مطالعه آزمایشگاهی و مدلسازی ریاضی خشک شدن میوه "به" در خشک کن انجمادی
چکیده
خشک کردن انجمادی فرایندی شناخته شده و حائز اهمیت در صنایع غذایی و دارویی بوده و کاربرد آن بطور عمده در خشک کردن مواد حساس به دما است. این فرایند علاوه بر تولید محصول خشک با حداقل رطوبت مزایای استفاده از دمای پایین فرایند را نیز داراست. فرایند خشک کردن انجمادی فرایندی کند بوده و عملکرد پیوسته پمپ خلاء و سیستم سرماساز در طول زمان خشک کردن این فرایند را به فرایندی پرهزینه تبدیل کرده است. در تحقیق حاضر مطالعه آزمایشگاهی به همراه مدلسازی ریاضی فرایند خشک کردن "به"(cydonia oblonga) در یک خشک کن انجمادی مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا در بخش مطالعه آزمایشگاهی با استفاده از دستگاه خشک کن انجمادی موجود آزمایش های متعددی در دو بخش انجام شد. بخش اول آزمایش ها به منظور بررسی سینتیک خشک شدن میوه "به" و تأثیر پارامترهای عملیاتی مختلف شامل میزان بار حرارتی اعمالی، زمان شروع اعمال حرارت و میزان رطوبت اولیه بر سرعت خشک شدن میوه مذکور انجام شد. در بخش دوم نیز آزمایش ها با هدف بررسی فرایند خشک شدن انجمادی و به دست آوردن پروفایل دما در طول بستر انجام گرفت. سپس بر اساس داده های تجربی بخش اول، مدل سینتیکی برای مراحل اولیه و ثانویه فرایند خشک شدن انجمادی تعیین شد. در بخش مطالعه مدلسازی، عملکرد فرایند خشک کن انجمادی با دو رویکرد نسبتاً متفاوت مورد بررسی قرار گرفت. در رویکرد اول پس از توسعه مدل بر اساس قوانین بقاء، از مدل های سینتیکی حاصل برای مراحل اولیه و ثانویه جهت تعیین مقدار تصعید و نرخ کاهش رطوبت جامد استفاده شده است. در رویکرد دوم پس از تبیین معادلات حاکم، از روابط متداول مربوط به محیط های متخلخل به منظور محاسبه نرخ انتقال جرم استفاده شده است. دقت مدل ارائه شده اول در بخش نتایج با مقایسه داده های حاصل از مدل و نتایج آزمایشگاهی در نمودارهای جداگانه بررسی شده است. مدل ریاضی دوم نیز به کمک روشهای عددی در دو حالت شبه پایا و ناپایا حل گردید. نتایج حاصل از حل هر دو مدل با داده های تجربی استخراج شده برای شیر خشک از تحقیق انجام شده توسط لیاپیس و بروتینی (1994) مقایسه و دقت مدل شبه پایا در قیاس با مدل ناپایا تعیین شد. نتایج حاصل از حل هر دو مدل با داده های تجربی استخراج شده برای شیر خشک مقایسه شده است. نتایج حاصل از حل مدل در شرایط ناپایا همخوانی قابل قبولی با داده های تجربی نشان می دهد اما خطای ناشی از حل شبه پایای مدل قابل توجه می باشد. خطای متوسط ناشی از حل شبه پایای مدل برای میزان رطوبت جدا شده در طول مرحله اولیه %35 می باشد.