یکی از روش های موثر و کارآمدی که امروزه در فرآیند خشک کردن ذرات مورد استفاده قرار می گیرد، پدیده شناور سازی ذرات در جریانی از هوای گرم می باشد. در این روش بدلیل شناور شدن ذرات، سطح تماس آنها با هوای گرم به مقدار قابل توجهی افزایش یافته، و در نتیجه نرخ خشک شدن ذرات بسیار چشم گیرتر از سایر روش های متداول می باشد. مدل ریاضی ارایه شده برای تحلیل این روش بر اساس مدل دو سیالی می باشد. در این مدل معادلات بقا جرم، ممنتوم و انرژی برای هر دو فاز گاز و ذرات جامد جداگانه نوشته می شوند. این معادلات بدلیل تبادلات جرم بین دو فاز بهمدیگر مرتبط می باشند. با استفاده از این مدل کمیتهایی مثل مولفه های سرعت گاز و جامد و میزان پراکندگی ذرات در بستر و همچنین رطوبت گاز و ذرات جامد و نیز دمای گاز و ذرات داخل بستر بدست آمده، و اثر پارامترهای همچون سرعت و دمای گاز ورودی و قطر ذرات بر روی فرآیند خشک شدن مورد بررسی قرار گرفته است. مدل ارایه شده با استفاده از روش حجم محدود و میدان جریان با استفاده از الگوریتم سیمپلر و در حالت یک بعدی حل شده است. بمنظور بررسی تجربی این فرآیند دستگاه آزمایشگاهی خشک کن بستر شناور طراحی و ساخته شده است، تا با استفاده از آن بتوان این فرآیند را از نظر تجربی مورد مطالعه و بررسی قرار داد. نتایج حاصل از این مدل ریاضی هماهنگی خوبی را با نتایج تجربی بدست آمده از آزمایشات نشان می دهد.

به منظور مطالعه اثر ارتعاش بر رفتار شناورسازی مواد با رطوبت بالا و حل برخی از مشکلات موجود در خشک کن های بستر شناور، یک خشک کن بستر شناور ارتعاشی آزمایشگاهی طراحی و ساخته شد. انتخاب دمنده بر اساس سرعت انتقال مواد و افت فشار ناشی از بستر مواد بعلاوه افت فشار ناشی از جریان هوا در کانال ها صورت پذیرفت. دمنده انتخاب شده از نوع سانتریفیوژ با پره های عقب گرد و مشخصات فشار استاتیک 3.5 کیلوپاسکال، دبی 0.4 مترمکعب بر ثانیه و قطر پروانه 0.4 متر بود. خشک کن با کوره حرارتی به ظرفیت 4.9 کیلووات متشکل از 11 المان الکتریکی، صفحه توزیع کننده با قطر سوراخ های 1 میلی متر و تعداد 140625 سوراخ در واحد سطح (متر مربع) و محفظه خشک کن از جنس پلکسی گلاس و به ابعاد سطح مقطع 0.16×0.16 متر و ارتفاع 0.5 متر ساخته شد. مرتعش نمودن بستر مواد، با استفاده از یک مکانیزم مکانیکی با قابلیت تنظیم دامنه ارتعاش (5-0 میلی متر) و فرکانس (10-0 هرتز) صورت پذیرفت. به منظور کنترل دبی و درجه حرارت هوای ورودی به محفظه، از یک سیستم کنترل خودکار رایانه ای استفاده شد. به منظور بررسی عملکرد دستگاه از نظر کیفیت شناورسازی، آزمایشات آیرودینامیک بستر بر روی ذرات چای سیاه انجام شد. آزمایشات انجام شده، بیانگر تاثیر مثبت ارتعاش بر کیفیت شناورسازی ذرات چای بوده است. بطوریکه در وضعیت بستر شناور ارتعاشی (فرکانس 10 هرتز و دامنه 1 میلی متر) پدیده پس ماند در منحنی افت فشار – سرعت هوا و همچنین کانالیزه شدن بستر مشاهده نمی شد. حداقل سرعت شناوری نیز در این وضعیت در مقایسه با بستر شناور معمولی از 0.762 متر بر ثانیه به 0.5334 متر بر ثانیه کاهش پیدا می کرد.

