当前,合成革工业作为一个新兴的产业,在经济发展新常态下面临着竞争加剧、利润降低的问题,如何节能降耗、降低生产成本是企业亟待解决的问题。干燥过程作为合成革生产中能耗最大的环节是节能降耗的重点。使用可调热泵供热系统代替传统的导热油供热系统可以有效地降低干燥过程中的能耗,而可调热泵作为供热系统的核心设备,其设计过程多采用经验法,导致设计出来的可调热泵结构不尽合理,性能不够优越,且设计过程繁琐。此外,作为合成革典型的生产工艺——干法工艺,其干燥过程表现出的温度梯度小、干燥要求高的特点,要求可调热泵需具备更好的性能。所以无论是从自身设计过程还是在合成革中的应用都要求对可调热泵进行结构优化,以提高其性能。本文在陕西省重点科技创新团队计划项目——轻化工过程节能环保关键设备及控制工程创新团队(2014KCT-15)的资助下,利用差分进化(DE)算法对可调热泵进行结构优化并利用计算流体力学(CFD)软件验证优化结果。最后以合成革热电联产工业园区建设为契机,将优化后的可调热泵用于合成革干法工艺的干燥过程,采用了可调热泵供热系统并设计了相应的控制系统,以达到合成革生产节能降耗的目的。论文的主要研究内容可总结为如下4个方面:(1)可调热泵结构参数和性能指标关系的建立通过对可调热泵工作机理的研究,探索可调热泵结构参数和其性能指标之间的关系,建立以可调热泵的关键结构参数为变量,性能指标最佳为目标的优化模型。在此基础上,给出对可调热泵结构起决定作用的相似几何参数的计算模型。(2)基于DE算法的可调热泵结构优化研究DE算法的基本原理,确定优化所需的各种参数,确定优化模型,并在MATLAB中编制DE算法程序进行计算。最后,结合优化结果和计算模型得到优化后的可调热泵结构参数。(3)可调热泵优化结果的数值模拟在ANSYS中,建立相应的仿真模型,选择合适的仿真条件对优化后的可调热泵进行仿真分析,验证优化结果的合理性。同时分析不同操作模式对可调热泵性能的影响,并探索相应解决办法。(4)可调热泵供热系统在合成革干燥中的应用将优化后的可调热泵用于合成革典型的干法工艺干燥中,分析当前干燥过程的缺点,给出基于可调热泵供热技术的干法工艺新型干燥系统和热回收方案。在此基础上,针对新型干燥系统的特点,研究相应的控制策略和控制算法。最后,基于S7-300 PLC平台设计相应的控制系统,给出控制系统的硬件配置方案,完成应用软件的开发设计。本文利用DE算法对可调热泵进行了结构优化设计,改进了可调热泵的设计过程,提高了其性能。并将其用于合成革干法工艺干燥过程,采用基于可调热泵的供热系统,可以有效地降低合成革干燥过程的能耗,提升产品质量和生产过程自动化水平,有助于合成革企业突破发展瓶颈,降低成本,提升企业竞争力,同时也符合国家“节能减排”的要求。