تحقیق درباره جريان، زير، هواي، بندي

ذ وجود ندارد و منافذ با هوا پر مي شود ( در اينجا هوا بصورت فاز پيوسته در مي آيد ) با ادامه ي اين فرايند به رطوبتي مي رسيم که از آن به بعد قسمت دوم مرحله ي شدت نزولي آغاز مي شود ( نقطه ي بحراني دوم ) در اين ناحيه بخار آب از طريق نفوذ در جامدات و گرماي تبخير از طريق رسانايي انتقال مي يابد. در اين مرحله پروفايل دمايي در جامد ايجاد مي شودو دماي سطح جامد به دماي هوا بسيار نزديک مي شود در شکل زير توزيع رطوبت براي اين ناحيه آمده است.

شکل (2-10) توزيع رطوبت در يک فرايند خشک شدن در ناحيه ي دوم مرحله شدت نزولي
چنانچه پيشتر توضيح داده شد فرايند خشک شدن اگر همچنان ادامه يابد در انتها ميزان رطوبت در منافذ ذرات جامد ممکن است بصورت شکل زير درآيد.

شکل(2-11) توزيع رطوبت در انتهاي يک فرايند خشک شدن

با توجه به اين شکل در پايان فرايند خشک کردن سطح واقعي خشک کردن بسيار کوچک ، پراکنده و ناپيوسته است.

2-9دسته بندي خشک کن ها:
تنوع محصولاتي که بايد خشک شوند موجب طراحي انواع مختلفي از خشک کن ها شده است پارامترهاي مختلفي جهت دسته بندي انواع خشک کن ها وجود دارد که از مهمترين آنها مقياس عملياتي خوراک، شکل فيزيکي خوراک شکل فيزيکي محصول ،روش خشک شدن…..است.که مفيدترين و کلي ترين نظر براي دسته بندي خشک کن ها هيدرو ديناميک جريان مواد مي باشد که خشک کن ها با محفظه ي ثابت ( که مواد در آن ساکن است ) و خشک کن ها با محفظه ي متحرک ( که در آن ذرات ماده به دليل نيروي ثقل و يا مکانيکي متحرک هستند ) از اين نوع هستند.

شکل (2-12) معيار دسته بندي خشک کن ها

2-10بررسي خشک کن ها بر اساس نحوه ي تماس گاز-جامد
الف-خشک کن آدياباتيک: در اين خشک کن ها ذرات جامد در تماس مستقيم با هوا (عامل خشک کننده ) قرار مي گيرد و انتقال حرارت از طريق جابجايي انجام مي شود در اينجا خشک کردن جامدات به يکي از صورت هاي زير است.
1-خشک کردن با جريان عرضي: در اين روش گاز بصورت موازي با سطح جامد جريان مي يابد سرعت گاز بسيار کم است و از اين سيستم در عمليات ناپيوسته استفاده مي شود.

شکل(2-13) حرکت گاز از روي بستر ايستايي از جامدات

داروها و مواد شيميايي حساس و موادي که بايد با دقت خشک شوند را از اين طريق خشک مي کنند.
2-خشک کردن با جريان سراسري: در اين روش گاز بصورت عمود بر بستر جامدات جريان مي يابد و مانند جريان عرضي، سرعت گاز را پايين نگه مي دارد تا از ماندگي ذرات جلوگيري شود.

شکل (2-14)عبو رگاز از درون بستر مشبک جامدات
اگر ذرات جامد درشت باشند از جريان سراسري استفاده مي شود تا سرعت خشک شدن افزايش يابد.

3-جامدات حرکت رو به پايين از درون جريان آرام گاز عبور مي کنند

شکل(2-15)عبورگاز ازدرون خشک کن بستر سيال و خشک کن دوار
4-خشک کردن در بستر سيال : در اين روش سرعت گاز در حدي است که بستر جامد را بصورت سيال در مي آورد البته مقداري ماندگي براي ذرات ريز وجود دارد.
5-ذرات جامد به همراه جريان سريع گاز حمل مي شوند و در مرحله ي بعد توسط تفکيک کننده هاي مکانيکي جدا مي شوند.

