CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1. Quá trình sấy 1. Định nghĩa Quá trình sấy là quá trình làm khô một vật thể bằng phương pháp bay hơi. Đối tượng của quá trình sấy là các vật ẩm là những vật thể có chứa một lượng chất lỏng nhất định.
Chất lỏng chứa trong vật ẩm thường là nước. Một số ít vật ẩm chứa chất lỏng khác là dung môi hữu cơ, ví dụ: sơn vecni…Qua định nghĩa ta thấy quá trình sấy yêu cầu các tác động cơ bản đến vật ẩm là: - Cấp nhiệt cho vật ẩm làm cho ẩm trong vật hóa hơi - Lấy hơi ẩm ra khỏi vật và thải vào môi trường Ở đây quá trình hóa hơi của ẩm lỏng trong vật là bay hơi nên có thể xảy ra ở bất kỳ nhiệt độ nào. Các phương pháp sấy Như đã trình bày ở trên, để sấy khô một vật ẩm cần hai tác động cơ bản: một là gia nhiệt cho vật làm cho ẩm trong vật hóa hơi (cụ thể là bay hơi ở bất kỳ nhiệt độ nào), hai là làm cho ẩm thoát ra khỏi vật và thải vào môi trường. Để cấp nhiệt cho vật có thể dùng các phương pháp sau: dẫn nhiệt (cho vật ẩm tiếp xúc với bề mặt có nhiệt độ cao hơn), trao đổi nhiệt đối lưu (cho vật ẩm tiếp xúc với chất lỏng hay khí có nhiệt độ cao hơn), trao đổi nhiệt bức xạ (dùng các nguồn bức xạ cấp nhiệt cho vật), dùng điện trường cao tần để nung nóng vật.
Để lấy ẩm ra khỏi vật và thải vào môi trường có thể dùng nhiều biện pháp như: dùng môi chất sấy, dùng máy hút chân không, khi sấy ở nhiệt độ cao hơn 1000C hơi ẩm thoát ra có áp suất cao hơn áp suất khí quyển sẽ tự thoát vào môi trường. Khi dùng môi chất sấy làm nhiệm vụ thải ẩm, do môi chất sấy tiếp xúc với vật ẩm, ẩm sẽ thoát ra do 3 lực tác động: do chênh lệch nồng độ ẩm trên bề mặt vật và môi chất sấy, do chênh lệch nhiệt độ giữa ẩm thoát ra và môi chất chất sấy sinh ra lực khuếch tán nhiệt, do chênh lệch phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật ẩm và trong môi chất sấy. 1 do an Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Tấn Dũng Khi dùng bơm chân không làm nhiệm vụ thải ẩm, hơi ẩm được bơm chân không hút đi và thải vào môi trường.
Có thể sử dụng thiết bị ngưng tụ hơi (hay ngưng kết) làm cho ẩm ngưng thành lỏng (hoặc rắn và thải vào môi trường bằng cách xả (ứng dụng vào trong sấy thăng hoa)). Thường dùng máy hút chân không kết hợp với thiết bị ngưng tụ hay ngưng kết ẩm để thải ẩm. Phân loại phương pháp sấy theo cách cấp nhiệt 1- Phương pháp sấy đối lưu Trong phương pháp này việc cấp nhiệt cho vật ẩm thực hiện bằng cách trao đổi nhiệt đối lưu (tự nhiên hay cưỡng bức). Trường hợp này môi chất sấy làm nhiệm vụ cấp nhiệt 2- Phương pháp sấy bức xạ Trong phương pháp này việc gia nhiệt cho vật ẩm thực hiện bằng trao đổi nhiệt bức xạ.
Người ta dùng đèn hồng ngoại hay các bề mặt rắn có nhiệt độ cao hơn để bức xạ nhiệt tới vật ẩm. Trường hợp này môi chất sấy không làm nhiệm vụ gia nhiệt cho vật ẩm. 3- Phương pháp sấy tiếp xúc Trong phương pháp sấy này việc cấp nhiệt cho vật liệu sấy thực hiện bằng dẫn nhiệt do vật sấy tiếp xúc với bề mặt có nhiệt độ cao hơn. 4- Phương pháp sấy dùng điện trường cao tần Trong phương pháp này người ta để vật ẩm trong điện trường tần số cao.
