طراحي و ساخت نازل اتمايزر فراصوت براي يك خشك‌كن پاششي آزمايشگاهي و تأثير بكارگيري آن بر ويژگي‌هاي كيفي پودر شير

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مكانيك بيوسيستم

كارشناسي ارشد

فناوري خشك كردن پاششي به عنوان يك روش مؤثر براي افزايش ماندگاري و حفظ ارزش تغذيه‌اي شير كه يك ماده غذايي پرمصرف در سطح جهاني است، همواره مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. دراين زمينه دستيابي به يكنواختي اندازه ذرات، بازده انرژي و ويژگي‌هاي كيفيتي پودر شير خشك از اهميت خاصي برخوردار است، كاربرد امواج فراصوت موجب بهبود يكنواختي و كارايي در فرآيند پاشش مي ‌شود. هورن، به عنوان يك جزء كليدي در سيستم توليد امواج فراصوت، وظيفه انتقال و تقويت دامنه ارتعاشات توليد شده توسط ترانسديوسر را بر عهده دارد و طراحي بهينه آن تأثير مستقيمي بر عملكرد كلي سيستم دارد. در اين پژوهش، ابتدا به طراحي و ارزيابي عملكرد يك هورن فراصوت پله‌اي با هدف دستيابي به شرايط بهينه انتقال توان ارتعاشي در فركانس و دامنه مورد نظر پرداخته شد. اين طراحي، در مقايسه با مطالعات پيشين، به ‌عنوان يك نوآوري كاربردي در حوزه توليد شير خشك مطرح است كه مي‌تواند مسير بهينه‌تري براي فرآوري‌هاي آينده فراهم سازد. فرآيند طراحي با رويكرد تحليلي در نرم‌افزار متلب صورت پذيرفت و به منظور اعتبارسنجي و تحليل دقيق‌تر، با بهره‌گيري از روش اجزاء محدود در نرم‌افزار آباكوس مورد ارزيابي عددي قرار گرفت و در نهايت هورن طراحي شده ساخته شد. سپس، عملكرد نازل فراصوت طراحي شده در دماهاي هواي ورودي 90 و 110 درجه سلسيوس با عملكرد نازل پنوماتيكي موجود در دستگاه خشك‌كن پاششي صنعتي مدل U07 مورد مقايسه قرار گرفت. آزمايش‌ها با استفاده از طرح فاكتوريل كاملاً تصادفي با 4 تيمار و در 2 تكرار انجام شد. به منظور ارزيابي كيفيت پودر شير توليد شده با هر دو نوع اتومايزر، پارامترهاي فيزيكوشيميايي شامل چگالي ظاهري پودر، مقدار مواد جامد محلول كل، قابليت حلاليت، درصد رطوبت نهايي و توزيع اندازه ذرات مورد سنجش و ارزيابي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه نازل فراصوت با فركانس كاري 46 كيلوهرتز با جنس آلومينيوم 7075 نسبت به نازل پنوماتيكي، عملكرد بهتري در بهبود ويژگي‌هاي فيزيكي و كيفي پودر شير خشك دارد. در شرايط آزمون، مقدار رطوبت نهايي در نمونه‌هاي حاصل از نازل فراصوت در دماي 90 و 110 درجه سلسيوس به ترتيب 5/6 درصد و 5 درصد ثبت شد كه در مقايسه با نازل پنوماتيكي كاهش بيشتري را نشان داد، هرچند اين اختلاف از نظر آماري معنادار نبود. در مقابل، مقدار مواد جامد محلول كل در نازل فراصوت به‌طور معناداري بيشتر بود (در دماي 90 درجه سلسيوس 05/12 درصد و در دماي 110 درجه سلسيوس 15/14 درصد)كه نشان‌دهنده بهبود انتقال جرم و كاهش تجمع ذرات در فرآيند خشك‌كردن است. نتايج تحليل واريانس نيز نشان داد كه اثر نوع نازل بر چگالي ظاهري پودر معنادار است، اما دما و اثر متقابل آن با نوع نازل تأثير معناداري ندارد. حلاليت و اندازه قطر ذرات نيز تحت تأثير معنادار نوع نازل و دما قرار داشتند، اما اثر متقابل آن‌ها معنادار نبود. نازل فراصوت به دليل ايجاد اتمي‌سازي يكنواخت‌تر و كنترل دقيق‌تر قطرات، ذراتي با اندازه كوچكتر و ساختاري يكنواخت‌تر توليد كرد. تحليل تنش‌هاي مكانيكي وارد بر هورن فراصوت نيز نشان داد كه بيشينه تنش در ناحيه استوانه‌اي با قطر بيشتر متمركز شده و در ناحيه با قطر كمتر كاهش يافته است كه اين توزيع تنش منجر به افزايش پايداري ساختاري در فرآيند اتمي‌سازي مي‌شود. در مجموع، نازل فراصوت عملكرد بهتري در يكنواختي توزيع اندازه ذرات، بهبود كيفيت نهايي پودر شير و افزايش بهره‌وري فرآيند خشك‌كردن پاششي نشان داد.

233410

فناوري پس از برداشت

مهندسي كشاورزي

دانشگاه صنعتي اصفهان