化妆品生产线建设要求及关键设备介绍

舒 航，张佳阳，赵 扬

(河南应用技术职业学院 化学工程学院，河南 郑州 450042)

化妆品产业是美丽经济和时尚事业，近年来在我国发展迅猛，取得了巨大的成就，同时，随着市场的发展，越来越多的国内外化妆品品牌不断涌现，市场竞争日趋激烈，为了能在市场中生存下去，除了需要不断原料及工艺的创新，合理的布局、先进的管理、配套的设备更是新产品研发的重中之重。

化妆品是由多种原料按照配方及工艺经混合、分散及物态变化等过程复配而制得的混合物，化妆品的制备由于原料种类、配方比例、工艺参数和设备类型等因素不同，成品种类繁多，千差万别。本文以中部省份某高校最新建设的化妆品生产线实训室为基础，对生产线的设计原则、空间布局、配套设备等进行了介绍和分析，并以沐浴露为例对生产工艺进行说明。

1 建设要求

1.1 宏观原则

化妆品生产线的车间厂房建设及产品的生产需要满足化妆品生产良好操作规范(GMPC)的实施和6S管理[1]，即整理(SEIRI)、整顿(SEITON)、清扫(SEISO)、清洁(SEIKETSU)、素养(SHITSUKE)、安全(SAFETY)，以及我国2015年版《化妆品安全技术规范》和最新版《化妆品卫生监督管理条例》的要求。

为例保证产品的卫生及安全，可通过路线的组织形式，进行立体化设计，在满足标准和规范的前提下，尽可能做到人流、物流分离，生产人员与非生产人员不交叉，保证时间或空间上的相对独立，最大程度降低不同的洁净区、物料、人员、污染物等之间相互交叉污染的风险[2]。

操作千万条，安全第一条。逃生门、救生窗、安全标示、逃生通道指示牌、灭火器、安全说明、安全检查、持证上岗、专人专管、操作规范等等都是化妆品生产线设计建设之前必须考虑其中的因素，日常管理与维护要以预防为主，重点关注用水电、高温、中毒、机械方面的安全。

生产安全事故中90%以上是人为因素导致的，这其中由于不规范的操作又占了绝大多数。我国在食品、药品行业早已实施生产质量管理规范(GMP)[3]，同时有质量管理体系(ISO)、卫生操作标准程序(SSOP)等保证人员安全和产品的质量，但是在化妆品行业，暂时并没有强制的GMPC认证制度与法律法规，人工的操作虽然随着设备的自动化程度越来越高，但是，专业的人员培训和持证上岗较难落实，一但发生事故只能补救，无法挽回，因此，强化车间人员的安全意识，认真执行操作规程尤为重要。

1.2 空间布局

图1 化妆品生产线人流图

图2 化妆品生产线物流图

图3 化妆品生产线车间平面图

以实际情况为依据，具体平面及人流图、物流如图1～3所示。

1.3 配套设施

化妆品生产线车间的用水主要是常规自来水和纯净水两种，两者均需要满足不断流动及定期清洗、消毒或灭菌的需求；水分配系统中应维持持续的“湍流式”循环，符合流体力学设计原则；管路设计应使管道的总长度为最短。工业级用电通常为380 V，总功率需达到生产设备同时开启时的负荷，为设备、照明、空调、紫外等提供动力。气体方面包括温度、湿度调节、压差、净化等级、新风系统等。清洁工具、消防工具、防护服、消毒面具等也是必不可少的配套物资。

2 关键设备

2.1 材料

化妆品生产设备对材料的要求较高，通常使用最多的材质为304#不锈钢，可满足力学性能及卫生等标准，聚四氟乙烯主要用于搅拌桨的刮板及设备摩擦的连接处，保温棉用于包裹蒸汽及加热设备出口管道，塑料和橡胶在气路管道和传输带等使用。

