واژه های کلیدی: خشک کن دوار، خشک کردن، مدلسازی، دی کلسیم فسفات فهرست مطالب فصل اول:مقدمه و کلیات1-1- مقدمه. 21-2- اصول خشک کردن. 31-3- پدیده های انتقال در فرایند خشک کردن. 31-3-1- انتقال حرارت در فرایند خشک کردن. 41-3-2-انتقال حرارت بطریق همرفت. 51-3-3- انتقال حرارت بطریق هدایت. 61-3-4- انتقال حرارت بطریق تابش. 71-4- عوامل موثر در خشک کردن. 71-5- انتقال جرم در فرایند خشک کردن. 91-6- تعاریف در خشک کردن. 10فصل دوم:پیشینه مطالعات خشک کن دوار و مدلسازی آن2-1- مقدمه. 142-2- اصول عملیات. 142-3- خشک کن های مستقیم. 152-3-1- خشک کن های همسو. 152-3-2- خشک کن های ناهمسو. 162-3-3- سیستم حرارتی. 172-3-4-کاربردهای جریان همسو. 172-3-5- کاربردهای جریان ناهمسو. 18 فهرست مطالب 2-4- چرخه(بازیافت)گاز و سیستم های جامع. 192-5- ویژگی های یک خشک کن دوار. 202-6- طراحی یک خشک کن دوار. 212-7-نمونه هایی از خشک کردن در صنایع مختلف. 232-8- مدل های زمان اقامت. 252-9- مدل های ارائه شده برای بدست آوردن ضریب انتقال حرارت 272-10- مدل های کلی(جامع)برای خشک کن های دوار. 28فصل سوم:روش تحقیق3-1-مقدمه. 323-2- خشک کن دوار. 323-3-بررسی فرایند خشک کردن و عملکرد آن. 323-4-عملکرد بهینه خشک کن دوار. 353-5- تعریف دی کلسیم فسفات. 373-5-1- مشخصات ظاهری. 373-5-2- موارد مصرف دی کلسیم فسفات. 373-5-3- روش های تولید دی کلسیم فسفات. 373-5-4- فرایند تولید صنعتی دی کلسیم فسفات. 383-5-5- خواص دی کلسیم فسفات. 383-5-6- مزایای وجود کلسیم و فسفر در جیره طیور. 383-5-7- مزایای وجود کلسیم و فسفر در جیره دام. 393-5-8- علائم کمبود فسفر و کلسیم. 39 فهرست مطالب 3-6- خشک کن دوار کارخانه تولید دی کلسیم فسفات. 393-6-1- ویژگی های خشک کن دوار مورد بررسی. 403-6-2- اجزای بیرونی خشک کن دوار. 423-6-3-نمودار خطی خشک کن دوار مورد بررسی. 473-6-4- محاسبه تعداد دور خشک کن. 483-7- روش نمونه برداری. 493-7-1- نتایج نمونه برداری. 50فصل چهارم:بررسی مدل های ریاضی مختلف و مدل شبکه عصبی برای توصیف خشک کن دوار4-1-مدلسازی ریاضی. 564-1-1- مقدمه. 564-1-2-مدلسازی ریاضی فرایند خشک شدن. 564-2-شبکه عصبی. 674-2-1- مقدمه. 674-2-2- اجزای یک شبکه عصبی. 684-2-3- ایده اساسی شبکه عصبی. 694-2-4- مدل مفهومی نرون. 704-2-5- شبکه های عصبی مصنوعی. 704-2-6- تعریف دانش و اطلاعات. 714-2-7- توانایی های شبکه عصبی. 714-2-8- شبیه سازی شبکه های عصبی. 71 فهرست مطالب 4-2-9- عملکرد اجزای اصلی سازنده نرون. 714-2-10- انواع توابع فعالساز. 724-2-11- ساختار مختلف شبکه عصبی. 754-2-12- شبکه عصبی پیش رونده. 754-2-13-چگونگی عملکرد شبکه عصبی. 764-2-14- یادگیری در شبکه های عصبی. 774-2-15- پارادایم های یادگیری. 774-2-16- شبکه عصبی پرسپترون. 774-2-16-1-پرسپترون چند لایه. 774-2-17- کاربرد شبکه عصبی برای مدلسازی فرایند خشک کردن. 784-2-18- جمع آوری و پردازش داده ها. 79فصل پنجم:نتیجه گیری و پیشنهادها5-1-مدلسازی. 845-2-مدل شبکه عصبی. 865-3- نتیجه گیری. 865-4-پیشنهادها. 86منابع. 87چکیده انگلیسی. 90 فهرست جداول جدول(2-1):پیش بینی زمان ماند در مدل های مختلف. 