大型高效过热蒸汽灭菌滚筒的(附件)
摘 要 摘 要 科技的进步推动了人类社会的进步，明显改善了人们的生活质量。在摆脱了衣食困扰以后，自身的健康问题越来越被人们所重视。因此，与人类健康问题息息相关的消毒灭菌技术，也在突飞猛进的发展着，并且不断的为人类的生产生活提供者便利。与此同时，科技工作者们也在为研制出性能更为优良、使用时更为经济便捷的灭菌设备而持续努力着。本文所研究设计的过热蒸汽灭菌滚筒是药物制剂生产过程中应用最普遍的灭菌设备之一，具有操作简单、性能优良、经济适用等优点，对改善设备灭菌性能、降低药物生产成本都具有重要的意义。本文所设计的灭菌设备采用如下的方案：采用回转式筒体，滚筒既是灭菌的主要工作区间，又是设备的主体结构。灭菌介质采用的是过热蒸汽，因此配套设备中蒸汽发生器以及蒸汽管道是必不可少的。物料在滚筒内的输送主要靠滚筒内焊接的螺旋面，依靠滚筒的周向转动带动物料沿轴向的平动。动力装置主要由电动机、减速机、传动齿轮等部分构成。此外，滚筒设备还应具备密封、防粘减阻、保温隔热等功能，从而在达到预期的灭菌效果的同时，实现降低能耗的目标。在完成既定的设计计算任务后，对关键零部件的设计强度进行了必要的应力分析和寿命计算，从而确保了整套设备在正常工作条件下使用的安全性。关键词： 过热蒸汽； 灭菌消毒； 回转滚筒； 三维建模 目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题背景及研究意义 1
1.2 研究现状 2
1.2.1 国内研究现状 2
1.2.2 国外研究现状 2
1.3 未来发展趋势 3
1.3.1 动态湿热蒸汽灭菌设备 3
1.3.2 专业化特殊需要的湿热灭菌设备 3
1.3.3 湿热蒸汽灭菌设备向低温化方向发展 3
1.3.4 小型电加热蒸汽灭菌器发展趋势 4
1.4 课题主要研究内容 4
1.5 本章小结 5
第二章 灭菌设备的总体设计 6
2.1 筒体设计 6
2.2 滚圈设计 6
2.3 支承部分设计 7
2.4 传动装置的设计 8
2.5 过热蒸汽灭菌滚筒的密封 8
2.5.1 密封的介绍 8
2.5.2
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
1.4 课题主要研究内容 4
1.5 本章小结 5
第二章 灭菌设备的总体设计 6
2.1 筒体设计 6
2.2 滚圈设计 6
2.3 支承部分设计 7
2.4 传动装置的设计 8
2.5 过热蒸汽灭菌滚筒的密封 8
2.5.1 密封的介绍 8
2.5.2 密封圈类型的选择 9
2.6 滚筒内表面防粘连处理 11
2.6.1 粘连现象及其危害 11
2.6.2 防止粘连的措施 11
2.6.3防粘涂料种类及选择 12
2.7 滚筒外表面的隔热保温 13
2.8 气料分离装置 14
2.9 进料出料装置 15
2.10 总体设计方案图 15
2.11 本章小结 15
第三章 灭菌滚筒结构的设计与计算 16
3.1 筒体设计 16
3.1.1 筒体跨度的确定 16
3.1.2最小壁厚的确定 16
3.1.3筒体载荷计算 17
3.1.4 筒体弯矩与应力计算 20
3.1.5筒体变形计算 21
3.1.6截面变形的筒体计算 22
3.1.7筒体热膨胀伸长计算 25
3.2输送螺纹的设计 25
3.2.1输送机理分析 25
3.2.2滚筒的转速 26
3.2.3物料轴向位移的条件 27
3.3滚圈设计 28
3.3.1滚圈的结构形式 28
3.3.2滚圈与托轮材料的确定 29
3.3.3滚圈的设计与强度计算 29
3.4托轮设计 31
3.4.1结构设计 31
3.4.2托轮设计 32
3.4.3拖轮轴设计及轴承计算 33
3.5传动装置设计 35
3.5.1传动方案确定 35
3.5.2传动功率的确定 36
3.5.3电动机选择 36
3.5.4减速机选择 37
3.5.5传动齿轮设计 37
3.5.6联轴器的选择 38
3.6 本章小结 39
第四章 三维建模及有限元分析 40
4.1 主要零部件建模及应力分析 40
4.2 装配体建模及干涉检查 43
4.3 本章小结 44
总结 45
致谢 47
参考文献 48
第一章 绪论
1.1 课题背景及研究意义
随着科学技术的不断进步，灭菌设备在国内外取得了飞速的发展，尤其是在一些发达国家。灭菌是指将病毒病菌、细菌芽胞等微生物清除的工艺过程。
