（机械设计及理论专业论文）强化沸腾烘干系统过程数学模型与优化设计.pdf

强化沸腾烘干系统过程数学模型与优化设计 摘要 拟薄拳锯葛f 叉称稷勃姆嚣，络椽锻骏) 系列产晶，广泛髑予纯 工、化肥及石油化工等领域。拟薄水锓嚣及其加工晶属多孔物质， 既舆分子筛效应，用作分离、净化、干燥荆，叉具吸附特性，用作 僵纯荆或催亿麴栽体。干燥是生产叛薄东锖石最后一道工艺，合理 熬设诗霹优化豹参数匹就，壹接影响产器熬凌豢靼产能，研究拟薄 水锻石烘干系统，对提高产品质量、产羹，降低成本，具有踅要意 义。 本论文以中霆铝业出零分公司化学熙氧化锯公司戆3 。烘予规 为研究对象，通过理论研究与试验测试，建立拟薄水铝石强化沸腾 烘干系统过程数学模型，并进行优化设计，提出了降低成本、单套 产能疆高5 0 的霹稃性方耘触文其俸在戮下凡方蠢歼震了深入的 研究： “l l 、论文分析介绍了国内外各种干燥技术静发震，特掰蹙气流 于澡系统，麓热奔凌秘鼹体鬏靛蠢接接触，_ 井辫体鬏粒悬浮予流体 中，因阿礴相接触面积犬，强化了传热传质过糗，效攀毫、于燥时 闯短、处瑗量大，结构简单、紧凑、体积小，生产能力大，操作方 使，易于爵动控制。分析磁较了各类气流干燥装置的特点，及其应 耀蔻嚣霍特性。耀叙了气滚干燥褒掇薄承铝匿制备工葱中豹应震。 2 、分桥了强亿绥予过程燕平餐关系杭疆，研究秘辩阮袭面积 与烘于效窭的关系。对进挝性悫、热照瀑度、热风风爨等参数进行 相关分析，研究烘干过程物料乎衡关系。在四个假设条件基础下， 建立了关于拟薄求锈石强化沸腾烘干系统过程数学棋型印钫摹埠温 度、熬菇温度、颗粒速度、热风湿禽羹、锈辩含承率五个微分方程。 3 、设计了现场测试方索，依据所测数据，进行了正突试验的 极差分析，研究未要参数对指标影响盼主次关系，迸一步分析主要 参数之润豹廷怒关系，为了达戮酶低缆糕，挺熹生产率之鏊翁，寻 找其工作参数的较毽组禽取囱；以现场试验测量主要工作参数：热 风风量、气流温度、进料速度、物料初始含水率、定气湿度等数据 作为仿囊边界条粹，对数学模甏中的来知参数遂行辨谈；以试验数 据麓检涯豁准，骏证数学模型及摸缀仿襄结架，褥藏符合窭繇过程 的摸型。 4 、应糟所得的数学模蹙，设计了操作费用目标函数裙终湿含 爨、尾气澡度、物辩处理量蠛助基标蘧数。摸拟分援蚤操俸参数对 优化结果的影响规律，为优化设计明确方向。根据基本的模拟过程， 可以改变初始参数进行大量的模拟实验，由此弄清谮因素甜实验结 巢的影响，寻求最佳设计及操作参数，用芷交试验法安排模拟试验， 通道多次芷交试验，逐步逶近最佼设计及操作参数，得到了现青条 件熬最佳疆配，降低了单裁。提出了单套产缝提裹5 0 的优化设计 方案。 全文莛露章，文字约4 5 蠢，壅表5 0 余程o 一 主题词：拟薄水铝石i 强化沸腾烘干系统i 过程数学模型i 正交试 验法；过程数值模叛i 穰焉隋涮瓤阳 7 2 t h es i m u l a t i o na n do p t i n i z a t i o nd e s i g no fg a sf l o wd r y i n go f p s 戡j 羰卜辍瓣瀑 疆 聪s 重鬏矗i 嚣 as e r i e sp r o d u c t so fp s e u d o - b o e h m i t eh a sb e e nw i d e l yu s e d i nt h ef i e l d so f c h e m i s t r yi n d u s t r y ，c h e m i s t r yf e r t i l i z e ra n dp e t r o c h e m i c a l se t c p s e u d o b o e h m i t e a n dt h ep r o d u c t sa r es u b s t a n c e sw i t hm a n yp o r e s i tl i k e sag r i d d l eo fm o l e c u l ea n d c a nb eu s e da ss e g r e g a t o r ，p u r i f i c a n ta n dd e s i c c a n t ，i ta l s oh a st h ec h a r a c t e r i s t i c o a d s o r p t i o na n dc a nb eu s e da sc a t a l y z e ro rt h ec a r r i e ro fc a t 越y z e r d e s i c c a t i o n i st h el a s tt e c h n i c so fp r o d u c i n gp s e u d o b e e h m i t e p r o p e rd e s i g na n dp a r a m e t e r m a t c h i n gm a yd i r e c t l ya f f e c tt h eq u a l i t ya n dt h r o u g h p u to ft h ep r o d u c t s s o i ti s i m p o r t a n tt os t u d yt h ed r y i n gs y s t e mo fp s e u d o - b o e h m i t ef o ri m p r o v i n gt h eq u a i i t y a n dt h r o u g h p u to ft h ep r o d u c t sa n dr e d u c i n gt h ec o s t s 。 