پایان نامه رایگان درباره نیروی کشش، دو قطبی

دانلود پایان نامه ارشد

76/0 تا 400 میکرو متر تأمین می شود.تشعشع از سطح ماده به درون آن نفوذ کرده و باعث ارتعاشات مولکولهای ماده و ایجاد حرارت در درون آن می شود و چون عمق نفوذ این اشعه نسبتأ کم است این روش برای خشک کردن مواد نازکی مانند فیلم ها ، پوششها و رنگ روی مواد مفید است.
4-خشک کردن دی الکتریک:
در این روش انرژی حرارتی در داخل ماده خشک شونده تولید می شود و انرژی تنها روی مواد قطبی اثر می گذارد در این حالت به کمک میدان مغناطیسی ،میدان دو قطبی می چرخند و ایجاد گرما می کنند و آب مواد خشک می شوند. مثلأدر ماکروفر تنها آب غذا گرم و تبخیر می شود ولی ظرف غذا گرم نمی شود.
5-خشک کردن از طریق حلال( خشک کردن تبخیری ):
در این روش بخار داغ حلال های آلی در تماس با ماده قرار می گیرند و آب ماده را جذب می کنند.

2-7تعیین تجربی سرعت خشک شدن:
برای این منظور باید نمونه هایی از ذرات جامد را انتخاب کرده (مثلأ بر روی سینی پخش کرده یا آنرا در یک محفظه آویزان کرده و پس از تماس با هوا ) پارامترهای رطوبت ، زمان، وزن جامد خشک و وزن نمونه را محاسبه کرد و منحنی سرعت خشک شدن را تعیین کرد.از این داده ها دو نوع منحنی تهیه می شود. اطلاعات لازم برای تعیین این منحنی ها معمولأ در شرایط آزمایشگاهی و با اندازه گیری تغییرات زمانی زمانی جرم و درجه ی حرارت یک نمونه از ماده بدست می آید. فرایند خشک شدن در حالت پایا ( T,V,Uثابت ) با استفاده از هوای داغ به عنوان عامل خشک کننده صورت می گیرد منحنی های زیر نمونه ای از منحنی خشک شدن از طریق جابجایی را نشان می دهد در ابتدای مرحله ی خشک شدن تغییرات رطوبت ماده با زمان بصورت منحنی AB بیان می شود پس از گذشت زمان ( X=f(t بصورت خط BC در می آید و دبی خشک شدن (شیب خط ) ثابت می ماند.

شکل(2-4)منحنی مقدار رطوبت آزاد نسبت به زمان

خطی بودن کاهش مقدار رطوبت ماده تا نقطه ی بحرانی ادامه می یابد سپس خط مستقیم به منحنی تبدیل شده و بصورت مجانبی تا نقطه ی رطوبت تعادلی x* پیش می رود.اولین مرحله ی خشک شدن (خط BC )مرحله ی ثابت بودن دبی خشک شدن و از تقطه ی بحرانی C مرحله ی دوم خشک شدن آغاز می شود که آنرا مرحله ی نزولی دبی خشک شدن می گویند. سنتیک خشک شدن مقدار رطوبت تبخیر شده و درجه حرارت ماده را نسبت به زمان بازگو کند با استفاده از نمودار بالا و رابطه ی می توان مقدار رطوبت آزاد ذرات را در هر لحظه بدست آورد.
سرعت خشک شدن با رابطه ی زیر بیان می شود

(2-5)
با توجه به شکل بالا و با محاسبه ی ضریب زاویه ی منحنی در هر لحظه بدست می آید و مقدار می باشد بنابر این با تعیین R نسبت به رطوبت آزاد و ترسیم آن ، منحنی سرعت خشک شدن به صورت زیر است.

