بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق به بررسی خشک شدن لایه نازك میوه سنجد با استفاده از یکخشککن جریان هواي داغ به منظور محاسبه پخش رطوبت مؤثر، انرژي فعالسازي و انرژي مورد نیاز، پرداخته شده است. متغیرهاي انتخاب شده سه سطح سرعت هوا 0.5، 1 و 1.5 - m/s - و سه سطح دماي هوا 50، 60 و 70°C بوده است. از قانون دوم فیک به عنوان معادله اصلی به منظور محاسبه ضریب پخش رطوبت مؤثر استفاده شده است. افزایش دماي هوا منجر به افزایش میزان پخش رطوبت مؤثر شده ولی سرعت هوا تأثیر عکس داشته است. پخش رطوبت مؤثر Deff محاسبه شده براي میوه سنجد در شرایط مختلف دمایی و سرعت هوا از - - 5.56×10−11 تا - - 3.18×10−10 تغییر پیدا کرده است. مقادیر انرژي فعال-سازي با استفاده از یک معادله آرهینوس بر مبناي رابطه بین دما و ضریب پخش مؤثر محاسبه گردید. مقادیر بدست آمده براي انرژي فعالسازي، از کمینه مقدار 48.18 kJ/mol در سرعت هواي 1.5 m/s تا بیشینه مقدارkJ/mol 63.83 در سرعت هواي 0.5 m/s متغیر بوده است. با توجه به نتایج، مقادیر بدست آمده براي انرژي کل و مخصوص مورد نیاز براي خشک کردن لایه نازك سنجد به ترتیب در دامنه - kWh - 16.34 -75.04 و - kWh/kg - 340.558 -1230.366 قرار داشته است. کمترین زمان مورد نیاز براي خشک کردن در شرایط خشک شدن دماي 70 0C و سرعت هواي 0.5 m/s و بیشترین مقدار آن در دماي 50 0C و سرعت هواي 1.5 m/s اتفاق افتاده است.
کلید واژه: سنجد، پخش رطوبت مؤثر، انرژي فعالسازي، انرژي مصرفی کل، انرژي مخصوص
-1 مقدمه
میوه سنجد یکی از محصولات باغی تولیدشده در مناطق شمال شرق و جنوب ایران میباشد که داراي سطح زیر کشت بیش از 2708/6 هزار هکتار و متوسط تولید 5443/45 تن در سال میباشد و بطورعمده به صورت خشک به بازار عرضه می گردد. برگ و گلهاي این گیاه به خاطر کاربردشان به عنوان داروي تببر در پزشکی سنتی مشهور میباشد.
برداشت و اجراي عملیات بعد از برداشت مناسب یک بخش کلیدي براي بدست آوردن بیشترین کیفیت محصول که ضامن بازارپسندي و سود بالا است می باشد . - Kashaninejad et al., 2007 - از فعالیتهاي پس از برداشت مرسوم میتوان، عملیات خشک کردن را نام برد. در کل، واژه خشک کردن به حذف بخش کوچکی از رطوبت نسبی از مواد جامد یا مجاورت مواد جامد از طریق تبخیر اشاره دارد که موجب تثبیت میکروبیولوژي، و افزایش دوره نگهداري مواد میگردد.
مصرف مقدار زیادي از انرژي در صنعت خشک کردن موجب می شود که خشک کردن به عنوان یک عمل انرژي گیر با اهمیت صنعتی زیاد محسوب شود - . - Sahin and Dincer, 2002 بنابراین، خواص فیزیکی و حرارتی محصولات کشاورزي مانند انتقال جرم و حرارت ،دیفیوژن، ضریب هدایت حرارتی، گرمایی ویژه و نرخ تبخیر، براي طراحی یک سسیستم جدید یا بهبود سیستمهاي موجود شناخته میشود.
خشککردن میوهها به مشخصات مربوط به انتقال جرم و حرارت در محصولی که خشک میشود، بستگی دارد. دانستن پخش رطوبت و دماي محصولات براي طراحی ، کنترل کیفی، انتخاب نوع انبار کردن مناسب و چگونگی جابجایی مناسب محصولات، لازم میباشد. منحنیهاي خشک شدن بدست آمده از آزمایشهاي خشککردن تحت شرایط کنترل-شده، اطلاعات مفیدي در رابطه با مکانیزم انتقال رطوبت و محاسبه پخش رطوبت مؤثر تأمین مینماید. ضریب پخش یکی از مشخصههاي محصولات کشاورزي است و مقدار آن به شرایط داخل ماده بستگی دارد. پخش رطوبت مؤثر، همه مکانیزمهاي ممکن حرکت رطوبت در ماده مثل: پخش مایع، پخش بخار، پخش سطحی، جریان کاپیلاري و جریان هیدرودینامیکی را توصیف میکند. حرکت رطوبت که شامل پخش رطوبت در ماده جامد میباشد، داراي پیچیدهاي است. آگاهی از پخش رطوبت مؤثر براي طراحی و مدل سازي فرآیند انتقال جرم مثل: آبزدایی، جذب سطحی و دفع رطوبت در طول دوره انبارداري، لازم میباشد . - Rafiee et al.,2008 -
تحقیقات زیادي بر روي ضریب پخش رطوبت مؤثر، انرژي فعالسازي، انرژي مصرفی و ارزیابی تأثیر شرایط مختلف خشک کردن در خشک کردن لایه نازك سبزيها و میوههاي مختلف انجام شدهاست مثل زرشک -
- al.,2008، انگور - Pahlavanzadeh et al., 2001 - ، انگور بدون دانه - Doymaz and Pala, 2005 - ، ذرت - Doymaz and Pala, - 2003، کدو تنبل تکهشده - Doymaz, 2006 - ، آلو - Goyal et al. , 2007 - ، انگور سیاه تیمار شده با محلولهاي مختلف - Doymaz, 2005 - ، فندق - Ozdemir and Devres, 1999 - ، شلتوك برنج - Basunia and Abe, 2001 - و کیوي - Simal et al.,. - 2006 با این وجود، تا کنون تحقیقی در رابطه با محاسبه ضریب پخش مؤثر، انرژي فعالسازي و انرژي مصرفی میوه سنجد صورت نگرفتهاست.
