3-5-1- مشخصات ظاهري37
3-5-2- موارد مصرف دي کلسيم فسفات37
3-5-3- روش هاي توليد دي کلسيم فسفات37
3-5-4- فرايند توليد صنعتي دي کلسيم فسفات38
3-5-5- خواص دي کلسيم فسفات38
3-5-6- مزاياي وجود کلسيم و فسفر در جيره طيور38
3-5-7- مزاياي وجود کلسيم و فسفر در جيره دام39
3-5-8- علائم کمبود فسفر و کلسيم39
فهرست مطالب

3-6- خشک کن دوار کارخانه توليد دي کلسيم فسفات39
3-6-1- ويژگي هاي خشک کن دوار مورد بررسي40
3-6-2- اجزاي بيروني خشک کن دوار42
3-6-3-نمودار خطي خشک کن دوار مورد بررسي 47
3-6-4- محاسبه تعداد دور خشک کن48
3-7- روش نمونه برداري49
3-7-1- نتايج نمونه برداري50
فصل چهارم:بررسي مدل هاي رياضي مختلف و مدل شبکه عصبي براي توصيف خشک کن دوار
4-1-مدلسازي رياضي56
4-1-1- مقدمه56
4-1-2-مدلسازي رياضي فرايند خشک شدن56
4-2-شبکه عصبي67
4-2-1- مقدمه67
4-2-2- اجزاي يک شبکه عصبي68
4-2-3- ايده اساسي شبکه عصبي69
4-2-4- مدل مفهومي نرون70
4-2-5- شبکه هاي عصبي مصنوعي70
4-2-6- تعريف دانش و اطلاعات71
4-2-7- توانايي هاي شبکه عصبي71
4-2-8- شبيه سازي شبکه هاي عصبي71
فهرست مطالب

4-2-9- عملکرد اجزاي اصلي سازنده نرون71
4-2-10- انواع توابع فعالساز72
4-2-11- ساختار مختلف شبکه عصبي75
4-2-12- شبکه عصبي پيش رونده75
4-2-13-چگونگي عملکرد شبکه عصبي 76
4-2-14- يادگيري در شبکه هاي عصبي77
4-2-15- پارادايم هاي يادگيري77
4-2-16- شبکه عصبي پرسپترون77
4-2-16-1-پرسپترون چند لايه77
4-2-17- کاربرد شبکه عصبي براي مدلسازي فرايند خشک کردن78
4-2-18- جمع آوري و پردازش داده ها79
فصل پنجم:نتيجه گيري و پيشنهادها
5-1-مدلسازي84
5-2-مدل شبکه عصبي86
5-3- نتيجه گيري86
5-4-پيشنهادها86
منابع87
چکيده انگليسي90

فهرست جداول

جدول(2-1):پيش بيني زمان ماند در مدل هاي مختلف26
جدول(3-1):ويژگي هاي خشک کن دوار مورد بررسي48
جدول(3-2):نتايج خشک کن در دور4/450
جدول(3-3):نتايج خشک کن در دور5/450
جدول(3-4):نتايج خشک کن در دور8/451
جدول(3-5):نتايج خشک کن در دور551
جدول(3-6):نتايج خشک کن در دور2/552
جدول(3-7):نتايج خشک کن در دور3/552
جدول(3-8):نتايج خشک کن در دور4/553
جدول(3-9):نتايج خشک کن در دور6/553
جدول(3-10):نتايج خشک کن در دور7/554
جدول(3-11):نتايج خشک کن در دور8/554
جدول(4-1):تعدادي از مدلهاي رياضي مختلف و معادلات مربوط به آنها56
جدول(4-2):ثوابت مدل هاي مختلف براي خشک کردن دي کلسيم فسفات57
جدول(4-3):مقايسه مدل هاي تجربي مختلف58
جدول(4-4):نتايج بدست آمده از شبکهMLP دي کلسيم فسفات در خشک کن دوار79

فهرست تصاوير و نمودارها

شکل(1-1):منحني سرعت خشک شدن نسبت به رطوبت آزاد بطريق جابجايي در شرايط خارجي ثابت
6
شکل(1-2):منحني سرعت خشک شدن بطريق جابجايي(رطوبت آزاد نسبت به زمان)6
شکل(2-1):نمودار خشک کن دوار حرارت مستقيم همسو16
شکل(2-2):نمودار خشک کن حرارت مستقيم ناهمسو16
شکل(2-3):جريان همسو ايجاد شده توسط يک منبع خارجي17
شکل(2-4):جريان همسو ايجادشده توسط يک مشعل داخلي18
شکل(2-5):جريان ناهمسو ايجادشده توسط يک منبع خارجي18
شکل(2-6):جريان ناهمسو ايجادشده توسط يک مشعل داخلي19
شکل(2-7):يک سيستم احيا کننده حرارتي20
شکل(2-8):نمودار خطي يک خشک کن دوار21
شکل(2-9):پروفايل پره هاي رايج22
شکل(2-10):توزيع حالت پايا براي رطوبت جامد و هواي خشک در جاييکه?L=0.5m30
شکل(3-1):خشک کن دوار آبشاري33
شکل(3-2):حرکت آبشاري جامدات در داخل خشک کن دوار36
شکل(3-3):نمايي از خشک کن دوار کارخانه توليد دي کلسيم فسفات مورد بررسي40
شکل(3-4):نحوه قرارگرفتن پره ها در خشک کن41