2.2 称量计量设备

秤、天平、量筒等常规称量计量工具即可满足使用的要求。

2.3 配制设备

2.3.1 真空乳化机

真空乳化机是生产化妆品的主要设备[4]，可制备膏、霜、乳、液各类黏度产品，功能齐全，能较好满足产品流变性的需求。其主要包括水相锅、油相锅、主乳化锅、真空泵、油压系统、温控系统、电控系统等组成，水相锅与油相锅的物料先充分溶解，经负压被吸入主乳化锅进行混合、均质乳化。其原理为物料在真空的状态下，利用高速转动的均质头，将一相物料均匀的分布至另一个连续相中，物料在2～3 mm定、转子间的狭隙中，承受剪切、离心、冲撞、乱流等综合力学作用，短时间内均匀分散乳化，迅速破碎成200 nm～2 μm的微粒，在搅拌过程中产生的气泡被及时抽走，再经过高频循环过程，即可得到稳定的O/W或W/O体系产品。

2.3.2 均质搅拌锅

均质搅拌锅适用于不同物料的混合搅拌，如生产洗发水、沐浴露、洗衣液、洗洁精、洗手液等中低黏度流体的互混、溶解，具有加热、搅拌、均质、温控、冷却等功能，是日化和化妆品生产企业中必不可少的设备。

2.3.3 皂化釜

皂化釜是在传统反应釜的基础上增加了回流冷凝系统，保证生产中的高温反应、急冷、皂化、加压、均匀等几个主要的工艺过程，主要用来完成脂类及有特殊温度、压力需要产品的制备。

2.4 储存设备

2.4.1 移动储罐

移动储罐是可将成品与半成品转移至异地的洁净贮存设备。在化妆品生产过程中，储罐配备呼吸阀，能消除物料由于温度、工艺等原因产生的体积膨胀与收缩效应。

2.4.2 配料桶

配料桶又名搅拌罐、配料罐，具有可加热自动控温、保温、搅拌功能。其具有传热快、适应温差大、清洗方便、经济实用等优点，广泛应用于食品、制药、日化等行业，可做为中间缓冲、储液、搅拌、称量载体和调配设备。

2.5 灌装设备

2.5.1 半自动气动灌装机

本机采用活塞式推拉杆结构，工作时由气缸产生强大的推拉力来带动活塞头。当主气缸往回拉活塞头时进料口阀门打开，出料口阀门关闭，由于料缸内存在压差，物料会被吸进到料缸内，此为吸料行程。吸料行程完成后，主气缸就会往外推动活塞头，此时进料口阀门关闭，出料口阀门打开，物料被活塞头推出料缸，通过出料口灌装至容器，此为灌装行程。设备采用气缸和活塞式推拉杆结构，由于工作时料缸内能够形成真空腔，负压吸取物料，所以能够有效灌装粘稠的、流动性差的物料。

2.6 传输设备

2.6.1 不锈钢传送带

本设备采用全不锈钢制造，结构简单、整洁美观、操作方便、输送平稳、工作噪音小；输送带使用高级进口高强度复合尼龙带，具有经久耐用、耐腐蚀、承载力度大等特点；电机使用RV型立式电机和JWB型卧式电机，美观大方、规格可选、调速便捷。

2.6.2 传递窗

传递窗主要用于洁净区与洁净区之间、洁净区与非洁净区之间小件物品的传递，以减少洁净室的开门次数，最大限度的降低洁净区的污染。

2.7 包装设备

2.7.1 超声波封尾机

早期软管的接合是使用胶黏剂或电加热熔接，这些方法效率低、外观差，接合面容易老化，产品的残差率高，有损人体健康，一定程度污染环境，超声波技术的应用，解决了这些难题。超走波封尾焊接机采用电子程序控制，自动化程度高，操作容易，内置电子保护电路。其工作原理是：机器将高频电能通过换能器转变成为机械能，该能量通过工具头传导到软管工件上，以每秒两万次的超声频率及一定的振幅，使软管工件的接合面产生剧烈摩擦后熔化，瞬间完成胶粘过程，这个过程称为超声波软管焊接。常用于牙膏、化妆品、药品、食品、工业用品等各类软管封尾。