اهداف این تحقیق عبارتند از: محاسبه ضریب پخش مؤثر، انرژي فعالسازي و انرژي مصرفی میوه سنجد در شرایط خشک کردن لایه نازك، بررسی تأثیر دما و سرعت هوا بر میزان ضریب پخش مؤثر، انرژي فعالسازي و انرژي مصرفی و ارائه روابط بر اساس دما و سرعت هوا براي ضریب پخش مؤثر، انرژي فعالسازي و انرژي مصرفی.
-2 مواد و روشها
-1-2 آمادهسازي نمونهها و شرایط خشک کردن
سنجدهاي تازه برداشت شده - elaeagnus angustifolia - از بازارهاي محلی در منطقه مایوان واقع در استان خراسان شمالی خریداري شده است. مواد درون یخچال در دماي +5°C نگهداري شده است. به منظور انجام آزمایشها از میوه-هاي سنجد با اشکال و ابعاد یکنواخت استفاده شده است و میوههاي چروکیده و آسیب خورده به صورت دستی جدا شده است. محتوي رطوبتی اولیه میوههاي سنجد به روش آون محاسبه شده است. میزان رطوبت اولیه میوه سنجد پس از انجام آزمایشات %24 - w.b - ، محاسبه گردید. شرایط خشک کردن در این تحقیق در سه سطح دمایی 50 - و 60، - 70°C
و سه سطح سرعت هواي خشک کن - 0.5، 1 و - 1.5 m/s در نظر گرفته شده است.
-2-2 تجهیزات آزمایشگاهی
یک خشک کن هواي داغ آزمایشگاهی با محفظه ثابت - آزمایشگاه گروه مکانیک ماشینهاي کشاورزي دانشکده کشاورزي دانشگاه تربیت مدرس - براي آزمایشات مورد استفاده قرار گرفت. - . بخشهاي اصلی سیستم خشک کن عبارتند از یک دمنده گریز ازمرکز، محفظه گرم کننده هوا - 1.5 kW - ، محفظه خشک کن، سیستم کنترل، اینورتور* و سبد خشک کردن.
دماي هوا توسط کنترل کننده اتوماتیک با دقت ±0.1 کنترل می شد. سرعت هوا در مقادیر ذکر شده 0.5 - ، 1 و - 1.5 m/s با دقت ±0.01m/s با استفاده از یک اینورتر کنترل می شد. براي ثابت نگهداشتن سرعت هوا از یک اینورتور که روي موتور دمنده عمل می کرد - 1.5کیلووات - استفاده می شد. جهت هوا روي نمونه ها عمودي بوده و نمونه هاي خشک شده هر یک ساعت بوسیله یک ترازوي دقیق با دقت 0.01 gr وزن می شد. وزن نمونه هاي مورد استفاده در آزمایشات 100گرم انتخاب شدند. آزمایشات تا موقعی که رطوبت گردوها به 0.3 - kg water/kg dry matter - بر پایه تر برسد، ادامه یافتند. یک کنترل کننده دما ، دمایی هوا در محفظه خشک کن را با دقت ±0.1°C کنترل می کرد. قبل از انجام آزمایشات ، براي رسیدن به شرایط پایدار خشک کن نیم ساعت روشن می شد.
3-2 اصول نظري
پخش رطوبت مؤثر به عنوان یکی از ویژگیهاي یک ماده غذایی است که به صورت خاصیت انتقال جرم رطوبتی ذاتی تعریف میشود و شامل انتشار مولکولی، انتشار مایعی، انتشار بخاري، جریان هیدرودینامیک و دیگر مکانیزمهاي انتقال جرم ممکن میباشد . - Karathanos et al., 1990 and Srinivasa, 2007 - ترسیم لگاریتم طبیعی نسبت رطوبت در مقابل زمان خشک شدن اثبات میکند که همه منحنیها در همه جا داراي ذات غیر خطی بوده و این موضوع در تمامی شرایط خشک کردن مطالعه شده صادق میباشد. این غیر خطی بودن در روابط ممکن است به علت فرضهایی از قبیل توزیع یکنواخت رطوبت اولیه، صرف نظر از چروکیدگی در محصولات، پخش یکنواخت رطوبت درون جرم نمونه، انتقال جرم متقارن نسبت به مرکز، صرف نظر از مقاومت سطح نمونه در برابر انتقال در مقایسه با مقاومت داخلی آن و فرض اینکه انتقال جرم تنها به صورت دیفیوژن صورت میگیرد، که به دور از واقعیت در نظر گرفته شدهاند - Karathanos et al.,
