生物與農業工程學院畢業設計文獻綜述題目 立式無菌包裝機設計專業：包裝工程學號：45060321學生姓名：王偉指導教師姓名：齊迎春指導教師職稱：日期： 2010年 3 月 22 日1、前言包裝是產品進入流通領域的必要條件，而實現包裝的主要手段是使用包裝機械。隨著時代的發展，技術的進步，包裝機械在包裝領域中正起著越來越大的作用。包裝機械是隨著新包裝材料的出現，和包裝技術的不斷革新而發展的。中國發明的造紙技術，在歷史上為紙包裝的產生提供了條件。1850年世界紙價大跌，紙包裝開始用于食品。1852年美國的沃利發明出制紙袋機，從而出現紙制品機械。1861年德國建立了世界上第一個包裝機械廠，并于1911年生產了全自動成形充填封口機。 1890年美國開始生產液體灌裝機，1902年又生產了重力式灌裝機。20世紀初，英國的杜蘭德采用金屬容器保存食物，從而出現各種罐頭包裝食品。二十世紀60年代以來，新材料逐漸代替傳統的包裝材料，特別是采用塑料包裝材料后，包裝機械發生重大變革。超級市場的興起，對商品的包裝提出了更新的要求。為保證商品輸送快捷安全，集裝箱應運而生，集裝箱體尺寸也逐漸實現了標準化和系列化，從而促使包裝機械進一步完善和發展。無菌包裝是指根據產品要求，在無菌狀態下，把經過滅菌處理的物料，裝進事先滅菌或經無菌處理的包裝容器內，讓其儲存于不透風、不透氣甚至不透光的特定環境中，在常溫下無需冷藏也能保持較長的時期而品質不變。可見無菌包裝，原是對一種特殊的包裝方法的簡稱。但是，隨著時間的推移，現已發展成為一個領域或者說一個系統工程。它至少包括無菌包裝技術、無菌包裝工藝、無菌包裝材料、無菌處理設備、無菌包裝機械裝備等。無菌加工和包裝技術應用于食品工業已有多年的歷史。最早的工業化無菌充填包裝系統可以追溯到1950年Jams Dole公司開發的產品。由于無菌充填包裝技術能較好地保持產品的色、香、味, 不需冷藏, 節約能源, 連續化生產、降低了生產成本因而被廣泛采用。從當初僅能包裝液體狀、粘稠狀食品, 發展到現在可以包裝含固形物80%左右, 固體顆粒最大達25mm的食品。而且包裝形式多樣, 盒裝、袋裝、盒中袋, 瓶、罐等形式均有。容量從1015ml的小包裝至37850l（1萬加侖）的大包裝, 靈活性極大。同時由于包裝技術和相應食品加工技術的發展,數年前主要用于牛奶和乳制品的無菌充填加工技術, 今天已可應用于各種各樣食品的加工。無菌包裝機的種類繁多，根據被容物、成型器、滅菌的方法等可以劃分很多類。例如，單頭無菌液體軟包裝機、雙頭液體無菌包裝機、利樂磚無菌包裝機、飲料無菌紙盒包裝機、立式無菌包裝機、臥式無菌包裝機等種類。這里主要介紹一下立式袋無菌包裝機。進入九十年代, 隨著包裝材料的不斷更新,商品的軟包裝將領導著包裝的主要潮流。在可進行軟包裝的自動化機械中,立式袋無菌包裝機的應用最廣。立式袋成型包裝機是一種高效的、優秀的軟包裝機械。立式袋成型包裝機是指在同一臺設備上、同一豎直方向上完成包裝袋成型、物料的充填、封口等工序的多功能包裝機械。在該類機器上可獨立完成對液體、粘流體、粉體、顆粒狀物料的包裝。所用的包裝材料是具有可熱封層的塑料單膜及各種復合膜等。在這類機器上可成型枕形袋、三邊封口袋、四邊封合袋、直立袋、盒形袋等多種袋形。而立式無菌包裝機的其中主要一個環節為包裝環境和包裝產品的滅菌。目前國內外滅菌的方法種類繁多。（參見表1） 目前最常采用的是過氧化氫滅菌法。尤其是此法被美國FDA認可后, 此法在世界范圍內獲得了廣泛的應用。如瑞典Tetra Pak公司的TBA系列利樂包無菌灌裝包裝機即采用這種方式。過氧化氫濃度在2070%范圍內, 濃度越高, 殺菌效果越好。但濃度太高, 可能造成過氧化氫在包裝材料上的殘留過高。因此FDA規定, 用于無菌包裝系統的過氧化氫濃度應低于35%, 內容物中過氧化氫濃度(以水為充填試驗)應低于0.5ppm。在常溫下, 過氧化氫殺菌力較弱, 一般加溫至7080以上使用。