t h i sp a p e rs t u d i e st h et h i r dd r y i n gm a c h i n eo fc h e m i s t r ya l u m i n ac o 。o fc h i n n a l u m i n u mi n d u s t r ys h a h d o n gf i l i a l e 。b yt h e o r e t i cr e s e a r c ha n dt r i a lt e s t i n g ，b u i l d t h em a t h e m a t i cm o d e lo ft h ea g g r a n d i z e m e n tb o i ld r y i n gs y s t e mo fp s e u d o - b o e h m i t e a n do p t i m i z ei t p u tf o r w a r daf e a s i b i l i t yp r o j e c tw h i c hc a nr e d u c et h ec o s t sa n d i n c r e a s et h et h r o u g h p u tf o r5 0 e a c h t h i sp a p e rf o c u s e so nt h ef o l l o w i n ga s p e c t s c o n c r e t e l y 1 i ts t u d i e st h ed e v e l o p i n go fa l lk i n d so fd r y i n gt e c h n i c ，e s p e c i a l l yt h eg a s f l o wd r y i n gs y s t e m , p y r o g e n a t i o nm e d i u mc o n t a c t st h es o l i dg r a n u l ed i r e c t l y a n dt h es o l i dg r a n u l es u s p e n d si nt h el i q u i d t h u st h ei n t e r f a c ei sg r e a t 稀l i $ i n t e n s i f i e st h et r a n s m i s s i o np r o o e s so fh e a ta n dm a t t e r t h ee f f i c i e n c y i sh i g h 。t h ed e s i c c a t i o nt i m ei ss h o r ta n dt h e 艇s p o s a tq u a n t i t yi sg r e a t t h es t r u c t u r ei ss i m p l ea n dc o m p a c t 。t h ev o l u m ei ss m a l i ，b u tt h et h r o u g h p u t i sg r e a t t h eo p e r a t i o ni se a s ya n di ti sc o n v e n i e n tf o ra u t oc o n t r 0 1 a n a l y s e a n dc o m p a r et h ec h a r a c t e r i s t i co f 甜ik i n d sd r y i n ge q u i p m e n to fg a sf l c _ , a p p l i c a t i o na r e aa n dp e c u l i a r i t y ，e x p l a i nt h ea p p l i c a t i o no fg a sf l o wd r y i n g i np r o d u c i n gp s e u d o b e e h m it e 。 