بخشی از مقاله
چکیده:
برای خشک کردن آب میوه و تبدیل آن به پودر از خشککن های پاششی استفاده میگردد. در این تحقیق از یک خشککن پاششی نیمه صنعتی با جداره سرد با حداکثر ظرفیت خوراک 20 کیلو گرم بر ساعت استفاده گردید و بهمنظور توزیع یکنواخت هوا در محفظه خشککن از صفحه سوراخ دار ساده که مستقیماً در انتهای کانال انتقال هوای گرم و در مدخل ورودی هوا به خشککن نصب شده استفاده شده است. برای یکنواختی پاشش قطرات خوراک با ظرفیت کم در خشککن از نازل دوسیال استفاده شد.
با توجه به ظرفیت خشککن، نازل دو سیال انتخابی دارای حداکثر ظرفیت 0/8 لیتر در دقیقه با حداکثر فشار 3 بار خوراک بوده و شرایط حداکثر دبی و فشار هوا در آن بهترتیب 0/16 متر مکعب در دقیقه و 7 بار میباشند و با توجه به شرایط نازل، پمپ و کمپرسور مناسب تعیین میشود. پمپ از نوع جابه جایی مثبت با حداکثر ظرفیت 50 لیتر در ساعت و کمپرسور با ظرفیت 250 لیتر در دقیقه میباشد. لولههای رابط از وسط کانال ورودی هوای گرم وارد محفظه خشککن میشوند.
توسط خشککن پاششی با نازل دوسیال نسبت به تولید پودر آب میوه اقدام شد. با افزایش دمای هوای ورودی خشککن و کاهش خوراک، عملکرد خشککن کاهش یافت. خواص فیزیکی پودر با افزایش دما تحت تاثیر قرار گرفته به گونهای که با افزایش دمای خشککن حلالیت کاهش می یابد. افزایش دمای هوای ورودی و کاهش میزان خوراک باعث تولید ذرات با قطر بزرگتر میگردد.
مقدمه:
همه ساله درصد قابل توجهی از محصولات کشاورزی و باغی تولید شده در کشور به دلیل عدم وجود سیستم فرآوری و تبدیل مناسب، فاسد و ضایع می شوند ». خشک کردن « یکی از بهترین، ساده ترین و منطقی ترین روش هایی است که به کمک آن می توان ضایعات این محصولات ارزشمندرا به شدت کاهش داد و از آنها محصولاتی با ارزش افزوده قابل توجه و بعضاً صادراتی تولید نمود.
منظور از فرآیند خشککردن پاششی، در واقع تبدیل قطرات ریز به ذرات پودر خشک در تماس با هوای گرم است. در همین رابطه تبخیر سریع باعث میشود تا دمای قطره در یک سطح کم باقی بماند در نتیجه افزایش دمای هوای خشککن به میزان قابل ملاحظهای به داخل محیط خشککن امکان پذیر میگردد. زمان عملیات در خشککنهای پاششی در مقایسه با دیگر فرآیندهای خشک کردن بسیار کوتاه بوده به طوری که در یک پایلوت خشککن پاششی متوسط زمان ماندگاری حدود 10 ثانیه است
در همین رابظه مهمترین عوامل درانتخاب اولیه خشک کن، خواص فیزیکی مادهای است که باید روی آن عملیات صورت گیرد، خواص مربوط به خشک شدن ماده مورد نظر، جریان ورود مواد به خشک کن و از خشک کن در هنگام خروج، کیفیت محصول در خشک کن صنعتی، مشکلات جداسازی و امکانات موجود در سایت برای نصب خشک کن می باشد .[2] بدیهی است که خشک کردن مایعات به کمک خشککن پاششی، تحت تاثیر الگوی جریان سیال در محیط خشککن میباشد. هندسه پیچیده بسیاری از تجهیزات خشککن، حل تحلیلی این معادلات را غیرممکن ساخته اما حل عددی آنها امکان پذیر است
مدلسازی خشکشدن قطرات در خشککن پاششی با نازل فشاری در جریان پایا و گذرا با هندسه سهبعدی و دو بعدی و مدل آشفتگی k-standard با استفاده از نرمافزار فلوئنت در سال 2009 توسط مزریچر و همکاران [4] انجام شد. نتایج به دست آمده حاکی از این بود که مدلهای دو بعدی میتوانند به منظور حل سریعتر و کمبود منابع محاسباتی استفاده شوند ولی با کمی اشکال همراه باشند. مدل سهبعدی میتواند پیشگویی نامتقارن مسیر جریان و تهیه عکسهای سهبعدی واقعی، از مسیر ذرات را به خوبی انجام دهد، اما نیازمند هزینه و زمان محاسباتی بالایی میباشد. کنترل نشست پودر در خشککن پاششی به روش دینامیک سیالات محاسباتی و آزمایشگاهی، توسط وو و همکاران [5] بررسی شد.
