Chen et al(1996)، یک تحقیق آزمایشگاهی برای خشک کردن ۵ نوع از مواد شامل ترکیبات بتون در یک بستر سیال به کمک مواد بی اثر انجام دادند. نتایج آزمایش ها نشان داد که استفاده از ماده بی اثر انتقال حرارت و جرم را افزایش داده و در نتیجه موجب افزایش ضریب حجمی انتقال حرارت می شود ولی افت فشار در مقایسه با حالتی که از ذرات بی اثر استفاده نمی شود بیشتر بوده و نتیجتاً انرژی بیشتری بایستی صرف گردد. همچنین ظرفیت خشک شدن و بازدهی حرارتی با افزایش دمای هوای ورودی می تواند بیشتر شود.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

Zhou et al(1998)، اثر ذرات بی اثر را بر روی نرخ خشک شدن قطعات استوانه ای هویج (به قطر ۲ سانتی متر) بررسی کردند. آنها تحقیقی با وجود حاملهای انرژی و بدون آنها به کمک بستر سیال انجام دادند و چنین نتیجه گرفتند که وجود حاملهای انرژی، نرخ خشک شدن را به طور معنی داری بالا می برد. آنها همچنین مدل ریاضی خشک شدن را بر مبنای نتایج تجربی بدست آوردند که در حد تقریب مهندسی قابل قبول بود.
Pallai et al(2001)، اثرات فرآیندهای جزیی خشک کردن (شامل پوشش دهی ذرات بی اثر توسط ماده خشک شونده، خشک کردن ماده خشک شونده، سایش پوشش خشک شده) با ذرات بی اثر را بر روی کیفیت محصول بررسی کردند. به دلیل سیالیت، فرآیندهای جزیی بستر ذرات بی اثر می تواند به راحتی کنترل شود.
Costa et al(2001)، خشک کردن خمیرهای بیولوژیکی و ارگانیک در بستر سیال لوله مخروطی حاوی ذرات بی اثر را شبیه سازی کردند.
Taruna and Jindal(2002)، از تکنیک ذرات بی اثر برای خشک کردن خمیر سبوس^[۳۹] استفاده کردند. آنها از ذرات تفلون به عنوان ذرات بی اثر استفاده نمودند و چنین دریافتند که با افزایش نرخ تغذیه و جرم ذارت بی اثر، نرخ خشک شدن بالا خواهد رفت. همچنین مصرف گرمای ویژه برای خشک کردن ماده مذکور حدود ۳ تا ۴ برابر در مقایسه با تبخیر آب آزاد بیشتر بود.
Guignon et al(2002)، از ذرات بی اثر جهت کپسوله کردن سیال استفاده کردند و مروری بر پدیده فیزیکی و پدیده های انتقال انجام دادند. آنها دریافتند که پارامترهای اصلی که فرایند را تحت تاثیر قرار می دهند، نرخ جریان ، فشار مایع اسپری شده، ترکیب و رئولوژی محلول پوشش داده شده و دما هستند.
