2l液体瓶筒式灭菌生产线主筒设计建模与分析(附件)
摘 要摘 要灭菌是食品加工过程之中必要环节，它关乎到食品后续的保存与保护。而高效经济的灭菌方式一直是灭菌行业在追求的目标。目前国内大多厂家生产独立的灭菌罐和灭菌柜，这些设备没有同生产线接轨。本文针对灭菌的原理，参考国内外灭菌主筒的优秀经验，主要研究其结构部件的设计并模拟灭菌物品的灭菌过程进行了温度分析。论文开始探讨了国内外灭菌设备的研究现状，对灭菌主筒的结构进行了简要介绍。具体查阅了国内一些知名灭菌设备生产厂家的产品样例。依照主筒内灭菌的原理和具体工作过程提出了该主筒的总体设计方案并且对主筒的载荷进行了分析计算。其次进行了主筒关键部件筒体、支座、保温层、滑道和封头的结构设计，运用UG对其三维结构造型进行了建模，并装配成主筒的结构总图。最后在ANSYS中进行仿真，进一步验证结构设计的合理性。对主筒主要受力部位筒体进行了静力学分析，考察其应力分布与变形的具体情况。对筒壁温度的分布进行介绍。模拟灭菌物品在主筒中整个过程，分析其温度变化。关键词：灭菌主筒；结构设计；强度校核；温度分析；目 录
第一章 绪论 1
1.1项目研究的背景与意义 1
1.2国内外研究现状及发展趋势 2
1.3 本课题主要研究内容与章节安排 2
第二章 灭菌生产线主筒总体结构设计 3
2.1灭菌总体生产线结构 3
2.2灭菌主筒总体结构方案 4
2.3筒内工作过程 5
2.4主筒工作载荷分析 6
第三章 灭菌生产线主筒主要结构设计 7
3.1主筒筒体结构设计 7
3.2底部支撑 8
3.3滑道 11
3.4保温层 11
3.5筒体应力校核12
第四章 有限元分析 15
4,1筒壁的温度分析15
4.2筒体的应力分析 16
4.3灭菌物品的温度分析 19
结 论 27
论文成果28
致 谢 29
参考文献 30
第一章 绪论
1. 1项目研究的背景与意义
近几年，我国食品安全问题一直成为热点问题，健康一直是人们最为关注的问题。
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
,1筒壁的温度分析15
4.2筒体的应力分析 16
4.3灭菌物品的温度分析 19
结 论 27
论文成果28
致 谢 29
参考文献 30
第一章 绪论
1. 1项目研究的背景与意义
近几年，我国食品安全问题一直成为热点问题，健康一直是人们最为关注的问题。
我国工业技术有了很大进步，杀菌技术的成长空间有待开发，研发新的技术也是食品加工行业的迫切需求。杀菌锅是食品杀菌的设备之一，对食品杀菌存在诸多优点。为了提高灭菌效率，减少人力浪费，满足大批量生产线的自动化要求，研究新型灭菌锅，本团队根据总体设计一种新型蒸汽动态连续灭菌装置，能够适用于2L液体瓶筒式的连续灭菌自动化生产线，使物品连续不断进入灭菌主筒，灭菌，冷却后连续运出灭菌主筒，可与生产线接轨，从而提高效率，适应大批量物品的灭菌处理。
1.2国内外研究现状及发展趋势
杀菌锅主要对一些食品或者罐头进行杀菌，有些杀菌锅也对一些医疗设备杀菌。国内大多杀菌锅都为单体的卧式或者立式杀菌锅。这些杀菌锅密封，可以获得加压，满足一些物品杀菌的需要，加压方式有空气加压的完全浸水式，蒸汽加压完全浸水式等。对一些简单的食品，如火腿肠罐头，国内存在简单连续的灭菌生产线，其灭菌处理在传送带上简要完成。但目前大量的杀菌锅都是独立的机构，没有与生产线接轨，无法适应大批量生产。
图11 卧式杀菌锅
国外早在1852年就已经发明出高压蒸汽杀菌锅，其相关技术必定领先国内很多。某些杀菌锅可以满足罐装蔬菜，罐装鱼，瓶装牛奶，鲜肉，多种类型物品的杀菌，这些不同物品的杀菌环境也是不一样的。并且部分公司开发出适应生产线的杀菌锅，能够满足大批次产品的灭菌加工。
图12 HYDROLOCK 公司生产的杀菌锅[1]
目前，杀菌锅向着高效性，柔性和灵活性，智能性发展。柔性和灵活性是指能够接受不同大小种类的物品，智能性要求能够迅速排除故障与识别灭菌物品属性的功能[2]。
1.3研究内容与章节安排
本论文“2L液体瓶筒式灭菌生产线主筒设计建模与分析”主要对灭菌主体部分即主筒进行设计与分析。本论文主要要进行以下几点工作:
