ارزیابی و مدل سازی یک خشک کن بازگردشی کنترل خودکار با تکیه بر بازیافت گرمای هوای خروجی

جستجو برای یافتن راهکارهای بهینه ‏سازی مصرف انرژی در خشک‏ کردن ذرت، منجر به شکل ‏گیری اید? استفاده از انرژی گرمایی هوای خروجی از خشک‏ کن گردید. اگرچه در مورد بازیافت هوای خروجی تحقیقاتی انجام شده است، اما در تحقیق حاضر، کنترل میزان هوای بازگردش به صورت پیوسته و نه پله‏ ای، تحت شرایط کنترل خودکار و با بهره‏ گیری از سازوکار اندازه‏ گیری پیوست? رطوبت محصول صورت می‏ پذیرد. برای نیل به این هدف، یک خشک‏ کن وعده‏ ای بستر عمیق در مقیاس آزمایشگاهی بازسازی شد و به سازوکارهای لازم برای بازگردش هوای خروجی و کنترل آن مجهز گردید. الگوریتم کنترل خشک‏ کن، کنترل میزان هوای بازگردش را بر اساس رطوبت نسبی هوای خروجی و کنترل گرمکن را بر اساس دمای هوای خشک‏ کننده انجام می‏ دهد. آزمایش‏های تجربی تحت شرایط مختلف خشکاندن شامل ترکیب سه متغیر مستقل دبی جرمی هوای خشک‏ کننده در سه سطح (0.19، 0.26 و kg/m^2.s 0.33)، دمای هوای خشک‏ کننده در سه سطح (50، 60 و ?70) و دو حالت بازگردش/عدم بازگردش هوای خروجی، در سه تکرار انجام شد. اثر دبی، دما و بازگردش/عدم بازگردش هوای خروجی بر متغیرهای وابسته شامل زمان خشک‏ شدن، انرژی مصرفی، اختلاف کلی رنگ نمونه‏ ها، شاخص قهوه‏ ای شدن و قابلیت بازجذب آب دانه‏ های ذرت با استفاده از آزمون فاکتوریل بر پایه طرح کامل تصادفی مورد مطالعه قرار گرفت. اثر دبی بر تمامی متغیرهای وابسته در سطح 1% معنی‏ دار شد. دمای هوای ورودی بر زمان خشک‏ شدن، شاخص قهوه‏ ای شدن و قابلیت بازجذب آب در سطح 1% اثر معنی‏ دار نشان داد. اثر بازگردش هوای خروجی تنها بر شاخص قهوه‏ ای شدن در سطح 1% اثر معنی‏ دار شد. بیشترین زمان خشک‏ شدن در دبی kg/m^2.s 0.19، دمای ?50 و بدون بازگردش هوای خروجی، کمترین زمان خشک‏ شدن در دبی kg/m^2.s 0.33 و دمای ?70، بیشترین مصرف انرژی در دبی kg/m^2.s 0.19، دمای ?70 و بدون بازگردش هوای خروجی و کمترین مصرف انرژی در دبی kg/m^2.s 0.26، دمای ?70 و همراه بازگردش هوای خروجی مشاهده شد. بهترین و بدترین اختلاف کلی رنگ در دمای ?50 و به ‏ترتیب در سطوح دبی 0.33 و kg/m^2.s 0.19، بهترین و بدترین میزان شاخص قهوه‏ ای شدن به‏ ترتیب در دبی kg/m^2.s 0.33، دمای ?70 و دبی kg/m^2.s 0.19، دمای ?50، کمترین قابلیت بازجذب آب در دمای ?60، دبی kg/m^2.s 0.33 و بیشترین آن در دمای ?70، دبی kg/m^2.s 0.26 مشاهده شد. نتایج حاکی از آن بود که بازگردش هوای خروجی تحت شرایط کنترل خودکار، زمان خشک ‏شدن و انرژی مصرفی را به‏ ترتیب به‏میزان 2.1% و 5.8% کاهش می‏ دهد. خشک‏ شدن ذرت در این خشک‏ کن وعده‏ ای بستر عمیق به کمک مدل معادلات دیفرانسیل با مشتقات جزئی، شبیه ‏سازی شد. مدل از چهار معادل? غیر خطی مشتقات جزئی حاصل از قوانین گرما و جرم و معادلات انتقال حرارت حاصل شده است. حل عددی مدل مذکور با نوشتن برنام? کامپیوتری در محیط نرم افزاری فورترن انجام شد. مقایس? نتایج تجربی و مدل ریاضی با یکدیگر نشان داد که مدل از دقت قابل قبولی برخوردار است. متوسط انحراف نسبی بین مدل شبیه ‏سازی و داده‏ های تجربی در تخمین رطوبت متوسط محصول در حدود 15% و در 30 دقیق? پایانی خشک‏ شدن 3/8% می‏باشد. دقت مدل شبیه ‏سازی در برآورد رطوبت متوسط ذرت در مراحل پایانی خشک شدن به مراتب بالاتر از ابتدا و مراحل میانی خشک شدن است. در یک دبی ثابت، با افزایش دمای هوای ورودی، متوسط انحراف نسبی میان مدل شبیه ‏سازی و داده‏ های تجربی افزایش و در یک دمای ثابت، با افزایش دبی هوای ورودی، متوسط انحراف نسبی میان مدل شبیه سازی و داده‏ های تجربی کاهش یافت.