26جدول(3-1):ویژگی های خشک کن دوار مورد بررسی. 48جدول(3-2):نتایج خشک کن در دور4/4. 50جدول(3-3):نتایج خشک کن در دور5/4. 50جدول(3-4):نتایج خشک کن در دور8/4. 51جدول(3-5):نتایج خشک کن در دور5. 51جدول(3-6):نتایج خشک کن در دور2/5. 52جدول(3-7):نتایج خشک کن در دور3/5. 52جدول(3-8):نتایج خشک کن در دور4/5. 53جدول(3-9):نتایج خشک کن در دور6/5. 53جدول(3-10):نتایج خشک کن در دور7/5. 54جدول(3-11):نتایج خشک کن در دور8/5. 54جدول(4-1):تعدادی از مدلهای ریاضی مختلف و معادلات مربوط به آنها 56جدول(4-2):ثوابت مدل های مختلف برای خشک کردن دی کلسیم فسفات 57جدول(4-3):مقایسه مدل های تجربی مختلف. 58جدول(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. 6شکل(1-2):منحنی سرعت خشک شدن بطریق جابجایی(رطوبت آزاد نسبت به زمان). 6شکل(2-1):نمودار خشک کن دوار حرارت مستقیم همسو. 16شکل(2-2):نمودار خشک کن حرارت مستقیم ناهمسو. 16شکل(2-3):جریان همسو ایجاد شده توسط یک منبع خارجی. 17شکل(2-4):جریان همسو ایجادشده توسط یک مشعل داخلی. 18شکل(2-5):جریان ناهمسو ایجادشده توسط یک منبع خارجی. 18شکل(2-6):جریان ناهمسو ایجادشده توسط یک مشعل داخلی. 19شکل(2-7):یک سیستم احیا کننده حرارتی. 20شکل(2-8):نمودار خطی یک خشک کن دوار. 21شکل(2-9):پروفایل پره های رایج. 22شکل(2-10):توزیع حالت پایا برای رطوبت جامد و هوای خشک در جاییکه.. 30شکل(3-1):خشک کن دوار آبشاری. 33شکل(3-2):حرکت آبشاری جامدات در داخل خشک کن دوار. 36شکل(3-3):نمایی از خشک کن دوار کارخانه تولید دی کلسیم فسفات مورد بررسی. 40شکل(3-4):نحوه قرارگرفتن پره ها در خشک کن. 41شکل(3-5):مشعل. 42شکل(3-6):ترمومتر. 43شکل(3-7):کانال مکش. 43شکل(3-8):موتور گیربکس. 44شکل(3-9):درایور اینورتر. 44شکل(3-10):فن مکنده. 45شکل(3-11):ریل راهنما. 45 فهرست تصاویر و نمودارها شکل(3-12):چرخ دنده. 46شکل(3-13):نمودار خطی خشک کن دوار مورد بررسی با استفاده از نرم افزار اتوکد. 47شکل(3-14):رطوبت سنج دیجیتالیSartorius MA35. 49شکل(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. 59شکل(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. 59شکل(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. 60شکل(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. 61شکل(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. 62شکل(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. 63شکل(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.. 63شکل(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.. 64شکل(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.. 65شکل(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.. 65شکل(4-11):ساختار یک سلول عصبی. 69شکل(4-12):مفهوم نرون. 70 فهرست تصاویر و نمودارها شکل(4-13):تابع آستانه ای. 72شکل(4-14):تابع آستانه ای دو مقداری. 73شکل(4-15):تابع انتقال لگاریتمی. 73شکل(4-16):تابع انتقال خطی مثبت. 74شکل(4-17):تابع انتقال تانژانت. 74شکل(4-18):شبکه چند ورودی یک لایه. 75شکل(4-19):شبکه چند ورودی چندلایه. 76شکل(4-20):شبکه های بازگشتی. 