وزارت علوم، تحقیقات و فناوری

دانشگاه علوم و فنون مازندران

 

پایان نامه

مقطع کارشناسی ارشد

رشته مهندسی شیمی

عنوان

مطالعه تجربی و مدلسازی ریاضی خشک کن دوار صنعتی تولید دی کلسیم فسفات

استاد راهنما:

دکتر کامیار موقرنژاد

استاد مشاور:

دکتر سیدعلی قریشی

 

تابستان 1393

چکیده:

هدف از انجام این پایان نامه مدلسازی ریاضی خشک کن دوار برای خشک کردن دی کلسیم فسفات است. در این پروژه با شرایط مختلف دما و تعداد دور مختلف خشک کن، میزان رطوبت محصول خروجی از خشک کن بررسی شده است. در نتیجه 100 داده از خروجی خشک کن دوار بدست آمده است که آنالیز های متعدی بر روی آنها انجام شده است.نسبت رطوبت در هر دور خشک کن در زمانهای مختلف بدست آورده شده است و با استفاده از نرم افزار Table curve و گذراندن منحنی از داده های تجربی،7 مدل ریاضی بر روی داده های خروجی این خشک کن انجام شده است و ثوابت مربوط به این مدل ها، ضریب تعیین آنها، میانگین مربعات خطا و درصد خطای نسبی بدست آورده شده است. با کمک اطلاعات بدست آمده توسط مدل ها، به بررسی بهترین مدل با استفاده از بیشترین ضریب تعیین و کمترین میانگین مربعات خطا ودرصدخطای نسبی، پرداخته شده و بهترین مدل سازگار با بیشترین تعداد داده های تجربی را دارد مدل Modified Henderson and Pabis می باشد. در نهایت به بررسی این داده های تجربی به کمک شبکه های عصبی پرداخته شد که نتایج بدست آمده حداقل خطای مطلق(0.06) را داشته و از قابلیت تعمیم بالایی برخوردارند.

واژه های کلیدی: خشک کن دوار، خشک کردن، مدلسازی، دی کلسیم فسفات

 

فهرست مطالب

 

فصل اول:مقدمه و کلیات

1-1- مقدمه 2

1-2- اصول خشک کردن. 3

1-3- پدیده های انتقال در فرایند خشک کردن. 3

1-3-1- انتقال حرارت در فرایند خشک کردن. 4

1-3-2- انتقال حرارت بطریق همرفت.. 5

1-3-3- انتقال حرارت بطریق هدایت.. 6

1-3-4- انتقال حرارت بطریق تابش… 7

1-4- عوامل موثر در خشک کردن. 7

1-5- انتقال جرم در فرایند خشک کردن. 9

1-6- تعاریف در خشک کردن. 10

فصل دوم:پیشینه مطالعات خشک کن دوار و مدلسازی آن

2-1- مقدمه 14

2-2- اصول عملیات.. 14

2-3- خشک کن های مستقیم. 15

2-3-1- خشک کن های همسو. 15

2-3-2- خشک کن های ناهمسو. 16

2-3-3- سیستم حرارتی. 17

2-3-4-کاربردهای جریان همسو. 17

2-3-5- کاربردهای جریان ناهمسو. 18

 

 

فهرست مطالب

 

2-4- چرخه(بازیافت)گاز و سیستم های جامع. 19

2-5- ویژگی های یک خشک کن دوار 20

2-6- طراحی یک خشک کن دوار 21

2-7- نمونه هایی از خشک کردن در صنایع مختلف.. 23

2-8- مدل های زمان اقامت.. 25

2-9- مدل های ارائه شده برای بدست آوردن ضریب انتقال حرارت.. 27

2-10- مدل های کلی(جامع)برای خشک کن های دوار 28

فصل سوم:روش تحقیق

3-1-مقدمه 32

3-2- خشک کن دوار 32

3-3-بررسی فرایند خشک کردن و عملکرد آن. 32

3-4-عملکرد بهینه خشک کن دوار 35

3-5- تعریف دی کلسیم فسفات.. 37

3-5-1- مشخصات ظاهری. 37

3-5-2- موارد مصرف دی کلسیم فسفات.. 37

3-5-3- روش های تولید دی کلسیم فسفات.. 37

3-5-4- فرایند تولید صنعتی دی کلسیم فسفات.. 38

3-5-5- خواص دی کلسیم فسفات.. 38

3-5-6- مزایای وجود کلسیم و فسفر در جیره طیور 38

3-5-7- مزایای وجود کلسیم و فسفر در جیره دام 39

3-5-8- علائم کمبود فسفر و کلسیم. 39

 

فهرست مطالب

 

