热风循环隧道式灭菌烘箱流动与升温特性的仿真研究
发布时间：2022-02-04 21:12
热风循环隧道灭菌烘箱是医药无菌生产的关键设备,广泛应用于安瓿瓶、西林瓶等玻璃容器联动生产线中。然而,隧道灭菌烘箱在实际应用中主要存在箱体内气流分布不均匀与烘干灭菌过程能耗高等问题。因此,本文以热风循环隧道烘箱为研究对象,利用数值模拟的方法,在验证模型正确性的基础上研究箱体内部的气流分布特性及西林瓶的升温特性。本文的主要研究工作如下:（1）灭菌烘箱的仿真建模与模型验证。根据烘箱的几何参数,建立了烘箱灭菌段的三维物理模型,并对模型进行网格划分与网格无关性验证;搭建高效过滤器的冷态压降实验台,通过测试压降与风速的关系确定多孔介质模型的特征参数;测试烘箱空载下的冷态速度分布,并与仿真结果进行对比,验证了仿真模型的准确性。（2）灭菌烘箱流场模拟分析与气流均匀性改进。对设计工况下烘箱内部速度场进行模拟分析,引入气流均匀性评价指标,并针对气流不均匀的问题对烘箱进行结构改进。结果表明:设计工况下,气流在风机出口管道处存在明显的偏流现象,烘箱出口面的角落出现局部高速区,气流分布极不均匀;在几种对比方案中,风机弯头设置三块等距隔板的效果最佳,出口面速度相对均方根值降低37.83%,最佳风速范围占比增至75...
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
洗烘灌联动线
湘潭大学硕士学位论文8第2章热风循环隧道烘箱的仿真建模与实验验证热风循环隧道烘箱内部结构复杂，腔体内的整体温度、气流分布情况难以通过实验来获龋因此，本章根据隧道烘箱的各部分结构及工作原理，建立烘箱的三维物理模型，并通过烘箱运行实际情况确定数值模拟的边界条件。同时通过实验方式对仿真模型进行验证，为后续章节的模拟分析及结构改进奠定基矗2.1隧道烘箱结构及工作原理热风循环隧道式灭菌烘箱是连接洗瓶机和灌封机中间重要环节，烘箱的主体主要分为3个部分：预热段、灭菌段和冷却段。其总体流程如图2.1所示。图2.1西林瓶灭菌工艺流程(1)预热段：利用洗瓶机对西林瓶进行清洗后由金属网带传送至预热段，通过这一阶段来完成预热工序。由于清洗后的西林瓶内含有少量残余水分，为避免水蒸气带入灭菌段而降低加热效果，有必要对西林瓶进行干燥预热。同时，因为玻璃的材料属性特殊，骤热会对西林瓶产生热冲击，预热能有效防止玻璃因急剧升温而导致的破裂现象。(2)灭菌段：经过预热段的西林瓶通过金属网带传送至灭菌段进行加热灭菌。灭菌段是整个工艺流程中最重要的一道工序，灭菌段的温度是否均匀是判断灭菌设备是否合格的重要依据。同时，热分布试验及去热原验证测试均在此阶段完成。在灭菌过程中，空气经过加热管加热至570K~620K，在循环风机的驱动下进入布风罩，再通过具有高温高效特性的过滤器进行除杂后进入烘干室与西林瓶发生热交换并对其持续高温灭菌，使加热后的西林瓶达到灭菌和去热原的效果，并能够符合制药行业的GMP标准。
第2章热风循环隧道烘箱的仿真建模与实验验证9(3)冷却段：采用的是空气冷却的方法。冷却箱体中主要包括中效过滤器、表冷器，经中效过滤器、表冷器交换后的冷空气在冷却风机的驱动下进入风罩，通过高效过滤器后对西林瓶进行空冷，使玻璃容器冷却后的温度满足制药工艺的要求，之后再进入灌装间进行灌封，从而完成整个工艺生产流程。2.2隧道烘箱的仿真建模2.2.1物理模型在建立热风循环烘干灭菌装备数值仿真模型过程中,为了便于模拟分析，避免给网格划分带来不必要的麻烦，对其作以下简化处理：(1)将机体交界面处的圆弧过渡简化为直角过渡；(2)引风机中的叶片结构按典型叶片处理，将风机出口的波纹管简化为普通圆管；(3)不考虑管翅式电热管外表面翅片的影响，将其简化为光管式。通过PTCCreo软件简化处理后得到烘箱灭菌段整体三维模型及结构细节如图2.2和图2.3所示。图2.2隧道烘箱灭菌段的整体几何模型(a)加热管区域(b)引风机
