2l液体瓶筒式灭菌生产线总体设计与分析(附件)
目前，国内大部分生物制药产品、医药产品及中药产品的消毒灭菌仍采用间歇式过热灭菌的方法，以保证其特殊的用途及安全性。但在灭菌过程中一直沿用着“药物粉粒静态、蒸汽动态”的方法，存在技术可靠性差、效率低，工人劳动强度大，卫生安全不稳定，且能耗高等缺陷。所以本论文针对瓶装2L液体的灭菌需要，设计了筒式灭菌生产线。首先，根据灭菌要求和灭菌对象的分析，对这个灭菌工艺进行设计和制定，进行了总体设计，确定了系统方案设计，把这个系统分成四个部分：自动上料部分、灭菌部分、自动卸料部分以及控制部分。其次，进行了各个部分的结构总图，制定并设计了各部分的尺寸以及初始结构图，把会对下一个环节的部件尺寸产生影响的决定性尺寸进行分析计算和校核。上料部分的关键零部件如装瓶器尺寸，传输部分的传送链的布局和尺寸设计，并且设计并计算原料多长时间运输过来，然后进行上料，上料需要多长时间，上料和传输的节拍时间等。灭菌主筒里的灭菌传输路线的布局，支撑部件以及辅助支撑轮的尺寸的方案制定，对主筒里的灭菌时间和冷却时间进行计算与设计，还有对灭菌筒进行了尺寸的设计和确定。料物进出主筒时，主筒怎样设计才可以密封整个灭菌系统。对主筒的结构上进行了优化设计。控制部分做了整体方案设计，控制系统是如何对灭菌线路进行控制的,具体控制过程是如何一步一步进行的，如何对灭菌生产线的各个部分进行合理布局和控制。最后，对该灭菌设备中各部分的零部件进行三维建模，零件组装，以及整机的装配和必要仿真分析。关键词： 自动化灭菌；灭菌生产线；连续灭菌装置 continuous sterilizer 目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景和研究意义 1
1.2 当前国内外灭菌现状 1
1.3研究内容以及章节安排 2
第二章 整体灭菌工艺与方案的设计 3
2.1 灭菌工艺流程设计 3
2.2 灭菌工艺方案设计 4
第三章 整体结构设计与分析 8
3.1 上下料系统方案设计 8
3.2 传输系统方案详细设计 13
3.2.1传输的部件的设计与校核 13
3.2.2内部支撑部件的选材与整体设计 16
3.3灭菌主筒方案设计 17
3.4控制系统整体方案设计 19<
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
计 3
2.2 灭菌工艺方案设计 4
第三章 整体结构设计与分析 8
3.1 上下料系统方案设计 8
3.2 传输系统方案详细设计 13
3.2.1传输的部件的设计与校核 13
3.2.2内部支撑部件的选材与整体设计 16
3.3灭菌主筒方案设计 17
3.4控制系统整体方案设计 19
第四章 三维建模仿真 22
第五章 总结与展望 25
论文成果 26
致 谢 27
参 考 文 献 28
附 录 31
绪论
1.1 研究背景和研究意义
民以食为天，食以安为重。食品安全是生命、法律、道德的红线也是底线，这是全世界人民都重视的话题。所以谈到食品卫生安全就会想知道食品问题出现在哪些方面。食品变质不仅有人为因素也有生产环境、储存环境、生产技术等多方面因素的影响。但是主要的是食品被微生物污染，导致食物腐败变质，这些有问题的食品不容易被食用者发现。轻者中毒更为严重的会出现休克死亡现象。毕竟食物是人们赖以生存的依靠。目前中国的食品安全环境并不理想，所以在未来几年至十几年的食品卫生安全环境里，中国政府和企业需要做更多的投入和发展。食品腐败变质的一个主要原因是微生物活动的结果，也是当前食品安全关注的焦点问题之一，不仅造成巨大的经济损失，而且威胁到人们的生命健康。因此，以杀灭微生物为目标的灭菌技术，一直是许多食品加工厂家在努力突破的一项技术难关。
1.2 当前国内外灭菌现状