شکل (2-5)منحنی شدت خشک شدن برحسب مقدار رطوبت آزاد
منحنی خشک شدن می تواند شکل های متفاوتی داشته باشد در شکل بالا منحنی سرعت خشک شدن بر اساس تابعی از رطوبت نشان داده شده است در شکل بالا دو منطقه ی CDE وBC از بقیه ی منحنی کاملأ جدا هستند ومنطقه ی BC را خشک شدن با سرعت ثابت و منطقه ی CDE را منطقه ی خشک شدن با سرعت نزولی می نامند. توجیه منحنی خشک شدن ارتباط نزدیکی با پدیده ی انتقال جرم و حرارت دارد قبل از خشک شدن سطح ذرات کاملأ از لایه ی نازکی از آب پوشیده شده که بصورت آب غیر پیوندی است با برقراری تماس بین سطح ماده و هوای خشک کننده تبخیر مایع اتفاق می افتد با در نظر گرفتن مقاومت در برابر انتقال جرم می بینیم که شرایط خارجی و لایه ی مرزی گاز محدود کننده دبی خشک کردن می باشد.
بنابراین دبی تبخیر را توسط ضریب انتقال جرم و تغییرات رطوبت هوا می توان بیان کرد.
(2-6)
رطوبت Yi مربوط به شرایط اشباع درجه حرارت لایه ی آب بوده است و به درجه ی حرارت بستگی دارد از آنجاییکه تبخیر رطوبت به مقدار حرارت برابر با حرارت نهان تبخیر مایع نیاز دارد سطح مایع بعد از گذشت زمان به درجه حرارت تعادلی می رسد ( مرحله ی اول خشک شدن ) بطوریکه مقدار حرارت منتقل شده از هوای اطراف به سطح آب با مقدار حرارت مورد نیاز برای تبخیر برابر خواهد شدبنابراین رطوبت Yi ثابت می ماند در غیر اینصورت اگر در نتیجه ی ثابت بودن پارامتر های فرایند رطوبت هوا Y تغییر نکند دبی تبخیر بین دو نقطه ی C , B ثابت باقی مانده و برابر با RC می شود.اگر بدنه ی ماده و سطح آن از یک لایه مایع تشکیل شده باشد و دارای درجه حرارت کمتر از درجه حرارت تعادل باشد دبی خشک شدن در محدوده ی AB افزایش می یابد تا اینکه درجه حرارت سطح به درجه حرارت مربوط به خط BC برسد اگر خشک کن با ماده ی تری با درجه حرارت بیشتر از دمای تعادل تغذیه شود مرحله ی اول خشک شدن متناظر با خط B’C خواهد بود.معمولأ مرحله ی اول خشک شدن خیلی کوتاه بوده و قابل اغماض است.
وقتی X(2-7)
دبی خشک شدن کاهش می یابد.این حالت متناظر با مرحله ی نزولی دبی خشک شدن است در این مرحله دبی خشک شدن توسط انتقال رطوبت ماده (شرایط داخلی ) که بستگی به تغییرات غلظت رطوبت دارد کنترل می شود شکل منحنی خشک شدندر مرحله ی نزولی به نوع موادی که خشک می شوند بستگی دارد.
شش نوع منحنی خشک شدن در مرحله ی نزولی از یکدیگر تفکیک شد ه اند