شکل (2-16)حرکت هم جهت گاز و جامد در خشک کن با نقاله بادي
ب-خشک کن هاي غيرآدياباتيک: در اين خشک کن ها عامل خشک کننده ديگر هوا يا گاز داغ نيست و انتقال حرارت اغلب از طريق هدايت انجام مي شود (البته مي توان از انرژي تابشي ،تشعشعي ، دي الکتريک ويا منابع ديگر گرما استفاده کرد) در اين خشک کن ها براي خشک کردن جامدات از روش هاي زير استفاده مي شود:

1-در اين روش ذرات جامد بر روي سيني يا يک سطح افقي پخش و خشک مي شوند انرژي گرمايي جهت خشک کردن نيز توسط بخار يا الکتريسيته تأمين مي شود.
2-در اين روش از استوانه هايي که توسط همزن يا نقاله حرکت مي کنند ،جهت گرم کردن جامدات استفاده مي شود.
3-در اين روش جامدات تحت تأثير نيروي جاذبه روي يک سطح شيبدار داغ مي لغزند و به قسمت هاي ديگر منتقل مي شوند از اين روش در خشک کن هاي دوار استفاده مي شود.
بطور کل بيش از 200 نوع خشک کن وجود دارد که چند نمونه مهم آنها در زير بررسي مي شود.
2-11معرفي چند نوع خشک کن کاربردي
2-11-1-خشک کن سيني دار يا قفسه اي:
اين خشک کن ها شامل اتاقکي داراي سيني هاي متحرک هستند و جامدات بر روي سيني ها پخش مي شوند در اين خشک کن جامدات مرطوب و هواي گرم در تماس مستقيم هستند تقريبأ 10 تا 20% هواي مصرفي ، هواي تازه است و بقيه از هواي چرخشي تأمين مي شود براي گردش هوا از فن استفاده مي شود. معمولأ براي جامدات خميري شکل مانند کيک هاي حاصل از فيلتر پرس و جامدات کلوخه اي و همچنين محصولات با ارزشي مانند مواد رنگي و مواد دارويي از اين خشک کن استفاده مي شود. زمان ماند در اين خشک کن ها طولاني و بين 4 تا 18 ساعت در هر مرحله است. بعضي از اين خشک کن ها دارا واگن هستند و روي آنها قفسه هايي چيده شده است و در هر قفسه تعدادي سيني کم عمق وجود دارد و هواي گرم از بين سيني ها عبور مي کند از آنجاييکه واگن ها را مي توان بيرون از خشک کن بارگيري و تخليه کرد اتلاف زماني بين چرخه ها وجود ندارد.

شکل (2-17)تصويري از خشک کن سيني دار
2-11-2-خشک کن پاششي:
معمولأ براي خشک کردن دوغابها و محلول ها از اين خشک کن استفاده مي شود جريان مايع در داخل هواي داغ اسپري مي شودو بصورت قطرات ريز درآمده و در مقابل هوا قرار مي گيرد به دليل افزايش سطح تماس ميزان انتقال جرم بالا مي رود و عمل خشک شدن به سرعت انجام مي شود و رطوبت قطرات سريعأ تبخير شده و جامد خشک
از پايين خارج مي شود جريان گاز براي جداسازي جامد باقي مانده وارد يک سيکلون مي شود. اين خشک کن ها در صنايع غذايي (خشک کردن شير ،قهوه……) و در صنايع شيميايي ( جهت خشک کردن مواد آلي و غير آلي ) و در صنايع بهداشتي ( خشک کردن مواد دارويي و شوينده ها ) کاربرد فراواني دارد. در اين نوع خشک کن جريان مايع و گاز بصورت همسو، غير همسو و يا ترکيبي از اين دو در يک واحد صورت مي گيرد همچنين در اين خشک کن ها بايد از برخورد قطرات ( ذرات جامد مرطوب ) با ذرات جامد خشک جلوگيري شود بنابراين محفظه هاي خشک کننده الزامأ بزرگ هستند و قطر اين خشک کن ها در محدوده ي 5/2 تا 9 متر است.

رابطه ي زير براي محاسبه ي قطر ميانگين قطرات خروجي از اتمايزر ديسکي ارائه شده است .
(2-26)
و ضريب انتقال حرارت در هر يک از قطرات از رابطه ي زير محاسبه مي شود:
(2-27)
زمان لازم براي خشک کردن قطره اي با قطر معلوم نه تنها به h بلکه به نحوه ي تماس هم بستگي دارد. زمان خشک شدن براي جريان همسو 3-6 ثانيه و جريان ناهمسو 25-30 ثانيه است بنابراين براي خشک کردن مواد حساس به گرما و توليد ذرات کروي جامد ويا تو خالي از اين خشک کن استفاده مي شود. از معايب اين خشک کن بازده پايين آن است و همچنين گرماي زيادي در گازهاي خروجي تلف مي شود. بزرگ و حجيم هستند و ارتفاع آنها اغلب 25 متر يا بيشتر است وچگالي کل جامد خشک را که خاصيت مهمي در محصولات بسته بندي شده است را نمي تواند ثابت نگه دارد. در خشک کن پاششي از محلول ، دوغاب يا خمير رقيق در يک مرحله مي توان محصول خشک بدست آورد که آماده بسته بندي است بنابراين در ظرفيت هاي بالا در هزينه صرفه جويي زياد مي شود.