进入21世纪，人们的生活水平的不断提高和消费观念的改变，人们更注重自身身体健康和营养需求。牛奶、饮料还有便捷的罐装食品倍受消费者青睐，而且液态瓶装奶罐装的食品的消费逐渐走向成熟,走向健康。
目前，国内大部分食品、生物制药产品、医药产品及中药产品的消毒灭菌过程中还是沿用之前的柜式灭菌设备仍采用间歇式过热灭菌的方法，存在的问题是技术可靠性差、效率低，工人劳动强度大，卫生安全不稳定，且能耗高成本高等缺陷。例如，在牛奶方面，巴氏灭菌，国内因为技术等方面的限制，保质期一般只有几天。在当前社会条件下基本上是只能依靠当地产当地销的套路。异地企业无法涉足，而且灭菌这方面存在很大缺陷，不能实现连续自动化温控灭菌。国外的巴氏奶灭菌后保质期长达三周以上。
当今世界上如美国的Accofil公司、德国的Bosch公司、荷兰的Columatic公司都可以提供成套的生产线[1]。并且可以实现各种控制都在一个加工中心中自动化进行，依靠机械手，无需人为操控。但是他们的设备、技术成本过高不适合国内企业自身发展的条件[2]。
1.3 研究内容以及章节安排
本文做了许多有关灭菌方面的调查和分析，然后设计了一项新的技术工艺路线和一套全自动灭菌设备，目的是为了解决当前食品领域的突出问题,杀死食品中的微生物阻止其不断繁殖。利用高温可以抑制微生物体内酶的活性,破坏细胞膜的结构,并且细胞内的遗传物质结构也被破坏,使其不能无限制繁衍,控制微生物数量达到灭菌效果。首先根据目前的中国消费水平，和当前中小企业想快速发展的思路，设计了符合本国更符合这些企业自身承受能力的连续式自动化灭菌设备。查阅当前国内外的一些研究资料和论文报告等相关资料,对数据进行分析整理总结,其次制定总体灭菌工艺方案,制定并设计整体灭菌设备与各个灭菌部分零部件尺寸和结构。设计一套连续的灭菌生产线，这条生产线具备自动上下料、高温蒸汽高温水灭菌、自动调节速度，自动控制灭菌时间、节拍调节时间和冷却时间等功能。
第一部分，绪论，了解食品灭菌的意义和背景，国内外当前的灭菌现状，和目前我国在灭菌方面存在的一些优缺点，针对存在的问题展开分析和设计。
第二部分，整体灭菌工艺与方案设计，详细制定灭菌工艺步骤，原料运输上料部分，传输和主筒灭菌部分，下料和运输部分，控制部分。设定灭菌温度和灭菌时间，以及灭菌流程里的详细操作步骤和达到的灭菌效果。
第三部分，整体结构设计与分析（包括一些部分结构），对上料部分进行必要尺寸的制定及设计以及结构的优化设计和合理布局；传输灭菌部分的方案设计和控制理论的制定；必要构件的强度分析以及必要零部件的设计和校核；控制部分的理论分析与设备工作过程设计。
第四部分，用制图软件对设备的零部件进行三维建模组装，最后对灭菌生产线进行仿真运行。
整体灭菌工艺与方案的设计
2.1 灭菌工艺流程设计
整个灭菌生产线的工艺流程都是建立在这个全自动灭菌设备的基础上实现工作的。灭菌生产线的工艺流程：灭菌原料输送→自动上料→蒸汽自动灭菌→自动冷却→自动卸料→输送包装；
如下为该工艺技术的简介流程图：
图211工艺流程图
高温蒸汽灭菌：
如给灭菌温度需要高于100℃的物体进行灭菌时,高温区的灭菌距离是固定的，只需通过控制器改变传输电动机的转速即可控制灭菌时间。
设置为蒸汽模式，变量数据设置完成后，按下启动按钮，开启水泵与给水阀给灭菌筒注水（水的一个作用是，在高温蒸汽灭菌后对装瓶器里的物体进行灭菌后的冷却处理，另一个作用是利用液面对高温蒸汽进行液封。）水位达到设定高度，由压力感测器进行水位感知，把压力感测器的信号经过模拟量模块处理后，通过PID运算，与设定的值进行比较，从而控制电磁阀的开度，水位越接近设定值，开度越小。水位达到设定值时，水位指示灯亮起，同时自动关闭水泵与给水阀，蒸汽阀也会自动打开，风扇运行。当达到一度压力时排气阀打开，开始进行排蒸汽（进气阀和排气阀在后续灭菌过程中一直开启），同时启动电动机，上下料工作过程开始运行。