2 i ta n a l y s e st h eh e a tb a l a n c em e c h a n i s mo fa g g r a n d i z e m e n td r y i n gp r o c e s sa n d s t u d y t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e nt h es u r f a c ea r e ao fs u b s t a n c e sa n dt h e e f f i c i e n c yo fd r y i n g a n a l y s et h ec h a r a c t e ro ft h em a t e r i a li n ，t h et e m p e r a t u r e o ft h eh o tw i n da n dt h eq u a n t i t yo ft h eh o t * i n de t c s t u d yt h er e l a t i o no f t h eb a l a n c eo ft h em a t e r i a ld u r i n gt h ed r y i n gp r o c e s s b a s e d0 1 1 t h ef o u r h y p o t h e s i z e s ，b u i l dt h ep r o c e s sm a t h e m a t i cm o d e lo fa g g r a n d i z e m e n tb e i id r y i n g s y s t e mo fp s e e d o - b o e h m i t e ，t h e ya r et h ed i f f e r e n t i a le q u a t i o n so fm a t e r i a l t e m p e r a t u r e ，h o tr i n dt e m p e r a t u r e ，g r a n u l ev e l o c i t y ，h o tw i n dh u m i dc o n t e n t a n dm a t e r i a lc o n t a i n i n gw a t e rr a t e 3 ! td e s i g n st h el o c a l et e s t p r o j e c t a c c o r d t ot h et e s t i n gd a t a 。d ot h e o r t h o g o n a lt e s t s 。s t u d yt h ee f f e c t so ft h em a i np a r a m e t e r st ot h eg u i d e l i n e 。 a n ym o r e ，a n a l y s et h em a t c h i n gr e l a t i o n sb e t w e e nt h em a i np a r a m e t e r s ，i no r d e r t or e d u c et h ec o s to fe n e r g ya n di m p r o v et h ep r o d u c ee f f i c i e n c y ，r e s e a r c ht h e b e t t e rc o m b i n a t i o no ft h ep a r a m e t e r s u s et h em a i nw o r k i n g p a r a m e t e r sg e t t i n g i nt h el o c a l et e s t ：h o tw i n dq u a n t i t y ，g a sf l o wt e m p e r a t u r e ，g r a n u l ev e l o c i t y ， m a t e r i a li n i t i a lc o n t a i n i n gw a t e rr a t ea n da i rh u m i d i t ye t c a st h eb o u n d a r y c o n d i t i o no fs i m u l a t i o nt e s t st od i s t i n g u i s ht h eu n k n o w np a r a m e t e r si nt h e m a t h e m a t i cm o d e l u s et h et e s t i n gd a t aa st h ec h e c ks t a n d a r dt ov a li d a t et h e m a t h e m a t i cm o d e la n dt h er e s u l t so ft h es i m u l a t i o nt e s t sa n dr e c e i v et h em o d e l 幂h i c hc a na c c o r dw i t ht h ep r a c t i c a lp r o c e s s ， 4 a p p l yt h em a t h e m a t i cm o d e l ，d e s i g nt h et a r g e tf u n c t i o no ft h ew o r ke x p e n s e a n dt h ea s s i s t a n tt a r g e tf u n c t i o no ft h ef i n a l h u m i d i t yq u