شکل(2-6)منحنی های شدت خشک شدن

دو منحنی اول مربوط به موادی هستند که حفره های مویین و سطح مخصوص تبخیر زیادی دارند مانند کاغذ مقوای نازک ( منحنی b ) وپارچه و چرم نازک ( منحنی a ) سایر منحنی ها مربوط به موادی است که حفره های مویین ولی سطح مخصوص تبخیر کمی دارند مانند سرامیک ( منحنی c )و خاک رس ( منحنی 4 ) منحنی 4و5و6 مربوط به مواد کلوئیدی است که بدنه ی متخلخل با حفره های مویین دارند مانند ذرت ، نان و زغال
هرگاه با افزایش رطوبت میزان تبخیر ثابت باشد X>XC در ناحیه ی سرعت ثابت هستیم و هرگاه با کاهش رطوبت میزان تبخیر کاهش یابد X2-8مکانیسم حرکت رطوبت در جامدات:
دو مكانيزم فيزيكي يعني حركت مويرگي (مویینگی ) و انتشار مولكولي (نفوذ ) تا انتهاي خشك كردن ماده در نظر گرفته مي شود آب درون ماده از ميان شيارها و شكاف هاي بسيار ريز حركت كرده و به سطح مي آيد و تا زمانيكه آب آزاد در شيارها وجود دارد كشش سطحي به طور مداوم اين آب را به طرف سطح مي كشد.پس از خروج مقداري آب ماده قدري چروكيده مي شود يعني شكاف ها و شيارها به اندازه ي آب از دست رفته تنگ تر مي شود و نتيجتا در ابتداي خشك كردن سرعت تبخير و خشك شدن در واحد سطح ثابت است در مراحل آخر خشك شدن كه داخل ماده كاملا تغيير شكل و ماهيت داد سرعت خشك شدن نسبت به قبل كاهش پيدا كرده و در اثر نبود آب در درون شكاف ها هواي موجود در آن ها مولكول هاي بخار آب را به طريقه ي انتشار و در تماس با قسمت جامد شكاف ها به طرف سطح ماده مي آورد. در اوايل خشك كردن ممكن است انتقال آب از درون ماده به سطح، با هردو پديده انجام شود ولي در اواخر خشك كردن انتقال آب حتما توسط پديده ي انتشار مولكولي انجام مي شود. با افزايش درجه حرارت مقدار رطوبت تعادلي كاهش مي يابد و اين موضوع به تغيير رطوبت از بالا به پايين در فرايند خشك كردن و يا از پايين به بالا در فرايند رطوبت زني بستگي دارد بنابراين منحني هاي جذب و دفع با يكديگر تفاوت دارند.
الف-نفوذ:
در اثر اختلاف غلظت رطوبت بین سطح جسم و داخل آن بیشتر در جامدات غیر متخلخل دیده می شود. مانند مواد ژلاتینی و صابون
ب-مویینگی :
مکانیسم مویینگی بیشتر در جامدات متخلخل مانند خاک رس و سنگهای معدنی صورت می گیرد و حرکت رطوبت مانند حرکت در داخل لوله های مویین است که عامل کشش سطح است.در جامداتی که مکانیسم نفوذ کنترل کننده است معمولأ ناحیه اول سرعت سقوط وجود ندارد.
محاسبه ی زمان خشک شدن در ناحیه شدت ثابت با رابطه ی زیر است

ودرt=0داریم:
(2-8 )
اگر رطوبت جسم بیشتر از رطوبت بحرانی باشد زمان خشک شدن تا رسیدن به رطوبت بحرانی از رابطه ی زیر بدست می آیدمشکل این رابطه تعیین RC است که در آزمایشگاه و با استفاده از ضریب انتقال حرارت جابجایی محیط (h ) و جرم ( Kg ) بین عامل خشک کننده و سطح ماده بدست می آید در ناحیه ی شدت ثابت سطح جسم کاملأ مرطوب است مقدار RC را هم از طریق حل معادله ی انتقال حرارت و انتقال جرم می توان بدست آورد و همچنین می توان از رابطه ی زیر نیز استفاده کرد.
(2-9)
برای محاسبه ی زمان خشک شدن در ناحیه ی شدت ثابت از رابطه ی زیر استفاده می کنیم:
(2-10)

عوامل موثر بر شدت خشک شدن در ناحیه ی شدت ثابت:
الف-اثر خشک شدن هوا بر شدت خشک شدن
اگر از هدایت و تابش صرفنظر شود شدت خشک شدن تابعی از U,h می باشد.اگر هوا بصورت موازی وزیده شود
(2-11)
واگر بصورت عمود باشد
(2-12)
ب-اثر رطوبت هوا بر شدت تبخیر
از جمله پارامترهای موثر بر شدت خشک کردن TW است با افزایش رطوبت هوا TW افزایش می یابد و هرچقدر رطوبت هوا بیشتر باشد اختلاف T,Tw کمتر می شود ( اگر رطوبت 100% شود T=Tw می شود )چون این اختلاف متناسب با RC است پس افزایش رطوبت باعث کاهش شدت خشک شدن می شود.

(2-13)
ج-اثر درجه حرارت هوا برشدت خشک شدن
با توجه به منحنی رطوبت سنجی در می یابیم که در رطوبت ثابت با افزلیش T ، Tw نیز افزایش می یابد ولی نه به اندازه ی T بنابراین شدت خشک شدن با نسبت تغییر T,Tw تغییر می کند.
(2-14)

د-اثر ضخامت بر شدت خشک شدن
در ناحیه ی تبخیر با شدت ثابت ضخامت جسم تأثیری بر شذت تبخیر ندارد (چون مانند تبخیر از سطح آزاد مایع است ) ضخامت جسم در ناحیه ی تبخیر با شدت نزولی ، بر شدت تبخیر موثر است که این امر در نمودار زیر بیان شده است.