شکل(3-5):مشعل42
شکل(3-6):ترمومتر43
شکل(3-7):کانال مکش43
شکل(3-8):موتور گيربکس44
شکل(3-9):درايور اينورتر44
شکل(3-10):فن مکنده45
شکل(3-11):ريل راهنما45

فهرست تصاوير و نمودارها

شکل(3-12):چرخ دنده46
شکل(3-13):نمودار خطي خشک کن دوار مورد بررسي با استفاده از نرم افزار اتوکد47
شکل(3-14):رطوبت سنج ديجيتاليSartorius MA3549
شکل(4-1): انحراف نسبت رطوبت اندازه گيري شده از خشک کن دوار به نسبت رطوبت پيش بيني شده در دور4/4 با تقريب مدلPageوModified Henderson & Pabis59
شکل(4-2): انحراف نسبت رطوبت اندازه گيري شده از خشک کن دوار به نسبت رطوبت پيش بيني شده در دور5/4 با تقريب مدلTwo-TermوModified Henderson & Pabis59
شکل(4-3): انحراف نسبت رطوبت اندازه گيري شده از خشک کن دوار به نسبت رطوبت پيش بيني شده در دور8/4 با تقريب مدل Two-Term وModified Henderson & Pabis60
شکل(4-4): انحراف نسبت رطوبت اندازه گيري شده از خشک کن دوار به نسبت رطوبت پيش بيني شده در دور5با تقريب مدلTwo-Term وModified Henderson & Pabis61
شکل(4-5): انحراف نسبت رطوبت اندازه گيري شده از خشک کن دوار به نسبت رطوبت پيش بيني شده در دور2/5با تقريب مدلPage وModified Henderson & Pabis62
شکل(4-6): انحراف نسبت رطوبت اندازه گيري شده از خشک کن دوار به نسبت رطوبت پيش بيني شده در دور3/5با تقريب مدلModified Henderson and Pabis وPage63
شکل(4-7): انحراف نسبت رطوبت اندازه گيري شده از خشک کن دوار به نسبت رطوبت پيش بيني شده در دور4/5با تقريب مدلModified Henderson and Pabis وTwo-Term63
شکل(4-8): انحراف نسبت رطوبت اندازه گيري شده از خشک کن دوار به نسبت رطوبت پيش بيني شده در دور6/5با تقريب مدلModified Henderson and PabisوTwo-Term64
شکل(4-9): انحراف نسبت رطوبت اندازه گيري شده از خشک کن دوار به نسبت رطوبت پيش بيني شده در دور7/5 با تقريب مدلModified Henderson and Pabis وTwo-Term65
شکل(4-10): انحراف نسبت رطوبت اندازه گيري شده از خشک کن دوار به نسبت رطوبت پيش بيني شده در دور8/5با تقريب مدل Modified Henderson and Pabisو Two-Term65
شکل(4-11):ساختار يک سلول عصبي69
شکل(4-12):مفهوم نرون70
فهرست تصاوير و نمودارها
شکل(4-13):تابع آستانه اي72
شکل(4-14):تابع آستانه اي دو مقداري73
شکل(4-15):تابع انتقال لگاريتمي73
شکل(4-16):تابع انتقال خطي مثبت74
شکل(4-17):تابع انتقال تانژانت74
شکل(4-18):شبکه چند ورودي يک لايه75
شکل(4-19):شبکه چند ورودي چندلايه76
شکل(4-20):شبکه هاي بازگشتي76
شکل(4-21):نمودار عملکرد شبکه عصبي76
شکل(4-22):مسيرسيگنال ها در شبکه عصبي78
شکل(4-23):مسير سيگنال ها در شبکه عصبي طراحي شده براي خشک کن دي کلسيم فسفات79
شکل(5-1):مقايسه ضريب تعيين7مدل براي دي کلسيم فسفات84
شکل(5-2):مقايسه ميانگين مربعات خطاي 7 مدل براي دي کلسيم فسفات85
شکل(5-3):مقايسه ميانگين درصد خطاي نسبي7مدل براي دي کلسيم فسفات85

