طراحی و ساخت یک خشک‌کن کابینتی برای خشک کردن ضایعات غذایی و ارزیابی سینتیک و مصرف انرژی آن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• احمد خالو احمدی ¹
• امیدرضا روستاپور ²
• علی محمد برقعی ³

¹ دانشجوی دکتری، گروه مهندسی بیوسیستم، دانشگاه آزاد اسلامی واحد اقلید، اقلید، ایران

² موسسه تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران

³ گروه مهندسی بیوسیستم، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

https://doi.org/10.22067/jam.2021.69918.1037

چکیده

ارائه راه‌کارهای جدید برای بهبود فرایند و کاهش زمان خشک شدن و همچنین توسعه خشک کردن در مهار زباله‌های تر یکی از مسائل مهم در حفظ سلامت جامعه است. خشک کردن می‌تواند از طریق کاهش رطوبت، ذخیره‌سازی برای آینده، حمل و نقل آسان، بهبود ارزش‌های گرمایی و وابستگی کمتر به سوخت‌های فسیلی، کاهش بوی زباله، کاهش ضایعات و کاهش اثرات زیست‌محیطی را به دنبال داشته باشد. در این راستا جهت مطالعه رفتار خشک شدن ضایعات غذایی یک نمونه خشک‌کن کابینتی طراحی، ساخته و ارزیابی شد. توان حرارتی معادل 2.7kW به‌عنوان منبع گرمایش هوای ورودی تعیین شد. در این راستا طبق محاسبات انجام شده از یک فن گریز از مرکز با حجم هوای 310m³ h^-1 ،2800rpm و 110pa برای ایجاد جریان هوا در خشک‌کن استفاده شد. سینی خشک‌کن دارای مجاری هواگذر میانی و جانبی بود. تاثیر سه سطح دمای 50 ،60 و 70 درجه سانتی‌گراد و سه سطح سرعت جریان هوای ورودی 1، 1.5 و  m s^-12 بر مدت زمان، شدت خشک شدن و میزان مصرف انرژی خشک کردن ضایعات غذایی با ضخامتcm 3 مورد بررسی قرار گرفت و نمودارهای نسبت رطوبت و شدت خشک شدن استخراج شد. نتایج نشان داد تمام فرایند خشک شدن در دوره نزولی رخ داده است. مصرف انرژی در دمای 70 درجه سانتی‌گراد بیشترین و در دمای  50درجه سانتی‌گراد کمترین مقدار است. مقدار انرژی فعال‌سازی برای توده ضایعات غذایی در سه سطح سرعت، مقدار ثابت  10417.44J mol^-1 به‌دست آمد. ضریب نفوذ رطوبت در دماهای 50 و 60 درجه سانتی‌گراد کمتر از دمای 70 درجه سانتی‌گراد بوده است زیرا با افزایش دما مقاومت سلولی کاهش یافته و نفوذ رطوبت افزایش می‌یابد. 

کلیدواژه‌ها

• انرژی فعال‌سازی
• انرژی مصرفی
• خشک کردن پسماندهای غذایی
• خشک‌کن کابینتی
• ضایعات غذایی
• ضریب نفوذ رطوبت

20.1001.1.22286829.1401.12.4.2.8

موضوعات

• طراحی و ساخت

Open Access

©2021 The author(s). This article is licensed under Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0), which permits use, sharing, adaptation, distribution and reproduction in any medium or format, as long as you give appropriate credit to the original author(s) and the source.