شکل (2-7)مقایسه تأثیر ضخامت جسم در ناحیه تبخیر با شدت نزولی

a>bcضخامت
محاسبه ی خشک شدن در ناحیه ی سقوط:
شدت تبخیر در ناحیه ی سقوط به رطوبت وابسته است و زمانیکه رطوبت آزاد از رطوبت بحرانی کمتر شود این ناحیه آغاز می شود بر اساس رابطه ی قبلی
(2-15)
بنابراین رابطه ی R با X بصورت جدول یل رابطه باید مشخص شود.اگر تغییرات R با رطوبت بصورت یک جدول موجود باشد با رسم منحنی 1/R نسبت به X و تعیین مساحت زیر منحنی می توان زمان لازم برای خشک شدن را محاسبه کرد و اگر جدول R بر حسب X داده شود در شروع تغییرات Rبا X(جاییکه R تغییر میکند )همان XC است.

بررسی مکانیسم خشک شدن در مرحله ی شدت نزولی (حرکت مایع در درون جسم جامد ):
حرکت آب در درون جسم جامد در مرحله ی شدت نزولی به شکل و نوع جسم بستگی دارد برای جامدات غیر متخلخل از طریق نفوذ و برای جامدات متخلخل از طریق مویینگی انتقال می یابد در اینجا میزان خشک شدن بر اساس تئوری های نفوذ و مویینگی مورد بررسی قرار می گیرد.
الف-تئوری نفوذ در خشک شدن جامدات غیر متخلخل:
مشخصه ی این تئوری این است که نفوذ مایع کنترل کننده ی سرعت خشک شدن است ( مقاومت در برابر انتقال جرم بخار آب از سطح جامد بسیار کمتر از مقاومت نفوذ آب در داخل ذرات است ) و حرکت مایع ( از موادی مانند چوب ، چرم ، چسب ،کاغذ……)بسیار آرام و کند است بنابراین می توان از قانون دوم فیک استفاده کرد
(2-16)
با حل معادله ی بالا با استفاده از شرایط مرزی و اولیه داریم

(2-17)
برای مدت زمانهای طولانی از ترم های دوم به بعد می توان صرفنظر کرد.
(2-18)
بنابراین زمان خشک شدن
(2-19)

در شروع نفوذ X1=CC با مشتق گیری از رابطه ی بالا داریم
(2-20)
اگر طرفین را در LS/A ضرب کنیم داریم
(2-21)
ب-تئوری مویینگی در خشک شدن در جامدات متخلخل:
بر اساس تئوری حرکت رطوبت ( غیر پیوندی ) در جامدات متخلخل ( جامدات دانه ای ، شن ،….) به علت وجود کشش سطحی صورت می گیرد بنابراین نیرو محرکه این انتقال نیروی کشش سطحی است توزیع رطوبت در جامدات متخلخل در طول فرایند خشک شدن تفاوت زیادی با جامدات غیر متخلخل دارد در ناحیه ی شدت نزولی خشک کردن این تفاوت آشکار آمده است. با شروع خشک شدن در ابتدا رطوبت به سطح می رسد تا تشکیل یک سطح مرطوب یکنواخت را بدهد و شدت خشک کردن در اینجا ثابت است این فرایند ادامه می یابد. نکته ی جالب توجه این است که طی این فرایند هوایی که از منافذ و شکاف های کوچک وارد جامد می شود جایگزین رطوبت می شود نتیجتأ رطوبت سطحی به فضای بین ذرات در سطح کشیده می شود و مساحت مرطوب روی سطح کاهش می یابد و سطوح خشک در سطح جامد پدیدار می شود و در مرحله ی شدت نزولی تبخیر آغاز می شود ( نقطه ی بحرانی اول ) برای جامدات متخلخل ناحیه ی شدت نزولی خود دو مرحله است در مرحله ی اول که بصورت یک خط صاف درآمده است مکانیسم مویینگی برقرار است و رطوبت موجود در منافذ بصورت یک فاز پیوسته و گاز بصورت فاز پراکنده است شکل زیر در ناحیه ی اول مرحله ی شدت نزولی ، سرعت تبخیر در واحد سطح مرطوب ثابت است ولی سرعت تبخیر بر اساس سطح ( شامل سطح مرطوب وسطح خشک ) این کاهش سرعت ادامه می یابد.

