, което дава изключителна прецизност на оборудваните машини. Интегрирането на такива разходомери в машините обикновено се предоставя с гаранции за точност на дозирането.

Принципът на работа на кориолисовите масови разходомери изисква уредът да има една или повече измервателни тръби, в които се предизвиква изкуствено колебание. Когато измервателната тръба извършва колебателно движение, в системата възниква допълнителна инерционна сила – т.нар. сила на Кориолис. След като течността започне да тече в измервателната тръба, към това колебание се прилага допълнително завихряне поради инерцията на течността. Два датчика разчитат тази промяна в колебанието във времето и пространството. Тази разлика се използва като пряка мярка за масовия дебит. Освен това плътността на течността може също да се определи от честотата на трептене на измервателните тръби. Температурата на измервателната тръба също се регистрира, като се компенсират топлинните влияния. Получената температура може да бъде допълнителен изходен сигнал.

Предимствата на този принцип на измерване са неговата универсалност; мултивариативно измерване, т.е. едновременно измерване на масовия дебит, плътността, температурата и вискозитета, както и високата точност на измерване. Този метод освобождава измерването от всякаква зависимост от физическите свойства на флуида.

Разходомерите за контрол и прецизиране на количествата, същевременно измерващи масовия дебит, плътността, температурата и вискозитета на протичащия продукт, са едно много добро решение за оптимизация на пълненето и дозирането. Масовите разходомери намират широко приложение в козметичната промишленост при производството на течни продукти. Директното изчисление на концентрация като Brix, Plato или Baumе осигурява предимства при процесите на смесване и регулиране на съдържанието на отделните съставки в крайния продукт. Могат да бъдат изчислени допълнителни важни характеристики въз основа на първичните променливи, като например обемен дебит, съдържание на твърди частици във флуида, концентрации в многофазни флуиди, специфични стойности за плътност. Тези възможности откриват изцяло нови перспективи за контрол на процесите за осигуряване на качествената работа и безопасността на инсталациите.

Както е известно, принципът на измерване на магнитно-индуктивните разходомери прилага Закона за индукцията на Фарадей, който гласи, че едно електрически проводимо тяло при преминаването му през магнитно поле, индуцира електродвижещо напрежение Ue. Веднага щом електрически заредените частици пресекат изкуственото магнитно поле, генерирано от две намотки, се индуцира електрическо напрежение. Това напрежение е правопропорционално на скоростта на потока и следователно и на обема на потока. Едно от предимствата на измерванията с магнитно-индуктивните разходомери е, че устройството не се повлиява от многофазни или нехомогенни течности, както и такива с ниска проводимост.

Пред рационалното и хигиенно производство на чувствителни продукти, каквито са течните и кремообразни артикули, като спирала, гланц за устни или лак за нокти, съществуват редица затрудняващи условия, които трябва да се преодолеят. Високото налягане и сили на срязване могат бързо да окажат негативно влияние върху качеството на продукта. Технологията за пълнене трябва да вземе предвид и двата фактора, които, съчетани с характеристиките на пастообразния продукт, ограничават производителността на машините за пълнене, а, ако бъдат пренебрегнати, компрометират качеството на продукта. Същевременно особеностите при почистване на пълнещия блок представляват определящ критерий за високохигиенните производствени практики. Водещите производители предлагат автоматизирани системи, които дават убедително решение на тези проблеми. Прилагането на прецизно измерване на дебита, независимо от вискозитета и плътността, позволяват точна настройка на параметрите на машината. Високото ниво на автоматизация на процесите осигурява гъвкавост на планирането и деликатно манипулиране на продукти така, че силите на срязване да бъдат минимизирани и дори избегнати напълно.

Автоматизираните почистващи решения за вграждане на CIP система за ефективно почистване и добре изолираните компоненти гарантират поддържането на санитарните стандарти. Съвременните гъвкави автоматични линии съчетават модулен принцип на изграждане, сервозадвижвания от най-ново поколение, функции за лесно пренастройване на транспортна система, както и запаметяване на голям набор от работни параметри за всеки тип флакон, като всичко това повишава ефективността на производството и оптимизира разхода на ресурси.

