انواع سیستم های خشک کن
خشک کردن( Drying) یک فرایند انتقال جرم است که طی آن آب یا هر حلال دیگری از ماده مورد نظر (معمولاً جامد) تبخیر شده و خارج می شود.این عمل به روش های مختلف و متناسب با ماده مورد نظر و همچنین نوع حلال صورت می پذیرد.عملیات خشک کردن معمولاً در مراحل پایانی و پس از دیگر عملیات ها صورت می گیرد و منجر به تولید محصول نهایی می شود.
خشک کردن، یکی از روش های نگهداری طولانی مدت از غذاهاست. این فرایند با گرفتن آب موجود در ماده غذایی صورت می گیرد. آب خود سبب فساد ماده غذایی شده و به رشد موجودات ریز زنده کمک می کند. معمولاً آب موجود در ماده غذایی ضمن تبخیر از دست می رود (خشک کردن در جریان هوا، خشک کردن زیر نور آفتاب، دودی کردن یا خشک کردن به وسیله باد).
.
خشک کن کابینتی یا سینی دار:
این سیستم از اتاقی تشکیل شده که سینی های حاوی مواد غذایی در آن قرار داده می شود. هوا که قبلاً در تماس با وسیله گرمازا داغ شده است توسط پنکه ای به گردش در می آید و از روی ماده غذایی عبور می کند. در مسیر جریان هوا صفحات خاصی قرار دارد که میزان یا سرعت عبور هوای داغ از میان ردیف ها یا طبقات در برگیرنده سینی ها را تنظیم می کند، همچنین در محل های ورود هوای تازه و خروج هوای مرطوب صفحات متحرکی وجود دارد که باعث تنظیم میزان هوای تازه ورودی به سیستم و مقدار هوایی که برحسب نیاز باید دوباره در آن به گردش در آیند می شود.
برای به گردش درآوردن مجدد هوایی که قبلاً از آن استفاده شده باید رطوبت آن گرفته شود. این کار از طریق عبور دادن این هوا از روی مواد جذب کننده رطوبت نظیر « سیلیکاژن» و یا گذراندن آن از کنار مواد سرمازا که موجب کندانس شدن رطوبت و جدا شدن از هوا می شود صورت می گیرد.
در نوعی از این خشک کن ها در کف سینی ها سوراخ هایی وجود دارد که در این حالت هوا از قسمت بالای دستگاه و بطور عمودی از میان مواد غذایی عبور داده می شود. در چنین وضعیتی سرعت عبور بستگی به ضخامت و فشردگی تکه های ماده در روی سینی ها دارد. هنگامی که جریان ماده غذایی به صورت افقی می باشد سرعت آن ۵-۲ متر بر ثانیه است.
درجه حرارت هوای خشک در این خشک کن ها در حدود c950 است. هزینه اولیه این خشک کن ها نسبتاً ارزان می باشد و انجام عملیات توسط آنها با هزینه های پایینی قابل انجام است.
نگهداری و کار با این سیستم ساده بوده و از نظر تولید مواد مختلف بسیار قابل انعطاف است. در مواردی که میزان تولید پایین است به خوبی می توان از این سیستم استفاده کرد و برای کارهای آزمایشگاهی مناسب می باشد. حداکثر ظرفیت خشک کردن چنین خشک کنی برای میوه ها و سبزیجات حدود ۲۰ تن در روز می باشد. مدت لازم خشک کردن در این نوع خشک کن ممکن است به ۲۰ ساعت هم برسد.
یک عیب خشک کن های قفسه ای این است که کنترل عملیات خشک کردن از نظر تولید محصولی با کیفیت مناسب و ثابت به خوبی میسر نیست.