شکل (2-18)الگوي جريان در خشک کن هاي پاششي[13]
2-11-3-خشک کن استوانه اي:
اين خشک کن ها از يک يا چند غلتک فلزي داغ تشکيل شده اند که دوغاب ها و محلول ها و جامدات خميري روي سطح بيروني آن بصورت لايه ي نازکي حرکت کرده و خشک مي شوند. جامد خشک شده ضمن غلتيدن آرام از آن خارج مي شود. فرايند خشک شدن در اين خشک کن ها بصورت غير مستقيم است. خشک کن استوانه اي براي محلول هاي رقيق ، محلول هاي غليظ ، نمک هاي بسيار انحلال پذير و دوغاب هاي با وزن متوسط کارايي دارد ولي براي دوغاب هاي جامدات خورنده با انحلال پذيري کم مناسب نيست. زمان تماس در اين خشک کن ها بين 6-15 ثانيه است و ضريب انتقال حرارت بالا بين 200-1200 مي باشد.
شکل (2-19)تصويري از خشک کن استوانه اي

2-11-4-خشک کن با فيلم نازک:
در اين نوع از خشک کن ها خوراک بصورت مايع يا دوغاب و با دبي 100-200 kg/m2.hrوارد مي شود اين خشک کن معمولأ از دو قسمت ساخته شده است در قسمت اول تبخير کننده-خشک کن همزن دار قرار دارد و بيشتر مايع از خوراک گرفته مي شود و جامد مرطوب به قسمت دوم تخله مي شود و در آنجا به جامد خشک تبديل مي شود. بازده ي گرمايي اين خشک کن ها زياد است و تلفات مواد جامد در آن کم است همچنين اين دستگاهها در جداسازي و بازسازي حلالها از محصولات جامد مفيد است ( مقدار کمي گاز وارد مي شود ) و عمل خشک کردن در اين خشک کن ها گران است و سطح انتقال کم است.

2-11-5-خشک کن نوار نقاله اي:
در اين خشک کن ها ماده ي جامد خشک شونده بر روي الکي فلزي بصورت لايه اي با ضخامت 25-150 ميليمتر قرار داده مي شود الک توسط يک نوار نقاله اي با حرکت آرام به درون محفظه ي خشک کن هدايت مي شود دما و رطوبت هوا درون محفظه در نقاط مختلف آن متفاوت مي باشد تا شرايط مناسب خشک کردن در هر نقطه محفظه بوجود آيد زمان خشک شدن در اين خشک کن ها معمولأ بين 15-120 دقيقه است. انواع مواد جامد را بطور پيوسته و خيلي آرام خشک مي کنند بطوريکه هزينه ي آن معقول باشد.

2-11-6-خشک کن دوار:
يکي از مهمترين انواع خشک کن ها هستند و معمولأ براي جامدات granular و پودري استفاده مي شود. اين خشک کن از يک استوانه ي بلند در حال چرخش تشکيل شده است که بصورت افقي يا قدري مايل بطرف خروجي قرار گرفته است.
تقسيم بندي زير شامل انواع اين خشک کن ها مي باشد:
الف-حرارت دهي مستقيم-جريان معکوس: حرارت دهي مستقيم را براي خشک کردن موادي که نگراني از جهت آلودگي با تماس وجود ندارد استفاده مي شود در اين روش گاز داغ مستقيمأ با جامد مرطوب در تماس است و براي خشک کردن موادي که قابليت گرم شدن تا دماي بالا را دارند ( مانند مواد معدني ،شن ، سنگ آهک و…. ) کاربرد دارد
ب-حرارت دهي مستقيم-جريان هم جهت: اين دسته هم بدون نگراني از آلودگي ناشي از تماس مستقيم گاز داغ با جامد ،خشک مي شوند ( مانند سولفيد آهن، زغالسنگ ،کاه و….. )
ج-حرارت دهي غيرمستقيم-جريان معکوس: بعضي از جامدات مي توانند تا درجه حرارت بالا گرم شوند ولي نبايد در تماس مستقيم با گاز داغ قرار بگيرند. مانند غلات ، شکر ، نمک و…

د-حرارت دهي مستقيم-غيرمستقيم: اين روش از لحاظ اقتصادي از خشک کن هاي مستقيم با صرفه تر است و براي جامداتي که مي توانند تا درجه حرارت بالا گرم شوند بکار مي رود. بخصوص در حالتي که رطوبت زيادي از جسم بايد گرفته شود و هزينه ي سوخت بالاست زغالسنگ و کک در چنين خشک کن هايي در دماي زياد و بدون خطر خشک مي شوند
رابطه ي تجربي زير براي محاسبه ي ضريب انتقال حرارت حجمي Ua ارائه شده است.
(2-28)
و سرعت انتقال گرما از رابطه ي زير محاسبه مي شود.
(2-29)