第二章到第三章，根据灭菌的条件原理，工作过程，完成灭菌主筒生产线主筒设计与建模。从总体生产线引出主筒，对主筒各个部分进行设计。
第四章对对主筒结构作有限元分析。对主筒工作时候的载荷进行分析，并分析模拟物品在主筒中灭菌过程，验证结构设计的合理与实用性。
灭菌生产线主筒总体结构设计
2.1灭菌总体生产线结构
采用强烈的理化因素使任何物体内外部的一切微生物永远丧失其生长繁殖能力的措施，称为灭菌。灭菌的过程是将物品放置与一定环境（一定温度，一定压强）下面，一定时间，从而杀死目标菌类。团队设计的灭菌系统应当能适应多种物品的灭菌处理。这里举几种灭菌环境的例子，（1）高压蒸汽灭菌：当压力在102.97～137.30kPa时，温度可达121～126℃，15～30分钟可达到灭菌目的。（2）巴氏灭菌的一种：将牛奶在62～65℃下保持30min。灭菌所需的温度、压力和时间根据灭菌器类型、物品性质、包装大小而有所差别。而生产线上的物品有液体及颗粒罐头，鲜牛奶等多种待灭菌物品，这就要求灭菌的主筒设计的温度压力环境可以调动。
生产线分为上料、灭菌冷却、下料三部分组成。上料将物料上到链上的装瓶器之中，下料将灭菌冷却之后物料取出，本文负责主筒部分设计与分析。
图21总生产线主视图
图22 总生产线俯视图
2.2灭菌主筒的总体结构方案
图23 灭菌主筒总体结构示意图（蒸汽灭菌例如：121℃，0.11mpa）
待灭菌处理的瓶装，罐装物品置于装瓶器中，装瓶器固定于两条链之间。装瓶器带着物品随链条进出主筒，实现循环。
1.高温蒸汽灭菌 （温度高于100℃，压力稍高于大气压）
主筒分为上下两部分，上面为高温蒸汽（灭菌过程环境），下面为冷却温水（冷却过程发生区域），筒内壁嵌有保温层（除去滑到部分，滑道与主筒内壁焊接），中间为隔板，隔板上开有让链条通过的洞槽。主筒内壁顶部有三个进汽口，高温蒸汽通过蒸汽阀再通过这些进汽口进入主筒，筒内设有压力与温度并联的控制的排汽阀，当筒内压强低于某值或者温度低于灭菌温度时阀打开排汽。并有风扇置于桶内，使蒸汽分布均匀。主筒下部温水区设有温度感应器，出水口，冷水进口，通过控制冷水进入与过热水流出，将下部水温控制在一定温度和一定水量（水位感应器控制）。
灭菌与冷却时间的控制：
电机用步进电机，实现主动链轮的节拍转动，设主动轮每次停留时间为t（即上节拍料时间），转动时线速度为v，位于灭菌区链长为L1，温水冷却区域链长为L2，装瓶器间隔为x，有：
L1*T/(4X)+L1/V=T1 T1为灭菌时间
第一章 绪论 1
1.1项目研究的背景与意义 1
1.2国内外研究现状及发展趋势 2
1.3 本课题主要研究内容与章节安排 2
第二章 灭菌生产线主筒总体结构设计 3
2.1灭菌总体生产线结构 3
2.2灭菌主筒总体结构方案 4
2.3筒内工作过程 5
2.4主筒工作载荷分析 6
第三章 灭菌生产线主筒主要结构设计 7
3.1主筒筒体结构设计 7
3.2底部支撑 8
3.3滑道 11
3.4保温层 11
3.5筒体应力校核12
第四章 有限元分析 15
4,1筒壁的温度分析15
4.2筒体的应力分析 16
4.3灭菌物品的温度分析 19
结 论 27
论文成果28
致 谢 29
参考文献 30
第一章 绪论
1. 1项目研究的背景与意义
近几年，我国食品安全问题一直成为热点问题，健康一直是人们最为关注的问题。
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
,1筒壁的温度分析15
4.2筒体的应力分析 16
4.3灭菌物品的温度分析 19
结 论 27
论文成果28
致 谢 29
参考文献 30
第一章 绪论
1. 1项目研究的背景与意义
近几年，我国食品安全问题一直成为热点问题，健康一直是人们最为关注的问题。
我国工业技术有了很大进步，杀菌技术的成长空间有待开发，研发新的技术也是食品加工行业的迫切需求。杀菌锅是食品杀菌的设备之一，对食品杀菌存在诸多优点。为了提高灭菌效率，减少人力浪费，满足大批量生产线的自动化要求，研究新型灭菌锅，本团队根据总体设计一种新型蒸汽动态连续灭菌装置，能够适用于2L液体瓶筒式的连续灭菌自动化生产线，使物品连续不断进入灭菌主筒，灭菌，冷却后连续运出灭菌主筒，可与生产线接轨，从而提高效率，适应大批量物品的灭菌处理。