如果用紫外線與過氧化氫并用, 則可大大提高過氧化氫的殺菌效力。使用的過氧化氫濃度可以從35%降至0.52.5%。Thimonier公司的新無菌包裝系統就采用了這種方式。采用過熱蒸汽對空罐、罐蓋進行殺菌已有四十多年的歷史。一般采用220226的過熱蒸汽滅菌4590秒。Jams Dole公司就采用這種方式。鋁罐可縮短20%的殺菌時間。塑料膠粒在擠壓成形時, 溫度可達180230 , 熔化過程持續約3分鐘, 因此可用于擠壓成型的塑料容器的滅菌。但溫度分布不均勻, 僅適用于酸性食品的包裝容器的滅菌。放射線殺菌在商業上使用的主要是由鉆60產生的r射線, 現主要用于大容量盒中袋(bag in box)塑料袋的滅菌。由于生活水平的提高，人們對生活質量的追求也發生了深刻的變化，因此對于無菌包裝技術的要求越來越高，為解決這一課題，一些國外先進國家早在70年代就開始研究開發無菌包裝機;我國在80年代初開始引進這一設備，多數是德國、瑞典、芬蘭制造的，至今已有上千條線在國內運行，其不足之處是:由于進口設備內裝有多個電機作為驅動機械，結構均比較復雜，以氣動封切為主，要求高，中小企業不能掌握，而且價格都比較昂貴，如芬蘭生產的依萊克思德，無菌包裝機的價格是44萬美元，法國百利包裝機價格是300多萬人民幣，不具備相當實力的企業是無法接受的;更主要的是維修不便，配件不及時一直困擾著這些企業的發展和生產，如今一些企業的設備運行二十來年，面臨著更換的狀況，因此，無菌包裝機還有待于進一步開發和研制。2、機械的主要機構一般立式無菌包裝機由支架、傳動機構及供膜裝置、殺菌裝置、拉膜裝置、夾膜裝置、成型裝置、縱封裝置、走膜裝置、橫封裝置等組成。其中成型裝置的種類繁多。成型器的結構有翻領形成型器、三角形成型器、U形成型器、象鼻形成型器、缺口導板成型器等結構。成型器對包裝袋的形式、尺寸、產品包裝質量、機器的布局等均有直接的影響，是塑料薄膜材料折疊成各種袋型的專用裝置。立式無菌包裝機的工作原理：預先印刷有產品商標、圖案等內容的復合塑料薄膜1繞制于膜卷2中，其一端經導輥3，薄膜打字裝置5和雙氧水浸泡槽6進入輻射殺菌區7殺菌，然后進入無菌作業區8內，由若干對導輥引導其曲折經過該區，并采用無菌的熱風干燥薄膜1；在所述的的無菌作業8的前部中設置有拉膜器9；所述的拉膜器9系由設置在拉膜架91上的拉膜輥筒92和與之相連的氣缸10構成；其中所述的氣缸10設置在無菌作業區8外，與其活塞桿相連的拉桿11穿經無菌作業區8的壁體12與拉膜架91相連接。在所述的壓膜器9的拉膜架91上設置有兩根拉桿11，在無菌作業區8的壁體12外的拉桿周圍設置有無油滑動軸承13；在兩拉桿的另一端經連桿14與兩只氣缸10相連接。在所述的拉膜器9的后側設置有由壓輥41、設于其上的壓桿42和與之相連并設于無菌作業區8的壁體12外的氣缸10所構成的壓膜器4。在壓桿42穿經無菌作業區8的壁體12外的外側設置有無油滑動軸承13，其內側設置有密封圈15；在兩拉桿的另一端經連桿14與氣缸10相連接。上述諸機構的輸送、運行主要采用光電傳感20感知印制與薄膜上的色標，并控制輸送中的薄膜停止移動，薄膜打字裝置5開始打字，薄膜1處于停止不動狀態；然后，氣缸在預設程序的控制下，驅動連桿14和設于其上的壓桿42，由壓桿42穿經無菌作業區8的壁體12和無油滑動軸承13及其內側設置有密封圈15帶動壓輥41壓住薄膜1；同時，設于其旁的另兩只氣缸10受控下拉動由不銹鋼制成的拉膜輥筒92將薄膜1從膜卷2中適量的供給；然后，再經無菌作業區8內的后續象鼻成型器17，折疊器18，立角熱合封口19和兩側邊封口21，制成并灌裝成所需的立體無菌包裝袋。（參照圖1）圖12.1、執行機構 由于無菌室中的主要污染源來自空氣,無菌室的設計主要集中在怎樣保證無菌室中的空氣無菌及防止外部的空氣進入及執行部件造成的污染。通入無菌室中的空氣經過過濾使之達到商業無菌,同時,無菌空氣在無菌室中形成正壓差,使外部的空氣不能進入;再開機前,對無菌室進行清洗并進行高溫蒸氣殺菌劑雙氧水噴霧。