بخشی از مقاله
چگونگی خشک کردن غلات در دستگاه بستر سیال آزمایشگاهی
چکیده :
هدف اصلی در خشک کردن محصولات غذایی، حذف رطوبت از ماده تا میزان مطلوب می باشد که در آن فساد میکروبی و شیمیایی به حداقل برسد. معمولاً این حذف رطوبت در حضور حرارت صورت می گیرد . به دلیل معایب خشک کردن به روش سنتی و هزینه های بالای ماشین آلات خشک کن و مزایای خشک کن بستر سیال ازجمله سرعت خشک شدن بالا و مناسب برای مواد حساس به دما ، توانسته جایگاه ویژه ای به خود درصنایع غذایی اختصاص دهد .
در این مقاله از یک خشک کن بستر سیال جهت خشک کردن دانه های ارزن و بررسی زمان خشک شدن بر اساس تغییرات میزان رطوبت ارزن ، جرم ارزن و سرعت هوای ورودی مورد بررسی قرار گرفته است .
زمان خشک شدن با افزایش جرم خشک ارزن به صورت خطی افزایش وبا افزایش رطوبت به صورت غیر خطی افزایش وبا افزایش سرعت هوای خروجی به صورت غیر خطی کاهش می یابد .
واژه های کلیدی : خشک کن بستر سیال ، ارزن
مقدمه :
خشک کردن، مرحله مهمی در صنایع غذایی و شیمیایی می باشد. هدف اصلی در خشک کردن محصولات غذایی، حذف رطوبت از ماده تا میزان مطلوب می باشد که در آن فساد میکروبی و شیمیایی به حداقل برسد. معمولاً این حذف رطوبت در حضور حرارت صورت می گیرد. محصولات خشک شده، فضای کمتری را اشغال کرده و هزینه های مربوط به بسته بندی، نگهداری و حمل و نقل کاهش می یابد. امروزه طیف وسیعی از محصولات خشک شده در دسترس بوده و مصرف آن در حال افزایش می باشد. خشک کردن محصولات تحت تابش مستقیم خورشید، روش سنتی بوده که همچنان حتی برای محصولات با تناژ بالا نیز استفاده می شود. دلیل اصلی استفاده از این روش، هزینه بسیار کم آن می باشد؛ اما این روش معایبی نیز دارد، زیرا محصولات در معرض محیطی با گرد و غبار، حیوانات و پرندگان قرار می گیرند. دو نوع سنتی، زمان خشک شدن بسیار طولانی بوده و کیفیت محصولات خشک شده همچون رنگ، ماندگاری، محتوای مواد مغذی، طعم و بو کاهش می یابد. از طرف دیگر خرید دستگاه ها و ماشین آلات خشک کن هزینه های جاری آن که معمولاً تامین سوخت بوده بالا می باشد.
در صنایع غذایی خشک کن های متفاوتی مانند کابینتی، تونلی، دوار و ... استفاده می شود. اما در بعضی از این موارد زمان خشک شدن طولانی بوده و باعث آسیب رساندن به بافت مواد می شود. در خشک کن بستر سیال به دلیل نرخ بالای انتقال حرارت و جرم، سرعت خشک شدن بالا بوده و برای مواد حساس به دما مناسب می باشد.
خشک کن های بستر سیال برای خشک کردن جامدات، مواد گرانولی، سوسپانسیون ها و دیگر مواد در صنایع غذایی، دارویی و شیمیایی به صورت صنعتی در حال استفاده می باشند. نوع و کارکرد خشک کن های بستر سیال برای هر ماده متفاوت از دیگری می باشد. به همین دلیل، بیش از ده ها نوع خشک کن بستر سیال اعم از خشک کن بستر سیال ناپیوسته، ارتعاشی، همزن دار، فواره ای، Well - mixed، Rlug و ... طراحی شده و در صنایع مختلف کاربرد دارند
خشک کن های بستر سیال با انرژی الکتریسیته انرژی حاصل از سوخت های فسیلی و همچنین انرژی خورشیدی کار می کنند.
جهت بهینه سازی یک فرایند بستر سیال تخلخل ساختمانی ذرات جامد فاکتور بسیار مهمی است، که در خواص منتقل شده به ذرات اثر دارد و نسبت به مایعات و گازها متفاوت می باشد. نفوذ گازها متناسب با خلاءهای زیاد ماده افزایش می یابد. کیفیت مواد حاصل همچنین به زمان غوطه وری ذرات در سیال و ماده ای که به عنوان سیال مواد در آن غوطه ور می شوند، بستگی دارد.
