خشک کن ها و خشک کردن محصولات کشاورزی

خشک کن ها در محصولات کشاورزی

فصل دوم. 8

2-1-1- طبقه‌بندي خشك‌كن‌ها بر اساس محل استفاده. 8

2-1-1-1-خشک کن هاي خارج مزرعه‌اي… 9

2-1-1-2-خشک کن ها ي داخل مزرعه‌اي… 9

2-1-2- طبقه‌بندي خشک کن ها بر اساس نحوه تأمين حرارت… 9

2-1-2-1-خشك‌كن‌هاي با دماي نزديك به هواي محيط و دماي پايين.. 10

2-1-2-2- خشك‌كن‌هاي با درجه حرارت بالا.. 10

الف) خشك‌كن‌هاي مخزني (توده ای) 10

ب) خشك‌كن‌هاي پيوسته. 12

2-ب-1-خشك‌كن‌هاي جريان متقاطع.. 13

2-ب-2- خشك‌كن‌هاي جريان مخالف… 13

2-ب-3- خشك‌كن‌هاي جريان همسو. 13

2-ب-4- خشك‌كن‌هاي جريان مختلط… 14

ج) خشک کن هاي چرخه‌اي… 19

2-2- خشک کن های نوین.. 19

2-2-1- خشك كردن با ميكروويو. 19

2-2-2- خشك كردن صوتي.. 20

2-2-3- خشك كردن با پرتو زير قرمز. 20

2-2-4- آب زدايي به روش ميدان الكتريكي و مغناطيسي.. 22

2-2-5- خشک کردن به روش بخار مافوق داغ. 22

2-2-6- خشک کردن اسمزی… 23

2-2-7- خشک کردن پفكي.. 24

2-2-8- خشک کن های انجمادی… 25

2-2-9- خشک کن های پاششی.. 25

2-2-9- خشک کن بستر سیال.. 26

2-2-10- خشک کن های فواره ای… 28

2-2-11- خشک کن های ترکیبی.. 29

2-3- تئوری خشک کردن.. 35

2-4- دسته‌بندي رطوبت موجود در دانه. 38

2-4-1 رطوبت آزاد: 38

2-4-2- رطوبت غير پيوندي: 38

2-4-3- رطوبت پيوندي: 38

2-5- ويژگيهاي هواي خشك‌كننده: 38

1فشار بخار: 39

رطوبت نسبي: 39

نسبت رطوبتی: 39

درجه حرارت خشك: 39

دماي نقطه شبنم: 40

درجه حرارت تر: 40

حجم مخصوص: 40

آنتالپي: 40

2-6- مراحل مختلف فرایند خشک کردن.. 41

2-6-1- مرحله با نرخ ثابت… 41

2-7- روشهاي خشك كردن.. 44

2-7-1- خشك‌كردن به روش لايه نازك… 44

2-7-1-1- روش تئوری… 44

2-7-1-1-1-انواع شکل های دانه ها برای شبیه سازی… 46

الف) صفحه تخت نامحدود. 46

ب) کره. 47

ج) استوانه با طول بی نهایت… 48

د) متوازی السطوح مستطیلی.. 48

2-7-1-2- روش تجربی و نیمه تجربی.. 49

2-7-2- خشك‌كردن به روش لايه ضخيم.. 52

2-7-2-1- مدل بستر ضخیم.. 52

2-7-2-2- مدل جریان مخالف… 53

2-7-2-3- روش دینامیک سیالات محاسباتی: (CFD) 54

2-7-2-3-1- روابط ریاضی.. 55

2-7-2-3-2- رژیم های جریان چندفازی… 56

2-7-2-3-3-انتخاب یک مدل چند فازی… 58

الف)دیدگاه اویلر- اویلر. 58

الف-1- مدل حجم سیال.. 59

الف-2- مدل مخلوط… 59

الف-3- مدل اویلری… 59

ب- راهنمای انتخاب میان مدل های مخلوط و اویلری… 60

2-7-2-3-4- معادلات بقا در مدل اویلری… 61

2-7-2-3-6- روش حل مسائل بر اساس C F D.. 75