 

Модулни системи и автоматизация

Актуалните тенденции неизменно засягат пазара на козметика – например екзотичните и естетични форми на опаковки за кремове, лосиони, гелове, шампоани или соли за вана са само част от характеристиките, с които една фирма трябва да се съобрази. Първостепенна грижа на производителите на козметика е постигането на възможно най-голяма гъвкавост на капиталовите стоки. Вече се предлагат технически решения за процесите на пълнене и дозиране, като например възможност за автоматична промяна на формата или серийни функционални модули, които помагат на производителите да се справят с изискванията за бърза адаптивност и промяна в линиите.

В козметичната индустрия широко се използват машини за линейно пълнене, тъй като те могат да се адаптират за широк производствен диапазон и да бъдат комбинирани с различни дозиращи системи. Оперативните им режими могат да включват периодичен, непрекъснат или кръстосан трансфер. Към тях може да се внедрят дозиращи системи от типа на ротационни бутални помпи, бутални помпи с ротационен клапан, перисталтични помпи, магнитно-индуктивни разходомери, системи, измерващи масовия поток за вещества в течно или полутечно състояние, дозиращи устройства за прахообразни вещества и др. Пълнещите и дозиращите системи трябва да позволяват бърза приспособимост за ежедневно изменящите се производствени нужди.

Модулните системи позволяват изключителна гъвкавост и бърза промяна на конфигурацията, така че един ден те могат да служат за пълнене на течни продукти, а на следващия – за прахообразни, и при това без нежелано забавяне на производствения процес.

Течни, пастообразни или прахообразни продукти могат да се дозират с помощта на подходящи модулни системи. Въз основа на модулна мрежа в една такава система, състояща се от базови и функционални модули, голямо разнообразие от функции могат да се добавят или премахнат по желание. Модернизацията на разширението или подмяната на дозиращите устройства по този начин става възможна с минимални усилия и разходи. Към модулните системи за пълнене са приложими ротационни бутални помпи, бутални помпи, магнитно-индуктивни разходомери, системи, измерващи масовия поток за вещества в течно или полутечно състояние и дозиращи устройства за прахообразни вещества.

Гъвкавата конструкция на ротационните пълнещи машини например, работеща при периодичен или при непрекъснат режим, позволява технологичните станции да бъдат интегрирани във всяко положение според необходимостта. С тази концепция могат да бъдат изпълнени практически всички специализирани изисквания на производителя.

В реалната среда рентабилността на използваното оборудване се измерва чрез минимизирането на престоя за ремонт и поддръжка. Усилията на разработващите екипи на автоматизирани технологии в голяма степен са насочени към подобряване на функциите за автономно управление и диагностика, оптимизиране на движещите се компоненти и напредък в технологиите за CIP и SIP почистване и стерилизация.

Съвременните системи за пълнене и дозиране наблягат на цялостната автоматизация, като това обхваща от единичните измервателни точки с възможност за дистанционно комуникиране на данните до цялостни решения за контрол на високо ниво. С възможностите, които дава автоматизацията, персонализирането на системите според изискванията към процеса е по-лесно от всякога. Заедно с автоматизираното управление на процесите и съвременните комуникационни интерфейси (системи с полеви шини), технологиите за измерване на масовия поток напредват с бързи темпове във все по-нови и нови области на приложение през последните години. Автоматизацията също така дава мощен тласък на развитието на всички аспекти на качествения контрол на производството, в това число мониторинг, контрол на процесите в реално време, балансиране, дозиране, пълнене и зареждане, измерване на концентрация, измерване на вискозитета в процеса на обработка, мониторинг и проверка на състоянието на оборудването.

 

 

 

Новият брой 5/2021

брой 5-2021

  ЧЕТЕТЕ БРОЯ ОНЛАЙН

ВСИЧКИ СТАТИИ | АРХИВ

ЕКСКЛУЗИВНО

Top