مراجع

1. Adzimah, K. S., & Seckley, E. (2009). Improvement on the design of a cabinet grain dryer. American Journal of Engineering and Applied Science, 2, 217-228. https://doi.org/10.3844/ajeassp.2009.217.228
2. Al-Harahsheh, M., AL-Muhtaseb, A., & Magee, T. R. A. (2009). Microwave drying kinetics of tomato pomace: Effect of osmotic dehydration. Chemical Engineering and Processing, 48, 524-531. https://doi.org/10.1016/j.cep.2008.06.010
3. Alibas, I. (2007). Energy consumption and colour characteristics of nettle leaves during microwave, vacuum and convective drying. Biosystems Engineering, 96, 495-502. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2006.12.011
4. Amiri Chayan, R., Khoshtaghaza, M. H., & Kianmehr, M. H. (2004). Design principle of experimental fluidizid bed dryer for some agriculture products. Journal of Agricultural Engineering Research, 5, 36-52. (in Persian).
5. Arslan, D., & Ozcan, M. M. (2010). Study the effect of sun, oven and microwave drying on quality of onion slices. LWT-Food Science and Technology, 43, 1121-1128. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2010.02.019
6. Ayadi, M., Mabrouk, S. B., Zouari, I., & Ahmed, B. (2014). Kinetic Study of the Conective Drying of Spearmint. Journal of Saudi Society of Agriculture Sciences, 13(1), 1-7. https://doi.org/10.1016/j.jssas.2013.04.004
7. Chaji, H., Ghasem zadeh, H., & Ranjbar, I. (2008). Effect of Pre- treatments Using Ethyl oleate, Hot & Warm Water on Drying Characteristics of Barberry. 5^th National Congress of Agricultural Machinery Engineering and Mechanization. Mashad. Iran. (in Persian).
8. Ehiem, J. C. (2008). Design and development of an indus-trial fruit and vegetable dryer. Thesis report. University of Agriculture, Makurdi, Nigeria.
9. Ertekin, C., & Yaldiz, O. (2004). Drying of Eggplant and selection of a suitable thin layer drying model. Journal of Food Engineering, 63, 349-359. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2003.08.007
10. Ferreira, A. G., Gonçalves, L. M., & Miai, C. B. (2013). Experimental analysis of industrial solid waste solar drying. 22^nd International Congress of Mechanical Engineering. Brazil.
11. Gazor, H. R., Minaee, S., & Rostami, M. A. (2005). Influence of temperature and thickness on pistachio drying in batch dryers. Journal of Agricultural Sciences, 11, 81-93. (in Persian).
12. Ghasemkhani, H., Rafiei, S., Kayhani, A., & Dalvand, M. B. (2018). Evaluation of drying apple slices using a rotary dryer equipped with a heat exchanger. Journal of Agricultural Machinery Mechanical Research, 7, 9-19. (in Persian).
13. Ikem, I. A., Osim, A. D., Nyong, O. E., & Takim, S. A. (2016). Determination of loading capacity of a direct solar boiler dryer. International Journal of Engineering and Technology, 8, 1386-1396.
14. İsmail, O., Beyribey, B., & Doymaz, I. (2016). Effect of drying methodes on drying characttrstic, Energy Consumption and Color of Nectarine. Journal of Thermal Engineering Technical University Press, 2, 801-806.
15. Jo, J. H., Kim, S. S., Shin, J. W., Lee.Y. E., & Yoo, Y. S. (2017). Pyrolysis characteristics and kinetics of food wastes. Energies. https://doi.org/10.3390/en10081191.
16. Kim, B. S., Kang, C. N., & Jeong, J. H. (2014). A study on a high efficiency dryer for food waste. Journal of the Korean Society for Power System Engineering, 18, 153-158. https://doi.org/10.9726/kspse.2014.18.6.153.
17. Lewis, M. J. (1990). Physical Properties of Foods and Food Processing Systems. Physical Properties of Foods and Food Processing Systems. Woodhead Publishing, U.K.
18. Liu, Y., Peng, J., Kansha, Y., Ishizuka, M., Tsutsumi, A., Jia, D., Bi, X. T., Lim, C. J., & Sokhansanj, S. (2014). Novel fluidized bed dryer for biomass drying. Fuel Processing Technology, 122, 170-175. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2014.01.036
19. López, G. A., Iguaz, A., Esnoz, A., & Vírseda, P. (2000). Thin-layer drying behavior of vegetable waste from wholesale market. Drying Technology, 18, 995-1006. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2014.01.036
20. Mazandarani, Z., Aghajani, N., Daraei Garmakhany, A., Bani Ardalan, M. J., & Nouri, M. (2017). Mathematical modeling of thin layer drying of pomegranate (Punica granatum) arils: Various drying methods. Journal of Agricultural Science and Technology, 19, 1527-1537.
21. Montero, I., Miranda, M. T., Sepulveda, F. J., Arranz, J. I., Rojas, C. V., & S. Nogales. (2015). Solar dryer application for olive oil mill wastes. Energies, 8(12), 14049-14063. https://doi.org/10.3390/en81212415
22. Motevali, A., Abbaszadeh, A., Minaei, M., Khoshtaghaza, M. H., & Ghobadian, B. (2012). Effective moisture diffusivity, activation energy and energy consumption in thin-layer drying of JuJube (Zizyphus JuJube Mill). Journal of Agricultural Science and Technology, 14, 523-532.
23. Nijmeh, M. N., Ragab, A. S., Emish, M. S., & Jubran, B. (1998). Design and testing of solar dryers for processing food wastes. Applied Thermal Engineering, 18, 1337-1346. https://doi.org/10.1016/S1359-4311(98)00002-7
24. Ogulata, R. T. (2004). Utilization of waste-heat recovery in textile drying. Applied Energy, 79, 41-49. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2003.12.002
25. Rostami Baroji, R., Seiiedlou Heris, S. S., & Dehghannya, J. (2017). Mathematical simulation of heat and mass transfer in convectional drying of carrot, pretreated by ultrasound and microwave. Journal of Agricultural Machinery, 7, 97-113. (in Persian with English abstract). https://doi.org/10.22067/jam.v7i1.38881
26. Roustapour, O. R., Azimi, O., & Gazor, H. R. (2019). Computational fluid dynamics analysis in a corn air flow paddy dryer with two types of passing air flow of lateral and central patterns. Journal of Biosystem Engineering, 50, 115-128. (in Persian).
27. Roustapour, O. R., Maftoonazad, N., & Khaloahmadi, A. (2014). Study of drying kinetics and shrinkage of potato slices in a parallel flow dryer. Journal of Food Science and Technology (Iran), 12, 109-122. (in Persian).
28. Shin, H. S., & Youn, J. H. (2005). Conversion of food waste into hydrogen by thermophilic acidogenesis. Biodegradation, 16, 33-44. https://doi.org/10.1007/s10531-004-0377-9
29. Shirinbakhsh, M., & Amidpour, M. (2017). Design and optimization of solar- assisted conveyer-belt dryer for biomass. Energy Equipment and Systems, 5, 10-15. (in Persian).
30. Singh, P. R., & Heldman, D. R. (2009). Introduction to Food Engineering. Elsevier, USA.
31. Tun, M. M., & Juchelkova, D. (2019). Drying methods for municipal solid waste quality improvement in the developed and developing countries: A review. Environmental Engineering Research, 24(4), 529-542. https://doi.org/10.4491/eer.2018.327.
32. Environmental Engineering Research, 24(4), 529-542. https://doi.org/10.4491/eer.2018.327.