随着时代的发展与进步，与人类自身健康息息相关的消毒灭菌技术取得长足的进步。人们也在不断为研究和制造出性能更加完善、更加经济实惠和安全方便的消毒灭菌设备而努力。消毒灭菌的方法多种多样，相应的灭菌设备也种类繁多。现阶段，使用过热蒸汽灭菌是一种方便快捷，经济高效的灭菌方法。它已经广泛的应用于医疗卫生、农业生产、食品工程以及制药行业。
在药品的制造过程中，要兼顾灭菌效率与保证药效两个方面，既要保证灭菌效果符合生产要求，又要保证部药材自身的分子结构不被破坏。这对整套灭菌系统的设计以及关键零部件的加工制造技术的要求也相应提高了许多。在制药行业，对于某一特定药品进行消毒灭菌，首先会选择制药行业内相对比较成熟的消毒灭菌工艺。同时也要结合药品的特性以及经济性，从而选出最优方案。
到目前为止，利用热力能灭菌消毒一直被认为是最高效的灭菌方法，即在高温条件下破坏细菌的蛋白质和核酸，从而停止其生命活动，达到杀死细菌的目的。根据灭菌过程中所使用的介质的不同，热杀菌工艺又可分为使用干热蒸汽的干热灭菌法和使用湿热蒸汽的湿热灭菌法。本研究课题提到的过热蒸汽灭菌即属于高温灭菌中的湿热灭菌法，其工艺过程为在封闭容器内连续通入150℃以上的过热蒸汽，使蒸汽与药品充分接触的时间不低于十分钟，从而可确保灭菌效果的安全可靠。通常使用过热蒸汽灭菌具有很多优势。首先，由于蒸汽潜热大，可迅速提高物体的温度；其次，湿热环境中，蛋白质吸收水分更容易凝固变质，最终导致微生物的死亡。所以，湿热灭菌的效率远远高于干热灭菌。此外，由于湿热蒸汽是一种无色、无味、无毒的无害气体，获得成本低，对环境几乎没有任何污染，这些使得湿热灭菌的方法在药物制剂生产过程中被广泛使用。
1.2 研究现状
1.2.1 国内研究现状
随着我国加工制造行业的进步，国内的灭菌设备的制造与生产工艺都有了很大的发展，灭菌装备的种类更为齐全，分类也更为细致。首先，在硬件方面，国内一些灭菌设备生产企业也开始从国外购进先进的生产设备和相应的检验装置，以确保灭菌设备中关键零部件的质量能够满足使用要求。比如，管路设计中灭菌盲区的要求；法兰连接的阀门取代螺纹连接的阀门；卫生级别管件的选用等，使得高端配置的灭菌设备在行业内越来越普遍。其次，在软件方面，虽然国内药物制剂生产企业大多采用自动化程度较高的灭菌设备，但仍有一部分生产药品类型比较单一的企业还在使用手动或半自动的灭菌设备。虽然国内过热蒸汽灭菌设备的主要参数指标已接近甚至达到国际领先水平，但在系统性能的稳定性上面依然存在某些不足之处。设备的稳定性主要取决于控制系统的稳定性，它是整个设备稳定工作的核心。目前，为降低生产成本，一般药企的控制系统普遍采用低端的工业PLC，这就造成了设备稳定性不足。与此同时，其他辅助件和其他阀类元件也要尽可能地使用性能上比较可靠的元件，可以更好
第一章 绪论 1
1.1 课题背景及研究意义 1
1.2 研究现状 2
1.2.1 国内研究现状 2
1.2.2 国外研究现状 2
1.3 未来发展趋势 3
1.3.1 动态湿热蒸汽灭菌设备 3
1.3.2 专业化特殊需要的湿热灭菌设备 3
1.3.3 湿热蒸汽灭菌设备向低温化方向发展 3
1.3.4 小型电加热蒸汽灭菌器发展趋势 4
1.4 课题主要研究内容 4
1.5 本章小结 5
第二章 灭菌设备的总体设计 6
2.1 筒体设计 6
2.2 滚圈设计 6
2.3 支承部分设计 7
2.4 传动装置的设计 8
2.5 过热蒸汽灭菌滚筒的密封 8
2.5.1 密封的介绍 8
2.5.2
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
1.4 课题主要研究内容 4
1.5 本章小结 5
第二章 灭菌设备的总体设计 6
2.1 筒体设计 6
2.2 滚圈设计 6
2.3 支承部分设计 7
2.4 传动装置的设计 8
2.5 过热蒸汽灭菌滚筒的密封 8
2.5.1 密封的介绍 8
2.5.2 密封圈类型的选择 9
2.6 滚筒内表面防粘连处理 11
2.6.1 粘连现象及其危害 11
2.6.2 防止粘连的措施 11
2.6.3防粘涂料种类及选择 12
2.7 滚筒外表面的隔热保温 13
2.8 气料分离装置 14
2.9 进料出料装置 15
2.10 总体设计方案图 15
2.11 本章小结 15
