بررسی راندمان عملیات جداسازی پسته طی فرآوری توسط جدا کننده وزن مخصوص
بررسی راندمان عملیات جداسازی پسته طی فرآوری توسط جدا کننده وزن مخصوص تهيه كننده: محمد قرباني محمدآبادي
چكيده جداسازي از مهمترين فعاليتهايي است كه طي عمليات فرآوري پسته روي دانهها صورت ميگيرد. جداسازي در مراحل مختلف فرآوري با هدف خارج ساختن بخشهايي از محصول كه باعث كاهش ارزش تجاري يا بهداشتي محصول هستند صورت ميگيرد. جداسازي پوست سبز، دانههاي پوك، گوها، پستههاي لكهدار و پستههاي غيرخندان از جمله ی اين موارد است كه هر كدام طي يك يا چند مرحله جداسازي توسط دستگاههاي جداساز انجام ميگيرد. جداساز وزن مخصوص يكي از دستگاههاي متداول جداسازي است كه به طور گستردهاي در واحدهاي فرآوري پسته كاربرد دارد. جهت بررسي راندمان دستگاه، جداسازي كامل محصول توسط آب به عنوان مبنا در نظر گرفته شد و بر اين اساس شاخص نسبي جداسازي تعريف گرديد. با استفاده از شاخص تعريف شده، راندمان جداسازي دستگاه براي حالات مختلف تنظيم دستگاه (شامل تنظيم متداول آن) براي ارقام پستة فندقي و ممتاز معين گرديد. اين تحقيق نشان داد شاخص نسبي جداسازي در رقم ممتاز بالاتر از رقم فندقي بوده و صرفنظر از رقم محصول بالاترين مقدار به دست آمده براي R.S.I. برابر با 5/64% است. همچنين نتايج حاكي از آن بود كه با تغيير تنظيمات دستگاه از حالت متداول، امكان ارتقاي شاخص نسبي جداسازي دستگاه از 79% (نسبت به جداسازي با آب) به93% (نسبت به جداسازي با آب) وجود دارد. از سوي ديگر مشاهده شد تغييرات انجام يافته جهت ارتقاي شاخص نسبي جداسازي منجر به افزايش شديد خروجي نامناسب ميگردد.
مقدمه پسته يکي از محصولات عمده صادراتي ايران است و کشور ما اولين توليد كننده و صادر کننده آن در سطح جهان ميباشد[5]. اين محصول با توجه به سياستهاي کلي اقتصاد کشور در قطع وابستگي از درآمدهاي نفتي و رونق صادرات غير نفتي از اهميت بسزايي برخوردار بوده و بررسي راهکارهاي توسعه و بهبود توليد و تجارت آن از جمله موضوعاتي است که مؤسسات پژوهشي و دستگاههاي اجرايي آنرا پيگيري مينمايند[2]. امروزه باغداران و توليدکنندگان پسته از خدمات فني شرکتهاي خصوصي در امر آب و خاک، تغذيه، بيماريشناسي، کنترل آفات و امراض گياهي بهرهمند هستند. همچنانکه واحدهاي فرآوري محصول پسته در نواحي پستهخيز و حتي استانهاي مجاور به بهرهبرداري رسيدهاند. اين واحدهاي فرآوري با عنوان ترمينالهاي ضبط پسته شناخته ميشوند. محصول پسته پس از برداشت به دو صورت حمل تودهاي و حمل در سبد به واحد فرآوري منتقل ميگردد. در واحد فرآوري دانهها پوستگيري شده و مواد زائد و ضايعاتي چون برگها و ترکهها به همراه پوست خارجي از محصول جدا ميگردد. در ادامه محصول مورد شستشو، پوکگيري، گوگيري، نمگيري، خشک کردن، درجهبندي و سورت دستي (و احياناً ماشيني) قرار ميگيرد[4]. در برخي از ترمينالها محصول جهت شستشو و پوکگيري درون حوضچه آب ريخته ميشود و در حاليکه پستههاي پوک، بقاياي پوست و مواد خارجي، پستههاي پوستگيري نشده (گوها) و بخشي از دانههاي ظاهراً سالم طبيعي روي آب شناورند، پستههاي