خشک کن تونلی:
در این روش هوای گرم از واگن های حاوی محصول که در تونل عبورحمل می شوند عبور می کند
خشک کن هاي تونلي جهت خشک کردن انواع سبزیجات ، میوه ها ، گیاهان دارویی و … کاربرد دارند. عملیات خشک کردن با استفاده از هوای گرم فیلتر شده و غیر مستقیم ،بدون تماس با دود ،غبار و هرگونه ايجاد آلودگی در محصول انجام می پذيرد. در خشک کن های تونلی یک منطقه ای دما در تمام قسمت های تونل یکسان می باشد و تغییرات دما بصورتکلی انجام می گیرد، اما در خشک کن های تونلی چند منطقه ای دما در قسمت های مختلفتونل متفاوت است. این دستگاه توسط کامپیوتر کنترل می شود و نمودار های دما – زمان ورطوبت – زمان در هر لحظه قابل روئیت و ذخیره می باشد.
خشک کن پفکی:
محصول به مدت کوتاهی تحت فشار و دمای زیاد قرار گرفته و سپس به فشار اتمسفری باز گردانده می شود . خشک پفکی انفجاری، فرآیند نسبتاً جدیدی است که برای تعدادی از میوه ها و سبزی ها طور موفقیت آمیزی به کار برده شده است. در این فرآیند قطعه ی کوچکی از محصولات به مدت کوتاهی تحت فشار و دمای زیاد قرار گرفته سپس به فشار اتمسفری بازگردانده می شود.
در نتیجه آب موجود در آن به سرعت تبخیر شده و بخارات حاصله از بخش های داخلی محصول خارج می شوند. محصول تولیدی به روش خشک کردن پفکی ، تخلل بسیار زیادی داشته و جذب مجدد آب در آن به سرعت انجام می شود . خشک کردن پفکی برای محصولاتی که مرحله خشک شدن با سرعت نزولی در آنها طولانی است ، بسیار مناسب می باشد ، زیرا تبخیر سریع رطوبت و تخلل ایجاد شده در محصول ، موجب خروج سریع رطوبت در مراحل نهایی خشک کردن می شود.
فرآیند خشک کردن پفکی براساس فرآورده های مکعبی شکل که ضلعی برابر ۲ سانتیمکتر دارند، بیشترین بازده را دارد.این قطعات به سرعت و به طور یکنواخت خشک شده و جذب آب ،مجدداً در آن ها ظرف ۱۵ دقیقه می شود. اگر چه ممکن است، این فرآیند برای همه مواد غذایی کاربرد نداشته باشد؛ اما در عیت حال بالا بودن کیفیت محصول تولیدی با این روش ، انگیزه لازم برای تحقیقات بیشتر در این زمینه را ایجاد می کند.
خشک کن بستر سیال:
سیستم نسبتاً جدید که برای خشک کردن مواد غذایی ذره ای جامد طراحی شده است، بستر سیالی شده می باشد. در این سیستم ، قطعات محصول در طول زمان لازم برای خشک شدن در داخل هوای گرم به حالت معلق و و شناور باقی می مانند. جابجایی و حرکت محصول در سیستم همراه با تغیییر جرم ذرات در اثر تبخیر رطوبت ، بهبود می یابد.
جابجایی محصول که در اثر سیالی شدن ذرات آن ایجاد می شود ، موجب یکسان شدن سرعت خشک شدن در تمام سطوح ماده غذایی می گردد. عامل اصلی محدود کننده فرآیند بستر سیال، اندازه ذرات است. همانطور که انتطار می رود ، ذرات کوچکتر را با سرعت هوای کمتری می توان به حالت تعلیق در آورد و با سرعت بیشتری خشک نمود . اگر چه این ویژگی هامطلوب و مورد نظر است ، ولی همه محصولات را نمی توان با این فرآیند خشک کرد
خشک کن پاششی:
خشک کردن مواد غذایی مایع ، اغلب در خشک کن پاششی انجام می شود. در این فرآیند ، گرفتن رطوبت از ماده غذایی از طریق پاشش آن به درون هوای گرم محفظه ی خشک کن صورت می گیرد. اگر چه محفظه ی خشک کن در اشکال مختلفی ساخته و مورد استفاده قرار می گیرد ، با این وجود نحوه ورود قطرات ماده غذایی مایع به درون جریان هوای گرم نشان داده شده است.