خشک کردن با دمای پایین برای مواد حساس به حرارت با محتوای رطوبت بالا (مثل خمیر ها و مواد محلول)، برداشتن رطوبت را مشکل می کند. درچنین مواردی بهتر است تماس بین هوا و ماده محلول بالا رفته همچنین سطح انتقال حرارت را افزایش دهیم. کیفیت بالا و اقتصادی بودن عملیات خشک کردن با کنترل مطلوب این عملیات میسر می شود. کنترل خوب عملیات انتقال جرم و حرارت در خشک کن چرخشی (MSB^[40]) با حرکت چرخشی مواد مخصوص با وجود نقاله مارپیچ امکان پذیر می باشد. حرکت هوا در طول شکاف هایی در کف خشک کن موجب تماس بیشتر و بهتر هوا و محصول می شود. به دلیل حرکت مکانیکی ذرات (به کمک مارپیچ نقاله)، حرکت چرخشی ذرات از نرخ جریان هوا مستقل می باشد و بنا براین می توان آن را به گونه ای تنظیم نمود که خشک کردن مطلوب صورت پذیرد .(Pallai et al., 1995)
برای خشک کردن پودر نشاسته در یک بستر سیال حاوی ماده حامل انرژی، یک مدل سه فازی تغییر یافته پیشنهاد گردید. ضریب کلی انتقال جرم و حرارت بوسیله مدل surface stripping که در آن عدد بایوت یک پارامتر غالب است، تعیین گردید. اثرات سرعت و دمای هوا و نسبت جرمی نشاسته به ذرات حامل انرژی بر روی مشخصات خشک کردن نشاسته بر روی خشک کن بستر سیال با ۰۸۳/۰ متر ارتفاع تعیین گردید. مکانیزم خشک شدن در خشک کن بستر سیال با ماده حامل انرژی به مراحل چسبیدن، پراکندگی، تبخیر و نهایتا جدا شدن تقسسیم بندی می شود. نرخ خشک شدن با افزایش دما وسرعت هوا حدود ۱۰ برابر نسبت به خشک کن های دیگر افزایش می یابد. بر اساس مدل پیشنهاد شده مقاومت درونی انتقال جرم در پودر مساوی با مقاومت خارجی می باشد. مدل به خوبی می تواند دمای بستر، رطوبت هوا خروجی، محتوای رطوبتی ذرات جامد و انتقال جرم و حرارت را در بستر سیال پیش بینی می کند (Lee and Kim,1999).
اثرات سرعت (۳۲/۰ تا ۶۷/۰متر بر ثانیه) و دمای هوای خشک کننده (۲۵ تا ۱۰۰درجه سلسیوس) و نسبت جرمی نشاسته به ذرات حامل انرژی (۱/۰ تا ۴/۰) بر روی نرخ خشک شدن ذرات نشاسته در یک خشک کن بستر سیال حاوی ذرات حامل انرژی مورد بررسی قرار گرفت. مراحل خشک شدن در چنین خشک کنی به مراحل چسبیدن، پخش شدن، خشک شدن و جدا شدن تقسیم بندی می شود. با افزایش دما و سرعت هوا نرخ خشک شدن بالا می رود. نرخ خشک شدن حدود ۱۰ برابر نسبت به حالت خشک کن های متداول افزایش می یابد. البته با افزایش نرخ جرمی نشاسته به مواد حامل انرژی نرخ خشک شدن کاهش می یابد. همچنین نرخ خشک شدن با وجود تخلخل مطلوب حداکثر مقدار خود را خواهد داشت. اطلاعات مربوط به نرخ خشک شدن که از این تحقیق بدست آمد با اعداد بدون بُعد از قبیل عدد استفان^[۴۱] و عدد رینولدز^[۴۲] بر اساس تئوری اغتشاش^[۴۳] همگن همبسته گردید (Lee and Kim,1993).
سیال سازی مواد خشک شونده در خشک کن بستر سیال موجب انتقال حرارت بسیار بالا به مواد شده و در نتیجه نرخ خشک شدن آنها را به طور موثری بالا می برد. پودرهای گروه C )خیلی ریز) براساس تقسیم بندی Geldart به دلیل نیروی بین مولکولی که با نیروی وزن قابل مقایسه است خیلی چسبنده بوده و شناور کردن آنها مشکل است. خشک کن های دارای بهمزن، خشک کن دورانی و خشک کن فلشی^[۴۴] نمونه ای از دستگاه های بکار رفته جهت خشک کردن این دسته از پودرها می باشد. برای پودرهای با رطوبت کمتر می توان از خشک کن دورانی با درجه حرارت بالاتر استفاده نمود. هرچند که این روش برای خشک کردن پودرهای کوچک و چسبنده مناسب نمی باشد (Moyer and King, 1988). (1970)Jariwara, Hoelscher گزارش دادند که مخلوط کردن پودرهای چسبنده نشاسته با شن های با ابعاد مشخص می تواند خصوصیات جاری شدن مواد را بهبود بخشد.