مغزدار و پوستگيري شده در آب فرو رفته و از قسمت کف حوضچه جمعآوري ميگردند. در اين واحدها که اصطلاحاً داراي حوض تر يا حوض آبي هستند عموماً جهت تکميل شستشو از دوش آب نيز استفاده ميشود[1]. در برخي از ترمينالها بدلايلي چون کمبود و محدوديت منابع آب و/يا مشکل دفع فاضلاب حاصله و برخي ملاحظات ديگر به جاي حوض تر از حوض خشک جهت پوکگيري استفاده ميگردد. اساس کار اين حوض نيز مانند حوض تر غوطهوري ميباشد با اين تفاوت که سيال جداکننده در اين دستگاه هوا ميباشد. هوا توسط فن از زير به دستگاه دميده شده و عمل جداسازي بر روي بستر سيال صورت ميگيرد. حرکت ارتعاشي دستگاه دانههايي را که برآيند نيروهاي رو به بالا و وزن آنها رو به پايين است به سمت کانال خروجي زير بادي (خروجي A) هدايت ميکند در حاليکه دانههايي که برآيند دو نيروي فوقالذکر در آنها رو به پايين است در اثر شيب دستگاه به قسمت خروجي روبادي يا پوک (خروجي R) ارسال ميگردند[7]. نيروي رو به بالاي وارده بر دانهها از طرف سيال تابعي از اندازه، شکل، وزن و احتمالاً زبري سطحي ميباشد[11]. مهمترين خاصيت فيزيکي که مي تواند تا حدودي در برگيرنده اثرات موارد فوقالذکر باشد، سرعت حد نام دارد[3]. طي پژوهشي که پيرسون به منظور بررسي امکان ارائه يک معيار جهت جداسازي پستههاي زودخندان از ساير پستهها انجام داد معلوم گرديد که پسته هاي زودخندان (که تقريباً حاوي تمام آفلاتوکسين محصول در مرحله باغ هستند) بطور معنيداري از پستههاي سالم از نظر طول، عرض، ارتفاع، جرم و حجم کوچکترند[10]. آناليزهاي تشخيص در جداسازي، نشان داد خواص فوق به تنهايي يا به صورت ترکيبي نميتوانند به عنوان مبنايي براي جداسازي مناسب و حذف دانههاي زودخندان درنظر گرفته شوند[8]. ولي اين خواص مي توانند جهت بهبود دقت به همراه ساير روشها مورد استفاده قرار گيرند. به عنوان مثال بر اساس تخمين آماري فوق درصد دانههاي زودخنداني که با معيار خصوصيات مرتبط با رنگ پوست شاخي بطور صحيحي طبقه بندي ميشوند با تلفيق خصوصيات فوقالذکر از حدود 82% به حدود 100% نزديک ميگردد. توجه گردد مطلب فوق به معناي امکان حذف 100% دانه هاي زودخندان با شرايط فوق نميباشد. همچنين پيرسون گزارش نمود که محتواي رطوبتي پسته هاي پوست گيري نشده، چگالي، ضخامت پوست خارجي (پوست سبز)، سرعت حد و ضريب اصطکاک پوست خارجي در پسته هاي زودخندان و پستههاي سالم داراي تفاوت معني داري نيستند[9]. درينچا و پاولوف آزمايشاتي را جهت ارتقاي راندمان جداسازي بذر در يك جداكننده وزن مخصوص انجام دادند. آنها خواص مرتبط با جداسازي دانه توسط بستر سيال را با استفاده از روشهاي رياضي و آناليزهاي تشخيصي بررسي نمودند. دادههاي حاصل از اين آزمايشات منجر به اراية گونهاي جديد از جداكننده وزن مخصوص گرديد كه توانايي جداسازي بهتر و دقيقتري را فراهم مينمايد[6]. در تحقيق حاضر جداسازي کامل توسط آب به عنوان مبنا جهت ارزيابي جداسازي محصول پسته پوستگيري شده در نظر گرفته شد و بر اين اساس شاخص نسبي جداسازي تعريف گرديده و ارزيابي حوض خشک با استفاده از اين شاخص مورد نظر قرار گرفت.