76شکل(4-21):نمودار عملکرد شبکه عصبی. 76شکل(4-22):مسیرسیگنال ها در شبکه عصبی. 78شکل(4-23):مسیر سیگنال ها در شبکه عصبی طراحی شده برای خشک کن دی کلسیم فسفات. 79شکل(5-1):مقایسه ضریب تعیین7مدل برای دی کلسیم فسفات. 84شکل(5-2):مقایسه میانگین مربعات خطای 7 مدل برای دی کلسیم فسفات 85شکل(5-3):مقایسه میانگین درصد خطای نسبی7مدل برای دی کلسیم فسفات 85 مقدمهدی کلسیم فسفات یکی از مکمل هایی است که تاثیر بسزایی در افزایش رشد و نمو، باروری و شیردهی و استخوانبندی دام و طیور را دارد و بهبود بخشیدن به کیفیت این محصول کمک شایانی به صنعت دام و طیور می کند. رطوبت موجود در دی کلسیم فسفات بر روی درصد جذب آن در بدن جاندار موثر است لذا برای رساندن رطوبت آن به حد مطلوبش (حداکثر 3 درصد) از خشک کن استفاده می شود. خشک کن مورد بررسی در اینجا خشک کن دوار می باشد.بررسی روند خشک کردن در خشک کن دوار مورد نظر در 5 فصل انجام شده است. در فصل اول به تعریف فرایند خشک شدن می پردازیم. در فصل دوم به پیشینه بررسی های انجام شده بر روی خشک کردن و خشک کن ها نگاه اجمالی داریم. بررسی روش انجام کار و توصیف خشک کن مورد نظر در فصل سوم انجام می شود. در فصل چهارم مدل های ریاضی و مدل شبکه عصبی بر روی داده های مختلف صورت می گیرد و در نهایت در فصل پنجم جمع بندی نهایی و پیشنهادها ارائه می شود. 1-1-مقدمهخشک کردن شاید قدیمی ترین، متداول ترین و یکی از پرکاربرد ترین عملیات در مهندسی شیمی باشد. بیش از 400 نوع از خشک کنها در منابع گزارش شده است در صورتیکه بیشتر از 100 نوع از آنها قابلیت استفاده در صنعت را دارند. مقدار انرژی مصرفی در خشک کن ها برای فرایند های صنایع شیمیایی به 5 درصد و برای صنایع کاغذسازی به 35 درصد می رسد. خشک کردن در نتیجه تبخیر مایع توسط انتقال حرارت به مواد خامی که مرطوبند اتفاق می افتد[1].بیش از 85 درصد از خشک کن های صنعتی از نوع همرفتی با هوای داغ یا تماس با گازهای حاصل از احتراق می باشد. بیش از 99 درصد از اهداف این عملیات حذف آب می باشد. نحوه خشک شدن جامد به مکانیزم انتقال حرارت، ماده خشک شونده و شیوه انتقال حرارت بصورت هدایت[1]، همرفت [2] و با تابش[3] بستگی دارد. در بیشتر خشک کن های حرارت مستقیم مکانیزم انتقال حرارت، معمولاً همرفت است و در خشک کن های حرارت غیرمستقیم مکانیزم اصلی انتقال حرارت، هدایت می باشد. در هردو حالت امکان دارد بخش قابل توجهی از حرارت بطریق تابش منتقل شود[2].در فرآیند خشک کردن، موادمرطوب در تماس با هوای غیراشباع قرار گرفته و در نتیجه از مقدار رطوبت کاسته و هوا مرطوب می شود. معمولاً فرآیند خشک شدن با حرارت داده هوا قبل از فرایند بهتر انجام می شود؛ بنابراین می توان فرایند خشک شدن را به دو مرحله تقسیم کرد: حرارت دادن هوا و تبخیر شدن رطوبت از مواد. بررسی جامع خشک کردن مستلزم آشنایی با عواملی است که بر روی حرکت مایع و بخار تحت شرایط حرارتی مفروض تاثیر می گذارد. این موضوع شامل بررسی ساختمان داخلی مواد جامد خواهد بود که برای محاسبه شدت جریان مایع و بخار بر اساس خواص فیزیکی و خواص سطحی مورد استفاده قرار می گیرنددر طراحی و عملکرد یک واحد خشک کن تاثیر چندین عامل را باید در نظر گرفت. همه این عوامل از درجه اهمیت یکسانی برخوردار نیستند. برخی از آنها در مرحله خشک شدن با شدت ثابت و برخی دیگر در مرحله خشک شدن با شدت نزولی اهمیت بیشتری دارند[2]. 