1.2国内外研究现状及发展趋势
杀菌锅主要对一些食品或者罐头进行杀菌，有些杀菌锅也对一些医疗设备杀菌。国内大多杀菌锅都为单体的卧式或者立式杀菌锅。这些杀菌锅密封，可以获得加压，满足一些物品杀菌的需要，加压方式有空气加压的完全浸水式，蒸汽加压完全浸水式等。对一些简单的食品，如火腿肠罐头，国内存在简单连续的灭菌生产线，其灭菌处理在传送带上简要完成。但目前大量的杀菌锅都是独立的机构，没有与生产线接轨，无法适应大批量生产。
图11 卧式杀菌锅
国外早在1852年就已经发明出高压蒸汽杀菌锅，其相关技术必定领先国内很多。某些杀菌锅可以满足罐装蔬菜，罐装鱼，瓶装牛奶，鲜肉，多种类型物品的杀菌，这些不同物品的杀菌环境也是不一样的。并且部分公司开发出适应生产线的杀菌锅，能够满足大批次产品的灭菌加工。
图12 HYDROLOCK 公司生产的杀菌锅[1]
目前，杀菌锅向着高效性，柔性和灵活性，智能性发展。柔性和灵活性是指能够接受不同大小种类的物品，智能性要求能够迅速排除故障与识别灭菌物品属性的功能[2]。
1.3研究内容与章节安排
本论文“2L液体瓶筒式灭菌生产线主筒设计建模与分析”主要对灭菌主体部分即主筒进行设计与分析。本论文主要要进行以下几点工作:
第二章到第三章，根据灭菌的条件原理，工作过程，完成灭菌主筒生产线主筒设计与建模。从总体生产线引出主筒，对主筒各个部分进行设计。
第四章对对主筒结构作有限元分析。对主筒工作时候的载荷进行分析，并分析模拟物品在主筒中灭菌过程，验证结构设计的合理与实用性。
灭菌生产线主筒总体结构设计
2.1灭菌总体生产线结构
采用强烈的理化因素使任何物体内外部的一切微生物永远丧失其生长繁殖能力的措施，称为灭菌。灭菌的过程是将物品放置与一定环境（一定温度，一定压强）下面，一定时间，从而杀死目标菌类。团队设计的灭菌系统应当能适应多种物品的灭菌处理。这里举几种灭菌环境的例子，（1）高压蒸汽灭菌：当压力在102.97～137.30kPa时，温度可达121～126℃，15～30分钟可达到灭菌目的。（2）巴氏灭菌的一种：将牛奶在62～65℃下保持30min。灭菌所需的温度、压力和时间根据灭菌器类型、物品性质、包装大小而有所差别。而生产线上的物品有液体及颗粒罐头，鲜牛奶等多种待灭菌物品，这就要求灭菌的主筒设计的温度压力环境可以调动。
生产线分为上料、灭菌冷却、下料三部分组成。上料将物料上到链上的装瓶器之中，下料将灭菌冷却之后物料取出，本文负责主筒部分设计与分析。
图21总生产线主视图
图22 总生产线俯视图
2.2灭菌主筒的总体结构方案
图23 灭菌主筒总体结构示意图（蒸汽灭菌例如：121℃，0.11mpa）
待灭菌处理的瓶装，罐装物品置于装瓶器中，装瓶器固定于两条链之间。装瓶器带着物品随链条进出主筒，实现循环。
1.高温蒸汽灭菌 （温度高于100℃，压力稍高于大气压）
主筒分为上下两部分，上面为高温蒸汽（灭菌过程环境），下面为冷却温水（冷却过程发生区域），筒内壁嵌有保温层（除去滑到部分，滑道与主筒内壁焊接），中间为隔板，隔板上开有让链条通过的洞槽。主筒内壁顶部有三个进汽口，高温蒸汽通过蒸汽阀再通过这些进汽口进入主筒，筒内设有压力与温度并联的控制的排汽阀，当筒内压强低于某值或者温度低于灭菌温度时阀打开排汽。并有风扇置于桶内，使蒸汽分布均匀。主筒下部温水区设有温度感应器，出水口，冷水进口，通过控制冷水进入与过热水流出，将下部水温控制在一定温度和一定水量（水位感应器控制）。
灭菌与冷却时间的控制：
电机用步进电机，实现主动链轮的节拍转动，设主动轮每次停留时间为t（即上节拍料时间），转动时线速度为v，位于灭菌区链长为L1，温水冷却区域链长为L2，装瓶器间隔为x，有：
L1*T/(4X)+L1/V=T1 T1为灭菌时间
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