Hatamipour and Mowla(2006) رفتار خشک شدن ذرت و نخود سبز در یک خشک کن بستر سیال کوچک همراه با حاملهای انرژی (باقطر ۷/۲ میلیمتر و ازجنس شیشه و استیل) شبیه سازی کردند. اثرات قطر ماده خشک شونده، نوع ماده حامل انرژی، سرعت و دمای هوای خشک کننده و مقدار ماده حامل انرژی بر روی نرخ خشک شدن ماده بررسی گردید. مدل ریاضی جهت تعیین نرخ خشک شدن و تغییرات دمایی مواد کره ای شکل که در حال خشک شدن هستند، پیشنهاد شد. چنین نتیجه گرفته شد که وجود مواد حامل انرژی نرخ خشک شدن مواد را بالا می برد. نرخ خشک شدن با کاهش قطر مواد خشک شونده، افزایش هدایت حرارتی مواد حامل انرژی و افزایش دمای هوای خشک کننده افزایش می یابد. هر چند سرعت هوا، مقدار مواد حامل انرژی و محتوای رطوبت اولیه اثر قابل توجهی بر روی نرخ خشک شدن در سیستمهای بستر سیال ایده آل نداشت. استقلال نرخ خشک شدن از سرعت هوای خشک کننده نشان دهنده این است که همرفتی خارجی عامل تعیین کننده در خشک شدن این مواد نمی باشد. نتایج آزمایشگاهی نشان داد که نرخ خشک شدن با افزایش نسبت جرمی مواد خشک شونده به مواد حامل انرژی کاهش می یابد.
بر اساس بازدهی حرارتی، خشک کنهای بستر سیال از پر بازده ترین خشک کن ها می باشد. امروزه استفاده از این نوع خشک کنها معمول بوده و بهبود نرخ انتقال حرارت در آنها می تواند مزایای زیادی در فرایند خشک شدن ایجاد کند. استفاده از ذرات حامل انرژی یکی از روشها جهت افزایش نرخ انتقال حرارت مورد توجه می باشد. این موضوع در طول ده های گذشته نیز مورد توجه بوده است (Strumillo and Kudra, 1987).
حاتمی پور ومولا (۱۳۸۲)، فرایند خشک کردن در یک خشک کن بستر سیالی که حاوی مقداری ذرات بی اثر به عنوان حامل انرژی می باشد، مورد بررسی قرار دادند. ماده خشک شونده چند نمونه از محصولات کشاورزی پر آب انتخاب و هدف اصلی، بررسی اثر وجود ذرات بی اثر بر سرعت خشک شدن اینگونه محصولات بود . بدین منظور یک دستگاه آزمایشی پایلوت ساخته و نصب شد و تغییرات دمای جسم جامد و نیز سرعت خشک شدن برای شرایط کاری مختلف اندازه گیری شد . همچنین دو مدل ریاضی برای خشک کردن یک قطعه جسم استوانه ای شکل غوطه ور در یک بستر سیالی از ذرات بی اثر ارائه گردید . بر اساس نتایج آزمایشات و جواب های مدل، اثر پارامترهای مختلف مانند سرعت و دمای هوای گرم، اندازه، مقدار و نوع ذرات بی اثر و قطر جسم خشک شونده بر سرعت خشک شدن مطالعه گردید . نتایج حاصله بیانگر آن ست که وجود ذرات بی اثر، موجب افزایش چشمگیر سرعت خشک شدن در خشک کن های بستر سیالی می گردد . افزایش سرعت هوا و قطر ذرات بی اثر در بسترهای کاملاً سیال، اثر قابل توجهی بر سرعت خشک کردن ندا شته ولی افزایش دمای هوا، افزایش مقدار ذرات بی اثر، انتخاب ذرات بی اثر با رسانائی گرمائی بالاتر و کاهش قطر جسم خشک شونده، باعث افزایش سرعت خشک شدن در خشک کن های بستر سیالی می گردد . از مقایسه سرعت خشک شدن جسم با حضور و بدون حضور ذرات بی اثر، می توان به این واقعیت دست یافت که در شرایط کاری یکسان، افزایش نسبت جرمی اجسام بی اثر به عنوان حامل انرژی می تواند زمان خشک شدن را تا ۴۵% کاهش داده و به همین میزان صرفه جوئی در مصرف انرژی مورد نیاز فرایند خشک کردن ایجاد نماید.