الف- روش حل بر اساس فشار. 75

ب- روش حل بر مبنای دانسیته. 78

2-7-2-4- تحلیل ابعادی… 80

2-7-2-4-1-تئوری π.. 83

2-7-2-4-2- مراحل ایجاد معادله بی بعد بر اساس تحلیل ابعادی… 85

منابع

انواع خشک کن ها

خشک کن ها را به روشهاي متعددي مي‌توان دسته‌بندي نمود بعضي از اين روشها به شرح زير مي‌باشند:

طبقه‌بندي خشك‌كن‌ها بر اساس محل استفاده

بر اين اساس خشک کن ها را در دو طبقه دسته بندي مي‌كنند(Brooker et al., 1992) .

خشك‌كن‌هاي خارج مزرعه‌اي

اين خشک کن ها با ظرفيت‌هاي بالا (معمولا بيشتر از 10 تن برساعت) و با درجه حرارت هاي بالا در كارگاه‌ها و كارخانه‌ها بكار گرفته مي‌شوند. اين نوع دستگاه‌ها از فن‌آوري پيچيده‌اي برخوردار بوده و نياز به سرمايه‌گذاري اوليه زيادي دارند.

خشك‌كن‌هاي داخل مزرعه‌اي

اين خشک کن ها معمولاً در ظرفيت‌هاي كمتر و با درجه حرارت‌هاي پايين قادرند محصولي با كيفيت خوب تحويل دهند. هزينه اوليه اين نوع دستگاه‌ها نسبتاً پايين مي‌باشد. عملكرد اين نوع دستگاه‌ها معمولاً كمتر از 10 تن بر ساعت در نظر گرفته مي‌شود و در آنها بيشتر از سوختهاي فسيلي جهت گرم‌ كردن هواي خشك‌كننده استفاده مي‌شود.

خشك‌كردن محصولات عمدتاً به صورت توده‌اي (انباشته) در انبارهاي مخصوص انجام مي‌شود. دماي هواي خشك‌كننده در اين نوع خشك‌كن‌ها كمتر از 60 درجه سلسیوس مي‌باشد. بسته به نوع محصول،‌ خشك‌كردن مي‌تواند تك مرحله‌اي يا دو مرحله‌اي همراه با خنك كردن باشد. دانه هایی كه با این روش خشك مي‌شوند، به دلیل تنش‌هاي ناچيز حرارتي و رطوبتي كه به محصول وارد مي‌آيد، قابليت استفاده به صورت بذري را نيز دارند. زيرا گياهك دانه در اين دستگاه‌ها صدمه نمي‌بيند. اين نوع خشك‌كن‌ها در دو مدل ثابت و سيار عرضه مي‌شوند. انواع سيار را مي‌توان توسط تراكتور از مزرعه‌اي به مزرعه ديگر حمل نمود.

طبقه‌بندي خشک کن ها بر اساس نحوه تأمين حرارت

خشك‌كن‌ها بر اساس نحوه تأمين حرارت مورد نیاز برای خشك‌شدن به سه گروه تقسيم مي‌شوند (زمرديان، 1387). خشك‌كن‌هاي با دماي نزديك به هواي محيط كه دماي هواي خشك‌كن 1 تا ˚C 5 از هواي محيط بالاتر است. انرژي لازم براي اين افزايش دما از اصطكاك فن و محل قرارگيري موتور حاصل مي‌شود. خشك‌كن‌هاي با دماي پايين، خشك‌كن‌هايي هستند كه از يك منبع خارجي براي افزايش دماي هوا از  5 تا˚C  15 استفاده مي‌كنند. خشك‌كن‌هاي با دماي بالا كه دماي هواي خشك‌كن 50 تا   ˚C200 است. دماي هواي خشك‌كننده در اين نوع خشك‌كن‌ها بستگي به رطوبت اوليه غلات و استفاده‌اي كه در نهايت از آنها خواهد شد، دارد.