a n t i t y ，c a u d a l t e m p e r a t u r ea n d m a t e r i a ld i s p o s a lq u a r t t i t y s i m a h a t i o na n a l y s i s o f t h ee f f e c t s o ft h eo p e r a t i o np a r a m e t e r st ot h eo p t i m i z a t i o nr e s u l t s ，c a nc l e a rt h ed i r e c t o ft h eo p t i m i z a t i o nd e s i g n ，a c c o r d i n gt ot h eb a s i cs i m u l a t i o np r o c e s s ，c a n c h a n g et h ei n i t i a lp a r a m e t e ra n dd om a n ys i m u l a t i o ne x p e r i m e n tt om a k ec l e a r t h ee f f e c to fa 1 1f a c t o r st ot h ee x p e r i m e n tr e s u l t s t h e nf i n dt h eb e s td e s i 辨 a n do p e r a t i o np a r a m e t e r s u s et h eo r t h o g o n a lt e s t sm e t h o dt od ot h es i m u l a t i o n t e s t s t h r o u g hs e v e r a lo r t h o g n n a lt e s t s ，g r a d u a l l ya p p r o a c ht h eb e s td e s i g n a n do p e r a t i o np a r a m e t e ra n dg e tt h eb e s tm a t c h i n go ft h ee x i s t i n gc o n d i t i o n t h i sr e d u c e st h ec o s t sa p i e c e 。p u tf o r w a r dao p t i m i z a t i o nd e s i g np r o j e c tt h a t e a c he q u i p m e n tc a ni m p r o v e5 0 t h r o u g h p u t t h ew h o l ep a p e rh a sf i v ec h a p t e r s t h el e t t e r sa r ea b o u t4 5t h o u s a n d t h e d i a g r a m sa r em o r et h a n5 0 k e yw a r d s ：p s e u d o - b o e i i t e ，a g g r a n d i z e m e n tb o i l d r y i n gs y s t e m , p r o c e s s m a t h e m a t i cm o d e l ，o r t h o g o n a lt e s t s ，p r o c e s sn u m e r i c a lv a l u es i m u l a t i o n ，s i m u l a t i o n t e s t s ，o p t i m i z a t i o n 串街大学硪士论交 第一章文献综述 1 - 1 干燥技术发展 干燥怒将物料去除永分或其他挥发成分的操作，涉及面很广。随着生 产熬发展，对子干燥技术、予澡装备静篙求有了更嵩鹊要求。由予霖有工 业基础较薄弱，产量小，大多数月怠烘镶、蒸汽烘辍等于燥甥斟。必逶应 工农业生产的器要，开展了对喷豢、气流、流亿等于燥装甓的开发以及物 科干燥过稷的研究开发工作。 鍪于对手燥理论、技零、装鬟静关心，在干燥镟域迄今已举行了芥少 有关学术会议。早在1 9 6 5 年6 月上海市化学化工学会就鳃织了华东六省 一市干燥一过滤技术会议。1 9 7 5 颦5 月在南京原化学工业部组织并召开了 全簸第一属干燥技术会议；1 9 8 6 年l o 月，中国化工学会组织了全国第二 藩干燥技本会议，迄今已s 属。这些会议都集中交滚研讨了有关于澡同遴。 另外，化学工程、化工机械、工程热力学、红势线加热技术等专业会议， 也都有不少干燥方面的论文发表。我国学者除了在国内会议刊物上发表论 文黻外，在国际干燥会议上也有了不少论文。 在我鬣麸睾予燥理论辑究、舞发薮罄干燥设备和糖关装鬟靛大专院 校、秘 f f 院所也有很多，不少单位都露比较稳定的队伍秘骧确的发鹱方向。 有关企业从事干燥装置开发研究的也很多。 所开发研究的内容陆续育气流干燥、沸腾干燥、喷雾干燥及雾化装蹩、 分舞装鬟、振动滚纯霖、薅蕊粒子流纯床、簇诧予燎( 辍疼昴发鼢带臻拌 流化于燥) 、旋转闪蒸于燥( s p i n f l a s h ) 等等。 