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强化沸腾烘干系统过程数学模型与优化设计

杨吉华  
【摘要】: 拟薄水铝石(又称假勃姆石,俗称铝胶)系列产品,广泛用于化工、化肥及石油化工等领域。拟薄水铝石及其加工品属多孔物质,既具分子筛效应,用作分离、净化、干燥剂,又具吸附特性,用作催化剂或催化剂载体。干燥是生产拟薄水铝石最后一道工艺,合理的设计和优化的参数匹配,直接影响产品的质量和产能,研究拟薄水铝石烘干系统,对提高产品质量、产量,降低成本,具有重要意义。 本论文以中国铝业山东分公司化学品氧化铝公司的3~#烘干机为研究对象,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、单套产能提高50%的可行性方案,论文具体在以下几方面开展了深入的研究: 1、论文分析介绍了国内外各种干燥技术的发展,特别是气流干燥系统,加热介质和固体颗粒直接接触,并固体颗粒悬浮于流体中,因而两相接触面积大,强化了传热传质过程,效率高、干燥时间短、处理量大,结构简单、紧凑、体积小,生产能力大,操作方便,易于自动控制。分析比较了各类气流干燥装置的特点,及其应用范围和特性。阐叙了气流干燥在拟薄水铝石制备工艺中的应用。 2、分析了强化烘干过程热平衡关系机理,研究物料比表面积与烘干效率的关系。对进料性态、热风温度、热风风量等参数进行相关分析,研究烘干过程物料平衡关系。在四个假设条件基础下,建立了关于拟薄水铝石强化沸腾烘干系统过程数学模型即物料温度、热风温度、颗粒速度、热风湿含量、物料含水率五个微分方程。 3、设计了现场测试方案,依据所测数据,进行了正交试验的极差分析,研究主要参数对指标影响的主次关系,进一步分析主要参数之间的匹配关系,为了达到降低能耗,提高生产率之目的,寻找其工作参数的较佳组合取向;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、空气湿度等数据作为仿真边界条件,对数学模型中的未知参数进行辨识;以试验数据为检证标准,验证数学模型及模拟仿真结果,得到符合实际过程的模型。 4、应用所得的数学模型,设计了操作费用目标函数和终湿含量、尾气温度、物料处理量辅助目标函数。模拟分析各操作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,由此弄清诸因素对实验结 果的影响,寻求最佳设计及操作参数,用正交试验法安排模拟试验, 通过多次正交试验,逐步逼近最佳设计及操作参数,得到了现有条 件的最佳匹配,降低了单耗。提出了单套产能提高 50%的优化设计 方案 全文共四章,文字约4.5万,图表50余幅。


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