در این پژوهش فرآیند خشک کردن و چروکیدگی میوه زالزالک در یک مقیاس آزمایشگاهی مورد مطالعه قرار گرفته است. میوه زالزالک در دماهای 50، 60 و 70 درجه سانتی گراد با سرعت های جابجایی هوای ورودی 0.92 و 1.06 متر بر ثانیه با فرکانس های 6.8، 7.5 و 8.2 در یک خشک کن بستر شناور ارتعاشی با استفاده از یک سامانه جذب سطحی با بسترهای پر شده از جاذب سیلیکاژل به منظور کنترل رطوبت هوای ورودی از حدود 27 درصد نسبی به 4 درصد نسبی خشک شد. نتایج نشان دادند که زمان خشک شدن میوه زالزالک در یک خشک کن بستر شناور ارتعاشی با استفاده از یک سامانه جذب سطحی نسبت به زمان خشک شدن آن در یک خشک کن بستر شناور ارتعاشی بدون استفاده از سامانه جذب سطحی به منظور کاهش رطوبت هوای ورودی به صورت قابل ملاحضه ای کاهش یافته است و مقدار این کاهش برای شرایط عملیاتی مختلف متفاوت است. برای مثال در شرایط عملیاتی سرعت جابجایی و دمای هوای ورودی به بستر به ترتیب برابر با برابر با 0.92 متر بر ثانیه و 60oC و ارتعاش دستگاه برابر با 7.5 هرتز، زمان خشک شدن مقدار نمونه در حدود 15 درصد با جذب رطوبت هوای ورودی کاهش پیدا می کند. همچنین میزان چروکیدگی میوه زالزالک در طول فرآیند خشک کردن تحت تاثیر دما، سرعت جابجایی و رطوبت نسبی هوای ورودی است و اثر سرعت جابجایی هوای ورودی بر میزان چروکیدگی آن در قیاس با دو عامل دیگر کمتر است. در بین مدل های ارائه شده برای مدل سازی خشک شدن میوه ها، مناسب ترین مدل ها جهت بررسی سینتیک خشک شدن و چروکیدگی میوه زالزالک به ترتیب مدل های لگاریتمی و رتی با بیشترین مقدار R2 و کمترین مقدار RMSE انتخاب شدند.

خشک کردن ذرات در بسیاری از صنایع و در مراحل مختلف تولید از اهمیت خاص و ویژه ای برخوردار است. یکی از روش های سنتی خشک کردن مواد دانه ای استفاده از بستر فشرده می باشد. در مقابل این روش سنتی در سالهای اخیر از روش شناور سازی ذرات در هوای گرم به عنوان یکی از موثرترین و کارآمدترین روش های خشک کردن مواد دانه ای استفاده شده است.در این روش با توجه به شناوری ذرات در هوای گرم، گستردگی سطح آنها، به مقدار چشم گیری افزایش یافته و به همنی دلیل نرخ خشک شدن ذرات به مراتب بیشتر از سایر روش های متداول از جمله بستر فشرده می باشد. برای تحلیل و بررسی تئوری پدیده خشک شدن ذرات، از مدل دو سیالی و در مختصات یک بعدی استفاده شده است. معادلات حاکم بر رفتار گاز و ذرات با توجه به تبادل جرم، حرارت و ممنتومی که بین آنها صورت می پذیرد به همدیگر وابسته می باشند. برای حل معادلات ریاضی از روش عددی حجم محدود و برای حل میدان جریان از الگوی سیمپلر استفاده شده است. از جمله نتایج حاصل از حل این معادلات، به دست آوردن مولفه های سرعت گاز و ذرات، توزیع ذرات در بستر و رطوبت و دمای گاز و ذرات بوده، و می توان اثر پارامترهایی همچون سرعت جریان گاز ورودی، دمای گاز ورودی و قطر ذرات در فرآیند را مورد بررسی قرار داد. اگر جملات مربوط به جابجایی ذرات و همچنین جملات مربوط به اثر درک از معادلات ممنتوم حذف شوند، مدل مناسبی برای تحلیل پدیده خشک