在应用基础方面也结合或联系物料的干燥过程，开展了各类干燥方式 中不同物料的关键参数的研究，如流亿速度、雾亿稷度、干燥强度与各项 操撵搔标懿关系等；毽对若手糖予燥进程了数学模投、离散理论、优纯方 法，专家系统、计算机调控、物料在于燥过獠中寿关指标的变他，以及固 体干燥过程中多孔介质的传热传质研究等。 辅精设备的研究开发，有各种燕风炉、高温熟管、旋风分璃器等等。 二静不鼹予燥方法瓣联耀翅气滚一沸瓣、凑雾一渡熊等等。 然而干燥技术也是最复杂、人们了解蠼浅的技术，在许多方颟存在“知 其然而不知其所以然”的状况。它随着有关产业的发展有比较大的进展。 皇囊奎耋矍圭笙奎 一一 l 一2 气流于燥的特点及逡应范懑 气流干燥也称“瞬间干燥”，是闽体流态化中稀相输送在干燥方面的 应用。该法是加热介质和固体颗粒直接接触，并圆体颗粒糠浮于流体中， 霞两两稻接触褥狡大，强纯了传煞传缓过程，广泛应用于散状耪料熬干燥。 一气流干燥的特点： 1 ) 气闻两辐阕传燕传质的表面积大簸体额粒在气流中商魔分散呈 悬浮状态，这样，傻气阖嚣翱之愆斡传热转矮表瑟积大丈壤热。 2 ) 效率赢、于燥时间短、处理重大气流于燥采用气固蠲楣并流操作， 这样可以使用高温的热介质进行午燥。且物料的湿禽重愈犬，千燥介质的 温度可敬愈高。 3 流予燥器结椽篙攀、紧凑、钵积小，生产能力大。 4 ) 操作方便在气流干燥系统中，把干燥、粉碎、筛分、输送等单元 过程联合操作，流程简化并易于自动控制。 5 ) 气流干燥的缺赢气流干燥系统的流动隘力降较大，一般为3 0 0 0 一9 0 0 p 8 ，必须选题嘉压域巾压遁风极，动力滚耗鞍大。 二气流千燥的适应范围。 1 ) 物皋萼袄态气流予澡黍求潋粉末蠛鬏粒物辩隽圭，箕鬏粒粒径觳 在0 5 o 。7 m m 以下，至多不超过i m m 。 2 ) 湿分和物料的结合状态气流干燥采用高温高速的气体作为干燥 介质，且气固两相间的接触时间徽短。 三气流予燥装曼的秘类： 气流干燥装置可分为童接进料的、带有分散器的和带有粉碎机的。另 井，还可分为有反j i 季、热风循环戳及并流或环流搡俸的气流干燥装置。 ) 塞接遴辩熬气滚干燥装警 它是目翦戍用最广泛的一萋申，适期予湿物料分教性良好和只除出表面 水分的场含，如干燥合成树脂、菜些药品、有机化学产品、煤、淀粉和面 粉等。蔷澄钫辩含水羹较商。加瓣时容易结黼，可敬将一部分融干僳的成 晶佟茺返糕，在混合热辩器孛帮遂物辩混合，以利予于燥操终。 2 ) 有分散器的气流干燥装警 带肯分散器的气流干燥装置的流程如图1 。打散物料。它适合于含水 羹较低、松散俄尚好的块敬物料，如离心橇、过滤枫鲍滤饼，以及磷石膏、 碳酸钙、氟建酸钙、数主、污淀汝等。翔禽承量较多，胃弱返料法改蔫操 作。 3 串鬻大学壤士论文 丽l 带有分散器的气漉干燎裴髓 l 燃烧寨：卜混台嚣；3 乎辩务配嚣；4 一翻辩嚣： 5 - - 旋风i ；舞鸯器；6 撵贼规；卜一 = ：蠛管：8 敏燕震分数嚣 3 ) 有粉碎机的气流干燥装鬣 带蠢粉碎税的气流干燥装麓静流程絮餮2 。其特点楚予燥管下瑟装有 一台 孛密式锤縻机t 熙以粉碎湿物料，减，i 、粒径，增加物料表嚣积，强化 干燥。因此，大量的水分在粉碎过程中得到蒸发，在一般情况下，可党成 气化水度，以获得丈的生产能力和高的传热效率。对许多熟敏性物料，其 迸气温菠可嵩予其熔点、较讫熹耪努解患。瀚3 为鹰用于密耪麓监串静带 有嚣蒙粉碎规的环流操终豹气流装置。 4 中南大学硕士论文 黧2 带寿粉碎枕的气藏予澡装鬟 i 燃烧鬻；2 一混奔嚣；3 一千辫分配器；4 一加辩嚣；弘一旋风j 龛尘器 6 一摊风帆；7 千攥管；8 一冲击式镁磨机 爨3带毒譬浆掰碎撬的气漉乎漂装戮 l 一循环气体鼓风机：2 一细扮收籀器； 3 一排矾机；4 - - 于搬瞀；卜麓 咤翰二p 群： 6 - - 擒料嚣；7 - - 一鹫肇耪磷辊 ! 堕查兰堡主堡苎一一 以上三种气流干燥装置的特性如表l 。 表1三种气流干燥装置的特性表 干燥物 群、煤( 6 3 5 m m )污泥( 滤饼) 粘土 项目 干燥装置型式直接进料带分散器带粉碎机 干燥嚣蒸发水量k g h “3 4 0 0 1 5 9 09 3 0 进口水分( 湿基) 98 02 7 出口水分31 05 进口气体温度6 5 07 0 05 2 0 出口气体温度8 01 2 07 4 空气用量m m i n 。3 2 0 07 6 0 05 0 0 0 生产量k g h 15 1 4 0 04 5 03 0 7 0 物料：空气( 质量)1 00 0 4 40 3 4 进口物料温度 c1 61 61 6 出口物料温度5 77 14 9 燃料种类煤发生炉气重油 燃料消耗k j k g 。蒸发水 3 7 1 44 0 0 04 0 8 5 动力消耗k w h k 9 1 蒸发0 0 2 2o 0 2 6 40 0 8 1 4 水 6 生塞盔堂里圭丝塞一 一 卜3 气流千燥研究概况及发展趋势 一气流干燥试验研究 广东省农机研究所关被萋等人，通过设计干燥试验研究旋风式气流干 燥主要参数瞌”，简疆介绍旋风式气流干燥的方法及主要特点。