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《中国农业大学》 2017年
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有机肥颗粒热风干燥工艺及装备研究

张晓明  
【摘要】:施用有机肥作为解决目前我国土地板结、肥力下降等问题的有效手段,已始在大部分地区推广使用。但商品有机肥加工过程中干燥环节存在技术落后、工艺陈旧、能耗高、产量低等诸多问题,严重制约我国有机肥产业的进一步发展。为优化生产工艺、创新生产设备,论文通过试验研究与仿真分析相结合的方式系统研究了有机肥颗粒的物理特性和热特性,提出了三回程转筒热风干燥工艺方法。针对该工艺中存在的关键问题,设计了组合式抄板实现有机肥颗粒在转筒中筒逆重力方向流动,进行了生产样机的设计与制造,通过试验确定了该种工艺下,样机的主要性能参数。选取张家口沃丰农业科技有限公司生产的有机肥颗粒作为原料进行试验,确定了有机肥颗粒的滚动摩擦系数与含水率的关系,不同含水率下颗粒的弹性恢复系数和最大静摩擦系数;探究了有机肥颗粒水分在不同温度和不同厚度的颗粒薄层干燥过程中的变化规律,匹配了最优干燥模型,得到有机肥颗粒干燥的活化能。通过COMSOL揭示有机肥颗粒干燥过程中内部水分变化情况,直观反映了有机肥分层失水的全过程。根据倾斜布置的三回程有机肥干燥转筒的工艺要求和颗粒在筒间的运动规律,在设备中筒内设计了一种沿筒内壁面螺旋安装的组合式抄板;组合抄板可以使颗粒离开每一枚抄板后都获得一定动能,经过一系列抄板的接力,实现颗粒在中筒内逆重力方向的"爬坡"上升,完善颗粒在三层筒体间流动的过程。选择直角举升式抄板作为内筒抄板,保证颗粒抛洒的均匀度,增加颗粒与热介质的接触面积,保证颗粒在内筒的快速失水。通过EDEM仿真分析中筒内组合式抄板结构对颗粒在筒内停留时间的影响,确定了转筒转速、转筒倾角和组合式抄板平面滑板角与停留时间的影响关系;研究了转筒倾角和平面滑板角对停留时间影响的显著性,对比试验台试验结果得到以上两因素与停留时间的数学关系,经过计算确定样机设计所用组合式抄板平面滑板角度为140°。计算得到三层筒体的设计尺寸为:内筒筒径0.70 m,内筒筒长5.5 m;中筒筒径1.10m,中筒筒长6 m;外筒筒径1.6 m,外筒筒长6.5 m;水分蒸发量为642.86 kg/h,进口湿物料质量3642.85 kg/h,绝干有机肥质量2550 kg/h,所需总热量2605977.04 kJ,所需空气流量11443.3 1m3/h;根据转筒的布置方式和运转特点,设计了一体化的支撑系统,其中有高强度挡轮、专用托轮和外盘链条式驱动系统;根据相应国标制定了设备的试验大纲,计算该设备稳定运行状态下降水幅度12.906%,干燥能力0.414 t/h,小时水分蒸发量460 kg/h,单位耗热量5033 kJ/kg,生产率为2155 kg/h。
【关键词】:有机肥 转筒干燥 离散元 组合式抄板 停留时间
【学位授予单位】:中国农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TQ440.6
【目录】:
  • 摘要4-5
  • Abstract5-13
  • 第一章 绪论13-25
  • 1.1 研究意义13-14
  • 1.2 国内外研究情况14-21
  • 1.3 研究目标与研究内容21-22
  • 1.4 研究方法与技术路线22-25
  • 第二章 有机肥颗粒物理特性试验研究25-39
  • 2.1 引言25
  • 2.2 有机肥颗粒原料25
  • 2.3 物理特性25-28
  • 2.4 力学特性28-38
  • 2.5 本章小结38-39
  • 第三章 有机肥颗粒干燥特性试验研究39-59
  • 3.1 引言39
  • 3.2 有机肥颗粒干燥动力学分析39-41
  • 3.3 有机肥颗粒干燥动力学特性试验41-50
  • 3.4 有机肥单颗粒干燥传质传热模拟50-57
  • 3.5 本章小结57-59
  • 第四章 干燥工艺选择及抄板设计研究59-73
  • 4.1 引言59
  • 4.2 干燥工艺设计59-60
  • 4.3 中筒抄板的设计与工作原理60-64
  • 4.4 仿真分析64-67
  • 4.5 平面滑板仿真模型验证67-69
  • 4.6 内筒抄板截面形状设计69-72
  • 4.7 本章小结72-73
  • 第五章 中筒颗粒停留时间试验研究73-85
  • 5.1 引言73
  • 5.2 影响因素仿真实验设计73-80
  • 5.3 单因素试验台试验80-82
  • 5.4 仿真试验与试验台试验结果对比82-83
  • 5.5 本章小结83-85
  • 第六章 颗粒物料三回程转筒干燥设备设计与试验85-97
  • 6.1 引言85
  • 6.2 整机结构85
  • 6.3 基础参数及关键部件设计计算85-92
  • 6.4 样机试验92-96
  • 6.5 本章小结96-97
  • 第七章 结论与建议97-99
  • 7.1 结论97-98
  • 7.2 主要创新点98
  • 7.3 进一步研究与建议98-99
  • 参考文献99-105
  • 致谢105-107
  • 个人简介107-109
  • 附录109-112

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