مقدمه
دي کلسيم فسفات يکي از مکمل هايي است که تاثير بسزايي در افزايش رشد و نمو، باروري و شيردهي و استخوانبندي دام و طيور را دارد و بهبود بخشيدن به کيفيت اين محصول کمک شاياني به صنعت دام و طيور مي کند. رطوبت موجود در دي کلسيم فسفات بر روي درصد جذب آن در بدن جاندار موثر است لذا براي رساندن رطوبت آن به حد مطلوبش (حداکثر 3 درصد) از خشک کن استفاده مي شود. خشک کن مورد بررسي در اينجا خشک کن دوار مي باشد.
بررسي روند خشک کردن در خشک کن دوار مورد نظر در 5 فصل انجام شده است. در فصل اول به تعريف فرايند خشک شدن مي پردازيم. در فصل دوم به پيشينه بررسي هاي انجام شده بر روي خشک کردن و خشک کن ها نگاه اجمالي داريم. بررسي روش انجام کار و توصيف خشک کن مورد نظر در فصل سوم انجام مي شود. در فصل چهارم مدل هاي رياضي و مدل شبکه عصبي بر روي داده هاي مختلف صورت مي گيرد و در نهايت در فصل پنجم جمع بندي نهايي و پيشنهادها ارائه مي شود.
1-1-مقدمه
خشک کردن شايد قديمي ترين، متداول ترين و يکي از پرکاربرد ترين عمليات در مهندسي شيمي باشد. بيش از 400 نوع از خشک کن ها در منابع گزارش شده است در صورتيکه بيشتر از 100 نوع از آنها قابليت استفاده در صنعت را دارند. مقدار انرژي مصرفي در خشک کن ها براي فرايند هاي صنايع شيميايي به 5 درصد و براي صنايع کاغذسازي به 35 درصد مي رسد. خشک کردن در نتيجه تبخير مايع توسط انتقال حرارت به مواد خامي که مرطوبند اتفاق مي افتد[1].
بيش از 85 درصد از خشک کن هاي صنعتي از نوع همرفتي با هواي داغ يا تماس با گازهاي حاصل از احتراق مي باشد. بيش از 99 درصد از اهداف اين عمليات حذف آب مي باشد. نحوه خشک شدن جامد به مکانيزم انتقال حرارت، ماده خشک شونده و شيوه انتقال حرارت بصورت هدايت1، همرفت 2 و با تابش3 بستگي دارد. در بيشتر خشک کن هاي حرارت مستقيم مکانيزم انتقال حرارت، معمولاً همرفت است و در خشک کن هاي حرارت غيرمستقيم مکانيزم اصلي انتقال حرارت، هدايت مي باشد. در هردو حالت امکان دارد بخش قابل توجهي از حرارت بطريق تابش منتقل شود[2].
در فرآيند خشک کردن، موادمرطوب در تماس با هواي غيراشباع قرار گرفته و در نتيجه از مقدار رطوبت کاسته و هوا مرطوب مي شود. معمولاً فرآيند خشک شدن با حرارت داده هوا قبل از فرايند بهتر انجام مي شود؛ بنابراين مي توان فرايند خشک شدن را به دو مرحله تقسيم کرد: حرارت دادن هوا و تبخير شدن رطوبت از مواد. بررسي جامع خشک کردن مستلزم آشنايي با عواملي است که بر روي حرکت مايع و بخار تحت شرايط حرارتي مفروض تاثير مي گذارد. اين موضوع شامل بررسي ساختمان داخلي مواد جامد خواهد بود که براي محاسبه شدت جريان مايع و بخار بر اساس خواص فيزيکي و خواص سطحي مورد استفاده قرار مي گيرند
در طراحي و عملکرد يک واحد خشک کن تاثير چندين عامل را بايد در نظر گرفت. همه اين عوامل از درجه اهميت يکساني برخوردار نيستند. برخي از آنها در مرحله خشک شدن با شدت ثابت و برخي ديگر در مرحله خشک شدن با شدت نزولي اهميت بيشتري دارند[2].
1-2-اصول خشک کردن
سينتيک خشک شدن، تغييرات زماني مقاديرمتوسط رطوبت، درجه حرارت ماده، زمان خشک شدن، انرژي مصرفي و سايرمشخصات را تا حدامکان فقط به کمک خواص فيزيکي و شيميايي مواد تعيين مي شود در مقابل ديناميک خشک شدن تغييرات منحني هاي درجه حرارت و رطوبت در بدنه خشک کن را مورد بررسي قرار ميدهد.
انتقال حرارت از فضاي پيرامون به مواد، موجب تبخير رطوبت سطحي مي شود. رطوبت مي تواند از درون جسم به سطح منتقل و سپس تبخير شود و يا درون محصول و در حالتي ميان بخار-مايع، تبخير و بصورت بخار به سطح محصول انتقال پيدا کند.
شدت خشک شدن تحت تاثير پارامترهايي از فرآيند مانند درجه حرارت، رطوبت (فشار)، سرعت نسبي هوا و فشارکل مي باشد. بطور کلي دوره معمولي خشک کردن شامل سه مرحله است: ماده غذايي تا دماي خشک کردن حرارت داده مي شود، سپس رطوبت از سطح محصول با سرعتي مناسب با مقدار رطوبت تبخير مي شود، زمانيکه رطوبت به رطوبت بحراني نزديک مي گردد، سرعت خشک کردن کاهش مي يابد. رطوبت بحراني تابعي از سرعت خشک کردن است، سرعت بالاي خشک کردن سرعت رسيدن به نقطه رطوبت بحراني را افزايش و سرعت پايين خشک کردن آنرا کاهش مي دهد[4].
خشک کردن از طريق هدايت با خشک کردن از طريق همرفت اندکي تفاوت دارد. درحالت هدايت، موادجامد مرطوب در محفظه اي که از بيرون حرارت داده مي شود، قرارگرفته و بخارهاي حاصله از سوراخ هاي درنظر گرفته خارج مي شوند. در حالت همرفت ، گاز داغ بر روي سطح مواد جامد مرطوب دميده مي شود در نتيجه هم منبع حرارتي تامين شده و هم امکان خارج نمودن بخار فراهم مي گردد[2].
1-3-پديده هاي انتقال در فرايند خشک کردن
همانطور که گفته شد، خشک کردن فرايند رطوبت گيري همزمان از طريق انتقال حرارت و جرم مي باشد. عامل اصلي در خشک کردن، انتقال جرم از مواد جامد مرطوب مي باشد. از جنبه نظري هيچگونه شناخت کمي از مکانيزم انتقال جرم از موادجامد در حال خشک شدن وجود ندارد. انتقال جرم در اين حالت احتمالاً به اندازه، شکل و حالت ذرات تشکيل دهنده مواد جامد و چگونگي خروج مايعات و بخارات از منافذ و خلل و فرج داخل موادجامد و سطح خارجي آنها بستگي دارد. اين حداکثر مطلبي است که در اين مورد مي توان اظهار داشت. در بعضي از انواع خشک کن ها (به خصوص خشک کن هاي هدايتي) و در بعضي مراحل معمولاً مراحل اوليه شدت خشک شدن بوسيله انتقال حرارت به ماده به جاي انتقال جرم از مواد جامد در حال خشک شدن کنترل مي شود. تحت اين شرايط شدت خشک شدن توسط قواعد روشن انتقال حرارت تعيين مي گردد و تا حدودي مستقل از خواص مواد در حال خشک شدن مي باشد اما در حالت کلي، شدت خشک شدن به انتقال جرم از موادجامد در حال خشک شدن بستگي دارد[2].
با توجه به دو عامل فوق، در عمل بايد به نکات زير توجه نمود:
-تعيين کردن سرعت خشک شدن يک ماده با انجام دادن آزمايش ها ممکن است و بدست آوردن آن از لحاظ تجربي بسيار سخت مي باشد.
-آزمايش ها بايد بر اساس نوع خشک کن مورد استفاده، انجام شوند[5].