2-11-7-خشک کن انجمادي:
موادي که نمي توانند حتي
تا دماي متوسط گرم شوند ( ازجمله مواد غذايي يا دارويي ) با فرايند خشک کردن انجمادي خشک مي شوند. در اين روش ماده ي تر در معرض هواي خيلي سرد قرار گرفته و منجمد مي شوند و سپس در اتاق خلاء قرار مي گيرند.

شکل (2-20)تصويري از خشک کن انجمادي

2-11-8-خشک کن بستر سيال:
در اين روش جامد خشک شونده توسط گاز داغ بصورت سيال در مي آيد وبر اثر شکسته شدن ذرات در لايه سيال شده گاز خروجي حاوي مقدار قابل ملاحظه اي از اين ذرات ريز جامد خواهد بود براي بازيابي اين ذرات ريزاز سيلکون ها و يا صافي هاي کيسه اي استفاده مي شود. رابطه ي تجربي زير براي محاسبه ي ضريب انتقال حرارت ارائه شده است.
(2-30)
در خشک کن بستر سيال اگر سرعت گاز به حد کافي زياد شود تا بستر مواد جامد از حالت سياليت به حرکت درآيد مواد جامد به همراه جريان گاز حرکت مي کنند واين اساس اين نوع از خشک کن ها را تشکيل ميدهد. سرعت انتقال گرما از گاز به ذرات جامد معلق بسيار زياد و خشک کردن سريع ( در حدود 3 تا 4 ثانيه ) است دماي گاز نيز بالا و در حدود600 درجه ي سانتي گراد است. زمان تماس آنقدر کوتاه است که دماي جامد در حين خشک کردن به ندرت به بيش از 50 درجه ي سانتي گراد مي رسد بنابراين براي مواد حساس به حرارت مناسب است.

2-11-9ـ خشك‌كن‌هاي سيلويي:
اين نوع خشك‌كن‌ها بيشتر براي مواد غذايي كه درصد رطوبتشان در حد پاييني قرار دارد (20-10 درصد ) يعني براي گروه غلات و حبوبات به طور مشخص مورد استفاده قرار مي‌گيرد. هوا از كانال پايين توسط پنكه‌اي دميده مي‌شود.

اين هوا از نظر دما و رطوبت نسبي آن كنترل شده است. هوا از طريق منافذ صفحه مشبك به درون بستر دانه غله كه با ارتفاع قابل توجهي بر روي صفحه مشبك انبار شده راه مي‌يابد. از ميان خلل و فرج اين بستر كانال‌هايي را براي خود ايجاد كرده و به سمت بالا حركت مي‌كند. در طي حركت خود با دانه‌هاي غله تبادل حرارت و رطوبت نموده تا نهايتاً از سمت ديگر بستر خارج شده و توسط پنكه‌اي كه در قسمت بالا تعبيه شده به بيرون مكيده مي‌شود. درصد رطوبت نهايي محصول در چنين سيستمي در حدود 6 درصد بوده و مدت زمان عمليات در حدود 1 تا 3 روز به طور متوسط تنظيم مي‌گردد. فاكتور زمان خشك‌كردن در اين عمليات بر كيفيت محصول نهايي تأثير بسزايي دارد.

2-11-10-خشك‌كن‌هاي كوره‌اي و اتاقكي:
اين سيستم‌ها از واحدي تشكيل شده‌اند كه داراي دو قسمت است. در قسمت پاييني هواي دميده شده توسط منبع حرارتي گرم شده و اين هواي گرم از طريق صفحه مشبك به سمت بالا به درون بستر ماده غذايي راه مي‌يابد. درصد رطوبت اوليه محصول كه در اين شيوه خشك مي‌شود بيشتر است و معمولاً در محدوده 30 تا 40 درصد قرار مي‌گيرد. چنين شيوه‌اي براي خشك كردن و توليد انواع برگه ميوه‌جات قابل استفاده است. بدليل بالا بودن درصد رطوبت اوليه محصول در طي عمليات خشك كردن اختلاف رطوبتي بين لايه‌هاي فوقاني و تحتاني وجود خواهد داشت. چون هوايي كه از پايين به سمت بالا حركت مي‌كند با دريافت رطوبت از لايه‌هاي پاييني ظرفيت پذيرش كمتري براي رطوبت خواهد داشت و

مطالب مشابه