3-6- خشک کن دوار کارخانه تولید دی کلسیم فسفات.. 39

3-6-1- ویژگی های خشک کن دوار مورد بررسی. 40

3-6-2- اجزای بیرونی خشک کن دوار 42

3-6-3-نمودار خطی خشک کن دوار مورد بررسی 47

3-6-4- محاسبه تعداد دور خشک کن. 48

3-7- روش نمونه برداری. 49

3-7-1- نتایج نمونه برداری. 50

فصل چهارم:بررسی مدل های ریاضی مختلف و مدل شبکه عصبی برای توصیف خشک کن دوار

4-1-مدلسازی ریاضی. 56

4-1-1- مقدمه 56

4-1-2-مدلسازی ریاضی فرایند خشک شدن. 56

4-2-شبکه عصبی. 67

4-2-1- مقدمه 67

4-2-2- اجزای یک شبکه عصبی. 68

4-2-3- ایده اساسی شبکه عصبی. 69

4-2-4- مدل مفهومی نرون. 70

4-2-5- شبکه های عصبی مصنوعی. 70

4-2-6- تعریف دانش و اطلاعات.. 71

4-2-7- توانایی های شبکه عصبی. 71

4-2-8- شبیه سازی شبکه های عصبی. 71

 

فهرست مطالب

 

4-2-9- عملکرد اجزای اصلی سازنده نرون. 71

4-2-10- انواع توابع فعالساز 72

4-2-11- ساختار مختلف شبکه عصبی. 75

4-2-12- شبکه عصبی پیش رونده 75

4-2-13-چگونگی عملکرد شبکه عصبی 76

4-2-14- یادگیری در شبکه های عصبی. 77

4-2-15- پارادایم های یادگیری. 77

4-2-16- شبکه عصبی پرسپترون. 77

4-2-16-1-پرسپترون چند لایه 77

4-2-17- کاربرد شبکه عصبی برای مدلسازی فرایند خشک کردن. 78

4-2-18- جمع آوری و پردازش داده ها 79

فصل پنجم:نتیجه گیری و پیشنهادها

5-1-مدلسازی. 84

5-2-مدل شبکه عصبی. 86

5-3- نتیجه گیری. 86

5-4-پیشنهادها 86

منابع. 87

چکیده انگلیسی. 90

 

 

 

 

 

فهرست جداول

 

جدول(2-1):پیش بینی زمان ماند در مدل های مختلف.. 26

جدول(3-1):ویژگی های خشک کن دوار مورد بررسی. 48

جدول(3-2):نتایج خشک کن در دور4/4. 50

جدول(3-3):نتایج خشک کن در دور5/4. 50

جدول(3-4):نتایج خشک کن در دور8/4. 51

جدول(3-5):نتایج خشک کن در دور5. 51

جدول(3-6):نتایج خشک کن در دور2/5. 52

جدول(3-7):نتایج خشک کن در دور3/5. 52

جدول(3-8):نتایج خشک کن در دور4/5. 53

جدول(3-9):نتایج خشک کن در دور6/5. 53

جدول(3-10):نتایج خشک کن در دور7/5. 54

جدول(3-11):نتایج خشک کن در دور8/5. 54

جدول(4-1):تعدادی از مدلهای ریاضی مختلف و معادلات مربوط به آنها 56

جدول(4-2):ثوابت مدل های مختلف برای خشک کردن دی کلسیم فسفات.. 57

جدول(4-3):مقایسه مدل های تجربی مختلف.. 58

جدول(4-4):نتایج بدست آمده از شبکهMLP دی کلسیم فسفات در خشک کن دوار 79

 

فهرست تصاویر و نمودارها

 

