بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به ضایعات فراوان برنج در حین تبدیل و هدر رفت منابع ملی اهمیت استفاده از تکنیک پاربویلینگ بعنوان یک روش برای کاستن ضایعات برنج مورد توجه است. در این تحقیق یک مجموعه آزمایشگاهی پاربویلینگ برنج با در نظرگرفتن روشهای متداول پاربویلینگ برنج در نرم افزار 3DsMAX طراحی وسپس ساخته شد. برای ارزیابی عملکرد این مجموعه آزمایشگاهی پاربویلینگ ضریب تبدیل دانههای برنج تبدیل شده در آزمونی در قالب طرح بلوکهای کاملا تصادفی در پنج سطح در زمان خیساندن 1، 2، 4، 6 و 8 ساعت و دو سطح بخاردهی با بخار دارای فشار اتمسفری و 4 اتمسفر مورد بررسی و در نرم افزار SPSS مورد تحلیل قرار گرفت.
بر اساس نتایج بدست آمده مجموعه آزمایشگاهی پاربویلینگ طراحی شده قادر به تامین شرایط خیساندن و بخاردهی با الگو و ثبات مناسب و همچنین تاثیر زمان خیساندن و فشار بخاردهی در ضریب تبدیل و تاثیر ترکیب آنها در افزایش ضریب تبدیل به ترتیب سطح 1در صد و 5 درصد معنا دار بود.
ضریب تبدیل با افزایش زمان خیساندن و افزایش فشار بخاردهی بدلیل ژلاتینه شدن بیشتر در نتیجه مجاورت با آب گرم در زمان بیشتر و همچنین بخاردهی با بخار داغتر افزایش یافت. بالاترین ضریب تبدیل در این آزمون در تیمار با سطح مان خیساندن 8 ساعت و سطح فشار بخاردهی 4 اتمسفر - 75 درصد - بود. در این شرایط میزان ضایعات تبدیل به مقدار 29/8 درصد کاهش یافت. با توجه به نتایج این آزمون تمامی مراحل طراحی و ساخت و مونتاژ مجموعه پاربویلینگ مناسب بوده است.
مقدمه
برنج گیاهی یکی ساله از خانواده غلات است این محصول یکی از مهمترین محصولات کشاورزی است که بیش از 50 درصد از مردم جهان آن را بعنوان غذای اول خود انتخاب کرده اند و حدود %40 از کالری مصرفی مردم را تامین می کند - کاشانی نژاد و همکاران, . - 1386 تولید جهانی برنج 618 میلیون تن در سال ا ست که 90 در صد این مقدار در آ سیا بد ست می آید
تولید جهانی برنج حدود 618 میلیون تن می باشد که حدود % 50 آن پاربویل می شود. یکی از مشکلات اصلی کشت برنج ضایعات زیاد و مقدار بالای ضایعات آن در هنگام تبدیل است. سالانه در کشور به مقدار 3/6 میلیون تن برنج توسط شالیکاران برداشت میشود. که مقدار 850 هزار تن از آن بصورت برنج خرده به ضایعات تبدیل میشود
برنج خرده علاوه بر کیفیت نامطلوب تنها حداکثر 30 درصد قیمت برنج کامل را دارد - چابرا و همکاران،. - 1385 بنابراین علاوه بر کاهش تولید ک شور و هدر رفت منابع ملی موجب ضرر اقت صادی شالیکاران می شود. بنابراین استفاده از روشهایی که منجر به افزایش راندمان تبدیل میگردند ضروری به نظر میرسد. یکی از مهمترین و کارآمدترین روشهای کاهش ضایعات و افزایش راندمان تبدیل ا ستفاده از تکنیک پاربویلینگ یا نیم پز کردن برنج ا ست - لمبرت و همکاران, . - 2008 تکنیک پاربویلینگ یک فرایند هیدروترمال بوده که از سه مرحله خی ساندن - Soaking - بخاردهی - Steaming - و خشکاندن - drying - ت شکیل شده و در صنایع شالیکوبی قبل از فرآیند تبدیل قابلیت اجرایی دارد و هیچگونه ماده شیمیایی در آن استفاده نمیگردد
طی این فرآیند در اثر ژلاتینه شدن دانه برنج هوا از آن خارج شده و مولکول باز شده ن شا سته و پروتئین در این فرایند ف ضای خالی شکافها و شک ستگی آندوسپرم را پر میکنند. - چابرا و همکاران،. - 1385 در نتیجه مقاومت شلتوک در حین عملیات تبدیل افزایش یافته و از میزان ضایعات برنج کا سته می شود
با توجه به اهمیت اجرای این فرآیند در ک شور در جهت صنعتی شدن آن، مطالعه و برر سی در این زمینه برروی برنجهای بومی امری ضروری است. اما از یک سو عدم شباهت کامل فرآیندهایی که در آزمایشگاهها انجام شده با آنچه که در کارخانجات صورت می پذیرد باعث عدم اتکاپذیری نتایج حاصل از آزمایش ها و تعمیم آنها به کارخانجات می گردد و از طرفی دیگر حجم زیاد مخازن پاربویلنگ درکارخانجات، مطالعه و بررسی بیشتر و آزمون مقادیر مختلف زمان و دما و عوامل موثر دیگر در این فرآیند هزینههای هنگفت و گاه غیر قابل جبرانی را در بر خواهد داشت. بنابراین برای کاهش هزینههای آزمایش متغیرها با نمونه های کمتر و حداکثر شباهت فرآیند با آنچه که در صنعت امروز کشور و منطقه در حال استفاده است. ساخت یک مجموعه کوچک آزمایشگاهی با حداکثر شباهت با دستگاههای موجود و کارآیی و قابل اتکا بودن با نمونه های کمتر امری ضروری به نظر میرسد.
