جنبه های مهندسی اکستروژن

همانطور که به آن اشاره شد، هنگام پخت اکستروژن سبزیجات، مواد فراوری شده شبیه سیال غیر نیوتونی رفتار می­کنند. دلیل اصلی این امر فرار بودن ویژگی­های رئولوژیکی ماده فراوری شده می­باشد که به نوبه خود به وضعیت تراکم ماده و میزان تغییرات فیزیکی و شیمیایی در فرایند وابسته است. بنابراین فقط با داشتن اطلاعات جامع از ماده در حال اکستروژن می­توان آن را به درستی مدل نمود.

1-2- توزیع زمان حضور ماده در اکسترودر
در هنگام توصیف اکستروژن، بیان این مسئله که مواد برای چه مدت در اکسترودر حضور دارند از اهمیت بالایی برخوردار است. بر اساس این توزیع زمان، بیان میزان اختلاط مواد، انتظار از میزان خمیری شدن و میزان همگن شدن مواد حین تغییر شکل در فرایند اکستروژن قابل توضیح است. زمان حضور ماده به طور ویژه وابسته به نحوه توزیع سرعت در دستگاه و طول مارپیچ است. اگرچه محاسبه زمان حضور ماده در یک بخش خاص دستگاه از روی سرعت جریان ممکن است اما نتایج تجربی هستند که بهترین پاسخ را در اختیار ما می­گذارند.

فصل 2: تعادل انرژی

یک دیدگاه عمومی وجود دارد که تکنیک اکستروژن یک تکنیک بسیار پرمصرف است. با این حال تحقیقات این موضوع را تایید نمی­کند به خصوص در مقایسه با سایر عملیات­های حرارتی که روی سبزیجات انجام می­شود.

دوران مارپیچ ورود انرژی مکانیکی را میسر می­نماید. بوسیله اتلاف ویسکوز، بیشتر این انرژی به گرما تبدیل می­شود اما مقداری از آن هم صرف افزایش فشار مواد داخل برل و افزایش انرژی جنبشی آن می­شود

در تئوری اکستروژن اغلب از اصطلاح انرژی مکانیکی مخصوص (SME) استفاده می­گردد که انرژی مصرف شده بر واحد جرم ماده فراوری شده می­باشد.

تحلیل انرژی مارپیچ اکسترودر در رابطه با تبدیل انرژی مکانیکی به حرارت در کانال­های مارپیچ و گپ بین مارپیچ و برل حایز اهمیت است. در حین فرایند اکستروژن، این انرژی عمدتا از طریق اتلاف به حرارت تبدیل شده و باعث تغییرات دما، خواص شیمیایی و احتمالا فاز مواد می­گردد. ممکن است این انرژی برای انجام فرایند کافی نباشد که در اینصورت از خارج به دستگاه گرما داده می­شود. اضافه کردن مستقیم بخار به مواد نیز به منظور افزایش دما و رطوبت مواد استفاده می­شود.

همچنین مقدار مشخصی از گرمای تولید شده انرژی آزاد شده از واکنش شیمیایی است.

فصل 3: انتقال حرارت و جرم در اکسترودر دوقلو

به طور کلی دو نوع اکسترودر وجود دارد: تک محور و دومحور. نوع دوم به دو دسته همجهت و غیر هم جهت تقسیم می­گردد. اکسترودرهای دو محور غیر هم­جهت مانند پمپ جابجایی مثبت عمل می­کنند. این نوع اکسترودر میزان اختلاط مواد و همچنین میزان نشتی در اثر افزایش فشار را کاهش می­دهد. در اکسترودرهای دو محور هم جهت، مواد به طور پیوسته از یک مارپیچ به مارپیچ دیگر منتقل می­گردند. مکانیزم جریان را می­توان به صورت ترکیبی از جریان درگ و جابجایی مثبت در اثر فشار روبه جلوی مارپیچ­ها توصیف نمود. اکسترودرهای هم جهت معمولا در سرعت­های بالاتری نیز (300 تا 600 درو بر دقیقه) کار می­کنند. اگرچه مارپیچ­هایی که اخیر ساخته می­شوند به صورت ماژولار بوده و دارای قسمتهای مختلف با هندسه­های مختلف می­باشند، اما معمولا به سه قسمت از نظر عملکرد تقسیم می­شوند:

قسمت تغذیه که کار انتقال مواد به قسمت­های جلویی مارپیچ را برعهده دارد.
قسمت تراکم که ماده داغ و فراوری شده و به شکل خمیری در می­آید.
قسمت سنجش که وظیفه انتقال مواد به درون قالب را بر عهده دارد.