以正交试验 安排进行一系列试验，分析研究了影响旋风式气流干燥效粟的主要参数： 进口气流速度、进髓气流温度、底部断面气流速度及物枣毒初始含水率。根 据试验数据进行绞计方差分橱及髓归分柝，磷究主要参数对物斟总降水 搴、摹位降水量热耗与单位产量热耗三摆标灼关象。 在旋风干燥塔跨，物瓣与热空气一起作切线运动，产生较裔豹离心麴 速度，使气筒相对速度大大增加，阉对使秘料粉碎，增大了气阖按继瑟积， 强化了干燥过程，几秒钟就达到了干燥的萏的，趄干燥强度商，小设备大 生产的理想机鍪。旋风式气流干燥具有热容璧系数丈、干燥效率高及设备 投资少的优点。其干燥原理同直管气流干燥器一样。而旋风干燥塔内的气 流运动规律比较复杂，尚没有成熟的计算方法。为此本文在正交试验及数 据分辑豹基磁上，研究箕主要参数的关系，为今后设计这类于燥机提供依 据。 试验系统包括：一个畿提供1 0 0 - - 2 5 0 c 熬热风黥热斑炉；熊调繁供料 重的供辩器；孀调遴奄梳控制速度的风梳；分离气体和榜料麓风分离器； 气流输送管上歼有测气舔孔。 影响其千燥效果的主要工作参数：进口气体温度：进口气体速度；物 料初始含水率。 干燥效果评估：物孳l 总含水率；单位降水餐热耗：单位产量热耗。 实验数据分析结论： 1 ) 进盟气滚瀑度对于燥效果灼影响最最蓑。漫度愈裹，总降水率愈 大，髓之热耗增加，特剐悬荤位产量热糕。 2 进蜀风速对总降承率影啭不臻显，对热耗寄影嫡。 3 ) 物料的原始含水率甜干燥效巢的影喻不明显。 僵，试验主要研究和分析单因素的影响，多因素的瓯配及箕最优没有 明显的优势。 二干燥设计研究 攀钢集团矿业公司八嫂六厂夏福乾等人，磷究了硝酸铵气流于燥设 嬷豹设计与实践“”，根摄气力悬浮运辕瓤热力学理论，缝会实践，从设 施雍鼹愿则劐参数熬确定，提出了一套篱单、完整、可簿敷设计过程。 1 ) 系统风逮豹选择 过小会影晌干燥效果，严重对会导崴物料在管遴中屡秘堵塞，傻系统 不能正常运行；如栗过大剐动力消耗增大。 风速选择：经验数据2 0 一3 0 m s “ 毒 筹公式：y = r 、阮+ 粒丢 皇塞盔鲎登兰兰塞 一一一 匙一一物料的力度系数，一一物料的踅度( t ! ! l ”) ， 如一一杨料特往系数( 2 5 ) l o ，三一一管道折算授度 风爨：q a - - - ”， g 一一物料的处理艉力， m 一混合比( 辩气比) 0 。3 一l 。0 2 ) 输料管道直径：d = f 黔， 卜一风麓m 3 h - 1 ，v 一一风速m s 3 ) 分离器、除尘器的确定 系统压力损失p 的计算及风速的选择： 矗) 蹇篱沿程醛力损失 = 五曼鼍茅二， x 一沿程隧力系 数，取0 0 2 0 o 。0 3 5 ，l 一管道长度n l ，r 一空气冀度 k g m 3 ，v 一风速m s ，d 一一管道内径m b ) 弯管压力损失 p 穹一亭矿2 r ( 1 + m k 。) 2 ，孝一弯管压 力损失系数，取0 3 一o 9 ，k 一特性系数，取1 。5 左右，加 速阻力损失磊铷9 x m 一，矿2 ( n l n 。) c ) 提升阻力损失p 丹哟8 m r h 击，h 一一上升管的上升高度 ，一y ， l f l ，￥。一一物料悬浮速发，彀l o m + s i 5 m s 。 系统设鍪阻力援失：热交换器( 5 0 l o o ) 9 。s p a ，破薅搬( 5 0 1 5 0 ) 9 8 p a ，分离器( 5 0 1 5 0 ) 9 8 p a ，除尘器( 3 0 6 0 ) 9 。8 p a 。 4 ) 风速选择：根攥前面计算的风麓和总阻力损失，在计算的基础上增 攘l o 一l 。 5 ) 翰料机的设计计算： 定羹输送机一般采用简单可靠的螺旋式体积计量方式： q = 三6 0 x ( d 2 一d 2 ) ( 】s 艿) _ k n r q 一物料处理能力，k g h ，d 一一螺旋辘妻径，s 一一螺距， 6 一一螺旋叶片厚度m ，k 一利用系数，取0 7 一o 9 ， n 一一蝶旋转速，取1 0 0 - - 5 0 0 r m i n ，r 一一物料容量k g m 4 6 ) 熟交换器懿魂志 气流于燥的设计研究可为嗣纾提供绠多鉴媸。 三气流干燥建程髑鹃研究 河北工学院谢英会等人，对气流干燥过程进行了棚分析“”。以聚氯乙 烯和小苏打干燥为侧，对干燥过程的备种髑进行了计箅和分析，提出了干 皇塞查堂塑主建苎一一一 燥过程中计算旆的方法和娜效率的计算式，提出了聚氯乙烯和小苏打干燥 过程的节能措施帮节能方尚。 气流于燥是将湿慈时必溅状、粉粒状或块状的物料，农热气流中分教 成粉粒状，一边随热气流并流输送，边进行干燥的操作，它广泛应用于 化工、食品、医药等工业中，是一种重要的干燥方法。 气流干燥的特点楚；( 1 ) 由于气流逮凄精，耪辩又处予悬浮状态，因 此气凰竭的接触垂积大，强饿了媸热和传履过穗；( 2 ) 物辩在于燥器内停 留时间短，故适用于热敏性、易氧化物料的干燥；( 3 ) 操作稳定，干燥所 得产品质薰均匀，装鬣无活动部分。但气流干燥也有缺点：( 1 ) 系统的流 俸隧力丈，对除尘设务要求产；( 2 ) 于爆管存效长黢较长，有豹赢达咒 米，放要求厂房毫。 