Design Principles of Industrial Corn Drying Systems

Öz

Corn has been an important agricultural raw material and main food source for ages. With the increasing demand of the world population, grain processing technology has taken an important place. Low moisture levels are needed to safely store corn, which has an important place in the grain group. It is aimed to protect all nutrients and reliable storage by drying agricultural products. In this review, the studies carried out in recent years were examined and the factors affecting the drying characteristics of corn (product moisture, equilibrium moisture, diffusion coefficient, mass and energy equations, pressure drop and bulk density) were examined. The drying process is a complex and incomprehensible process in which heat, mass and momentum transfer mechanisms co-occur and in connection with each other. Calculations of drying processes are presented as a reference for the physical properties of corn such as roundness, equivalent diameter, geometric mean diameter, porosity, specific heat and thermal conductivity. Mathematical calculations are given to determine the basic equilibrium and heat and mass transfer parameters needed in engineering calculations for dryers. With experimental data, analytical and numerical solutions of simultaneous heat and mass transfer are possible with practical calculations. This type of data is also valuable when working on problems with grain storage, drying, and aeration. Mechanization of agriculture is needed to meet the needs of a rapidly growing and urbanizing population, and mechanical methods are needed to dry large quantities of grain. In this study, current information about corn, an industrial product, and corn drying systems are given. Experimental studies over the last 10 years are reviewed and discussed. Drawing attention to the design principles of industrial drying systems, it is aimed to shed light on commercial and academic studies of the compiled information.

Anahtar Kelimeler

• Drying characteristics
• Moisture content
• Drying technologies
• Corn dryers

Endüstriyel Mısır Kurutma Sistemlerinin Tasarım Esasları

Öz

Mısır, yüzyıllardır önemli bir tarımsal hammadde ve birincil gıda kaynağı olmuştur. Dünya nüfusunun artan talebi ile tahıl işleme teknolojisi önemli bir yere sahip olmuştur. Tahıl grubu içinde mısır önemli yere sahiptir. Mısır, güvenli depolayabilmek için düşük nem seviyelerine ihtiyaç duyar. Kurutma, her zaman tahılları korumanın en yaygın yöntem olmuştur. Bu derleme son yıllarda yapılan mısır kuruma karakteristiğine etki eden faktörleri (ürün nemi, denge nemi, diffüzyon katsayısı, kütle ve enerji denklemleri, basınç düşümü, yığın yoğunluğu) incelenmiştir. Kurutma işlemi karmaşık yapıdaki zamana bağlı ısı, kütle ve momentum aktarım mekanizmalarının eşzamanlı ve birbiriyle bağlantılı olarak gerçekleştiği bir süreçtir. Kurutma işlemlerinin hesaplanmaları, mısırın fiziksel özeliklerinden yuvarlaklık, eşdeğer çap, geometrik ortalama çap, gözeneklilik, özgül ısı, ısıl iletkenlik hakkında referans olarak sunulmuştur. Kurutucular için mühendislik hesaplamalarında ihtiyaç duyulan temel denge ve ısı ve kütle transferi parametrelerinin belirlenmesi için matematiksel hesaplamalar verilmiştir. Deneysel verilerle, eşzamanlı ısı ve kütle transferinin analitik veya sayısal çözümlerini pratik hesaplamalar ile mümkündür. Bu tür veriler, tahıl depolama, kurutma ve havalandırma ile ilgili sorunlarda çalışırken de değerlidir. Tarımın makineleşmesi hızla büyüyen ve kentleşen bir nüfusun ihtiyaçlarını karşılamak ve büyük miktarlarda tahılın kurutulması için mekanik yöntemlere ihtiyaç duyulmaktadır. Bu nedenle kurutucu seçiminde kurutulacak ürünün istenilen özelliklerini kapsayan bir kurutucu seçimi yapılması ve endüstriyel mısırı kurutma sistemleri hakkında bilgiler verilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Kurutma karakteristiği
• Tasarımsal analiz
• Kurutma teknolojileri

Kaynakça

1. Abou-El-Hana NH., Younis MA. Pressure drop through shelled corn as affected by aırflow rates, moısture content and aır temperature. Misr J. Ag. Eng. Process Engıneerıng 2008; 25(3): 944-956.
2. ASAE., 1993. D241.4 Feb. Density, specific gravity, and mass–moisture relationships of grain for storage. 40th ed., Standards, Engineering Practices, and Data (Am. Soc. Ag. Eng.), St. Joseph, MI, pp. 408–410.
3. Bekasov AG., Denisov NJ. Crop Handling After Drying (in Russian), Zagotizdat, Moscow 1952 .
4. Cao C., Zhu W. Computer Simulation of Drying Technology Process of Farm Products. Chinese Agriculture Press, Beijing, 2001 China.
5. Chua KJ., Chou SK., Yang WM. Advances in Heat Pump Systems: A Review. Applied Energy 2010; 87: 3611-3624.
6. Curcio S., Aversa M., Calabro V., Iorio G. Simulation of Food Drying: FEM Analysis and Experimental Validation. Journal of Food Engineering 2008; 87: 541–553.
7. Çelik E., Parlak N., Çay Y. Exergy and Energy Analyses of Corn Dryıng Process: An Experımental Study in a Laboratory-Scale Dryer. Heat Transfer Research 2021; 52 (3): 1–13.
8. Day CL. Device for Measuring Voids İn Porous Materials. Agric. Eng. 1964; 45 (1):36–37.