مواد و روشها اين پژوهش بر روي حوض خشک مستقر در يکي از دو خط فرآوري ترمينال وابسته به "مزرعه ياسايي" واقع در حومه کرمان انجام گرديد. حوض خشک مورد نظر در اين پژوهش ساخت شرکت ممتازان بوده، طراحي و ساخت آن به گونهاي است که محصول پس از گذشتن از قسمت ابتدايي دستگاه که در واقع نوعي غربال معروف به نخودگير است به درون محفظه اصلي هدايت ميگردد. فن دستگاه باد را از زير به کف مشبک اين محفظه ميدمد. ضمناً کف محفظه اصلي دستگاه شيبدار ميباشد. در مدلهاي قديمي دستگاه مشتمل بر سه خروجي و در مدلهاي جديدتر دستگاه داراي دو خروجي مي باشد. در مدلهاي اخير خروجي اصلي دستگاه جهت محصول زيربادي (خروجي A) و خروجي جانبي جهت بخش روبادي محصول شامل پستههاي پوک و مواد زائد و ضايعات کم وزن به عنوان خروجي پوک (خروجي R) عمل مينمايد. در هر کدام از دو خروجي فوق دريچهاي وجود دارد که کنترل و هدايت محصول خروجي توسط آنها امکانپذير ميباشد. کل مجموعه تانک در اثر اتصال به سيستم لنگ از حرکت ارتعاشي برخوردار ميباشد که مهمترين مشخصات آن عبارتند از: 1- تعداد دوران محور لنگ جهت ايجاد حرکت ارتعاشي: 340 دور بر دقيقه 2- بيشينه سرعت رفت و برگشت تانک: 18 تا 21 متر بر دقيقه 3- حداکثر شعاع لنگ: 14 سانتيمتر 4- تعداد دوران فن: 2400 دور بر دقيقه در اين تحقيق اثر سه عامل تنظيم دريچه A، تنظيم دريچه R و رقم به عنوان متغيرهاي مستقل بر شاخص نسبي جداسازي به عنوان متغير وابسته مورد بررسي قرار گرفت. فاکتور اول (تنظيم دريچه A) در سه سطح (وضعيتهاي a، b و c)، فاکتور دوم (تنظيم دريچه R) در دو سطح (وضعيتهاي a و b) و فاکتور رقم نيز در دو سطح (ارقام فندقي و ممتاز) مورد نظر قرار گرفت(شکل1). ارقام فوقالذکر با توجه اهميت شکل دانهها در امر جداسازي توسط سيال (متناظر با تغييرات در سرعت حد و ساير خواص آيروديناميکي در اثر تفاوتهاي ابعاد و شکل دانهها) از دو گروه پستههاي گرد و کشيده انتخاب گرديدند. با توجه به فاکتورهاي فوقالذکر و سطوح هر کدام مجموعاً 12 تيمار آزمايشي در نظر گرفته شد. با احتساب 3 تکرار براي هر تيمار، آزمايش شامل 36 واحد آزمايشي بود که بصورت فاکتوريل در قالب طرح بلوکهاي کامل تصادفي (RCBD) انجام پذيرفت.