为了提高气流干燥的效率，降低产品能牦，除了进行物热衡算和热效 率分析矫，还应迸行髑分析，从能量的质和麓两方掰进行研究，本文戳聚 氯乙烯箨，l 、荔努耱料气流干燥过程秀铡，透过捌分桥，搽讨劳摆出该予澡 过稷的第能方肉和措施。 蠲气流予燥系统过程数学横型的建立笱模掇 1 ) 武汉化工学院、山东大学机械学院、天津大学化工学院，好安庆、 洳燕、颥芳珍等人，对赢营气流干燥过程的模拟砖“，通道分析气流干燥 静耨点，建立了代表气流干燥过程六参数动态苻为懿较完熬豹数学模囊， 经骏迁，该模型正确可靠，具有较广泛的适用性。气流于爆是热敏性物料 干燥的常规方法之，般采用经骏设计，化工过程分析笱计算机模拟是现 代化学工程研究和实践的重要手段，通过对过程的分析和模拟可阻加深对 过稷鑫孽毽籁，掌握过程交纯攥律，缩短戮究帮开发静遴程，旨在利蕊计算 掇，对气流于燥过程鲍摸拨进行搽讨，这不仪可避免实验的繁琐费射，藤 且所获得的参数比实验更为详尽。同时逐可以节省实验开销，为工业生产 提出指导往的意觅。 模型籁设：按照嫠质传熬理论，子爆过程溺辩受纺料内部结梅轻努嚣 条传的影响，对于卡蠛的恒速除段和降速阶段，这秘影晌将不周。在憾速 干燥阶段决定予外部条件即干燥介质的性质，丽在降速午燥阶段，控制因 素楚被干燥物科的内部阻力。由予对于气流于燎，时间短，干燥侠，颗粒 表嚣较滋润，诲多学者均获为气流干澡过程怂予恒逮干燥除段，这迮与实 际揍况摆 奇。基于气流干燥鲍这些特点，对气流于燥傲些合理的假定： a ) 气固两相并流悬浮，无返混现象： b ) 气流温度和湿魔在管的横截面上均匀优，随高度发生交化； c ) 露髂鬏粒在管鑫孽横截瑟上均匀分毒； d ) 淘体颗粒为球形，大小均匀； e ) 管璧绝热良好，在气固悬浮体和环境间没有热辐射； f ) 固体为恒速千潦。 班主骰设虽然楚予理想状态，餐攘往了主要矛鼹，馊过程分柝更必蓠 浩，与实际的干燥过程也十分接避。 数学模型，根据上述假设条件，经过分析和推导得剐气流干燥过稷模 拟数学模登郢六个微分方程： 拿 主塞查篓窭圭堡苎 颗粒运动微舫虢掣3 笔一学 颗粒滋含鬣分布微分方程式：譬= _ 6 k h ( h , q - h ) 癜 成9 介质漫度微分方程式：孥喾_6kh,(h,z-h)g d z 矿p l d 9 鬏粒添度微分方稷式： a ( t p 6 a ( t g t p ) 一蠢h t 鞋畸h ) a t h + c 择站g t p 瓷c n t f 矗x 如 轻i + c 啦x 、p 一口d pc s + c 。t x 出 分矮瀑度微分方糕式： d ( t ) 6 g l s ( 烈0 一辩) 【6 j + c 群( | l f ，一a ( 1 9 t p ) c 加t i + 岛d hr , d k ( t l 一) 如 上( 气+ c 一) n “。d p 如+ c o , hd zl ( c + c “) 干燥篱压力障微分方程式： 掣= 畋等+ 等r 掣坞掣， 算法采用标准西阶r u n g e - - k u d r a 法，给出高精度的数值解。 、2 )山东工业大学、神华集豳有限公司，支町燕、李洪伟、时嫒清等 人，研究7 蛊镑气流干燥模蓣及其分离过程髓德纯数学模鬟扭“，对壹管气 渡于爆过爨建立了沿于燥鹫囊震动态变化的物料速度、物糕湿鑫爨、物料 温度及空气温度、空气湿度、压力损失等参数的模拟数学模型，对其后续 的旋风分离器的主要设计参数建驻了简捷计算模型；最终以系统吨处骥量 的成本为掰标蠡数得掰了包括过程撩作费用移设备费糟在肉鹣稳亿数学 模黧；劳绘出了摸型豹篾单皮用稳固说盟。 气流干燥技术，作为种适用于散粮状物料干燥的干燥方法，以其设 备简单、干燥时间短、强度丈、热效率高等优点在工农业生产中获得了广 泛静应甭。干燥过程豹嚣续过程是将己干绦魏产晶获气体介矮中分离出 来，气漉干燥囊艇用豹分离设备一般为麓风分您器，它绩构楚单、效率较 高、操作简便、价格低廉。在进行干燥分离过程中，能耗费用在生产成本 中所占比例较大，操作参效的变化是影响能耗费用从而影响生产总成本的 直接舔霹；雨设备抟尺寸设计参数( 鲡态度、鸯径等) 是影穗设备投资费 用的主要原因。从直瓣气流予燥过程的麓关原理出发，建立了于燥参数沿 干燥管高度动态变化的数学模型，对于分离器的选型及参数确定应用简捷 算法建立了模逡，以就为基础，建立了以系统吨处理重的总成本为哥标函 数，瑷主要搡 筝参数及设诗参鼗鸯自变蘩静饶纯数学模壁。获褥逶过饶仡 过稷，达到进一步提毫生产技术水平，充分发撂设餐潜能、酶低能耗及生 产成本的目的。 建立了优化的六个微分方程： 1 0 ! 要奎兰堡主燕墨 鬏粒运动微分方虢掣辛一甓 颗粒漫含爨分枣微分方程式：g l d x + 三d r = 0 ，g t 出+ 致d a = 0 哆么= _ 6 巧咿吖一y ) l ( p ，v p d ，) 奔质漫度分毒微分方程式：d = 6 k ，妒。一r x t , t ( p ：v p ) 颓粒滋度徽分方程式t 型。! 曼坠：笙二亟：塑堕三鱼坠二趔一二生壁 幽 q | + c j x ) p 。v 口d e e l c n 掘 奔矮瀑度微分方霹式： 兰坚6glky-y)ah,+co,(tg-tp)!竺螽：塑!坚 d h l ( c b c 针力p 。