保證了無菌包裝的要求。 圖為象鼻袋裝充填-封口成型裝置，可以完成縱縫對接封口，裝填封口及切斷工作。該機構由象鼻成型器2、加料斗3、勻速回轉的輥式縱封器4、不等速回轉的橫封器5、回轉切刀6等組成。其工作原理是：單張卷筒薄膜經多道導輥和光電管被引入象鼻成型器，將薄膜卷折成圓筒狀，被連續會裝的縱封輥加熱加壓熱封定型，包裝料袋自上而下的連續移動，就是這縱封輥連續回轉牽引薄膜的結果。橫封器不等速的回轉，分別將上、下兩袋的袋口和袋低封合，縱封器的轉軸軸線與橫封器回轉軸線成空間垂直，因而獲得枕式袋，被包裝物料經計量后由導料槽落入袋內，封好口的連續袋由下面回轉切刀與固定切刀接觸時切斷分開。如圖所示，柱塞式充填的計量和充填過程是：當柱塞推桿7向上移動時，由于物料的自重或粘滯阻力，使進料活門5向下壓縮彈簧6，于是物料從活門5與柱塞頂盤3的環隙進入柱塞下部缸體2的內腔中，當柱塞4向下移動時，活門5在彈簧的作用下關閉環隙，柱塞4下部的物料被柱塞壓出并充填到容器中去。該裝置的計量時通過柱塞4的往復運動，在柱塞兩極限位置間形成的一定空間的容腔來計量物料的。2.2 傳動機構本機構由凸輪5、熱風擺桿2、復位彈簧8、支承軸3、13、曲柄10、滑套11、定量泵擺桿12、連桿14組成，熱封擺桿2及定量泵擺桿12分別固定于兩端有軸承座17、18，并固定于機架的支撐軸3、13上，熱封擺桿2的兩端可分別固定橫封熱合器9、豎封熱合器1。復位彈簧8一端連接于熱封擺桿2，另一端固定于機架。凸輪5裝配于軸承座7的主軸6上，并與熱封擺桿2配合，其配合處可裝滾體4，如頂珠等。曲柄10為可調整偏心量的偏心曲柄，其裝配于主軸6的一端，并與定量泵擺桿12上的滑套11鉸鏈，定量泵擺桿12一端與連桿14一端鉸鏈，連桿14另一端鉸接定量泵桿15。（參圖2） 圖2包裝等過程的虛擬樣機仿真：運用ADAMS軟件建立貼標機轉位凸輪各工作段的運動仿真模型，分析在貼標過程中理論軌跡和實際軌跡的軌跡誤差和運動誤差是否滿足要求，對設計結果進行仿真驗證；最后建立一個總體的運動模型，驗證凸輪輪廓的接續是否滿足從動件運動的要求。3、國內外發展現狀 在國家科技政策宏觀調控下! 國內廠商投入大量資金和人力生產無菌包裝機!近幾年來在上海、杭州、北京、廣州等地形成激烈競爭的良好態勢。國內廠商走過了由借鑒國外先進經驗進行仿制到逐步轉為自行設計生產的過程! 對我國牛奶無菌包裝技術的發展起到了很好的促進作用。杭州中亞食品包裝設備公司、北京航空制造工程研究所、上海張堰輕工設備有限公司、香港德建食品機械公司等國內廠商作為我國無菌包裝機生產的先鋒!克服國產設備普遍存在的無菌化性能不穩定、自動化程度不高、生產能力低等問題!正在趟出一條無菌包裝機國產化生產的新路子。我們知道，無菌軟包裝生產線形式有多種，其主要原理是：被加工的液體原料經過超高溫滅菌設備后，在無菌狀態下進行包裝，各加工環節具有較高的自動化程度和完善安全的無菌保障! 各個程序經過科學編排設定后，由各種不同配件組合成聯合體，步調和諧地工作。 縱觀國內外，無菌充填包裝技術的新進展有：加入固形物的低酸性食品的無菌加工。新開發的用于含固形物食品的無菌加工新技術有電阻加熱、RF波（無線電波周波段）電波加熱、微波加熱和超高壓處理。電阻加熱是將低頻交流電（50或者60HZ）或通過連續流動的食品, 利用電阻熱效應產生的熱量, 對食品進行加熱。可以快速加熱固體顆粒25mm以下, 固形物含量80%以下的食品。產品升溫速度快、加熱均勻, 固形物中心的溫度和外表面基本一致。無傳熱面, 產品不會結焦。在歐州和日本已經實現了工業化生產, 用于處理含顆粒的水果制品（如整只草葛、稱猴桃片等）、含顆粒的肉制品、蔬菜制品（如色拉等）、調味品（番茄沙司、面條調味料等）、濃縮湯料、糖漬品等。RP波加熱適用于鳥肉、馬鈴薯、炒蛋等固形物含量高的食品。食品通過一個塑料制成的管。管外側安裝電極, 發射RP波進行加熱。