高温水灭菌：
对灭菌温度低于100℃的物体进行灭菌时灭菌时间和灭菌温度时，通过设置主筒水位以及电机转速来调整灭菌时间。按下启动按钮，开启水泵与给水阀给灭菌桶注水（对原料进行灭菌）水位达到设定高度时，水位开关闭合。按下电机启动按钮，上下料系统开始工作。灭菌时，水温低于设定灭菌温度时，开启给水阀与排水阀进行供给热水并排出原有的水，控制灭菌水的温度在一个范围内。水位和温度都达到设定高度，水位开关闭合，进水阀和排水阀同时关闭，重复如此灭菌动作过程，实现高温水连续灭菌。
运输架把原材料运输到上料结构中计入第一个上料循环，然后依靠上料装置对原料进行上料，同时也进行下料，上下料停顿的时间为节拍时间，灭菌传输和上料前的传输速度一致，故是同
第一章 绪论 1
1.1研究背景和研究意义 1
1.2 当前国内外灭菌现状 1
1.3研究内容以及章节安排 2
第二章 整体灭菌工艺与方案的设计 3
2.1 灭菌工艺流程设计 3
2.2 灭菌工艺方案设计 4
第三章 整体结构设计与分析 8
3.1 上下料系统方案设计 8
3.2 传输系统方案详细设计 13
3.2.1传输的部件的设计与校核 13
3.2.2内部支撑部件的选材与整体设计 16
3.3灭菌主筒方案设计 17
3.4控制系统整体方案设计 19<
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
计 3
2.2 灭菌工艺方案设计 4
第三章 整体结构设计与分析 8
3.1 上下料系统方案设计 8
3.2 传输系统方案详细设计 13
3.2.1传输的部件的设计与校核 13
3.2.2内部支撑部件的选材与整体设计 16
3.3灭菌主筒方案设计 17
3.4控制系统整体方案设计 19
第四章 三维建模仿真 22
第五章 总结与展望 25
论文成果 26
致 谢 27
参 考 文 献 28
附 录 31
绪论
1.1 研究背景和研究意义
民以食为天，食以安为重。食品安全是生命、法律、道德的红线也是底线，这是全世界人民都重视的话题。所以谈到食品卫生安全就会想知道食品问题出现在哪些方面。食品变质不仅有人为因素也有生产环境、储存环境、生产技术等多方面因素的影响。但是主要的是食品被微生物污染，导致食物腐败变质，这些有问题的食品不容易被食用者发现。轻者中毒更为严重的会出现休克死亡现象。毕竟食物是人们赖以生存的依靠。目前中国的食品安全环境并不理想，所以在未来几年至十几年的食品卫生安全环境里，中国政府和企业需要做更多的投入和发展。食品腐败变质的一个主要原因是微生物活动的结果，也是当前食品安全关注的焦点问题之一，不仅造成巨大的经济损失，而且威胁到人们的生命健康。因此，以杀灭微生物为目标的灭菌技术，一直是许多食品加工厂家在努力突破的一项技术难关。
1.2 当前国内外灭菌现状
进入21世纪，人们的生活水平的不断提高和消费观念的改变，人们更注重自身身体健康和营养需求。牛奶、饮料还有便捷的罐装食品倍受消费者青睐，而且液态瓶装奶罐装的食品的消费逐渐走向成熟,走向健康。
目前，国内大部分食品、生物制药产品、医药产品及中药产品的消毒灭菌过程中还是沿用之前的柜式灭菌设备仍采用间歇式过热灭菌的方法，存在的问题是技术可靠性差、效率低，工人劳动强度大，卫生安全不稳定，且能耗高成本高等缺陷。例如，在牛奶方面，巴氏灭菌，国内因为技术等方面的限制，保质期一般只有几天。在当前社会条件下基本上是只能依靠当地产当地销的套路。异地企业无法涉足，而且灭菌这方面存在很大缺陷，不能实现连续自动化温控灭菌。国外的巴氏奶灭菌后保质期长达三周以上。
当今世界上如美国的Accofil公司、德国的Bosch公司、荷兰的Columatic公司都可以提供成套的生产线[1]。并且可以实现各种控制都在一个加工中心中自动化进行，依靠机械手，无需人为操控。但是他们的设备、技术成本过高不适合国内企业自身发展的条件[2]。