شکل1 الف- وضعيتهاي سه گانه دريچه خروجي زيربادي (سطوح فاكتور A)
هنگامي که خط فرآوري يک توده از ارقام مورد نظر را مورد فرآوري قرار ميداد دستگاه حوض خشک در هرکدام از تنظيمات ششگانه قرار ميگرفت و پس از تقريباً 5 دقيقه که دستگاه به تعادل رسيده و بر اساس تنظيمات جديد اقدام به جداسازي محصول پسته مينمود، يک واحد آزمايشي با گرفتن چند زير نمونه مجموعاً به وزن 4 کيلوگرم از خروجي زير بادي دستگاه اخذ گرديد. اندازهگيري شاخص نسبي جداسازي با توجه به مبنا بودن آب براي جداسازي براي هرکدام از نمونههاي اخذ شده مورد نظر قرار گرفت. به همين منظور محصول پس از توزين، درون يک سطل بسيار بزرگ و تقريباً استوانهاي که از آب پر شده بود (به عنوان تانک جداسازي) ريخته شده و پس از جداشدن دانهها، روآبيها و زيرآبيها به صورت جداگانه مجدداً توزين گرديد. براي توزين نمونهها قبل از جداسازي و بخشهاي روآبي و زيرآبي پس از جداسازي در آب، از يک دستگاه ترازوي ديجيتال با حساسيت توزين حداقل يک گرم استفاده شد. شاخص نسبي جداسازي از رابطه Ws+Wf )]×100 R.S.I. = [Ws / ( مورد محاسبه قرار گرفت. در رابطه فوق R.S.I. شاخص نسبي جداسازي دستگاه بر حسب درصد، Ws وزن بخشي از محصول که زير آب رفته و Wf وزن بخش شناور شده محصول (روي آب) ميباشد. اين آزمايش مجموعاً فرآوري 6 توده محصول پسته پوستگيري نشده (3 توده از رقم ممتاز و 3 توده از رقم فندقي) را در برگرفت. استفاده از طرح بلوکهاي کامل تصادفي ضمن نشان دادن تفاوت درون بلوکها تغييرات ناشناخته بين تودهها را کنترل مينمايد. در فاز دوم اين تحقيق شاخص نسبي جداسازي دستگاه حوض خشک در حالت تنظيم متداول در منطقه با شاخص نسبي جداسازي حوض تر مورد مقايسه قرار گرفت. بدين منظور هنگامي که هرکدام از خطوط فرآوري يک رقم يکسان از محصول (فندقي) را مورد فرآوري قرار داده بودند از هرکدام 9 نمونه جهت تعيين شاخص نسبي جداسازي اخذ گرديد. لازم بذکر است در اين مرحله خروجي زير آبي و در حوض خشک خروجي روبادي مورد ارزيابي قرار گرفت. نمونههاي خروجي زيرآبي حوض تر پس از بسته بندي درون بستههاي مشبک همراه با محصول روي خط فرآوري نمگيري شده و سپس مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج حاصل از اين از فاز با استفاده از آزمون t با هم مقايسه گرديدند. يافتهها گرچه آزمايش فاز اول به عنوان يک آزمايش فاکتوريل در قالب طرح بلوکهاي كامل تصادفي (RCBD) در نظر گرفته شد ولي جدول تجزيه واريانس نشان داد که عملاً بين بلوکهاي آزمايشي تفاوت معنيداري وجود ندارد. بنابراين متعاقباً به منظور بالا بردن دقت نتايج (در اثر افزايش درجه آزادي خطا) تجزيه و تحليل دادهها بر اساس طرح کاملاً تصادفي (CRD) صورت پذيرفت. همانگونه که در جدول 1 نيز مشاهده مي گردد، تجزيه واريانس نشان داد که اثر هر سه فاکتور (تنظيم دريچه A، تنظيم دريچه R و رقم) در سطح احتمال 99% معني دار گرديده است. همچنين در مورد اثرات متقابل مشاهده ميگردد اثر برهم کنش بين فاکتورهاي 1 و 2 (تنظيم دريچه A × تنظيم دريچه R) و بين فاکتورهاي 2 و 3 (تنظيم دريچه R × رقم) معنيدار گرديده است.
جدول 1- جدول تجزيه واريانس(ANOVA) مقادير شاخص نسبي جداسازي F Value Mean Squares Sum of Squares Degrees of Freedom Source **789/18 487/56 974/112 2 Factor A **196/19 709/57 709/57 1 Factor B **011/8 083/24 167/48 2 AB **142/29 610/87 610/87 1 Factor C 973/0 925/2 871/5 2 AC **409/11 301/34 301/34 1 BC 833/0 505/2 009/5 2 ABC 006/3 151/72 24 Error 772/423 35 Total ** در سطح 99 درصد معنيدار
همانگونه که در شکل 2 مشاهده ميگردد تنظيم دريچه A در وضعيت b و c منجر به افزايش شاخص نسبي جداسازي و رسيدن آن به حدود 63% ميشود. بر اساس شکل فوق ميانگين شاخص نسبي جداسازي در وضعيت a کمترين ميزان را پيدا ميکند. مقايسه ميانگينها همچنين نشان داد که ميانگين شاخص در حاليکه دريچه R در وضعيت b قرار دارد حدودا 2 درصد کمتر از زماني است که اين دريچه در وضعيت a قرار داشته باشد.
