Ξήρανση θερμοευαίσθητων γεωργικών προϊόντων με στερεά αφυγραντικά μέσα

Abstract

Οι συμβατικές μέθοδοι ξήρανσης δεν ανταποκρίνονται για μια σειρά γεωργικών προϊόντων τα οποία εμφανίζουν μεγάλη ευαισθησία ως προς τις συνθήκες ξήρανσής τους. Τα θερμοευαίσθητα αυτά προϊόντα ξηραίνονται σε ειδικά κατασκευασμένα ξηραντήρια, των οποίων το υψηλό κόστος τους δεν επιτρέπει την χρήση τους από μικρούς και μεσαίους παραγωγούς που απαρτίζουν και τη μεγαλύτερη μερίδα παραγωγής τους. Για τον παραπάνω λόγο το ενδιαφέρον στρέφεται στην κατασκευή διατάξεων χαμηλού κόστους οι οποίες θα παράγουν ανώτερης ποιότητας τελικό αποξηραμένο προϊόν. Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η εφαρμογή στέρεων αφυγραντικών μέσων στην διεργασία της ξήρανσης θερμοευαίσθητων γεωργικών προϊόντων δίνοντας έμφαση στην περίπτωση των φαρμακευτικών και αρωματικών φυτών. Στόχος της εργασίας είναι η διερεύνηση των παραμέτρων που εξασφαλίζουν την ποιοτική ξήρανση των προϊόντων αυτών, σε συνδυασμό με τα αποτελέσματα που επιφέρει η χρήση των αφυγραντικών μέσων στην ξήρανσή τους. Αρχικά παρουσιάζονται τα μεγέθη και οι κύριες εξισώσεις βάσει των οποίων μοντελοποιείται η διεργασία της ξήρανσης στα γεωργικά προϊόντα. Ακολουθεί μία βιβλιογραφική διερεύνηση στην ξήρανση τόσο των συνήθων αλλά κυρίως των θερμοευαίσθητων γεωργικών προϊόντων η οποία επικεντρώνεται στον προσδιορισμό των συνθηκών καθώς και των συνηθέστερων μεθόδων ξήρανσης των θερμοευαίσθητων γεωργικών προϊόντων. Εν συνεχεία, αφού παρουσιάζονται οι συνηθέστεροι τύποι ξηραντηρίων που βρίσκουν εφαρμογή στην ξήρανση των γεωργικών προϊόντων, διερευνάται η χρήση των αφυγραντικών μέσων στην διεργασία της ξήρανσης έτσι όπως αυτή συναντάται στην διεθνή βιβλιογραφία. Στη βάση της υφιστάμενης εμπειρίας, όπως αποτυπώθηκε από τη βιβλιογραφική διερεύνηση, αλλά και των δυνατοτήτων των συσκευών αφύγρανσης, επιχειρείται ο σχεδιασμός ενός συμβατικού και ενός ξηραντηρίου με συσκευή αφύγρανσης με στόχο την θεωρητική διερεύνηση και την σύγκριση των δύο ξηραντηρίων στην περίπτωση της ξήρανσης θερμοευαίσθητων γεωργικών προϊόντων. Αρχικά εξετάζεται η ξήρανση ενός αρωματικού φυτού, της μέντας και στη συνέχεια ενός θερμοευαίσθητου γεωργικού προϊόντος, του σπόρου της ελαιοκράμβης. Για τη διερεύνηση της απόδοσης των ξηραντηρίων, αναπτύχθηκε κατάλληλο μοντέλο. Το μοντέλο ενσωματώνει κατάλληλες προσεγγίσεις για τα εμπλεκόμενα υποσυστήματα, συμπεριλαμβάνοντας προσέγγιση για την ξήρανση του υπό εξέταση προϊόντος, ενώ για την περίπτωση του ξηραντηρίου με αφυγραντικά μέσα, υιοθετείται κατάλληλη προσέγγιση για τη λειτουργία του τροχού αφύγρανσης. Τέλος εξετάζεται η δυνατότητα αξιοποίησης θερμικής ηλιακής ενέργειας στην περίπτωση της ξήρανσης με αφυγραντικά μέσα, μέσω της διερεύνησης χρήσης συλλεκτών αέρα στο υπό εξέταση ξηραντήριο. Στο τελευταίο μέρος της εργασίας παρουσιάζονται τα συμπεράσματα από την προηγούμενη ανάλυση, εστιάζοντας στην μελλοντική έρευνα και ανάπτυξη της χρήσης αφυγραντικών μέσων στην ξήρανση των θερμοευαίσθητων γεωργικών προϊόντων.

Conventional drying methods do not conform to a variety of agricultural products which exhibit high sensitivity to the drying conditions. These heat-sensitive products are dried in specially designed dryers, whose high cost does not allow their use by small and medium-sized producers which form the largest portion of their production. For all the above reasons, the interest focuses on the manufacturing of low cost dryers which will deliver dried product of high final quality. This thesis examines the implementation of solid desiccant media in the process of drying heat-sensitive agricultural products, putting emphasis on the case of medicinal and aromatic plants. The aim of this study is to investigate the parameters which ensure the qualitative drying of these products, as well as the effect of the use of dehumidifying means in their drying. Initially, the parameters and the main equations for the modeling of agricultural products drying are presented. Then, a literature survey in the drying of both ordinary but mainly heat-sensitive agricultural products takes place; the survey focuses on the identification of the conditions and the most common methods applied for the drying of the respective products. Thereafter, the most common types of dryers that find application in drying agricultural products are presented, while also, on the basis of the relevant literature, the use of desiccant media in the drying process is investigated. On the basis of the existing experience, as reflected through the literature survey, and the capabilities of the dehumidification devices, the design of a conventional dryer, as well as of a dryer with dehumidification device is implemented, aiming at the theoretical investigation and comparison of the two set-ups with regard to the case of heat-sensitive agricultural products drying. Two case studies are presented; this of an aromatic plant, the peppermint, as well as that of a heat-sensitive agricultural product, the seed of canola. In order to investigate the efficiency of these dryers, a suitable model is developed. The model integrates appropriate approaches for the involved subsystems, including an approach for the drying of the product, while for the case of drying with desiccant media, a suitable approach for the operation of the dehumidification wheel is adopted. Finally, the potential of solar thermal energy utilization in the case of drying with desiccant media is examined, through the investigation of the use of air collectors on the relevant dryer. In the last part of the thesis, the conclusions of the previous analysis are presented, focusing on future research and the development of the use of desiccant media in the drying of heat-sensitive agricultural products.