به طور کلی پدیده خشک شدن در بستر سیال به پارامترهای متعددی مانند، قطر، جنس، تخلخل و ماهیت ذرات، ارتفاع بستر، جنس، سرعت و دمای گاز ورودی و میزان رطوبت هوا بستگی دارد.
در این پروژه به عنوان نمونه از یک خشک کن بستر شناور به منظور خشک کردن دانه های ارزن و بررسی تعدادی از پارامترهای فوق به روی آن ها می باشد.
(1 بررسی دستگاه آزمایش
1-1 خشک کن:
در این مقاله از یک خشک کن بستر شناور که در شکل 1-2 نشان داده شده است استفاده شد. در خشک کن مورد نظر بارایی قسمتی بود که کار فیلتر برای جلوگیری از خروج ذرات جامد را انجام می داد و قسمت خروجی هوا دایره ای به قطر 3 cm قرار داشت.
شکل 1-1 دیاگرام یک خشک کن بسته سیال
جدول 1-1 خصوصیات خشک کن
2-1 مواد خشک شونده:
از دانه های ارزن برای خشک کردن وبررسی استفاده شده است .البته برای ایجاد رطوبت در آزمایش به آن ها به اندازه ی مشخصی آب افزوده شده است تا بتوانیم مقادیر مختلفی از رطوبت را تجربه کنیم.
3-1 هوای ورودی:
هوای ورودی بستر جهت گرم کردن ذرات توسط یک کمپرسور تامین شد و جهت گرم کردن هوا با عبور از یک پیش گرمکن با توان 500w هوای گرم پس از برخورد به توری و ثابت شدن سرعت وارد بستر سیال می شود. برای کنترل دمای هوا ورودی از دیمر استفاده شد.
4-1 تجهیزات اندازه گیری
1-4-1 اندازه گیری دما:
برای اندازه گیری دمای گازهای درون بستر و همچنین ذرات معقل داخل بستر از ترموکوپل استفاده شد و با استفاده از این ترموکوپلها امکان اندازه گیری دمای گاز در نقاط مختلف بستر فراهم است . که یکی از ترموکوپلها دقیقا در بالای سیلان ذرات قرار دارد و دیگری در دیواره ی استونه درون سیلان ذرات تعبیه گردید.
2-4-1 اندازه گیری جریان هوا:
برای محاسبه ی جریان هوای ورودی به بستر از آنومتر دیجیتالی استفاده شده است که این آنومتر سرعت هوای خروجی در سطح مقطع دایره ای با نظر 3cm را نشان می دهد که با در نظر گرفتن اینکه دبی ورودی و خروجی یکسان است می توان سرعت هوای ورودی را به دست آورد.
3-4-1 اندازه گیری رطوبت:
رطوبت ذرات با مقایسه ی وزن آنها با حالت خشک اولیه که قبل از آزمایش بدست آمده است امکان پذیر است. یک ترازوی دیجیتالی به این منظور مورد استفاده قرار می گیرد.
5-1 مکانیزم خشک شدن:
در فرایند خشک شدن با استفاده از ستون بستر سیال ذرات جامد در اثر عبور جریان گاز داغ از میان بستر ذرات جامد خشک می شوند. گاز داغ نقش انتقال حرارت به ذرات و انتقال بخارات حاصله به بیرون از بستر را به عهده دارد. دمای گاز ورودی در تماس با ذرات خیس کاهش می یابد.
فرایند خشک شدن در بستر سیال دو مرحله مجزا دارد. در مرحله اول جامدات با نرخ ثابتی شروع به خشک شدن می کنند، تا رطوبت آن ها به رطوبت بحرانی برسد. این ناحیه، ناحیه خشک شدن با نرخ ثابت می باشد. سپس نرخ انتقال حرارت کاهش می یابد تا به صفر برسد و این هنگامی است که مواد کاملا خشک شده اند.
(2روش انجام آزمایش و داده های آن
با تغییر پارامترهای رطوبت ، سرعت هوای ورودی و جرم مواد خشک شونده به صورت جداگانه ، تاثیر آن بر روی زمان خشک شدن غلات مورد بررسی قرار گرفت و نتایج بدست آمده به صورت نمودار ترسیم گردیده است .
1-2 تغییرات رطوبت درون دستگاه (تغییرات وزن تر ارزن)
در این قسمت وزن خشک ارزن 143g، تغییرات دما بین 62 c یا 42 c سرعت خروجی m⁄s 3/3 در نظر گرفته شد. جدول داده های آن در زیر آورده شده است.
جدول 1-2 داده های آزمایش تغییرات رطوبت