هر چند خشک کردن با ذرات حامل انرژی به دلیل سطح انتقال حرارت بالا و ضریب انتقال حرارت بالایشان موجب تسریع در خشک شدن می شود اما اطلاعات آزمایشگاهی کمی درباره سنتیک خشک شدن در این شرایط موجود می باشد.
۲-۳- تئوری خشک کردن
خشک‌کردن را می‌توان عملیاتی تعریف کرد که طی آن مایع از جسم جامد جدا می‌شود. این عمل با فراهم آوردن گرما انجام می‌شود که درنتیجه آن مایع به صورت بخار از ماده جامد جدا می‌شود. گرچه در اکثر مواقع مایعی که خارج می‌شود آب است اما این تعریف تبخیر هرگونه حلالی را در بر می‌گیرد(Mclean, 1989) . به عبارت دیگرخشک کردن فرآیندی است که طی آن آب موجود در یک ماده غذایی با بهره گرفتن از یک منبع حرارتی تحت شرایط دقیق و کنترل شده توسط تبخیر یا تصعید کاهش داده شود(Trybal, 1990).
هدف از خشک‌کردن ماده خارج نمودن آب آن و در نتیجه افزایش عمر انباری ماده از طریق جلوگیری از رشد میکروب‌ها و کپک‌ها است، به نحوی که بافت، رنگ، طعم و ارزش غذایی ماده حفظ شود (بی‌نام، ۱۳۷۲). در جریان خشک‌شدن یک ماده غذایی دو فرایند هم‌زمان بایکدیگر رخ می‌دهند:
۱) انتقال حرارت به منظور بخار نمودن آب یا رطوبت موجود در جسم.
۲) انتقال جرم به صورت مایع یا بخار یا هر دو درون جسم و سپس به صورت بخار از سطح جسم.
گرمای مورد نیاز برای خشک‌کردن با سه روش هدایت،‌ جابجایی، تابش یا مخلوطی از این سه روش فراهم می‌شود (Mclean, 1989). پتانسیل انتقال رطوبت در جسم جامد بستگی به مقدار آب در جسم و نیز به درجه حرارت آن دارد. برای سهولت کاربرد معادلات، انتقال رطوبت تنها در جهت عمود بر سطح جبهه ای با پتانسیل آبی ثابت در نظر گرفته می شود. بطور کلی برای یک جریان رطوبت در سه بعد در یک جسم جامد همگون مقدار کل شار رطوبتی را می توان به صورت زیر در نظر گرفت (زمردیان. ۱۳۸۷).
(۲-۱)
که در آن:

: شار انتقال رطوبت آب به ازا واحد زمان و واحد سطح،
ρ_sd: جرم مخصوص ماده خشک،
h_t: ضریب انتشار که در اثر حرارت پدید می آید،
M: محتوای رطوبت جسم جامد،
T: درجه حرارت.
D_w: ضریب انتشار موثر آب در جسم جامد
شار رطوبت در لایه مرزی به شکل زیر است(زمردیان. ۱۳۸۷).
(۲-۲)
اگر معادله فوق را بر حسب تفاضل محدود بنویسیم خواهیم داشت.
(۲-۳)
M_v: وزن مولکولی بخار آب
R₀: ثابت عمومی گازها
T: درجه حرارت بخار آب
P_vs: فشار بخار آب در سطح ماده موجود
P_va: فشار بخار آب موجود در هوای خشک کننده
P_v: فشار بخار در لایه مرزی
δ_v: ضخامت لایه مرزی هیدرودینامیکی
D_wv: ضریب انتشار رطوبت در حالت بخار
مکانیزم انتقال مایع یا بخار آب در داخل جسم با توجه به ساختار داخلی آن به صور زیر انجام می‌گیرد(بی‌نام، ۱۳۷۲):
۱- انتشار در موادی با ساختار همگن
۲- خاصیت موئینگی در موادی با خلل وفرج
۳- حرکت مایع به علت کاهش حجم و اختلاف فشار
۴- حرکت مایع به علت فشار ثقل زمین
۵- حرکت مایع به علت وجود یک پتانسیل
۶- حرکت مایع در یک پریود تبخیر و میعان