هنگامی که قطرات ماده غذایی مایع با جریان هوای گرم حرکت می کنند ، آب موجود در آن ها تبخیر شده و به همراه هوا به خارج از محفظه ی خشک کن منتقل می شود . بخش اعظم فرآیند خشک شدن محصول در این روش ،در طول مرحله خشک شدن با سرعت ثابت اتفاق می افتد. عامل کنترل کننده ی سرعت خشک شدن در این مرحله ، سرعت انتقال جرم از سطح قطره است . بعد از رسیدن رطوبت به مقدار بحرانی ، ساختمان ذرات خشک شده غذا تعیین کننده سرعت خشک شدن در مرحله خشک شدن باسرعت نزولی خواهند بود.
در طول این مرحله از فرآیند ، نفوذ رطوبت در داخل ذرات ، عامل کنترل کننده ی خشک شدن می باشد . ذرات خشک شده محصول ، بعد از خروج از محفظه خشک کن ، وارد یک سیکلون تفکیک کننده شده و از هوا جدا می گردند . سپس محصول نهایی که معمولا رطوبتی کمتر از ۵% دارد ، بسته بندی می شود. کیفیت محصول تولیدی با خشک کن پاششی به علت محافظت جامد آن در اثر سرمایش ناشی از تبخیر ، بسیار بالاست . هم چنین کوچک بودن اندازه ذرات جامد محصول باعث می شود که هنگام اختلاط با آب ، باز سازی به راحتی انجام شود.
خشک کن انجمادی:
در خشک کردن انجمادی ، با کاهش دمای محصول ، قسمت اعظم رطوبت آن به یخ تبدیل شده و سپس با کاهش فشار محیط ، تصعید می گردد. فرآیند خشک کردن انجمادی را می توان برای بسیاری از مواد غذایی به خصوص محصولاتی که کیفیت ان ها از نظر مصرف کننده حائز اهمیت است ، به کار برد
در طول خشک کردن انجمادی ، فرآیند های انتقال جرم و حرارت به طور مطلوبی انجام می شوند. بسته به شکل سیستم خشک کن ، انتقال حرارت ، از طریق لایه منجمد یا لایه خشک محصول صورت می گیرد . بدیهی است، انتقال حرارت از طریق لایه منجمد ، سریع بوده بنابراین محدود کننده ی سرعت خشک شدن نخواهد بود.
سرعت انتقال حرارت از طریق لایه خشک کند است، زیرا ضریب هدایت حرارتی ساختمان های کاملاً متخلخل در شرایط خلاء پایین است. در هر دو حالت ، انتقال جرم در لایه خشک محصول انجام می شود . از آنجایی که سرعت نفوذ مولکولی در خلاء کند است، بنا براین انتظار می رود که سرعت نفوذ بخار آب ، عامل محدود کننده سرعت خشک شدن باشد.
مزایای فرآیند خشک کردن انجمادی ، بالا بودن کیفیت محصول تولیدی به دلیل پایین بودن دما در حین تصعید و حفظ ساختمان محصول است . این مزیت ها در برابر مصرف انرژی برای انجماد و ایجاد خلاء متعادل بوده و توجیه کننده فرآیند است
در این روش با کاهش دمای محصول ، قسمت اعظم رطوبت آن به یخ تبدیل شده و سپس با کاهش فشار محیط تصعید می گردد.
خشک کن بادی:
در اين خشك كن ماده به درون هوا كه از قبل داغ شده تزريق مي شود. اين هوا كه با سرعت قابل توجهي جريان دارد ماده را با خود به داخل مجرايي كه عمل خشك كردن در آن صورت مي گيرد حمل مي كند. اين مجرا ممكن است يا به صورت افقي و يا به صورت عمودي باشد كه طول آن تعيين كننده زمان توقف ماده جهت خشك كردن باشد.
در واقع اين سيستم نيز نوعي خشك كن با بستر سيال است كه در آن هوايي با سرعت بيشتر استفاده مي كنند. اين خشك كن براي موادي با اندازه كوچك مانند دانه ها، آرد و تكه هاي كوچك گوشت مناسب است، همچنين براي خشك كردن نهايي شير نيز بكار مي رود.
