مقاله انرژی مصرفی بهینه در خشک کن دوار

بخشی از مقاله

*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***

انرژی مصرفی بهینه در خشک کن دوار

چکیده : خشک كن هاي دوار یكي از مهمترین خشک كن هاي صنعتي بوده كه در مواردیكه خشک كردن حجم زیادي از پودر یا گرانول مواد غذایي، كشاورزي، معدني، شيميایي و ... مدنظر باشد، كاربرد زیادي دارد. با توجه به مصرف انرژي نسبتا˝ زیاد این نوع خشک كن در مقابل بازده نسبتا˝ خوب آنها، بهينه سازي انرژي و كنترل آنها داراي اهميت بسيار است. در این پژوهش اثر برخي از پارامترهاي عملياتي در بهينه سازي انرژي مصرفي این نوع خشک كن مورد بررسي قرار گرفته است.. آزمایش ها با چهار فاكتور در دو سطح باال (Up) و پایين((Low طراحي شد. كه در مقایسه این تيمارها با محاسبات ترمودیناميک، موازنه جرم و انرژي، اثر تغييرات دماي هواي ورودي، دبي هواي ورودي، دبي خوراک ورودي و غلظت خوراک ورودي، بر ميزان انرژي مصرفي در خشک كن دوار مورد بررسي قرار گرفت. نتایج كلي حاصل از آزمایش ها نشان مي دهد، افزایش دماي هواي ورودي، دبي هواي ورودي و دبي خوراک ورودي به خشک كن انرژي مصرفي را افزایش مي دهد و افزایش رطوبت خوراک ورودي سبب كاهش انرژي مصرفي مي شود.

واژه های کلیدی: خشک كن دوار، بهينه سازي انرژي، دماي هواي ورودي، دبي هواي ورودي، دبي خوراک

1

مقدمه:

به طور كلي براي خشک كردن فرآوده هاي كشاورزي در بسياري از موارد از هواي آزاد و تابش مستقيم خورشيد، به دليل هزینه رایگان ادوات استفاده مي شود، اما این روش به دليل نداشتن كنترل در چگونگي خشک شدن، غير یكنواختي در فرایند خشک شدن، ایجاد تنش هاي حرارتي در حين خشک شدن، گاه بارندگي هاي بي موقع، نياز به سطح وسيع، نياز به كارگر فراوان و همچنين حمله حشرات، آفات و جوندگان در سطح مزرعه، اقتصادي نيست.]1[ براي غلبه بر این مخاطرات استفاده از خشک كن هاي صنعتي به جاي خشک كردن آفتابي توصيه مي گردد. یكي از پر مصرف ترین خشک كن هاي مداوم صنعتي، خشک كن دوار مي باشد كه در مواردیكه خشک كردن حجم زیادي از مواد پودري یا گرانولي از جمله فراورده هاي كشاورزي، مواد غذایي، كودهاي شيميایي، معدني و... مدنظر باشد، كاربرد فراواني دارند.]2[ طرز عمل خشک كن هاي دوار بدین صورت است كه با چرخش مداوم، مواد مرطوب را بلند كرده و در معرض هواي گرمي كه از داخل آن عبور مي كند، قرار مي دهند. این خشک كن ها به طور مورب قرار مي گيرند تا مواد خشک شونده با آهستگي در طول آن حركت كند.]3[ از نظر تئوري استفاده بهينه از انرژي در خشک كن ها موقعي است كه انرژي هواي داغ فقط صرف تبخير شود، یعني تلفات حرارتي از خشک كن وجود نداشته باشد و انرژي حرارتي هواي داغ در خشک كن صرف گرم شدن ماده خشک شونده نشود و ماده و هوا هر دو هنگام خروج از خشک كن در حالت تعادل باشند. هدف از این پژوهش بررسي اثر برخي از پارامترهاي عملياتي از جمله اثر تغييرات دماي هواي ورودي، دبي هواي ورودي، دبي خوراک ورودي و غلظت خوراک ورودي، در بهينه سازي انرژي مصرفي خشک كن دوار است، تا با مشخص شدن این اثرات بتوان ميزان انرژي مصرفي را بهينه كرد. با استفاده از آناليز ترمودیناميكي، بيالن جرم و انرژي مي توان محاسبات الزم براي بهينه سازي را مورد یررسي قرار داد.