شدن ذرات در بسیر فشرده حاصل خواهد شد. نتایج حاصل از معادلات حاکم بر بستر فشرده نشان دهنده خشک شدن لایه به لایه ذرات موجود در بستر می باشد. در صورتی که در بستر شناور به دلیل چرخش ذرات این شرایط دیده نمی شود که به عنوان یک مزیت در این پدیده مطرح است. برای بررسی تجربی فرآیند خشک شدن ذرات و مقایسه نتایج تئوری با نتایج تجربی دستگاهی به همین منظور طراحی و ساخته شده است که با استفاده از آن می توان شرایط بستر شناور و فشرده را ایجاد کرد در کارهای تجربی اثر پارامترهای موثر بر فرآیند خشک شدن ذرات در حالت شناوری وفشرده مورد بررسی قرار گرفته و نتایج به دست آمده نشان دهنده هماهنگی خوبی بین نتایج تئوری و تجربی می باشد.

خشک کردن ذرات در بسیاری از صنایع و در مراحل مختلف تولید از اهمیت خاص و ویژه ای برخوردار است. یکی از روش های سنتی خشک کردن مواد دانه ای استفاده از بستر فشرده می باشد. در مقابل این روش سنتی در سال های اخیر از روش شناور سازی ذرات در هوای گرم به عنوان یکی از موثرترین و کارآمدترین روش های خشک کردن مواد دانه ای استفاده شده است. در این روش با توجه به شناوری ذرات در هوای گرم، گستردگی سطح آنها، به مقدار چشم گیری افزایش یافته و به همین دلیل نرخ خشک شدن ذرات به مراتب بیشتر از سایر روش های متداول از جمله بستر فشرده می باشد. برای تحلیل و بررسی تئوری پدیده خشک شدن ذرات، از مدل دو سیالی و در مختصات یک بعدی استفاده شده است. معادلات حاکم بر رفتار گاز و ذرات با توجه به تبادل جرم، حرارت و ممنتومی که بین آنها صورت می پذیرد، به همدیگر وابسته می باشند. برای حل معادلات مدل ریاضی از روش عددی حجم محدود و برای حل میدان جریان از الگوی سیمپلر استفاده شده است. از جمله نتایج حاصل از حل این معادلات، بدست آمدن مولفه های سرعت گاز و ذرات، توزیع ذرات در بستر و رطوبت و دمای گاز و ذرات بوده، و می توان اثر پارامترهایی همچون سرعت جریان گاز ورودی، دمای گاز ورودی و قطر ذرات در این فرآیند را مورد بررسی قرار داد. اگر جملات مربوط به جابجایی ذرات و همچنین جملات مربوط  به اثر درگ از معادلات ممنتوم حذف شوند، مدل مناسبی برای تحلیل پدیده خشک شدن ذرات در بستر فشرده، حاصل خواهد شد. نتایج حاصل از معادلات حاکم بر بستر فشرده نشان دهنده خشک شدن لایه به لایه، ذرات موجود در بستر می باشد در صورتیکه در بستر شناور، به دلیل چرخش ذرات این شرایط دیده نمی شود که به عنوان یک مزیت در این پدیده مطرح است. برای بررسی تجربی فرآیند خشک شدن ذرات و مقایسه نتایج تئوری با نتایج تجربی، دستگاهی به همین منظور طراحی و ساخته شده است که با استفاده از آن می توان شرایط بستر شناور و فشرده را ایجاد کرد. در کارهای تجربی اثر پارامترهای موثر بر فرآیند خشک شدن ذرات در حالت شناوری و فشرده مورد بررسی قرار گرفته و نتایج بدست آمده نشان دهنده هماهنگی خوبی بین نتایج تئوری و تجربی می باشد.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