【参考文献】：
期刊论文
[1]热泵烘干房流场Fluent建模与仿真分析[J]. 李国建,崔蕴涵,吴爽,段朋生,叶大鹏. 福建农林大学学报(自然科学版). 2020(03)
[2]转运生猪卡车烘干房送风参数优化[J]. 李会知,翟参,肖方恰,邢金超. 暖通空调. 2019(11)
[3]热风循环烘箱的改进探讨[J]. 季忠伟. 化工管理. 2019(11)
[4]隧道烘箱干热灭菌验证[J]. 陈雄. 科技创新导报. 2018(36)
[5]基于CFD的干燥室气流优化研究[J]. 罗权权,李保国,袁成豪. 包装与食品机械. 2018(05)
[6]基于CFD数值模拟的豆腐干软罐头杀菌工艺优化[J]. 王磊,邓力,李慧超,彭静,何聪颖,徐嘉. 农业工程学报. 2017(21)
[7]基于气流均匀分配的下进风袋式除尘器灰斗结构优化[J]. 任美桃,王怡,杨宏刚,杨小妮. 过程工程学报. 2017(06)
[8]隧道式灭菌干燥机温度校准方法的探讨[J]. 罗小金,王伟,石良喜. 计量与测试技术. 2017(05)
[9]伞衣透气性对翼伞气动特性的影响[J]. 汪龙芳,贺卫亮,王世超. 北京航空航天大学学报. 2017(10)
[10]卧铺车风道送风均匀性研究[J]. 于淼,耿亚彬. 铁道技术监督. 2017(01)
硕士论文
[1]大型医疗设备机房建设项目质量管理研究[D]. 孙蕊.北京建筑大学 2019
[2]空气能热风式枸杞烘干机流场均匀性模拟研究[D]. 李若兰.西安科技大学 2019
[3]层流热风循环隧道式灭菌烘箱风压平衡与温度控制的研究[D]. 温秋明.华南理工大学 2018
[4]列车烘干节能及干燥特性的模拟研究[D]. 王俊雅.大连理工大学 2017
[5]大型汽车烘干房气流组织的数值模拟及优化研究[D]. 李传宗.郑州大学 2017
[6]Fluent UDF方法在数值波浪水槽中的应用研究[D]. 辛颖.大连理工大学 2013
[7]层流热风灭菌隧道烘箱的设计与研究[D]. 万明伟.陕西科技大学 2012
本文编号：3613949
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
洗烘灌联动线
湘潭大学硕士学位论文8第2章热风循环隧道烘箱的仿真建模与实验验证热风循环隧道烘箱内部结构复杂，腔体内的整体温度、气流分布情况难以通过实验来获龋因此，本章根据隧道烘箱的各部分结构及工作原理，建立烘箱的三维物理模型，并通过烘箱运行实际情况确定数值模拟的边界条件。同时通过实验方式对仿真模型进行验证，为后续章节的模拟分析及结构改进奠定基矗2.1隧道烘箱结构及工作原理热风循环隧道式灭菌烘箱是连接洗瓶机和灌封机中间重要环节，烘箱的主体主要分为3个部分：预热段、灭菌段和冷却段。其总体流程如图2.1所示。图2.1西林瓶灭菌工艺流程(1)预热段：利用洗瓶机对西林瓶进行清洗后由金属网带传送至预热段，通过这一阶段来完成预热工序。由于清洗后的西林瓶内含有少量残余水分，为避免水蒸气带入灭菌段而降低加热效果，有必要对西林瓶进行干燥预热。同时，因为玻璃的材料属性特殊，骤热会对西林瓶产生热冲击，预热能有效防止玻璃因急剧升温而导致的破裂现象。(2)灭菌段：经过预热段的西林瓶通过金属网带传送至灭菌段进行加热灭菌。灭菌段是整个工艺流程中最重要的一道工序，灭菌段的温度是否均匀是判断灭菌设备是否合格的重要依据。同时，热分布试验及去热原验证测试均在此阶段完成。在灭菌过程中，空气经过加热管加热至570K~620K，在循环风机的驱动下进入布风罩，再通过具有高温高效特性的过滤器进行除杂后进入烘干室与西林瓶发生热交换并对其持续高温灭菌，使加热后的西林瓶达到灭菌和去热原的效果，并能够符合制药行业的GMP标准。