1-3-1-انتقال حرارت در فرايند خشک کردن
حرارت موردنياز در خشک کردن مواد ممکن است از طريق تابش، همرفت ، هدايت و يا بوسيله جذب حجمي انرژي الکترومغناطيسي و يا بسامد موج راديويي تامين شود. شيوه خشک شدن موادجامد، به مکانيزم انتقال حرارت به ماده خشک شونده و اينکه کداميک از حالت هاي هدايت، همرفت و تابش موثرند، بستگي دارد. در بيشتر خشک کن هاي حرارت مستقيم، مکانيزم اصلي انتقال حرارت معمولاً همرفت است که در طي آن بوسيله عبور جريان گاز داغ از بين و يا از روي مواد، عمل خشک کردن صورت مي گيرد. در خشک کن هاي حرارت غيرمستقيم، مکانيزم اصلي انتقال حرارت، هدايت است که در آن حرارت از طريق جداره به مواد منتقل مي شود. در هر دو حالت امکان دارد بخش قابل توجهي از حرارت بطريق تابش منتقل شود.
همچنين هنگاميکه انتقال حرارت بطريق همرفت است، هدايت حرارتي نيز تا حدي تاثير خواهد داشت و بالعکس. به ندرت اتفاق مي افتد که مکانيزم انتقال حرارت در يک خشک کن فقط تابش باشد؛ بنابراين مي توان خشک کردن موادجامد را بر مبناي همرفت و يا هدايت بررسي کرده و سپس اثرات انتقال حرارت به روش هاي ديگر را در روابط مربوط وارد نمود.
1-3-2-انتقال حرارت به طريق همرفت
در اين حالت موادجامد مرطوب بر اثر عبور جريان گاز داغ از ميان و روي سطح بستر مواد، خشک مي شوند. گاز داغ هم به عنوان عامل انتقال حرارت از طريق همرفت و هم به عنوان عامل خارج کننده بخارات حاصل، عمل مي کند. فرايند خشک کردن در دو مرحله مجزا صورت مي گيرد. در ابتدا شدت خشک شدن ثابت بوده و سپس در مقداري مشخص از رطوبت، به تدريج کاهش مي يابد تا هنگامي که مواد کاملاً خشک شوند. مقدار رطوبتي که در آن شدت خشک شدن شروع به تنزل مي کند، مقدار رطوبت بحراني ناميده مي شود. در بعضي موارد، امکان دارد مقدار رطوبت اوليه کمتر از مقدار رطوبت بحراني باشد، در اين صورت عمل خشک کردن تماماً در مرحله شدت نزولي بوده و در هيچ مرحله اي ثابت نيست. منحني هاي شدت نزولي نيز امکان دارد مقعر، محدب و يا بطور تقريبي خط راست باشند. انحنا در منحني خشک شدن، بعلت تغيير شکل فيزيکي مواد است.
مرحله خشک شدن با شدت ثابت، در حالتي اتفاق مي افتد که سطح مواد جامد بوسيله مايع مرطوب شده و خشک شدن در سطح مواد صورت پذيرد. در اين حالت شدت خشک شدن بطور کامل توسط شرايط خارجي کنترل مي شود که اين شرايط شامل سرعت، دما و مقدار رطوبت گاز خشک کننده مي باشد؛ بنابراين اگر اين عوامل ثابت باشند، شدت خشک شدن نيز ثابت است. همچنين در اين مرحله شدت انتقال مايع از درون مواد جامد به سطحي که درآن تبخير صورت مي گيرد به نحوي است که تداوم عمل مانعي ايجاد نمي کند. در مرحله خشک شدن با شدت نزولي ميزان انتقال مايع به سطح کاهش يافته، بطوريکه به عامل تعيين کننده زمان خشک شدن تبديل مي شود. در اين حالت سطح مواد ديگر کاملاً مرطوب نيست. در حاليکه شدت انتقال مايع به سطح کاهش مي يابد، تاثير شرايط خارجي به تدريج نقصان يافته و کاهش شدت خشک شدن صرفاً مربوط به کاهش شدت انتقال مايع به سطح مي باشد[2].
شکل (1-1). منحني سرعت خشک شدن نسبت به رطوبت آزاد به طريق همرفت در شرايط خارجي ثابت[2].
شکل (1-2). منحني سرعت خشک کردن بطريق همرفت (رطوبت آزاد نسبت به زمان)[2].
1-3-3-انتقال حرارت بطريق هدايت
در خشک کردن به طريق هدايت، موادجامد از طريق جداره حرارت داده مي شوند و بدين ترتيب رطوبت آن تبخير شده واز سيستم خارج مي شود. اين خشک کن ها غالباً در فشارهاي پايين عمل مي کنند و اين موضوع موجب کاهش نقطه جوش مايع شده و در نتيجه اختلاف دماي بين منبع حرارتي و مواد افزايش مي يابد[2].
دماي جامد به نقطه جوش مايع رسيده و در آن ثابت مي ماند. در پايان، دماي جامد تا دماي جداره افزايش مي يابد وامکان دارد توزيع درجه حرارت در رابطه با بسترهاي ساکن و ضخيم موادي که داراي ضريب هدايت حرارتي پاييني مي باشند، يکنواخت نباشد؛ بنابراين نظير خشک کردن از طريق همرفت در اين حالت نيز مي توان دو مرحله در نظر گرفت، يک مرحله خشک شدن سريع در ايتدا و سپس مرحله خشک شدن کندتر مي باشد.
شباهت موجود تصادفي است و در واقع در اين حالت تفاوت محسوسي بين دو مرحله نظير حالت همرفت وجود ندارد و مراحل، بيشتر به شرايط عمل و طرح دستگاه بستگي دارد تا به مواد خشک شونده. بطور کلي شدت خشک شدن بگونه اي يکنواخت کاهش مي يابد.
1-3-4-انتقال حرارت بطريق تابش
در بعضي موارد، تابش، مکانيزم اصلي حرارت دهي در خشک کن هاست ولي معمولاً در مقايسه با انتقال حرارت هدايتي و يا همرفت بخش کوچکتري از انتقال حرارت را تشکيل مي دهد؛ بنابراين تابش را مي توان بعنوان يک عامل اصلاحي براي همرفت و يا هدايت در نظر گرفت. اثر تابش بر روي سطح مواد در حال خشک شدن سبب افزايش شدت خشک شدن مي شود بطوريکه شدت خشک شدن از آنچه که بر اثر مکانيزم هاي همرفتي و يا هدايتي محاسبه مي شود، زيادتر مي گردد [2].
1-4-عوامل موثر در خشک کردن
عوامل موثر در خشک کردن را مي توان بصورت زير دسته بندي کرد:
الف-انتقال حرارت
انتقال حرارت از منبع حرارتي به سطح مايع
انتقال حرارت در لايه بين مايع و جامد
انتقال حرارت از جامد به مايع
انتقال حرارت از جامد به مايع از طريق لايه سطحي و از لابه لاي منافذ و خلل و فرج توده جامد
ضريب هدايت حرارتي مايع
ضريب هدايت حرارتي موادجامد مرطوب
ضريب هدايت حرارتي موادجامد تقريباً خشک
گرماي نهان تبخير مايع
گرماي هيدراسيون (هنگاميکه بايستي آب تبلور تبخير شود)
رابطه بين دماي عمل و نقطه ذوب ماده مرطوب، برخي از مواد قبل از اينکه تمام رطوبت آن تبخير شود ذوب مي شوند
اثرات الکتروليت موجود در مايع، بر روي مشخصات خشک کردن مواد.
ب- محيط خشک کن
فشار و دماي محيط خشک کن
ترکيب گاز محيط خشک کن
سرعت نسبي محيط مجاور بستر خشک کن
درجه اشباع محيط خشک کن نسبت به بستر مواد جامد
فشار بخار موثر مايع با در نظر گرفتن تغييرات در افزايش نقطه جوش مايع در طول فرايندخشک کردن
ج-خواص فيزيکي سيستم هاي جامد-مايع
کشش در سطح مشترک بين جامد و مايع
ضخامت لايه سطحي بين جامد ومايع