شکل(1-1):منحنی سرعت خشک شدن نسبت به رطوبت آزاد بطریق جابجایی در شرایط خارجی ثابت

. 6

شکل(1-2):منحنی سرعت خشک شدن بطریق جابجایی(رطوبت آزاد نسبت به زمان) 6

شکل(2-1):نمودار خشک کن دوار حرارت مستقیم همسو. 16

شکل(2-2):نمودار خشک کن حرارت مستقیم ناهمسو. 16

شکل(2-3):جریان همسو ایجاد شده توسط یک منبع خارجی. 17

شکل(2-4):جریان همسو ایجادشده توسط یک مشعل داخلی. 18

شکل(2-5):جریان ناهمسو ایجادشده توسط یک منبع خارجی. 18

شکل(2-6):جریان ناهمسو ایجادشده توسط یک مشعل داخلی. 19

شکل(2-7):یک سیستم احیا کننده حرارتی. 20

شکل(2-8):نمودار خطی یک خشک کن دوار 21

شکل(2-9):پروفایل پره های رایج. 22

شکل(2-10):توزیع حالت پایا برای رطوبت جامد و هوای خشک در جاییکه .. 30

شکل(3-1):خشک کن دوار آبشاری. 33

شکل(3-2):حرکت آبشاری جامدات در داخل خشک کن دوار 36

شکل(3-3):نمایی از خشک کن دوار کارخانه تولید دی کلسیم فسفات مورد بررسی. 40

شکل(3-4):نحوه قرارگرفتن پره ها در خشک کن. 41

شکل(3-5):مشعل. 42

شکل(3-6):ترمومتر. 43

شکل(3-7):کانال مکش… 43

شکل(3-8):موتور گیربکس… 44

شکل(3-9):درایور اینورتر. 44

شکل(3-10):فن مکنده 45

شکل(3-11):ریل راهنما 45

 

فهرست تصاویر و نمودارها

    

شکل(3-12):چرخ دنده 46

شکل(3-13):نمودار خطی خشک کن دوار مورد بررسی با استفاده از نرم افزار اتوکد. 47

شکل(3-14):رطوبت سنج دیجیتالیSartorius MA35. 49

شکل(4-1): انحراف نسبت رطوبت اندازه گیری شده از خشک کن دوار به نسبت رطوبت پیش بینی شده در دور4/4 با تقریب مدلPageوModified Henderson & Pabis. 59

شکل(4-2): انحراف نسبت رطوبت اندازه گیری شده از خشک کن دوار به نسبت رطوبت پیش بینی شده در دور5/4 با تقریب مدلTwo-TermوModified Henderson & Pabis. 59

شکل(4-3): انحراف نسبت رطوبت اندازه گیری شده از خشک کن دوار به نسبت رطوبت پیش بینی شده در دور8/4 با تقریب مدل Two-Term وModified Henderson & Pabis. 60

شکل(4-4): انحراف نسبت رطوبت اندازه گیری شده از خشک کن دوار به نسبت رطوبت پیش بینی شده در دور5با تقریب مدلTwo-Term وModified Henderson & Pabis. 61

شکل(4-5): انحراف نسبت رطوبت اندازه گیری شده از خشک کن دوار به نسبت رطوبت پیش بینی شده در دور2/5با تقریب مدلPage وModified Henderson & Pabis. 62

شکل(4-6): انحراف نسبت رطوبت اندازه گیری شده از خشک کن دوار به نسبت رطوبت پیش بینی شده در دور3/5با تقریب مدلModified Henderson and Pabis وPage. 63

شکل(4-7): انحراف نسبت رطوبت اندازه گیری شده از خشک کن دوار به نسبت رطوبت پیش بینی شده در دور4/5با تقریب مدلModified Henderson and Pabis وTwo-Term.. 63

شکل(4-8): انحراف نسبت رطوبت اندازه گیری شده از خشک کن دوار به نسبت رطوبت پیش بینی شده در دور6/5با تقریب مدلModified Henderson and PabisوTwo-Term.. 64

شکل(4-9): انحراف نسبت رطوبت اندازه گیری شده از خشک کن دوار به نسبت رطوبت پیش بینی شده در دور7/5 با تقریب مدلModified Henderson and Pabis وTwo-Term.. 65

شکل(4-10): انحراف نسبت رطوبت اندازه گیری شده از خشک کن دوار به نسبت رطوبت پیش بینی شده در دور8/5با تقریب مدل Modified Henderson and Pabisو Two-Term.. 65

شکل(4-11):ساختار یک سلول عصبی. 69

شکل(4-12):مفهوم نرون. 70

 

فهرست تصاویر و نمودارها

 

شکل(4-13):تابع آستانه ای. 72

شکل(4-14):تابع آستانه ای دو مقداری. 73

شکل(4-15):تابع انتقال لگاریتمی. 73

شکل(4-16):تابع انتقال خطی مثبت.. 74

شکل(4-17):تابع انتقال تانژانت.. 74

شکل(4-18):شبکه چند ورودی یک لایه 75

شکل(4-19):شبکه چند ورودی چندلایه 76

شکل(4-20):شبکه های بازگشتی. 76

شکل(4-21):نمودار عملکرد شبکه عصبی. 76

شکل(4-22):مسیرسیگنال ها در شبکه عصبی. 78

شکل(4-23):مسیر سیگنال ها در شبکه عصبی طراحی شده برای خشک کن دی کلسیم فسفات.. 79

شکل(5-1):مقایسه ضریب تعیین7مدل برای دی کلسیم فسفات.. 84

شکل(5-2):مقایسه میانگین مربعات خطای 7 مدل برای دی کلسیم فسفات.. 85

شکل(5-3):مقایسه میانگین درصد خطای نسبی7مدل برای دی کلسیم فسفات.. 85

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.