1-2-اصول خشک کردنسینتیک خشک شدن، تغییرات زمانیمقادیرمتوسط رطوبت، درجه حرارت ماده، زمان خشک شدن، انرژی مصرفی و سایرمشخصات را تا حدامکان فقط به کمک خواص فیزیکی و شیمیایی مواد تعیین می شود در مقابل دینامیک خشک شدن تغییرات منحنی های درجه حرارت و رطوبت در بدنه خشک کن را مورد بررسی قرار میدهد.انتقال حرارت از فضای پیرامون به مواد، موجب تبخیر رطوبت سطحی می شود. رطوبت می تواند از درون جسم به سطح منتقل و سپس تبخیر شود و یا درون محصول و در حالتی میان بخار-مایع، تبخیر و بصورت بخار به سطح محصول انتقال پیدا کند.شدت خشک شدن تحت تاثیر پارامترهایی از فرآیند مانند درجه حرارت، رطوبت (فشار)، سرعت نسبی هوا و فشارکل می باشد. بطور کلی دوره معمولی خشک کردن شامل سه مرحله است: ماده غذایی تا دمای خشک کردن حرارت داده می شود، سپس رطوبت از سطح محصول با سرعتی مناسب با مقدار رطوبت تبخیر می شود، زمانیکه رطوبت به رطوبت بحرانی نزدیک می گردد، سرعت خشک کردن کاهش می یابد. رطوبت بحرانی تابعی از سرعت خشک کردن است، سرعت بالای خشک کردن سرعت رسیدن به نقطه رطوبت بحرانی را افزایش و سرعت پایین خشک کردن آنرا کاهش می دهد[4].خشک کردن از طریق هدایت با خشک کردن از طریق همرفتاندکی تفاوت دارد. درحالت هدایت، موادجامد مرطوب در محفظه ای که از بیرون حرارت داده می شود، قرارگرفته و بخارهای حاصله از سوراخ های درنظر گرفته خارج می شوند. در حالت همرفت، گاز داغ بر روی سطح مواد جامد مرطوب دمیده می شود در نتیجه هم منبع حرارتی تامین شده و هم امکان خارج نمودن بخار فراهم می گردد[2].1-3-پدیده های انتقال در فرایند خشک کردنهمانطور که گفته شد، خشک کردن فرایند رطوبت گیری همزمان از طریق انتقال حرارت و جرم می باشد. عامل اصلی در خشک کردن، انتقال جرم از مواد جامد مرطوب می باشد. از جنبه نظری هیچگونه شناخت کمی از مکانیزم انتقال جرم از موادجامد در حال خشک شدن وجود ندارد. انتقال جرم در این حالت احتمالاً به اندازه، شکل و حالت ذرات تشکیل دهنده مواد جامد و چگونگی خروج مایعات و بخارات از منافذ و خلل و فرج داخل موادجامد و سطح خارجی آنها بستگی دارد. این حداکثر مطلبی است که در این مورد می توان اظهار داشت. در بعضی از انواع خشک کن ها (به خصوص خشک کن های هدایتی) و در بعضی مراحل معمولاً مراحل اولیه شدت خشک شدن بوسیله انتقال حرارت به ماده به جای انتقال جرم از مواد جامد در حال خشک شدن کنترل می شود. تحت این شرایط شدت خشک شدن توسط قواعد روشن انتقال حرارت تعیین می گردد و تا حدودی مستقل از خواص مواد در حال خشک شدن می باشد اما در حالت کلی، شدت خشک شدن به انتقال جرم از موادجامد در حال خشک شدن بستگی دارد[2].با توجه به دو عامل فوق، در عمل باید به نکات زیر توجه نمود:-تعیین کردن سرعت خشک شدن یک ماده با انجام دادن آزمایش ها ممکن است و بدست آوردن آن از لحاظ تجربی بسیار سخت می باشد.-آزمایش ها باید بر اساس نوع خشک کن مورد استفاده، انجام شوند[5].