由于高周波的誘電性能量, 使食品中水分子振動,由于與被加熱食品的形狀、大小無關使固形物能均勻快速地加熱。微波加熱比傳統的加熱方式加熱速度快, 產品質量保存好。超高壓處理不采用加熱的方法, 食品的風味、色澤、結構、營養成份保持好。現這兩種技術在無菌加工中的應用尚未完全成熟。目前研究開發十分盛行。成型的聚脂瓶無菌充填包裝系統近年歐州、日本、加拿大和美國已成形的聚脂瓶無菌充填包裝系統已投入運轉。用于非碳酸清涼飲料、酸乳飲料、調味品的無菌充填包裝。這類產品若采用熱灌裝或灌裝后殺菌均會造成瓶的變形, 無菌灌裝解決了這個問題。可用于微波加熱的復合紙盒容器隨著加入固形物食品的無菌包裝制品的增加, 對能采用微波加熱的容器的需求也日益強烈。由于傳統的紙盒復合材料中含有鋁箔作為氣密性材料, 妨礙了微波的透過。因此開發能取代鋁箔的氣密性材料的研究也開始了激烈的競爭。Combibloc公司已開發出此類材料并申請了專利。4、總結： 綜上所述，無菌包裝機是一種新型包裝機，并且擁有較高的技術和嚴格的工藝設備。因此，就包裝機械而言，它應屬于一種特殊類型的專業機械，是完成全部或部分包裝過程的執行手段，包裝的實際需要決定它的生存價值。它是一門綜合性科學，它涉及到材料、工藝、設備、電子、電器、自動控制等多種學科，要求各相關學科同步、協調地發展，任何學科的問題都將影響包裝機械的整體性能。因此，包裝機械的發展將有力地促進相關學科的進步。另外，為適應包裝機械高速包裝的需要，其相關的前后工序也勢必與之適應，也就推動了相關工序的同步發展。 參照以上描述，我構想一種小袋無菌包裝機，這種包裝機具有成本低、體積小、結構簡單等特點。具有液體、包裝材料殺菌，成形，灌裝，封合以及切分等功能。它是由機體，殺菌裝置，成型、灌裝、封切裝置組成，它是用不透氣板與機體面板和頂蓋一起圍成無菌室，機體面板上與包裝行為有關的工作裝置均置于無菌室內，該無菌室的頂部及側部密封，小袋包裝后的輸出端敞開，無菌發生器通過若干根無菌空氣進氣管與無菌室相通。此包裝機是在現有小袋全自動液體軟包裝機的基礎上改進而成的。在成型、灌裝、封切工位上加裝無菌室罩，使原包裝機的成型器、縱封器及橫封器組件置于無菌室罩之內，與包裝機的前面板一起組成無菌室。并使殺菌后的包裝材料直接進人無菌室，以及后續的成型、縱封、灌裝、橫封等工作全部在無菌室內的無菌環境下完成。參考文獻：1 趙美寧，王麗君，劉曉云 鮮奶無菌包裝機中無菌室的設計 包裝機械 2005，2，202 徐守淵(美) .乳品超高溫滅菌和無菌包裝M . 北京!輕工業出版社. 1986 3 趙建榮 國產滅菌奶軟包裝設備 中國供銷商情乳業導刊2004，104 史中偉，吉永林 液體無菌軟包裝機 知識產權出版社. 2002，45 李義生 立式袋成型一充填一封口機的現狀及發展 輕工機械. 1997,46 曾勁松 牛奶無菌軟包裝機的無菌機制 中國乳業. 2003，3 7 白路 一種鮮奶無菌軟包裝機的驅動總成 知識產權出版社. 2002，48 于士領，馬國琪 一種全自動軟包裝機的傳動機構 知識產權出版社. 1996，59 周潤南，王林，楊炳信 KDW一4型全自動無菌塑袋包裝機的設計 包裝于食品機械. 2003，1010 胡志鵬，楊燕 軟包裝機械設備發展現狀及前景 中外食品. 2004，(2).11 曾慶孝 無菌系統中包裝材料的滅菌 食品開發.12 吳瑞平 國內外包裝機械發展動向 輕工機械. 2008，3.13 肖衡 無菌包裝系統 輕工機械. 2006.14 楊桂馥 無菌包裝技術及其裝置 15 D.Ordolff Experiments on automatic preparation of milk samples in connection with milking robots 199716 Anon The Approval of Milk Recording Equipment. 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