تاکنون چندین مطالعه درباره تجهیز خشک کن بستر سیال با رویکرد افزایش بازده و بهبود عملکرد انجام شده است که به منظور تحقق این هدف ترکیب آن با تجهیزات فراصوت توان بالا می تواند مناسب باشد. هدف اصلی این پژوهش در این مطالعه به بررسی تاثیر فراصوت توان بالا بر روی خشک کن آزمایشی بستر سیال در خصوص مدت زمان خشک کردن و خصوصیات کیفی مکانیکی ذرت است که در سه سطح توان فراصوت (11.1، 14.6 و 17.78 کیلووات بر مترمکعب)، چهار سطح فرکانس (20، 25، 28 و 30 کیلوهرتز) و سه سطح دمای (40، 50 و 60 درجه سلسیوس) به منظورکاهش رطوبت اولیه از مقدار اولیه 0.5± 32 درصد به رطوبت نهایی 0.5± 17 درصد (% d. b.) به آن پرداخته شده است. نتایج نشان داد در پایین ترین سطح دمایی، فرکانس 25 کیلوهرتز و توان 14.6 کیلووات بر مترمکعب موثرترین ترکیب از نظر زمان خشک کردن در میان تیمارهای آزمایش بوده است. این ترکیب در مقایسه با حالت بدون فراصوت، زمان نهایی خشک شدن را 43 درصد کاهش داد و فراصوت به جهت دلیل ایجاد پدیده اسفنجی کردن در محصول، موجب کاهش نیروی شکست مقاومت فشاری نهایی و چقرمگی گردید. نتایج نشان داد که انرژی چقرمگی در مقایسه با نیروی شکستمقاومت فشاری نهایی شاخص مناسب تری برای مشخص کردن مقاومت شکست دانه می-باشد.

در این تحقیق سینتیک فرایند خشک شدن کلزا با روش سیال سازی دانه ها در محدوده دمایی 30 تا 100oC مورد بررسی و مدل سازی قرار گرفت. برای معرفی بهترین مدل تخمین روند تغییرات رطوبت از مدل های مرسوم در مدل سازی خشک کردن محصولات دانه ای استفاده شد. به منظور تعیین ضریب نفوذ رطوبت و انرژی فعال سازی در دانه های کلزا از حل معادله فیک برای اجسام کروی شکل و رابطه آرینیوس استفاده شد. با استفاده از مدل های رگرسیونی تاثیر دما بر زمان خشک شدن کلزا در محدوده دمایی تحقیق نیز مدل سازی شد. نتایج تحقیق نشان داد که بعد از زمان آستانه سیال سازی فشار استاتیکی دارای افت محسوسی شده و فشار زیر توده محصول در شروع سیال سازی از 596 به 583 پاسکال تنزل پیدا می کند. در حالت سیال سازی، افزایش دما از 30 به 100oC زمان خشک شدن کلزا را %74 کاهش می دهد. در بررسی سینتیک خشک شدن کلزا در خشک کن های بستر سیال به ترتیب مدل های دیفیوژن تقریبی و نمایی دوجمله ای نسبت به مدل های دیگر برازش بهتری داشتند. این دو مدل دارای بالاترین ضریب تعیین (R2)، و کمترین مربع کای (c2) و ریشه متوسط مربع خطای داده ها  (RMSE)بودند. اما با توجه به اختلاف های ناچیز در شاخص های ارزیابی و ضرایب کمتر، کاربرد مدل نیوتن در تخمین روند تغییرات نسبت رطوبت کلزا در حالت بستر سیال قابل توصیه می باشد. با افزایش دما در فرایند خشک شدن دانه های کلزا، ضریب نفوذ موثر رطوبت در دانه یک روند افزایشی دارد. در فرآیند خشک کردن کلزا با روش بستر سیال محدوده دمایی 30 تا 100oC ضریب نفوذ رطوبت کلزا از 3.759×10-11 تا  8.457×10-11تغییر می کند. در این تحقیق با استفاده از رابطه آرینیوس، انرژی فعال سازی نفوذپذیری رطوبت در کلزا 11.03kJ/mol به دست آمد. به منظور تخمین زمان خشک شدن کلزا در محدوده دمایی تحقیق، معادله نمایی به دست آمده برازش مناسبی با داده های به دست آمده داشت.