شکل (2-8) اثر مویینگی در خشک کردن
شکل زیر زمانیکه تئوری مویینگی صادق است شدت خشک کردن بطور خطی با X تغییر می کند تمامی پارامتر های موثر در دوره ی شدت ثابت اثری یکسان در این ناحیه دارند.

شکل(2-9)توزیع رطوبت در یک فرایند خشک شدن در ناحیه ی اول مرحله شدت نزولی

بنابراین برای تعیین شدت خشک شدن می توان از روابط مرحله ی شدت ثابت استفاده نمود
(2-22)
اگر شدت خشک شدن بصورت خطی با X تغییر کند
(2-23)
مدت زمانیکه رطوبت به X2 می رسد
(2-24)
با جایگذاری RC داریم :
(2-25)
اگر مکانیسم مویینگی کنترل کننده باشد زمان خشک شدن به ضخامت جسم ، دما ، رطوبت و سرعت گاز بستگی دارد.اگر خروج رطوبت از جسم ادامه یابد ،کسری از حجم منافذ که توسط هوا اشغال شده است افزایش می یابد وقتی این کسر به حد معینی برسد آب کافی برای حفظ فیلم های پیوسته درون منافذ وجود ندارد و منافذ با هوا پر می شود ( در اینجا هوا بصورت فاز پیوسته در می آید ) با ادامه ی این فرایند به رطوبتی می رسیم که از آن به بعد قسمت دوم مرحله ی شدت نزولی آغاز می شود ( نقطه ی بحرانی دوم ) در این ناحیه بخار آب از طریق نفوذ در جامدات و گرمای تبخیر از طریق رسانایی انتقال می یابد. در این مرحله پروفایل دمایی در جامد ایجاد می شودو دمای سطح جامد به دمای هوا بسیار نزدیک می شود در شکل زیر توزیع رطوبت برای این ناحیه آمده است.

شکل (2-10) توزیع رطوبت در یک فرایند خشک شدن در ناحیه ی دوم مرحله شدت نزولی
چنانچه پیشتر توضیح داده شد فرایند خشک شدن اگر همچنان ادامه یابد در انتها میزان رطوبت در منافذ ذرات جامد ممکن است بصورت شکل زیر درآید.

شکل(2-11) توزیع رطوبت در انتهای یک فرایند خشک شدن

با توجه به این شکل در پایان فرایند خشک کردن سطح واقعی خشک کردن بسیار کوچک ، پراکنده و ناپیوسته است.

2-9دسته بندی خشک کن ها:
تنوع محصولاتی که باید خشک شوند موجب طراحی انواع مختلفی از خشک کن ها شده است پارامترهای مختلفی جهت دسته بندی انواع خشک کن ها وجود دارد که از مهمترین آنها مقیاس عملیاتی خوراک، شکل فیزیکی خوراک شکل فیزیکی محصول ،روش خشک شدن…..است.که مفیدترین و کلی ترین نظر برای دسته بندی خشک کن ها هیدرو دینامیک جریان مواد می باشد که خشک کن ها با محفظه ی ثابت ( که مواد در آن ساکن است ) و خشک کن ها با محفظه ی متحرک ( که در آن ذرات ماده به دلیل نیروی ثقل و یا مکانیکی متحرک هستند ) از این نوع هستند.

شکل (2-12) معیار دسته بندی خشک کن ها

2-10بررسی خشک کن ها بر اساس نحوه ی تماس گاز-جامد
الف-خشک کن

پایان نامه
Previous Entries پایان نامه رایگان درباره رطوبت نسبی، دینامیکی، فشار بخار آب Next Entries پایان نامه رایگان درباره صنایع غذایی، مواد معدنی، مواد غذایی