تحليل انرژي و سينتيك خشك شدن برگ‌هاي نعناع به روش بستر شناور ارتعاشي مجهز به پمپ حرارتي

Energy aAnalysis and Kinetics of Mint Leaves Dehydration Using Vibro-Fluidized Bed Heat Pump Dryer

تاكنون خشك‌كن‌های بستر شناور برای خشك كردن محصولات برگی با تخلخل بالا و مقاومت مكانیكی پایین كه نتیجه آن عدم شناورسازی مطلوب می‌باشد، مورد استفاده قرار نگرفته‌اند. اعمال ارتعاش به‌عنوان یك راهكار برای بهبود كیفیت شناور‏سازی و اجتناب از مشكلاتی همانند كانالیزه‏ شدن و خارج شدن بستر ذرات از حالت سیالی مطرح شده است. در این تحقیق یك خشك‏كن بستر شناور ارتعاشی مجهز به پمپ حرارتی آزمایشگاهی برای خشك كردن برگ‌های نعناع به‌عنوان یك گیاه دارویی مهم ساخته شد. آزمایش‌ها در دامنه ارتعاش 3 میلی‌متر و فركانس ارتعاش 80 هرتز انجام شد. در این دستگاه كنترل دما و سرعت هوای ورودی به كمك یك سیستم كنترل خودكار انجام می‏گرفت. آزمایش‏های خشك كردن در سه دمای 40، 50 و 60 درجه سلسیوس و دو روش استفاده (HPD) و عدم استفاده (NHPD) از پمپ حرارتی صورت گرفت. نتایج نشان داد كه خشك شدن برگ‌های نعناع عمدتاً در دوره نرخ نزولی اتفاق می‌افتد. ضریب نفوذ برگ‌های نعناع با افزایش دما افزایش نشان داد و مقدار آن از 11-10×25656/4 تا 10-10×95872/2 و 11-10×71918/3 تا 10-10×29196/1 متر مربع بر ثانیه به‌ترتیب برای روش HPD و NHPD به‌دست آمد كه در محدوده مقادیر گزارش شده برای مواد غذایی بود. انرژی اكتیواسیون برگ‌های نعناع در روش HPD و NHPD به‌ترتیب 84 و 34/54 كیلوژول بر مول تعیین شد كه با نتایج سایر محققین مطابقت داشت. ضریب عملكرد و نرخ تبخیر رطوبت ویژه بیانگر كارایی سیستم پمپ حرارتی بودند و انرژی مصرفی دستگاه در روش NHPD بیشتر از روش HPD بود.

Fluidized bed dryers have not yet been used for drying products such as mint leaves. This could be due to high porosity and low mechanical resistance resulting in poor quality of fluidization. Applying vibration has been recommended to overcome problems such as channeling and defluidization, and hence improving the fluidization quality. In this research, a laboratory scale vibro-fluidized bed heat pump dryer was designed and constructed for drying mint leaves. The experiments were conducted at vibration frequency of 80 Hz and amplitude of 3 mm. The velocity and temperature of the inlet air was controlled by an automatic control system. Experiments were carried out at 40, 50 and 60 °C, and two methods: heat pump drying (HPD) and non-heat pump drying (NHPD). The results revealed that drying process primarily occurred in the falling rate period. Effective moisture diffusivity of the samples increased with increase in drying air temperature and varied from 4.26656×10-11 to 2.95872×10-10 m2 s-1 for the HPD method, and 3.71918×10-11 to 1.29196×10-10 m2 s-1 for the NHPD method and was within the reported range of 10-9 to 10-11 m2 s-1 for drying of food materials. The activation energy was determined to be 84 kJ mol-1 for the HPD and 54.34 kJ mol-1 for the NHPD, both have very good agreement with the results of other investigators. The coefficient of performance and specific moisture evaporation rate showed the acceptable performance of the heat pump system. Moreover, the energy consumption of the dryer for the NHPD method was more than the HPD method.