شکل 2- شاخص نسبي جداسازي (برحسب درصد) شکل 3 نشان ميدهد که صرفنظر از رقم، بهترين وضعيت براي افزايش شاخص نسبي جداسازي وضعيتي است که دريچه A در وضعيت b و دريچه R در وضعيت a قرار داشته باشد. در اين حالت ميزان شاخص نسبي جداسازي به 5/64% درصد ميرسد. اين آزمايش نشان داد که عملاً شاخص نسبي جداسازي اين دستگاه در جداسازي رقم ممتاز بالاتر از شاخص نسبي جداسازي براي رقم فندقي مي باشد. اين امر را مي توان به تفاوت مشخص بين سطح تصوير و سرعت حد در دو رقم مذکور نسبت داد. شاخص نسبي جداسازي به طور متوسط براي ارقام فندقي 59% و براي ارقام بادامي62% ميباشد.
جدول 2- شاخص نسبي جداسازي در وضعيتهاي مختلف دريچه A در ارقام بادامي و فندقي شاخص نسبي جداسازي رقم محصول وضعيت دريچه خروجي A a بادامي 4/64 a فندقي 3/59 b بادامي 9/59 b فندقي 7/58
شکل3- شاخص نسبي جداسازي در وضعيتهاي مختلف دريچهها
بررسي اثرات متقابل و مقايسه ميانگينها نشان داد که بالاترين شاخص جداسازي براي رقم بادامي و در حالتي که دريچهها به ترتيب در وضعيتهاي b و a قرار داشته باشند اتفاق ميافتد. در اين حالت شاخص نسبي جداسازي به 3/67% ميرسد. کمترين مقدار فوق براي رقم فندقي و در حالتي که دريچههاي A و R به ترتيب در وضعيتهاي a و b قرار داشته باشند رخ ميدهد که مقدار آن معادل 6/55% مي باشد. حداکثر شاخص نسبي جداسازي براي رقم فندقي از 62% تجاوز نمينمايد و جالب اينکه براي اين رقم نيز اتفاق فوق (حداکثر شدن شاخص) در حالتي رخ ميدهد که دريچههاي A و R به ترتيب در وضعيتهاي bو a قرار داشته باشند)شکل4).
جدول 3- شاخص نسبي جداسازي در وضعيتهاي مختلف دريچه A در ارقام بادامي و فندقي شاخص نسبي جداسازي رقم محصول وضعيت دريچه خروجي A 6/60 بادامي a 4/56 فندقي a 28/64 بادامي b 37/61 فندقي b 43/61 بادامي c 23/59 فندقي c
شکل 4- شاخص نسبي جداسازي در وضعيتهاي مختلف دو دريچه و ارقام
فاز دوم آزمايش نشان داد که متوسط شاخص نسبي جداسازي در حوض خشک با تنظيمات متداول حدود 57% ميباشد. اين در حالي است که شاخص نسبي جداسازي در حوض تر قريب به 72% تعيين گرديد. البته لازم است يادآوري گردد بنابر مطالب پيشگفته، شاخص نسبي جداسازي در حوض خشک با استفاده از تنظيمات دستگاه بسته به رقم محصول، ميتواند تا 3/67% افزايش يابد.