9. FAO. Dünya Gıda ve Tarım Örgütü. FAOSTAT, Livestock Primary
10. Haghighi K., Segerlind LJ. Modeling Simultaneous Heat and Mass Transfer in Anisotropic Sphere-a Finite Element Approach. Transactions of the American Society of Agricultural Engineers 1988; 31 (2):629–637.
11. Henderson SM. A Basic Concept of Equilibrium Moisture. Agric. Eng. 1952; 33 (1): 29–32.
12. Giner SA., Denisienia E. Pressure drop through wheat as affected by air velocity, moisture content and fines. Journal of Agricultural Engineering Research 1996;63 (1): 73-85.
13. Günerhan H. Endüstriyel Kurutma Sistemleri. Türk Tesisat Mühendisleri Derneği Dergisi, Temel Bilgiler, Tasarım Ve Uygulama Eki 2005; 36 (13):1-10.
14. Güngör A., Özbalta N. Endüstriyel Kurutma Sistemleri. lll. Ulusal Tesisat Mühendisligi Kongresi Ve Sergisi, TES 046 Bildiri 1977:737-747. Jangam S.V., Law CL., Mujumdar AS. Drying of Foods Vegetables and Fruits, Basic Concepts and Definitions 2010;1:13-29, ISBN: 978-981-08-6759-1. Jayas DS., Cenkowski S. Grain Property Values and Their Measurement, Editor Marcel Dekker. Handbook of Industrial Drying: hygroscopic properties, 24 chapter, New York 2016, Basel.
15. Jia C., Cao C., Process of Tow-Dimensional Heat and Mass Transfer in Corn Kernel. Journal of Beijing Agriculture Engineering University 1995;15 (1): 45–51.
16. Krokida MK., Maroulis Z., Quality Changes During Drying of Food Materials, Drying Technology in Agricultural and Food Sciences. Science Publishers 2000; Chapter 7.
17. Kovaci T., Dikmen E., Şencan Şahin A. Kurutma Sistemleri, Enerji Tüketimleri ve Ürün Kalitesine Etkileri ve Örnek Sistem Tasarımı. Teknik Bilimleri Dergisi 2018; 8 (2): 25-39.
18. Liu Z., Wu Z., Wang X., Song J., Wu W. Numerical Simulation and Experimental Study of Deep Bed Corn Drying Based on Water Potential. Hindawi Publishing Corporation Mathematical Problems in Engineering 2015;13.
19. Neményi M., Czaba I., Kovács A., Jáni T. Investigation of Simultaneous Heat and Mass Transfer Within the Maize Kernels During Drying. Computers and Electronics in Agriculture 2000;26 (2): 123–135.
20. Silva V., Costa JJ., Figueiredo AR., Nunes J., Nunes C., Ribeiro TIB., Pereira B. Study of Three-Stage Intermittent Drying of Pears Considering Shrinkage and Variable Diffusion Coefficient. Journal of Food Engineering 2016;180: 77-86.
21. Sonmete MH., Mengeş HO., Ertekin C., Özcan MM. Mathematical Modeling of Thin Layer Drying of Carrot Slices by Forced Convection. Journal of Food Measurement and Characterization 2017; 11:629-638.
22. Szadzinska J., Lechtanska J., Kowalski SJ., Stasiak M. The Effect of High Power Airborne Ultrasound and Microwaves On Convective Drying Effectiveness and Quality of Green Pepper. Ultrason Sonochem 2017; 34: 531-539.
23. Raghavan VGS., Sosle V. Grain Drying, Editor Marcel Dekker, Handbook of Industrial Drying: hygroscopic properties, 24 chapter. New York 2006, Basel.
24. TOB. Tarim Ve Orman Bakanliği (2021), Tohumluk Tescil Ve Sertifikasyon Merkez Müdürlüğü, Ankara, TÜİK. Türkiye İstatistik Kurumu verileri, Ankara; 2020.
25. Türkan B. Endüstriyel Malzemelerde Eşzamanlı Isı ve Kütle Transferinin Deneysel ve Nümerik İncelenmesi. Uludağ Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi 2020.
26. Yağcıoğlu A. Tarım Ürünleri Kurutma Tekniği, Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Yayınları No: 536, Bornova-İzmir 1999. Yıldırım G. H., Öner F. Mısır danesinin fiziksel ve besinsel yapısı, Harman Time 2020; 92: 1-7.
27. Zhang S., Kong N., Zhu Y., Zhang Z., Xu C. 3D Model-Based Simulation Analysis of Energy Consumption in Hot Air Drying of Corn Kernels. Hindawi Publishing Corporation Mathematical Problems in Engineering 2013.
28. Web_1: http://www.fas.usda.gov/psdonline/circulars/grain.pdf (Erişim tarihi: 14.02.2021)
29. Web_2: http://test.grainsystems.com.tr ( Erişim tarihi: 10.03. 2021).
30. Web_3: http://www.adakurutma.com.tr ( Erişim tarihi: 10.03. 2021)
31. Web_4: https://www.stela.de/en/products/mobiler_durchlauftrockner_universal/ (Erişim tarihi:10.03.2021).
32. Web_5:https://gtmfg.com/grain-dryers/ ( Erişim tarihi: 10.03. 2021)