خشك كن هاي خورشيدي:
از انرژي خورشيد نيز ممكن است براي خشك كردن برخي مواد غذايي استفاده شود. ساده ترين شكل آن قرار دادن ماده غذايي به صورت لايه اي نازك و يا به شكل تكي در معرض نور آفتاب است. اين روش از گذشته بسيار دور مورد استفاده قرار مي گرفته مخصوصاً براي خشك كردن ميوه ها و سبزيجات، عمل خشك كردن با استفاده از انرژي خورشيد انجام مي شد.
ممكن است با قرار دادن ماده غذايي در اتاق هايي كه ديواره ها و سقف آنها تقريباً بطور كامل از شيشه درست شده و امكان حداكثر نور و انرژي به درون اتاق وجود دارد صورت بگيرد. طراحي مناسب اين اتاق از نظر وضعيت قرار گرفتن ماده غذايي و همچنين محل خروج بخار آب مي تواند سبب ايجاد يك جريان و جابجايي هوا در داخل اتاق شود كه در انجام خشك شدن بهتر و سريع تر ماده مؤثر مي باشد.
خشک کن کوره ای:
معمولاً بصورت یک سیستم دو طبقه هستند. در طبقه بالایی که در سطح یا کف آن نیز سوراخ هایی وجود دارد ماده غذایی پهن می شود، گازهای داغی که توسط کوره ای که در طبقه پایین تولید می گردند در حالی که توسط یک پنکه به طرف بالا هدایت می شوند از میان تکه های ماده عبور می کنند. مدت خشک کردن در این سیستم نسبتاً طولانی است و در مواردی مثل خشک کردن سیب که در طی خشک کردن برای مدت قابل توجهی در حدی از رطوبت مناسب برای انجام واکنش مایلارد قرار می گیرند ممکن است تغییرات رنگی نامطلوبی ایجاد شود.
ظرفیت این خشک کن ها زیاد و هزینه اولیه مورد نیاز برای آن کم می باشد. کاربرد اصلی آن برای خشک کردن سبزی ها و موادی است که بخش اعظم رطوبت آنها در سیستم های خشک کننده دیگر گرفته شده و باید تا رطوبت نهایی %۳ خشک شود.
خشک کن نواری:
این خشک کن ها بطور کلی شبیه انواع تونلی هستند اما ماده غذایی به شکل مداوم توسط نقاله نواری مشبکی در سیستم حمل می شود. از نظر حرکت مواد و هوا تمام حالاتی که در مورد انواع تونلی ذکر شده در اینجا نیز قابل استفاده می باشد. اما متداول ترین نوع عبور دادن هوا به طور عمودی از میان ماده غذایی است و در قسمت اول دستگاه حرکت عمودی هوا از قسمت پایین به طرف بالا است و در قسمت دوم که ماده غذایی نسبتاً خشک شده است جریان حرکت هوا از بالا به پایین می باشد.
مدت زمان لازم برای خشک کردن در این سیستم نسبتاً کوتاه است و برای کاهش هزینه ممکن است ماده را که هنوز دارای رطوبت نسبتاً زیادی است از سیستم خارج کرده و در سیستم های کم هزینه تر که در قبل اشاره شد خشک کردن نهایی انجام شود. این روش باعث می شود تا ذراتی که آب خود را از دست داده اند و چگالی کمی دارند بطرف بالا پرتاب شوند.
خشک کن دوار:
خشک کن دوار شامل یک استوانهای است که در جهت مناسب میچرخد و به طور معمول با افق زاویة کمی دارد.
طول استوانه ۴ تا بیش از ۱۰ برابر قطرش می باشد که ممکن است از ۳/۰ تا ۳ متر تغییر کند. مواد جامد تغذیه شده به انتهای هر سیلندر وارد می شود و به واسطة سه خاصیت چرخشی، اختلاف ارتفاع و شیب استوانه، محصول تمام شده از قسمت دیگر تغذیه می کنند.
خشک کن لوله بخار غیرمستقیم:
این نوع خشک کن شامل یک استوانه ساده است که مجهز به یک، دو و یا سه ردیف لوله می باشد ودر هنگام عملیات حاوی سیال حرارتی است و در داخل استوانه به صورت طولی نصب شدهاند. این نوع برای خشک کن هایی که دارای درجه حرارت بخار (سیال حرارتی) هستند مناسب می باشد و برای خشک کردن موادی که به آلودگی حساس هستند و نباید در تماس با گاز احتراق باشند کاربرد دارد.