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

نسبت سطح به حجم مايع در داخل منافذ
ضريب نفوذ بخار بين منافذ
مکش مويين مايع در منافذ
اختلاف غلظت مايع در منافذ
وجود مواد رشته اي يا کلوخه اي در مواد جامد
اندازه مولکول مايع در رابطه با بعضي از مايعات آلي
حداکثر مقدار ناخالصي مايع در ماده خشک
د-خواص مواد جامد
اندازه ذرات
سطح موثر موادجامد
تخلخل
حلاليت مواد جامد در مايع
سخت شدن سطح موادگلي شکل در حال خشک شدن، در حالتي که سطحي تقريباً غير متخلخل ايجاد مي شود و رابطه اين پديده با شدت خشک شدن
تشکيل کيک در حين خشک شدن و تجمع
مقاومت مواد خشک شده در مقابل ساييدگي
حداکثر مقدار مايع مجاز در محصول خشک شده[2].
1-5-انتقال جرم در فرايند خشک شدن
امروزه در صنايع غذايي و دارويي انتقال رطوبت به مواد موضوع حائز اهميتي مي باشد. تعداد مکانيزم هاي انتقال رطوبت، زياد و اغلب آنها پيچيده اند. پديده هاي انتقال بطور معمول بر اساس نفوذ فشاري، نفوذ حرارتي، نفوذ اجباري و نفوذ عادي تقسيم مي شوند.
در متون علمي مربوط به فرايند خشک کردن، علاوه بر نفوذ تعدادي از مکانيزم هاي ديگر انتقال جرم نظير نفوذ سطحي، جريان هيدروديناميک يا جريان توده اي و جريان مويينگي بيان شده است. بدليل اينکه امکان دارد بيش از يک مکانيسم در جريان کلي حضور داشته باشند، مدلسازي مشکل مي شود و حضور مکانيزم هاي مختلف در هنگام فرايندخشک شدن تغيير مي کند. توسعه دادن يک مدل خشک کن کارآمد به شناخت و استفاده از همه مکانيسم هاي موجود، نياز دارد[6].
انواع مکانيزم هاي انتقال جرم داخلي در فاز مايع عبارت است از: انتشار، جريان مويينگي، نفوذسطحي و در فاز بخارعبارت است از: انتشار دوتايي، انتشار نادسن، نشت، جريان لغزشي، انتشار استفان، جريان بوسيله تبخير و ميعان.
اگر مقاومت انتقال جرم در لايه مرزي گاز بيشتر از مقاومت نفوذ رطوبت از داخل ماده به سطح آن باشد، شدت خشک شدن بيشتر به شرايط بيروني عامل خشک کننده (هوا) بستگي داشته و تقريباًمستقل از پارامترهاي جامد است.
اگر مقاومت انتقال جرم در فاز گازي و ماده مرطوب تقريباً برابر باشد، ويژگي هاي هوا (عامل خشک کردن) بايد در نظر گرفته شود.
1-6-تعاريف در خشک کردن
براي آشنايي با نمادها و مفاهيم خشک کردن، تعاريف مختصر آنها در زير ارائه مي شوند:
الف-رطوبت مطلق4 در فاز گاز [4]
H=P_w/(p-P_w )×m_w/m_g (1-1)
در معادله بالا، H رطوبت مطلق، mw جرم مولکولي بخار مرطوب، mg جرم کل که هر دو بر حسب کيلوگرم مي باشند، P فشار کل و pw فشارجزيي بخار مرطوب بر حسب پاسکال مي باشد.
هنگاميکه فشارجزيي بخار در گاز با فشاربخار مايع مساوي شود، گاز در حالت اشباع قرار دارد.
H_(s )=(P_w^0)/(P-P_w^0 )×m_w/m_g (1-2)
که در آن P0w فشار بخار اشباع بر حسب پاسکال است.
ب- رطوبت نسبي5 در فاز گاز
ميزان رطوبت نسبي هوا در يک دماي معين از رابطه زير بدست مي آيد:
R_H=?=P_w/(P_w^0 ) (1-3)
که در آن RH رطوبت نسبي هوا (? نيز نشان داده مي شود) است و بيانگر نسبت فشاربخار جزيي به فشاربخار اشباع در هر دو دماي معين مي باشد.
ج- دماي حباب خشک6TD
دمايي است که با دماسنج معمولي اندازه گيري مي شود.
ه-دماي حباب مرطوب7 Tw
باگذر سريع گاز از روي يک دماسنج حباب مرطوب اندازه گيري مي شود. از اين دما همراه دماي حباب خشک براي اندازه گيري رطوبت نسبي گاز استفاده مي شود.
و-ميزان رطوبت8 در جامد مرطوب
ميزان رطوبت عبارت است از وزن آب درون جسم تقسيم بر وزن ماده جامد خشک و يا ماده جامد مرطوب.
?MC?_wb=W_w=W_d/(W_d+1) (1-4)
MCwb : مقدار رطوبت در مبناي مرطوب.
Ww:وزن آب به ازاي يک کيلوگرم ماده مرطوب
Wd:وزن آب به ازاي يک کيلوگرم ماده خشک.
?MC?_db=W_d=W_w/(1-W_w ) (1-5)
MCdb:مقدار رطوبت در مبناي خشک
ميزان رطوبت عامل مهمي در طراحي خشک کن هاي صنعتي است که به کمک آنها قادر به بيان سينتيک خشک شدن ماده و بررسي رفتار تعادلي آن خواهيم بود.
ز-رطوبت تعادلي9