第2章热风循环隧道烘箱的仿真建模与实验验证9(3)冷却段：采用的是空气冷却的方法。冷却箱体中主要包括中效过滤器、表冷器，经中效过滤器、表冷器交换后的冷空气在冷却风机的驱动下进入风罩，通过高效过滤器后对西林瓶进行空冷，使玻璃容器冷却后的温度满足制药工艺的要求，之后再进入灌装间进行灌封，从而完成整个工艺生产流程。2.2隧道烘箱的仿真建模2.2.1物理模型在建立热风循环烘干灭菌装备数值仿真模型过程中,为了便于模拟分析，避免给网格划分带来不必要的麻烦，对其作以下简化处理：(1)将机体交界面处的圆弧过渡简化为直角过渡；(2)引风机中的叶片结构按典型叶片处理，将风机出口的波纹管简化为普通圆管；(3)不考虑管翅式电热管外表面翅片的影响，将其简化为光管式。通过PTCCreo软件简化处理后得到烘箱灭菌段整体三维模型及结构细节如图2.2和图2.3所示。图2.2隧道烘箱灭菌段的整体几何模型(a)加热管区域(b)引风机
【参考文献】：
期刊论文
[1]热泵烘干房流场Fluent建模与仿真分析[J]. 李国建,崔蕴涵,吴爽,段朋生,叶大鹏. 福建农林大学学报(自然科学版). 2020(03)
[2]转运生猪卡车烘干房送风参数优化[J]. 李会知,翟参,肖方恰,邢金超. 暖通空调. 2019(11)
[3]热风循环烘箱的改进探讨[J]. 季忠伟. 化工管理. 2019(11)
[4]隧道烘箱干热灭菌验证[J]. 陈雄. 科技创新导报. 2018(36)
[5]基于CFD的干燥室气流优化研究[J]. 罗权权,李保国,袁成豪. 包装与食品机械. 2018(05)
[6]基于CFD数值模拟的豆腐干软罐头杀菌工艺优化[J]. 王磊,邓力,李慧超,彭静,何聪颖,徐嘉. 农业工程学报. 2017(21)
[7]基于气流均匀分配的下进风袋式除尘器灰斗结构优化[J]. 任美桃,王怡,杨宏刚,杨小妮. 过程工程学报. 2017(06)
[8]隧道式灭菌干燥机温度校准方法的探讨[J]. 罗小金,王伟,石良喜. 计量与测试技术. 2017(05)
[9]伞衣透气性对翼伞气动特性的影响[J]. 汪龙芳,贺卫亮,王世超. 北京航空航天大学学报. 2017(10)
[10]卧铺车风道送风均匀性研究[J]. 于淼,耿亚彬. 铁道技术监督. 2017(01)
硕士论文
[1]大型医疗设备机房建设项目质量管理研究[D]. 孙蕊.北京建筑大学 2019
[2]空气能热风式枸杞烘干机流场均匀性模拟研究[D]. 李若兰.西安科技大学 2019
[3]层流热风循环隧道式灭菌烘箱风压平衡与温度控制的研究[D]. 温秋明.华南理工大学 2018
[4]列车烘干节能及干燥特性的模拟研究[D]. 王俊雅.大连理工大学 2017
[5]大型汽车烘干房气流组织的数值模拟及优化研究[D]. 李传宗.郑州大学 2017
[6]Fluent UDF方法在数值波浪水槽中的应用研究[D]. 辛颖.大连理工大学 2013
[7]层流热风灭菌隧道烘箱的设计与研究[D]. 万明伟.陕西科技大学 2012
本文编号：3613949
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