خشك‌كن‌هاي با دماي نزديك به هواي محيط و دماي پايين

اجزاي اصلي اين خشك‌كن‌ها عبارتند از: يك مخزن دربرگيرنده محصول، محفظه آرام كننده، سینی سوراخ‌داری که هوا از طريق آن وارد محصول شود، فن به منظور ايجاد جابجايي اجباري هوا و يك يا چند هواكش جهت خارج شدن هوا. در اين نوع از خشك‌كن‌ها، رطوبت محصول با استفاده از تهويه مداوم با رطوبت نسبي هواي خشك‌كننده به تعادل مي‌رسد. در اين خشك‌كن‌ها مي‌توان محصولاتي با لايه‌هاي ضخيم را خشك‌كرده و همچنین عمل خشك‌كردن را در جايي كه محصول انبار مي‌شود، انجام داد كه اين كار به نوبه خود هزينه حمل و نقل و جابجايي مواد را پايين مي‌آورد.

خشک کن های نوین

البته امروزه فن آوری های نوینی برای خشک کردن میوه ها، مواد غذایی و محصولات کشاورزی ابداع شده است که مختصراً به آنها اشاره می شود:

خشك كردن با ميكروويو

امواج راديويي با بسامد بالا تا 30000  مگاهرتز مي تواند در این نوع خشك كردن به كار گرفته شود. يك  ژنراتور بسامد بالا موج ها را به درون يك آون كه براي جلوگيري از عبور موج ها طراحي شده است مي فرستد. طول موج گزيده شده به گونه اي است كه از عبور و نفوذ آنها به داخل ماده‌ي غذايي اطمينان به دست آيد.  افزون بر اين ميزان نفوذ تحت تأثير عمق و نوع مواد در معرض موج قرار مي گيرد. هر ماده اي بايد به طور جداگانه مورد آزمايش و محاسبه قرار گيرد تا طول موج مناسب براي خشك كردن آن شناخته شود.

چنانچه انرژي امواج به داخل ماده وارد شود مولكولهاي ماده سعي مي كنند در جهت ميدان الكتريكي اعمال شده آرايش بگيرند. سپس در حول محور خود شروع به نوسان مي كنند و انرژي موج ها به انرژي  حرارتي تبديل مي شود. حرارت توليد شده موجب خشك شدن ماده غذايي مي گردد. نوع طراحي  اتاقك  خشك كن كه مانع عبور موج ها و فرار آنها مي گردد، باعث مي شود كه موج‌ها پس از بازتاب هاي  متوالي بر روي ديواره هاي محفظه به طوركامل جذب ماده ي در حال خشك شدن گردد.

در اين روش  سرعت خشك شدن  به طور قابل توجهي  افزايش مي يابد. به دليل آن كه موج ها بايد از ماده غذايي عبور كنند تا بتواند نقاط دروني آن را خشك كند، خشك كردن غير يكنواخت  مي گردد. اين روش گرمايش ماده غذایی كارايي بالايي دارد و راندمان مصرف توان معمولاً بيشتر از  70%  است.

جنبه هاي تجاري مهم اين روش، نگهداري رنگ ها و كيفيت طبيعي ماده غذايي است. اين روش مي تواند چيپس سيب زميني و كلم و تكه هاي سيب زميني را به ترتيب از مقدار رطوبت 15% به 9% و 7% به 5% كاهش دهد. در اين روش زمان مورد نياز براي خشك كردن  5/1 برابر زمان لازم نسبت به  خشك كن هاي  با عبور عرضي هوا مي باشد (Hall, 2006). این روش خشک کردن در مقایسه با روش های مرسوم خشک کردن، موجب تسریع فرایند و خشک شدن یکنواخت تر محصولات شده و همچنین سبب صرفه جویی در مصرف انرژی می شود ( Abbasi Souraki and Mowla, 2008و Yousefi et al, 2013).