第三章 灭菌滚筒结构的设计与计算 16
3.1 筒体设计 16
3.1.1 筒体跨度的确定 16
3.1.2最小壁厚的确定 16
3.1.3筒体载荷计算 17
3.1.4 筒体弯矩与应力计算 20
3.1.5筒体变形计算 21
3.1.6截面变形的筒体计算 22
3.1.7筒体热膨胀伸长计算 25
3.2输送螺纹的设计 25
3.2.1输送机理分析 25
3.2.2滚筒的转速 26
3.2.3物料轴向位移的条件 27
3.3滚圈设计 28
3.3.1滚圈的结构形式 28
3.3.2滚圈与托轮材料的确定 29
3.3.3滚圈的设计与强度计算 29
3.4托轮设计 31
3.4.1结构设计 31
3.4.2托轮设计 32
3.4.3拖轮轴设计及轴承计算 33
3.5传动装置设计 35
3.5.1传动方案确定 35
3.5.2传动功率的确定 36
3.5.3电动机选择 36
3.5.4减速机选择 37
3.5.5传动齿轮设计 37
3.5.6联轴器的选择 38
3.6 本章小结 39
第四章 三维建模及有限元分析 40
4.1 主要零部件建模及应力分析 40
4.2 装配体建模及干涉检查 43
4.3 本章小结 44
总结 45
致谢 47
参考文献 48
第一章 绪论
1.1 课题背景及研究意义
随着科学技术的不断进步，灭菌设备在国内外取得了飞速的发展，尤其是在一些发达国家。灭菌是指将病毒病菌、细菌芽胞等微生物清除的工艺过程。
随着时代的发展与进步，与人类自身健康息息相关的消毒灭菌技术取得长足的进步。人们也在不断为研究和制造出性能更加完善、更加经济实惠和安全方便的消毒灭菌设备而努力。消毒灭菌的方法多种多样，相应的灭菌设备也种类繁多。现阶段，使用过热蒸汽灭菌是一种方便快捷，经济高效的灭菌方法。它已经广泛的应用于医疗卫生、农业生产、食品工程以及制药行业。
在药品的制造过程中，要兼顾灭菌效率与保证药效两个方面，既要保证灭菌效果符合生产要求，又要保证部药材自身的分子结构不被破坏。这对整套灭菌系统的设计以及关键零部件的加工制造技术的要求也相应提高了许多。在制药行业，对于某一特定药品进行消毒灭菌，首先会选择制药行业内相对比较成熟的消毒灭菌工艺。同时也要结合药品的特性以及经济性，从而选出最优方案。
到目前为止，利用热力能灭菌消毒一直被认为是最高效的灭菌方法，即在高温条件下破坏细菌的蛋白质和核酸，从而停止其生命活动，达到杀死细菌的目的。根据灭菌过程中所使用的介质的不同，热杀菌工艺又可分为使用干热蒸汽的干热灭菌法和使用湿热蒸汽的湿热灭菌法。本研究课题提到的过热蒸汽灭菌即属于高温灭菌中的湿热灭菌法，其工艺过程为在封闭容器内连续通入150℃以上的过热蒸汽，使蒸汽与药品充分接触的时间不低于十分钟，从而可确保灭菌效果的安全可靠。通常使用过热蒸汽灭菌具有很多优势。首先，由于蒸汽潜热大，可迅速提高物体的温度；其次，湿热环境中，蛋白质吸收水分更容易凝固变质，最终导致微生物的死亡。所以，湿热灭菌的效率远远高于干热灭菌。此外，由于湿热蒸汽是一种无色、无味、无毒的无害气体，获得成本低，对环境几乎没有任何污染，这些使得湿热灭菌的方法在药物制剂生产过程中被广泛使用。
1.2 研究现状
1.2.1 国内研究现状
随着我国加工制造行业的进步，国内的灭菌设备的制造与生产工艺都有了很大的发展，灭菌装备的种类更为齐全，分类也更为细致。首先，在硬件方面，国内一些灭菌设备生产企业也开始从国外购进先进的生产设备和相应的检验装置，以确保灭菌设备中关键零部件的质量能够满足使用要求。比如，管路设计中灭菌盲区的要求；法兰连接的阀门取代螺纹连接的阀门；卫生级别管件的选用等，使得高端配置的灭菌设备在行业内越来越普遍。其次，在软件方面，虽然国内药物制剂生产企业大多采用自动化程度较高的灭菌设备，但仍有一部分生产药品类型比较单一的企业还在使用手动或半自动的灭菌设备。虽然国内过热蒸汽灭菌设备的主要参数指标已接近甚至达到国际领先水平，但在系统性能的稳定性上面依然存在某些不足之处。设备的稳定性主要取决于控制系统的稳定性，它是整个设备稳定工作的核心。目前，为降低生产成本，一般药企的控制系统普遍采用低端的工业PLC，这就造成了设备稳定性不足。与此同时，其他辅助件和其他阀类元件也要尽可能地使用性能上比较可靠的元件，可以更好
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