یوموقبای - 2013 - به تو سعه و تجهیز یک مجموعه سنتی پاربویلینگ در نیجریه پرداخت. محفظه این مجموعه که از یک درام ساخته شده از میان توسط یک صفحه مش به دو قسمت تقسیم شده است در قسمت فوقانی صفحه مش برنج و در قسمت تحتانی آن آب مورد نیاز برای بخاردهی وجود دارد. آنوپام روی و همکاران - 2013 - به طراحی و ساخت یک مجموعه آزمایشگاهی پاربویلینگ برنج به همراه مجموعه خ شککن پرداختند. این مجموعه از ا ستوانهای که از میان تو سط یک صفحه مش به دو ق سمت تق سیم شده ت شکیل شده است.
در قسمت فوقانی شلتوک برنج و در ق سمت تحتانی آن یک گرمکن الکتریکی و همچین لولههایی م سی برای عبور هواتعبیه شدند انرژی مورد نیاز برای گرم کردن آب و تولید بخار از طریق گرمکن الکتریکی تامین شده، همچنین جریان هوای ایجاد شده تو سط یک کمپر سور در لولههای م سی تعبیه شده در قسمت تحتانی مجموعه نیز توسط این گرمکن الکتریکی گرم شده تا از آن به منظور خشک کردن شلتوک پس از فرآیند پاربویلینگ در قسمت خشککن استفاده شود. جی بابو و همکاران - 2014 - نیز با تقسیم بندی یک استوانه توسط یک مش به دو قسمت اقدام به تجهیز و توسعه مجموعه های سنتی پاربویلینگ برنج در نیجریه پرداختند.
مواد و روش ها
برای طراحی و ساخت یک مجموعه پاربویلینگ ابتدا باید شرایطی را که انتظار میرود این مجموعه در پایان مرحله ساخت تامین کرد را بعنوان فرضیات اولیه مورد توجه قرار داد. فرضیات اولیه طراحی این مجموعه به شرح زیر است.
الف - این مجموعه باید بتواند فرآیندهای اصلی پاربویلینگ شامل بخاردهی و خیساندن را انجام دهد.
ب - توالی مراحل در این دستگاه شامل بخاردهی اولیه، خیساندن و بخاردهی ثانویه است که مخازن بخاردهی اولیه و خیساندن و بخاردهی ثانویه بصورت متوالی و در راستا بر روی یکدیگر قرار دارند.
ج - انرژی مورد نیاز برای تولید بخار توسط گاز شهری تامین میگردد و مولد بخار توانایی ذخیره سازی بخار آب تا 6ATM را دارا باشد.
د - انرژی مورد نیاز برای گرم کردن آب در مرحله خیساندن توسط انرژی الکتریکی تامین میگردد.
و - با توجه به اینکه یکی از اهداف هر پژوهش کاربردی بودن دادههای آن است به منظور کاربردی بودن و تعمیم داده ها و قابلیت تعمیم داده ها به صنایع مرتبط، این مجموعه و توالی مراحل و شرایط پاربویلینگ آن بای ست همانند مجموعه های پاربویلینگ در کارخانجات متداول حال حا ضر در ک شور و منطقه ساخته شده و نقایص آنها در این مجموعه ا صلاح شود. بدین منظور از کارخانجات تبدیل برنج در شهر ستان بابل، بابلسر و ساری بازدید بعمل آمد و طراحی مجموعه همانند این مجموعهها صورت پذیرفت.
ه - حداکثر ظرفیت دستگاه تا 5 کیلوگرم برنج باشد اما قادر باشد تا مقادیر نمونه های کمتر را هم در آن مورد آزمون قرار دهد.
ی - اندازه دستگاه و مقدار انرژی مورد نیازآن بنحوی باشد که بتوان از این دستگاه در آزمایشگاه ها متداول استفاده نمود.
با توجه به فرضیات اولیه بیان شده مجموعه پاربویلینگی بصورت شماتیک در نرم افزار اتوکد رسم شد. در این طرح شماتیک طرح اولیه توالی فرایند پاربویلینگ بصورت شماتیک نشان داده شده است.
پس از بررسی فرضیات اولیه و طراحی شماتیک، مجموعه آزمایشگاهی پاربویلینگ توسط نرم افزار 3DsMAX طراحی و سپس ساخته شد.
محاسبات طراحی و ساخت
عملکرد مناسب یک دستگاه همواره به انتخاب مناسب قطعات به منظور کارایی مناسب آنها در راستای هدف تعیین شده بستگی دارد. به منظور دستیابی به این هدف قطعات یک دستگاه باید طوری انتخاب و یا مونتاژ گردند تا علاوه بر تامین تمامی نیازهای آن دستگاه، تامین قطعات، طراحی، مونتاژ و در صورت لزوم تعمیر یا تعویض آنها نیز امکان پذیر و راحت باشد.