خشك كردن صوتي

در اين روش محصول ها توسط امواج صوتي با شدت بالا و فركانس كم  در دامنه ي دمايي 60  تا 93 درجه سلسیوس خشك مي شود. اين موج هاي صوتي نيرومند ضرايب انتقال گرما و جرم را درلايه ي مرزي محصول افزايش مي دهند. اين پديده باعث جدا شدن مايع از جامد مي گردد. سرعت خشك كردن  اين گونه خشك كن  3 تا 10 برابر خشك كن هاي معمولي  است. اين فرايند در پهنه ي موج هاي فرا صوتي نيز انجام مي گيرد.

محصولي كه بايد خشك شود در اثر  وزن خود از بالاي خشك كن  در آن مي ريزد. محصول براي ورود به اتاقك  خشك كن ابتدا پودر  مي شود و سپس به هوا و موج هاي صوتي نزديك شده و در عرض چند ثانيه خشك مي گردد. در نهايت يك سيكلون[3] براي جمع آوري محصول خشك شده درمسير قرار داده مي شود . اين دستگاه نياز به يك سيستم صداگير دارد. زيرا هنگام  خشك كردن سرو صداي زيادي ايجاد مي كند.

جهت مشاهده نمونه های دیگر از فصل دوم پایان نامه کشاورزی کلیک کنید.

نمونه ای از منابع

• AAFC. (1987). Heated air grain dryers (O.H. Friesen, ed.) Publication 1700/E. AAFC, Ottawa.
• Abbasi souraki, B., Mowla, D. (2008). Experimental and theoretical investigation of drying      behaviour of garlic in an inert medium fluidized bed assisted by microwave. Journal of Food Engineering. 88:438-449.
• Abid, M.; Gibert, R.; Laguerie, C. (1990). An experimental and theoretical analysis of the mechanisms of heat and mass transfer during the drying of corn grains in a fluidized bed. International journal of Chemical Engineering., 30: 632–642.
• Akgun, N., and Doymaz, I. (2005). Modeling of olive cake thin-layer drying process. Journal of Food Engineering. 68: 455-461.
• Amanlu, Y., A. Zomorodian. (2010).  Applying CFD for designing a new fruit cabinet dryer, Journal of Food Engineering, 101(1): 8-15.
• Ansys fluent 12.0. Theory Guide. (2009). by ANSYS, Inc. 816 pages.
• Azizi, S., S.H. Hosseini, G. Ahmadi and M. Moraveji. (2010). Numerical simulation of particle segregation in bubbling gas-fluidized beds. Chemical Engineering Technology. 33: 421-432.
• Bialabrzewski, I., Zielinska, M., Mujumdar, A.S., Markowski, M. (2008). Heat and mass transfer during drying of a bed of shrinking particles – simulation for carrot cubes dried in a spot-fluidized-bed drier. International Journal of Heat and Mass Transfer 51: 4704-4716.
• Bischof, H. (1990). The answer is electrical infrared. Journal of Microwave and        Electromagnetic Energy 25(1), 47–52.
• Brennan, J.G. (2003). Fluidized-bed drying. In: Caballero, B., Trugo, L., Finglas, P.M. (Eds.), Encyclopedia of Food Sciences and Nutrition, second edition. Elsivier Science Ltd, pp 1922-1929.
• Brooker, D.B. , F.W. Bakker- Arkema and C.W.Hall. (1992). Drying and Storage of Oilseeds. The AVI Publishing Compay , New York. 450p.
• Chapman, A.J. (1984). Heat Transfer , 4^th edition. Macmillan, New York.
• Chen, G. Yonghui-Zhao, Z. Yukun-Chen, J. (1996). Drying of suspending liquor in fluidized bed with inert particles. Journal of Chemical Engineering. (China), 45(4): 474–480.
• …
• …