مقدار رطوبت محصول که با شرايط دما و رطوبت محيط در حالت تعادل قرار دارد را رطوبت تعادلي مي گويند.
ح- رطوبت آزاد10
مقدار رطوبتي است که بطور مکانيکي در فضاي خالي ماده غذايي محبوس شده است و ويژگي هاي آن کم و بيش برابر با توده آب است.
س-رطوبت ناپيوسته11
رطوبت مازاد بر مقدار رطوبت تعادلي را رطوبت ناپيوسته مي گويند که برابر با رطوبت اشباع مي باشد.
ش-رطوبت پيوسته12
مقدار رطوبتي که بطور قوي با شبکه ماده غذايي پيوند يافته و ويژگي هاي آن با توده آب متفاوت است را رطوبت پيوسته گويند.
2-1-مقدمه
خشک کردن بطور معمول روند حرارتي براي از بين بردن رطوبت براي رسيدن به يک محصول مطلوب مي باشد. با وجود اهميت آن در بسياري موارد طراحي و بهره برداري از خشک کن ها بر اساس تجربه مهندسين انجام مي شود، با اينحال مشاهده بر اساس تجربه تا حد زيادي کنترل شده است[8].
فرايند خشک کردن بصورت دوار يکي از متداول ترين مراحل صنعت مي باشد که در توليد بسياري از محصولات شيميايي، غذايي، موادمعدني، متالوژي يا فرآوري ضايعات بکار مي رود. قابليت تصفيه مقدار زيادي از مواد، خشک کن دوار را همانند يک راکتور مناسب گاز-جامد با گرماي ويژه و انتقال جرم مي سازد[14].
خشک کردن به معناي کاهش رطوبت از توليدات و راه حل نهايي براي نگهداري مي باشد، زيرا رطوبت موجود در سطح محصول اگر کاهش داده شود مانع از پوسيدگي آن مي شود. در مقابل ديگر روش هاي نگهداري، خشک کردن مواد غذايي از نظر ارزش تغذيه اي سطح بالاتري را دارا مي باشد. در مطالعات انجام شده بر روي خشک کن ها، کارشناسان در تلاش براي بدست آوردن برنامه هاي کاربردي تر بجاي خشک کن هاي معمولي هستند[13].
خشک کن دوار مي تواند بوسيله حرارت خارجي در تصفيه موادآلي يا حرارت داخلي براي فرآيند موادمعدني عمل کند. معمولاً اين حالت دوم همانند يک کوره کلاسيک طراحي شده است که در آن يک مشعل در ورودي به منظور آزاد کردن انرژي لازم براي عمليات حرارتي قرار داده شده است. فرايند خشک کردن عبارتست از خارج کردن رطوبت از اين مواد توسط فناوري هاي متفاوت نظير خشک کردن فلش، بستر سيال ، در بسياري از بخش هاي مهم توليدي (معدني، پليمر، کاغذ) مي باشد. براي صنعت جاده سازي، خشک کن هاي استوانه اي دوار بيشتر به فرايندهاي پيوسته به منظور رسيدن به بالاترين سرعت تزريق مصالح و انجام متوالي عمليات خشک کردن، حرارت دادن، مخلوط کردن وپوشاندن با قير براي توليد بتن آسفالت اختصاص دارد[14].
2-2-اصول عمليات
ساده ترين نوع خشک کن هاي آبشاري شامل يک استوانه دوار که شيب خفيفي دارد، مي شود که يک سري پره پيرامون آن براي بالا بردن، توزيع، انتقال مواد تنظيم شده است. پره ها بخصوص براي همرفت مواد که خشکي آن افزايش مي يابد، طراحي مي شوند.
اصول عمليات بر پايه شست و شو بصورت آبشاري مواد مرطوب با يک جريان گاز داغ مي باشد. جريان جامد يا بصورت همسو و يا ناهمسو مي باشد. گاز داغ رطوبت را تبخير مي کند. حرارت از ماده خارج مي شود و تبخير بخارآب بسرعت دماي گاز را کاهش مي دهد بطوريکه در دماي نسبتاً کم خشک کن را ترک مي کنند.
بازده خشک کن بطورعمده به اختلاف بين دماي گاز ورودي و خروجي، سرعت انتقال حرارت و همچنين رابطه بين طراحي پره ها و سرعت چرخش بستگي دارد. بهرحال صرفنظر از دماي مواد و گاز، زمان ماند يا خشک کردن ممکن است مهم باشد زيرا بوسيله سرعت نفوذ آب از درون به سطح ماده کنترل مي شود.
2-3-خشک کن هاي مستقيم
2-3-1-خشک کن هاي همسو
خشک کن هاي همسو بطور گسترده اي مورد استفاده قرار مي گيرند و بخصوص براي خشک کردن موادخيلي مرطوب که به حرارت حساس هستند، مناسب اند. مواد مرطوب در تماس با گاز داغ قرار مي گيرند و بسرعت رطوبت سطح تبخير مي شود. سرعت انتقال حرارت در ابتدا بسيار بالاست که باعث افت فوري و قابل توجه در دماي گاز مي شود که مانع از بيش از حد گرم شدن ماده و پوسته خشک کن مي گردد. محصول نهايي در تماس با گاز در پايين ترين دما مي باشد و قادر خواهد بود مقدار رطوبت را معمولاً با تنظيم دماي گاز خروجي کنترل کند.