1.3 研究内容以及章节安排
本文做了许多有关灭菌方面的调查和分析，然后设计了一项新的技术工艺路线和一套全自动灭菌设备，目的是为了解决当前食品领域的突出问题,杀死食品中的微生物阻止其不断繁殖。利用高温可以抑制微生物体内酶的活性,破坏细胞膜的结构,并且细胞内的遗传物质结构也被破坏,使其不能无限制繁衍,控制微生物数量达到灭菌效果。首先根据目前的中国消费水平，和当前中小企业想快速发展的思路，设计了符合本国更符合这些企业自身承受能力的连续式自动化灭菌设备。查阅当前国内外的一些研究资料和论文报告等相关资料,对数据进行分析整理总结,其次制定总体灭菌工艺方案,制定并设计整体灭菌设备与各个灭菌部分零部件尺寸和结构。设计一套连续的灭菌生产线，这条生产线具备自动上下料、高温蒸汽高温水灭菌、自动调节速度，自动控制灭菌时间、节拍调节时间和冷却时间等功能。
第一部分，绪论，了解食品灭菌的意义和背景，国内外当前的灭菌现状，和目前我国在灭菌方面存在的一些优缺点，针对存在的问题展开分析和设计。
第二部分，整体灭菌工艺与方案设计，详细制定灭菌工艺步骤，原料运输上料部分，传输和主筒灭菌部分，下料和运输部分，控制部分。设定灭菌温度和灭菌时间，以及灭菌流程里的详细操作步骤和达到的灭菌效果。
第三部分，整体结构设计与分析（包括一些部分结构），对上料部分进行必要尺寸的制定及设计以及结构的优化设计和合理布局；传输灭菌部分的方案设计和控制理论的制定；必要构件的强度分析以及必要零部件的设计和校核；控制部分的理论分析与设备工作过程设计。
第四部分，用制图软件对设备的零部件进行三维建模组装，最后对灭菌生产线进行仿真运行。
整体灭菌工艺与方案的设计
2.1 灭菌工艺流程设计
整个灭菌生产线的工艺流程都是建立在这个全自动灭菌设备的基础上实现工作的。灭菌生产线的工艺流程：灭菌原料输送→自动上料→蒸汽自动灭菌→自动冷却→自动卸料→输送包装；
如下为该工艺技术的简介流程图：
图211工艺流程图
高温蒸汽灭菌：
如给灭菌温度需要高于100℃的物体进行灭菌时,高温区的灭菌距离是固定的，只需通过控制器改变传输电动机的转速即可控制灭菌时间。
设置为蒸汽模式，变量数据设置完成后，按下启动按钮，开启水泵与给水阀给灭菌筒注水（水的一个作用是，在高温蒸汽灭菌后对装瓶器里的物体进行灭菌后的冷却处理，另一个作用是利用液面对高温蒸汽进行液封。）水位达到设定高度，由压力感测器进行水位感知，把压力感测器的信号经过模拟量模块处理后，通过PID运算，与设定的值进行比较，从而控制电磁阀的开度，水位越接近设定值，开度越小。水位达到设定值时，水位指示灯亮起，同时自动关闭水泵与给水阀，蒸汽阀也会自动打开，风扇运行。当达到一度压力时排气阀打开，开始进行排蒸汽（进气阀和排气阀在后续灭菌过程中一直开启），同时启动电动机，上下料工作过程开始运行。
高温水灭菌：
对灭菌温度低于100℃的物体进行灭菌时灭菌时间和灭菌温度时，通过设置主筒水位以及电机转速来调整灭菌时间。按下启动按钮，开启水泵与给水阀给灭菌桶注水（对原料进行灭菌）水位达到设定高度时，水位开关闭合。按下电机启动按钮，上下料系统开始工作。灭菌时，水温低于设定灭菌温度时，开启给水阀与排水阀进行供给热水并排出原有的水，控制灭菌水的温度在一个范围内。水位和温度都达到设定高度，水位开关闭合，进水阀和排水阀同时关闭，重复如此灭菌动作过程，实现高温水连续灭菌。
运输架把原材料运输到上料结构中计入第一个上料循环，然后依靠上料装置对原料进行上料，同时也进行下料，上下料停顿的时间为节拍时间，灭菌传输和上料前的传输速度一致，故是同
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