نتيجهگيري و پيشنهادات 1- تنظيم متداول در دستگاه حوض خشک به گونهاي است که شاخص نسبي جداسازي در حوض خشک 79% حوض تر ميباشد. 2- با تنظيم دستگاه حوض خشک ميتوان نسبت شاخص اين حوض به شاخص حوض تر را تا 93% ارتقا داد. واضح است در اين صورت خروجي نامناسب دستگاه به شدت افزايش يافته و شامل پستههاي ظاهراً سالم و غير پوک نيز ميگردد (شبيه محصول رو آبي در حوض تر). 3- با توجه به عدم وجود تفاوت معنيدار در چگالي پستههاي زودخندان و پستههاي سالم به نظر ميرسد جداسازي بر اساس چگالي (توسط آب يا جريان هوا) دقيقترين روش براي جداسازي پستههاي پوک است و افزون بر آن در جداسازي توسط آب در حوض تر گوها نيز تمايل به شناور شدن روي سطح آب را داشته و اين در حالي است که در حوض خشک (با تنظيمات متداول) گوها از دريچه خروجي A خارج ميگردند. اين مطلب ميتواند بالاتر بودن احتمالي آلودگي در خروجي روآبي در حوض تر را توجيه نمايد. البته لازم است يادآوري گردد در حوض خشک محصول خروجي از دريچه A متعاقباٌ مورد گوگيري قرار ميگيرد. 4- پيشنهاد ميگردد ساير مشخصات فني خصوصا مشخصات ارتعاشي دستگاه و شيب محفظه و تاثير اين عوامل بر جداسازي مورد ارزيابي و تحقيقات تکميلي قرار گيرد. در اين راستا ميزان جداسازي دانههاي بد شکل نيز ميتواند مورد نظر قرار گيرد. 5- امکان جداسازي دانههاي کوچکتر از نرمال (حذف نخودوها) روي غربال ابتدايي حوض خشک از مواردي است که باعث بالا بردن کيفيت جداسازي محصول ميگردد. با عنايت به اين امر بنظر ميرسد در صورت دقت نظر در اين مرحله شاهد جدا سازي بهتري در محصول باشيم. 6- با توجه به اهميت تغذيه يکنواخت محصول ورودي روي دستگاه، پيشنهاد ميگردد با نصب تجهيزات مورد نياز، امکان تامين ورودي يکنواخت و مداوم روي دستگاه فراهم گردد.
منابع 1- بينام. 1382. طرح ملی رديابی و کنترل نقاط بحرانی توليد پسته- نظامنامه سيستم HACCP، دفتر امور پسته، تهران، معاونت امور باغبانی وزارت جهاد کشاورزی، صفحه 26-28 2- بينام. 1383. آمارنامه کشاورزي، دفتر آمار و فناوري اطلاعات، تهران. وزارت جهاد کشاورزي، صفحه 76- 78. 3- توكليهشجين، ت. 1382. مكانيك محصولات كشاورزي. (تأليف گ. سيتكي). تهران. نشر خدمات فرهنگي سالكان. 26-29. 4- صادقي، ا. 1385. بررسي خواص ترموفيزيكي پستة پوستگيري نشده قبل از فرآيند خشك كردن. رسالة دكتراي مهندسي مكانيك ماشينهاي كشاورزي. دانشكدة كشاورزي دانشگاه تربيت مدرس. 5-Anonymous. 2005. FAO stat data, "last updated February 2005". Available on the:http://www.fao.org 6- Drincha, V.M. and S.A. Pavlov. 2004. Increase of Gravity Separation Efficiency and Development Gravity Separator. 2004 International Quality Grains Conference 7- Henderson, S.M. and P.L. Perry. Agricultural Process Engineering. AVI Pub. Co 8- Hsu, M.H., J.D. Mannapperuma and R.P. Singh. 1991. Physical and thermal properties of pistachios. Journal of Agricultural Engineering Research, 49: 311-321. 9- Pearson, T.C. 1994. Separating early split from normal pistachio nuts for removal of nuts contaminated on the tree with aflatoxin. M. Sc. Thesis. University of California, Davis. 10- Pearson, T.C., D.C. Slaughter and H.E. Studer. 1994. Physical properties of pistachio nuts. Transactions of the ASAE, 37(3): 913-918. 11- Stroshine, R. and D. Hamann. 1994. Physical Properties of Agricultural Material and Food Products. Richard Stroshine all right reserved. Purdue, U.S.A.
به اين مطلب امتياز دهيد:
Users here:
You haven`t enough privileges to reply in this forum.
Share this link:
| Processing time: 0.0699391 sec.
| Users online: - 0
| Guests online: - 4
| اين بخش متعلق است به: كانون دانش |