نتایج نشان داد که دیواره با انرژی پایینتر نشست شیشهای ذرات را کاهش میدهد. در حالی که پیشگویی تاریخچه ذرات میتواند آگاهی در خصوص رفتار خشکشدن بر اساس دمای ذرات، زمان ماندگاری بر اساس مسیر، و بازیابی محصول نهایی مبنی بر جایگاه برخورد را به همراه داشته باشد .[6] یاری و همکاران [7] به مطالعه دستگاه خشککن پاششی نیمه صنعتی - پیلوت - بلند با نازل فشاری دو سیال به روش دینامیک سیالات محاسباتی پرداختند. مدل الگوی جریان هوا نشانگر وجود یک هسته مرکزی پر سرعت بوده که به سمت پایین محفظه خشککن گسترش می یابد و در اطراف هسته مرکزی، گردابههایی ایجاد می کند که باعث برگشت ذرات به طرف بالای برج خشککن می شود.
روستاپور و همکاران [8] نسبت به مدل سازی عددی جریان هوای فشرده درنازل دو سیال خشککن پاششی اقدام نمودند. در این مطالعه جریان هوای فشرده در یک نازل دوسیال به روش دینامیک سیالات محاسباتی و به صورت سه بعدی شبیه سازی شد. مدل الگوی جریان هوا نشانگر وجود چرخش با گردابههای بیضوی درون نازل میباشد و تمامی ذرات دارای یک مولفه چرخشی و یک مولفه محوری به سمت خروجی میباشند.
در تحقیقی دیگر روستاپور و همکاران [9] مدلسازی عددی جریان در خشککن پاششی دو جداره نیمهصنعتی و تعیین الگوی انتقال حرارت در دیواره به روش دینامیک سیال محاسباتی را مورد مطالعه قرار دادهاند. بر اساس نتایج حاصل از مدلسازی عددی، الگوی جریان هوا شامل یک هسته مرکزی پر سرعت بوده که به سمت پایین محفظه خشککن گسترش مییابد.
در اطراف هسته مرکزی گردابههایی ایجاد میشود که باعث برگشت ذرات به طرف بالای برج خشککن خواهد شد. روستاپور و همکاران [10] در پزوهشی نازل دو سیال را به منظور ایجاد قطرات ریز و یکنواخت در محدوده وسیعی از دبی در خشک کن پاششی به کار گرفتهاند. در این مطالعه جریان هوای فشرده در یک نازل فشاری دو سیال به روش دینامیک سیالات محاسباتی و به صورت سه بعدی شبیه سازی شده است. جریان هوای فشرده در داخل نازل شامل یک هسته مرکزی کم سرعت بوده که جریا نهای گرداب های پر سرعت در اطراف آن در جریان هستند.
در نهایت ذرات به صورت یک مخروط تو خالی و دارای جریان چرخشی به طور کاملا یکنواخت از نازل خارج می گردند. فشار هوادر نازل در ناحیه مرکزی کاهش می یابد. همچنین در دهانه خروجی به علت تنگ شدن مسیر، افت فشار ایجاد خواهد شد. طی تحقیقی خشک کن پاششی در صنعت آب میوه جهت برطرف سازی مشکل چسبندگی و برخی عوامل موثر بر خواص محصول مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان میدهد که چسبندگی ناشی از وجود قندها و اسیدهای آلی با وزن مولکولی کم و دمای انتقال شیشه ای پائین می باشد
هدف از تحقیق حاضر مجهز نمودن خشککن پاششی با نازل دوسیال و صفحه توزیع هوا و انجام آزمایشها به منظور دستیابی به فنآوری تولید پودر آب میوه میباشد. در این راستا تاثیر پارامترهای خشککن شامل دمای هوا و میزان تغذیه بر خواص فیزیکی و توزیع ذرات پودر و ایزوترمهای شرایط انبارداری پودر بررسی و تعیین خواهند شد.