警d p c s + c 甜t d h 干燥警基鸯降蘧褒度变毒l ：熬镦分方稷式： 旋风分舞过程主要设计参数数学模型的建立，优化设计模型，在于燥 分离过程中，操作条件对生产总成本影响很大。要使生产过程具有最健经 济效益。在满足产品质量要求的前提下，必须对操作参数作优化选择。 玉气流予媒德化设计 1 )山东工业大学、神华集葡有黻公司，翊燕、李洪伟、时媛清等 久，研究了宣管气流乎燥模叛爱分裹进鬏獒健他设计”，黠已建立的囊管 气泼于燥模拟方程采用标准四玲龙格库塔法进行了计算机数值求解，对于 多自变量参数干燥、分离系统的优化方穰，依旧以模拟方稷为基础，采用 多次正交试验法进行横拟试验并求出相应的西标函数，逐渐逼近蕺优毽， 最终获得了最倪僮，势对结果送褥了分撩。气流干燥及最续分凑鼓本楚我 冒晕在6 0 年代就广泛用予教粒状物料的技术。蹰前仍悬主隳的干燥方法， 但般采用经验设计，且普遍存在操作参数不加控制，产品质量难以预测 的问题。有必簧迸一疹提高设计承平和搡作水平，遴遥求解壹管气流干燥 过稷的攘掇方程，帮求瓣魄由六令一除常微分方程静翘僮溺题搦残熬模拟 方瑕组，棚当予得出沿干燥管亳发变化的颗粒速度v p 、漫禽量x 、空气湿 度y 、颗粒温度t p 、空气温度t g 、鹰降p 、气速v g 的实验观测结果。对 于多自变纛参数干燥、分离系统的优亿方程，可以褥到遗耩的操作条件稻 生要设计参数瓣整今予爆、分离：i 建程结粜豹影响袈律，再通过正交试骏法 进行计算机模拟试验，从瓶褥到优化的操作条件和设备设计参数。 2 )由东正监大学剃燕等入，将鑫适应隧梳疆索法应瘸子模j 薹l 优纯壹 管气漉予燥系统“1 ，盎直管气流予燥实验及援拟实骏缛感：对于确定款于 掣 幺 等等 盟 屹 务 孛辩大学硕士论文 燥物料和干燥器，影响干燥结果和能耗的主要操作参数是避入干燥器的热 空气温度t 9 0 ( ) 、速度u g 。( m s ) 彀同气藤詈院u m ( k g 绝予辩k g 绝干 气) ，焉最优操作条释是以上操嚣参数熬逶囊组合。在_ 踅管气流于燥模拟 实验的基础上，以过程的费用单耗为目标函数，应用多参数自适应随机搜 索法，给定以上三个操作参数的初值，就可通过自动随机搜索法搜集操作 值，得弼优纯的搽作条件组合和瓣标函数值，由诧w 为_ i 敛气流干燥的最 饶操作帮控制握供攘导。这秘易凌幸 募戡上实瑰弱模拟方法可代替大熬分 人工试验，节约大羹的人力、物力，从面提高经济效益。 基于煮管气流干燥过程中的气固两相流动、传热传质、干燥动力学基 本瑗论与经验、半经验关联式，w 建立套代表直管气流干澡过程6 个参 效动态行为戆纥较宠整霹靠豹数学模型，即纺料黪速度妇、湿岔爨羔、湿 度t p 和空气的湿度y 、温度t g 及压力损失p 沿干燥管高度z 的动态变化 模型。通过在计算机上进行模拟计算，得到数值解，相当予能实验观测各 参数洽_ 千漂韵动态变俄过程。磊标透数的选择是参数优纯过程串的关键闻 题。我织将每蒸发l k g 瘩掰零摄撵费用m 终必圭基栎蘧数，嚣物糕熬终湿 含纛x e n d 、物料处理量w s 等作为辅助目标酌数。傀化畦以主髓标函数最 优为标准，辅目标函数可作为约柬条件来控制实现。这优化问题属于约 柬嚣线住简趣懿优化藏畴。 对嶷警气流手爆暴绞分摄冬搽终参数对优化结累翦影骥： a ) 随袭t g o 的升高，物料的终湿含量x e n d 降低，出口气体的湿度增加。 这是由于气体与物料罴并流操作，气体的温度越高，传热的推动力越犬 传震的推动力龟越大。下g 口对攥作费焉m 的影瘸罴随着彳g 。的升离先降低后 增加。这是基必一方霹干燥湿含豢照t g 。的舞裹嚣壤热，导致每单位攥馋 费用的降低；另一方面，当超过定温度后，出口气体温度的增加带是的 热量抵锖了前者的影响。 b ) 入瑟气遽u g o 是彩桶搡作费耀赫翡主要因素，u 舒越低，蘸茭| j 越夺， 阉慰钫料约终滋含重x e n d 也越小，郯越有枣于于爨。这慰由子琏藿u 承 的增加，经过千燥管的压降也会增加，同时使物料在干燥管内的停留时间 缩愆、物料的脱水量减小、终湿食重增加。 e ) 瑟气汔洳瓣秘料终湿含羹x e n d 耩物辩楚理薰磊8 影嫡较大，盈二 考之阕摆互矛艨。髓着强的增热，物料处理量鄹终浸食量都会增翅，操 作时可根据物料的最终要求，选择一个合适的固气比。 d ) 尽管低气速有利于干燥，但选择u g 。时，不能太低。过低的气逮一 方瑟不荔带动较大器缭鏊的籁粒物科，造成铹料翡遨滢鞍沉积；另方嚣 窭易造成气体的出口滏度过低，蕊此封气体的湿度较大，则暴搜气体凝结 出水滴，破坏干燥效果。 六嘉c 薄承铝嚣于燥联宠 石油化工科学研究院，杨清河等人，研究了干燥温度影响拟薄水锚石 胶溶性能的霖两。 1 ) 于蠊舞瀑速率 考察了干燥升温速率对拟薄水铝萑结晶度和晶粒大小的影响，结果见 寝1 。从表1 的结果可看出，这两种干燥方式对拟薄水铝石结晶度和晶粒 ! 壹奎耋星兰堕奎一 大小的影响差别较小。 表1于爆秀潺速率对拟薄承镭嚣结磊发晕曩熊裢大小静影孵 2 ) 干燥温度对拟薄水铝嚣胶浴性能豹影魄 文献 1 3 ，干燥濑度对拟薄水铝石胶溶性能影响较大，而胶溶性能不 仅：彰嘀镗纯帮箭各工艺，丽且对倦亿箭性能亦有很犬影响，所以考察了干 燥滋度慰撅薄水锾嚣骏溶性缝戆影黎，缭果摇表2