شکل (2-1). نمودار خشک کن دوارحرارت مستقيم همسو[27].
2-3-2-خشک کن هاي ناهمسو
خشک کن هاي ناهمسو اغلب براي موادي مناسبند که تا حداقل ميزان رطوبت بايدخشک شوند. در هرصورت تا زمانيکه محصول نهايي در تماس با گاز در دماي بسيار بالا قرار دارد، خشک کن هاي ناهمسو اغلب براي موادي که به حرارت حساس هستند، مناسب نيستند. استفاده از اين سيستم مي تواند کارآمدتر باشد و رطوبتي که در محصول مي ماند را نمي توان به آساني کنترل کرد.
شکل (2-2) .نمودار خشک کن دوار حرارت مستقيم ناهمسو[27].
2-3-3-سيستم حرارتي
در هردو سيستم همسو و ناهمسو، مواد در تماس مستقيم با گازهاي خشک کننده داغ قرار مي گيرند که معمولاً با انرژي ناشي از احتراق سوختهايي نظير نفت، گاز يا سوخت کوره در محدوده 0C1000-250 موردنياز کار مي کنند. بهرحال براي کاربردهاي دما پايين و حساس به حرارت يا همراه با آلودگي بايد خودداري گردد. هوا بطور غيرمستقيم مي تواند با جريان الکتريکي يا بخار مبدلهاي نوع لوله اي گرم شوند.
خشک کن ها معمولاً با دو دمنده کار مي کنند، سيستم مکش متعادل که بوسيله آن گاز ورودي کمي زير فشار منفي است که ميزان نشت هوا را به حداقل برساند. هنگاميکه موادخشک مي شوند تحت تاثير حرارت يا پرتو شعله قرار نمي گيرند، يک مشعل گازي يا نفتي مي تواند آتش را بطور مستقيم وارد استوانه کند.
ترکيب دو عامل دماي بسيار بالا (0C1300-800) و تابش هاي ناشي از شعله، هنگاميکه اندازه خشک کن و ظرفيت سيستم گاز خروجي کاهش يابد، بالاترين بازده حرارتي را بوجود مي آورد. در اينجا رقيق کردن هوا بوسيله دمنده خروجي از گرم شدن بيش از حد پوسته خشک کن جلوگيري مي کند.
2-3-4-کاربردهاي جريان همسو
1-خوراک تر در تماس با گاز داغ خشک کننده که توسط يک منبع خارجي آماده ميگردد، قرار دارد. انتقال حرارت توسط همرفت انجام مي گيرد.
شکل (2-3) .جريان همسو ايجاد شده توسط يک منبع خارجي [27].
اين روش براي موادمعدني، کودهاي شيميايي، غليظ سازي شناوري، فسفات ها، خوراک حيوانات و… بکار مي رود.
2-خوراک تر در تماس با گاز داغ خشک کننده که توسط يک مشعل داخلي آماده ميگردد، قرار دارد و بازده حرارتي بالايي را ايجاد مي کند و انتقال حرارت بوسيله همرفت و تابش انجام ميگيرد.
شکل (2-4) .جريان همسو ايجاد شده توسط يک مشعل داخلي[27].
اين روش براي کاني هاي سنگين، سنگ خردشده، ماسه، تفاله، موادنسوز و جداسازي سنگ آهک و خاک رس بکار مي رود.
2-3-5-کاربردهاي جريان ناهمسو
1-محصول نهايي در تماس با گاز داغ خشک کننده که توسط يک منبع خارجي آماده ميگردد، قرار دارد. انتقال حرارت توسط همرفت انجام ميگيرد.
شکل (2-5) .جريان ناهمسو ايجاد شده توسط يک منبع خارجي [27].
اين روش مناسب براي سيليکاژل، شکر، نمک هاي شيميايي و محصولات کريستالي (رنج دمايي پايين)، آمونيوم نيترات، کاني ها، موادمعدني و رنگدانه ها مي باشد.
2-محصول نهايي در تماس با گاز داغ خشک کننده که توسط يک مشعل داخلي آماده ميگردد، قرار دارد و بازده حرارتي بالايي را ايجاد مي کندو انتقال حرارت بوسيله همرفت و تابش انجام ميگيرد.