2.7.2 膜包机

膜包机是可将被包装物形成三维六面体折叠封包的设备[5]。其工作流程是利用汽缸推动堆垛被包装物，经折叠-一次热封-成型-二次热封-展平一系列动作完成包装过程。

2.8 清洗消毒设备

2.8.1 CIP清洗机

CIP清洗的工作原理为化学作用与机械作用，化学作用是决定洗涤效果最主要因素，其主要由加入的化学洗涤剂所产生，常用1%～2%的硝酸溶液，1%～3%的氢氧化钠溶液，使用温度为65～80℃。温度的上升可以改变污物的物理状态，加快化学反应速度，同时增大污物的溶解度，便于清洗时杂质脱落，从而增强清洗效果、缩短清洗时间；机械作用由运动而产生，如搅拌、喷射清洗液产生的撞击、压力和摩擦力等。清洗效果的影响因素有设备清洁程度、残留物性质及产品生产工艺等，提高清洗剂浓度可适当缩短清洗时间或弥补清洗温度的不足。其主要工艺循环流程为水洗-碱液洗-水洗-酸液洗-水洗。

2.8.2 蒸汽发生器

生产线所用蒸汽发生器由密闭蒸汽容器、全自动电控系统、高压进水泵、法兰式不锈钢电热管组件、内置式水位观测液位计、安全阀等部分组成，通过电加热原件加热密闭容器里的软化水来产生高压蒸汽。

2.8.3 紫外灯

紫外灯可以产生紫外线，紫外线分为UVA、UVB、UVC、UVD四个波段，UVC波段具有杀菌作用，采用紫外灯发出254 nm波长的光线，与微生物细胞中DNA或RNA的吸收光谱吻合，从而破坏分子结构，造成细胞死亡，最终达到杀菌消毒的效果。

2.9 其他

2.9.1 水处理系统

本生产线与纯水生产线相邻，符合饮用标准的水源可直接由纯水生产线引入。

2.9.2 喷码机

喷码机是一种通过软件控制，使用非接触方式在产品上进行标识的设备。本生产线采用小字符喷码机，可进行34点阵喷印，墨水系统和喷嘴经过改良，可适应多种不同的墨水需求。

2.9.3 贴标机

贴标机的工作原理：产品流经贴标装置，传感器检测到产品经过，传回信号到贴标控制系统，在适当位置控制系统控制送出标签，标签贴附在产品待贴标位置上，一张标签的贴附动作完成。操作过程为产品放置-产品输送-产品分距-产品贴标-产品收集。

3 生产工艺实例

以沐浴露为例，其配方如表1所示。

表1 配方组成

沐浴露的制备工艺如下：

①将月桂酸加热熔化并升温至80℃；

②将去离子水加入搅拌锅，再将KOH溶解，升温至80℃，边搅拌边缓慢加入已熔化好的月桂酸，保持80℃皂化30 min，调节pH值为9～9.5，继续搅拌，冷却至40℃待用；

③依次将AES、6501、CAB加入搅拌锅，升温至50℃并搅拌均匀，再将配方量50%的水加入，继续加入EDTA、珠光片、柠檬酸并搅拌均匀；

④将皂基、剩余的水缓慢加入，升温至75℃恒温30 min，使全部物料分散均匀；

⑤开启冷却水，搅拌冷却至45℃，保持降温速率0.5～1℃/min，加入香精、防腐剂、色素等辅料，搅拌均匀并继续冷却至30℃；

⑥静置消泡，出料，检测合格后至下一步工序。

4 结语

化妆品生产线是一个系统工程，设备的发展更趋于自动化，同时，对安全与卫生的要求也越来越高，其中每一个环节与设备都会影响产品的质量，以上介绍的设备及流程能基本满足小规模化妆品的生产需求，作为高校的实训项目，亦能完全满足师生的教学与科研工作。现在全国具有同等级规模的化妆品生产线在高校并不多见，因此，本生产线可给其他高校乃至化妆品生产企业的建设提供有价值的参考。