مواد و روش ها:

دانه هاي ارزن استفاده شده در این پژوهش، از بازار شهرستان بابل تهيه گردید و سپس در كيسه سربسته به آزمایشگاه انتقال داده شد. دانه ها قبل از شروع آزمایش ها پاک شده و اجسام خارجي از قبيل خاک و پوشال از آنها جداسازي شد. دستگاه خشک كن دوار آزمایشگاهي استفاده شده در این پژوهش از نوع خوارک دهي همسو با تماس مستقيم خوارک و هواي ورودي مي باشد كه شامل یک استوانه شيب دار با شيب قابل تنظيم مي باشد. ورودي خوراک، مخزن جمع آوري محصول، سيكلون جهت جمع آوري گرد و غبار همراه محصول، دمنده، صفحه اوریفيس، مانومتر و صفحه كنترل از دیگر اجزاي این دستگاه مي باشد.دماهاي خشک و مرطوب گاز ورودي و خروجي، اختالف فشار، دور بر دقيقه، دماي خوراک ورودي به گرمكن، ورودي و خروجي از استوانه از این صفحه خوانده مي شود. براي تغيير سرعت هوا مي توان دریچه ورودي فن را باز و بسته نمود. از ترازوي دیجيتال و رطوبت سنج دیجيتالي، نيز به ترتيب جهت اندازه گيري وزن و رطوبت خوراک استفاده گردید.

با داشتن دماي تر و خشک هوا كه در حين انجام آزمایش ها اندازه گيري شد، رطوبت مطلق مخلوط گاز -بخار از رابطۀ شماره))1 قابل تعيين مي باشد

به ترتيب دماي خشک و تر هواي ورودي و رطوبت اشباع در درجه حرارت تر و برابر گرماي نهان تبخير در درجه حرارت تر مي باشد. در
سيستم SI نسبت رطوبت سنجي براي مخلوط آب و هوا، برابر مي باشد.

آنتالپي هوا با استفاده از رابطه2 بدست مي آید:

ظرفيت گرمایي هواي خشک برابر برابر ظرفيت گرمایي بخار آب معادل آنتالپي تبخير در دماي مرجع برابر مي باشد.]4[

موازنه جرم و انرژی برای خشک کن:

موازنه جرم:

رطوبت هایي ورودي به خشک كن، برابر مجموع رطوبتي است كه توسط ماده تر و هواي ورودي وارد خشک كن مي شود.

رطوبت هاي خروجي از خشک كن، برابر مجموع رطوبتي است كه توسط ماده تر و رطوبتي كه توسط هوا از خشک كن خارج مي شود.

مقدار دبي هواي خشک WB در جریان هواي تر Wgدر فرایند خشک كردن ثابت مي ماند. در حالت پایدار جرم رطوبت ورودي به خشک كن باید با جرم رطوبتي كه از خشک كن خارج مي شود، برابر باشد:

جرم رطوبت تبخير شده از خشک كن برابر است با:

موازنه حرارت:

عوامل حرارتي كه به سيستم خشک كن وارد مي شود، برابر مجموع حرارت ورودي توسط هوا (WBIg1)، حرارت ورودي توسط مواد تر((Wm1Cm1Tm1 و حرارت ورودي توسط گرمكن خارج (Qext) است. حرارتي كه از خشک كن خارج مي شود، معادل مجموع حرارت هواي خروجي((WBIg2، حرارت خروجي توسط خوراک و تلفات حرارتي از خشكن مي باشد.

از مقدار آنتالپي هواي ورودي به خشک كن بخشي از آن به صورت حرارت محسوس صرف تبخير آب مي شودكه بخارات حاصله وارد هواي خشک كننده مي شود و باعث جبران كاهش آنتالپي هوا مي گردد.]5[

مصرف ویژه انرژيSpecific Energy Consumption به عنوان شاخص انرژي، جهت ارزیابي خشک كن مورد بررسي قرار گرفت. كه طبق رابطه ( 5 ) محاسبه مي گردد:

برابر دبي هواي ورودي دماي هواي ورودي دماي محيط زمان خشک شدن جرم رطوبت تبخير شده است.]6[

آزمایش ها با چهار فاكتور، در دو سطح باال (Up) و پایين (Low) جهت بررسي اثر پارامترهاي دماي خوراک ، دبي هواي ورودي ، دبي خوراک ورودي و غلظت اوليه خوراک) بر انرژي مصرفي طراحي شد.

طراحي آزمایش ها با روش فاكتوریل كامل (Full Factorial) و جهت تجزیه و تحليل آماري نتایج، از نرم افزار Design expert 7.0 استفاده گردید.

3