در این پژوهش اثر شرایط مختلف خشک کردن مایکروویو بسترسیال (دمای هوای ورودی، سرعت هوای ورودی و توان مایکروویو) بر روی زمان خشک شدن، ضریب پخش رطوبت موثر، چروکیدگی و انرژی مصرفی کل مغز پسته مورد مطالعه قرار گرفت. برای تجزیه و تحلیل داده ها و بهینه سازی فرآیند خشک کردن پسته از روش سطح پاسخ و طرح مرکب مرکزی استفاده شد. پارامترهای ورودی (مستقل) عبارتند از: دمای هوای ورودی، سرعت هوای ورودی و توان مایکروویو و پارامترهای وابسته (خروجی یا پاسخ) عبارتند از: زمان خشک شدن، ضریب پخش رطوبت موثر، چروکیدگی و انرژی مصرفی کل. رطوبت اولیه نمونه های پسته رقم اکبری 0.569 بر پایه خشک بدست آمد. برای خشک کردن نمونه ها از سه سرعت هوای ورودی 1.16، 3.32 و 8.48 متر بر ثانیه، سه دمای هوا 35، 45 و 55 درجه سلسیوس و سه سطح توان مایکروویو 220، 330 و 440 وات استفاده شد. مقادیر زمان خشک شدن، ضریب پخش رطوبت موثر، چروکیدگی و انرژی مصرفی کل به ترتیب 1.2 تا 3.83 ساعت، 10-10×2.7 تا 9-10×1.32 متر بر ثانیه، %12.01 تا %35.43 و 0.337 تا 1.63 کیلووات ساعت به دست آمدند. نقطه بهینه خشک کردن پسته در دمای هوای 38.48 درجه سلسیوس، سرعت هوای 1.16 متر بر ثانیه و توان مایکروویو 440 وات به دست آمد و مقادیر متغیرهای پاسخ در نقطه بهینه زمان خشک کردن، ضریب پخش رطوبت موثر، چروکیدگی و انرژی مصرفی کل برای خشک کردن پسته با خشک کن مایکروویو بسترسیال به ترتیب 2.677 ساعت، 10-10×5.179 مترمربع بر ثانیه، %18.41 و 0.7109 کیلووات ساعت محاسبه شد.

در خشک کن های بسترسیال، بالا بودن سرعت هوای ورودی به محفظه, منجر می شود که هوا بدون اشباع شدن از رطوبت از محقظه خارج شده و تلفات انرژی بالا باشد. از این رو خشک کن بسترسیال را با خشک بستر ثابت، به صورتی که بستر ثابت در ادامه مسیر هوای خروجی از بستر سیال قرار بگیرد ترکیب گردیده است. در این تحقیق مطابق قانون اول ترمودینامیک به تحلیل انرژی و پارامترهای موثر بر میزان مصرف و نسبت مصرف انرژی آن در خشک کن ترکیبی پرداخته شده است. آزمایش ها بر روی محصول گندم انجام شد و اثر سه دمای 50، 60، 70 درجه سلسیوس و سه ضخامت بستر 4، 6، 8 سانتی متر در طبقه ی تحتانی (بستر سیال) و دو ضخامت 6، 8 سانتی متر در طبقه ی فوقانی (بسترثابت) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد روند تغییرات مصرف انرژی مستقل از نوع روش خشک شدن می باشد. افزایش ضخامت هر طبقه بر روی مصرف انرژی طبقه دیگر اثر گذار است. بیشترین مصرف انرژی در دمای 70 درجه سلسیوس و ضخامت up8-dw8 و بیشترین نسبت مصرف انرژی در دمای 50 درجه سلسیوس و ضخامت up8-dw8 حاصل شد.