خشک کن کرکره ای:
در این خشک کن گاز در داخل بسته سیر لوله می شود و مانند خشک کن های دوار مستقیم برای درجه حرارت های پایین و متوسط مناسب است.
خشک کن مستقیم کرکره ای:
هوای داغ (یا هوای سرد) ازمیان کرکره ها به داخل استوانه دوار دو جداره دویده می شوند و از لای کرکره ها عبور کرده و به داخل بستر مواد جامد دمیده می شود و در این حال استوانه یا شل می چرخد وجود پرههای کرکرهای مانند باعث می شود که هوای داغ به صورت یکنواخت به بستر مواد جامد رسیده و عمل انتقال حرارت و جرم بهتر صورت گیرد.
خشک کن دوار غیرمستقیم لوله بخار:
لوله های بخار گرم کننده به صورت قرینه وار و متحدالمرکز در یک دو و یا سه ردیف نصب شده اند و همراه استوانه خشک کن می چرخند این لوله های بخارممکن است از نوع لولة ساده باشند که بخار در طول آن ضمن حرارت دادن کندانس شده و این آب کندانس شده از طریق تله بخار دفع می شود.
(تله بخار دارای این خاصیت هست که مایع را اجازه می دهد که از آن عبور کرده و خارج شود ولی از خارج شدن فاز گازی ممانعت می کند.) هوایی که از خشک کن خارج می شود خارج می شود تقریباً نزدیک به اشباع است زیرا مقدار هوایی که در این خشک کن لازم است، معمولاً خیلی کمتر از مقدار هوای مصرفی در خشک کن های نوع مستقیم است.
بخار داغ وارد لوله ها شده و پس از کندانس شدن از آن خارج می شود. جسم خشک شده از درون روزنه هایی که در شل قرار دارند خارج می شود. این روزنه ها دارای دیواره هایی هستند که باعث می شود عمق بستر در داخل شل همیشه به اندازه کافی باقی بماند. این خشک کن ها به ویژه برای خشک کردن موادی مناسب است که زمان خشک کردن با شدت نزولی انها طولانی بوده و بتوان آنها را در زمانی نسبتاً طولانی در یک دمای ثابت نگه داشت.
دوران شل در ضمن اینکه موجب هم زدن مواد بستر شده و از ایجاد کیک جلوگیری می کند، باعث سهولت جریان بخار آب نیز خواهند شد و به دلیل اتلاف حرارتی پایین جریان هوای خروجی، راندمان بالاست این خشک کن برای موادی که نسبت به حرارت حساس هستند مناسب است. زیرا که درجه حرارت ماکزیمم دقیقاً قابل کنترل می باشد و این دما توسط دمای عامل گرم کننده (بخار) کنترل می شود.
در این نوع خشک کن ها معمولاً خوراک مرطوب از طریق انتقال دهنده مارپیچی و یا ریزشی به داخل خشک کن وارد می شود و در خشک کن های معمولی، محصول خشک شده در انتهای استوانه از لابه لای لوله های بخار به بیرون ریخته می شود. با این کار همچنین هوای استفاده شده جهت خشک کردن و دیگر گازهای موجود از داخل خشک کن خارج می شود. به دلایل زیاد جهت جریان کاز و مواد جامد متقابل می باشد.
منابع :
۱)روشهای خشک کردن مواد غذایی ، گوستاو باریوسا ، کانواس هامبرتو ، گامر کارو ،ترجمه: سید علی مرتضوی ، مسعود شفافی زنوزیان،۱۳۷۲
۲)اصول تکنولوژی نگه داری مواد غذایی ، دکتر حسن فاطمی،۱۳۷۸
۳)اصول خشک کردن ، سزلااسترامیلو ، تادیوز کودرا ، ترجمه: حسن پهلوان زاده ، کاربرد و طراحی، ۱۳۷۵
گرد آورنده : مهندس محسن طاهرسلطانی