شکل (2-6) .جريان ناهمسو ايجاد شده توسط يک مشعل داخلي [27].
اين روش براي ماسه، شن، سنگ هاي شکسته، سنگ آهک، ترکيب کردن، خشک کردن و پيش گرم کردن و خاکسترشدن مناسب مي باشد.
2-4-چرخه (بازيافت) گاز و سيستم هاي جامع
براي بازده گرمايي بالا يا زمانيکه مواد ذاتاً خطرناک اند، اغلب فرايند بازيافت گازخروجي بکار مي رود. در سيستم هاي با آتش مستقيم اين امکان براي بازيافت نسبت زيادي از گاز خروجي به هواي گرم فراهم مي کند. رطوبت بالا يک محيط ايمن و خنثي بوسيله جابجا کردن مقدار زيادي اکسيژن توسط هوا ايجاد مي کند. همچنين انرژي ذخيره شده قابل توجهي بعلت برگشت دادن گرما از خروجي خشک کن بدست مي آيد تا هنگاميکه حجم گاز خروجي به مقدار زيادي کاهش يابد. در نتيجه غبارگيري، گرمازايي و بوزدايي از مرطوب کردن گاز مي تواند اقتصادي تر از يکپارچه سازي يک تصفيه کننده گاز مرطوب، تصفيه کننده گاز-کندانسور يا سيستم تبخير با سيستم احيا کننده اختياري باشد.
شکل (2-7) .يک سيستم احيا کننده حرارتي [27].
2-5-ويژگي هاي يک خشک کن دوار
يک خشک کن دوار شامل يک پوسته استوانه اي چرخنده بصورت افقي و با کمي شيب به سمت قسمت خروجي خوراک مي باشد. مواد مرطوب از يک انتهاي استوانه وارد و از انتهاي ديگر محصول خشک شده خارج مي شود. هنگاميکه استوانه مي چرخد، پره هاي بالا برنده مواد جامد را بالا مي برند و به داخل هواي داغ در حال جريان مي پاشند و در نتيجه سطح مواد جامد بطور کامل در معرض هواي داغ قرار گرفته و عمل خشک شدن بطور موثرتري انجام مي گيرد. در محل ورود مواد چند پره مارپيچي قرار دارد که به جلو راندن مواد کمک مي کند تا به پره هاي اصلي برسند يعني خشک کن هاي دوار شامل پره هايي براي حمل مواد از يکي از انتهاهاي خشک کن و سپس رها کردن آن در طرف ديگر مي باشد که آن هم توسط گازهايي به منظور انتقال مواد و گرما بين مواد دانه اي و فازهاي گازي صورت مي گيرد.
شکل (2-8) .نمودار يک خشک کن دوار [27]
2-6-طراحي يک خشک کن دوار
براي طراحي يک خشک کن دوار بايد موارد زير را لحاظ کرد:
1-طول و قطر خشک کن
2-شيب خشک کن
3-مقدارحرارت
4-مقدار هواي لازم براي عمل خشک کردن
5-جهت جريان


پاسخ دهید