Vật ẩm sẽ được nóng lên. Trường hợp này môi chất sấy không làm nhiệm vụ gia nhiệt cho vật 1. Phân loại phương pháp sấy theo chế độ thải ẩm 1- Phương pháp sấy dưới áp suất khí quyển Trong phương pháp sấy này áp suất trong buồng sấy bằng áp suất khí quyển. Việc thoát ẩm do môi chất sấy đảm nhiệm hoặc sấy ở nhiệt độ cao hơn 1000C, ẩm tự thoát vào môi trường 2- Phương pháp sấy chân không Trong phương pháp này áp suất trong buồng sấy nhỏ hơn áp suất khí quyển vì vậy không thể dùng môi chất sấy làm nhiệm vụ thải ẩm.
Việc thải ẩm dùng máy hút chân không hoặc kết hợp với thiết bị ngưng tụ hay ngưng kết ẩm. Trường hợp chỉ dùng máy hút chân không thì máy 2 do an Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Tấn Dũng hút chân không đảm nhiệm hút toàn bộ hơi ẩm thoát ra từ vật thể vào môi trường. Trong trường hợp dùng kết hợp máy hút chân không với thiết bị ngưng tụ hay ngưng kết ẩm thì máy hút chân không có nhiệm vụ tạo chân không ban đầu (lúc khởi động máy) và hút khí không ngưng khi thiết bị làm việc còn thiết bị ngưng tụ hay ngưng kết ẩm làm nhiệm vụ thải ẩm có nghĩa là toàn bộ ẩm thoát ra ngưng kết thành tuyết và được thải ra ngoài dưới dạng lỏng.
Khi sấy chân không dưới điểm ba thể của nước (p = 4,58 mmHg; t = 0,00980C) ẩm trong vật ở thể rắn và ở vùng thăng hoa của chế độ nhiệt nên việc hóa hơi ẩm là quá trình thăng hoa. Ẩm thoát ra sẽ ngưng thành băng tuyết trong thiết bị ngưng kết ẩm và thải ra ngoài bằng cách xả băng. Trường hợp này gọi là phương pháp sấy thăng hoa. Phân loại phương pháp sấy theo cách xử xý không khí Khi dùng không khí làm môi chất sấy cần xử lý không khí trước khi đưa vào buồng sấy.
Có hai hướng xử lý không khí là gia nhiệt và khử ẩm (hoặc tăng ẩm) có nghĩa là xử lý nhiệt ẩm. Căn cứ vào cách xử lý không khí ta có các phương pháp sấy sau: 1- Phương pháp sấy dùng nhiệt Trong phương pháp này người ta phải gia nhiệt không khí rồi đưa vào buồng sấy hoặc gia nhiệt không khí ngay trong buồng sấy. Phương pháp sấy đối lưu là một phương pháp sấy dùng xử lý nhiệt. Khi gia nhiệt cho không khí, nhiệt độ không khí tăng lên, độ ẩm tương đối giảm còn độ chứa hơi không đổi.
Khi không khí tiếp xúc với vật sẽ truyền nhiệt cho vật để ẩm bốc hơi, đồng thời do không khí có độ ẩm tương đối thấp nên chênh lệch phân áp suất hơi ở bề mặt vật và không khí sẽ đủ lớn làm cho ẩm thoát ra dễ dàng. Chênh lệch nhiệt độ giữa vật và không khí càng lớn tốc độ bốc hơi ẩm càng lớn, thời gian sấy càng nhỏ, vật khô càng nhanh. Tuy nhiên còn phụ thuộc vào quá trình truyền ẩm bên trong vật sấy. 2- Phương pháp sấy dùng xử lý ẩm (hút ẩm) Trong phương pháp này người ta xử lý không khí bằng cách hút ẩm.
Không khí được hút ẩm, độ chứa hơi giảm làm cho độ ẩm tương đối giảm (nhiệt độ có thể không đổi) dẫn đến nhiệt độ nhiệt kế ướt giảm tức là tăng độ chênh t t k t u. Trị số t tăng sẽ tăng cường truyền nhiệt từ không khí tới vật làm cho ẩm bốc hơi thoát vào không khí dưới tác động của chênh lệch phân áp suất hơi nước ở bề mặt vật và không khí. Phương pháp này có nhược điểm là chỉ sấy 3 do an Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Tấn Dũng được ẩm tự do, việc sấy ẩm liên kết rất khó khăn.
Mặc khác do nhiệt độ không khí không cao, thời gian sấy dài nên vật sấy dễ hỏng do vi khuẩn. Vì vậy phương pháp này chỉ dùng để sấy một số vật liệu sấy không bị ôi thiu, mốc ở nhiệt độ môi trường. Để khử ẩm của không khí có thể dùng hai cách: - Dùng các chất hút ẩm rắn: Chất hút ẩm rắn như silicagen…có thể dùng để hút ẩm không khí trước khi đưa vào buồng sấy hoặc hút ẩm không khí ngay trong buồng sấy - Dùng máy hút ẩm Dùng máy hút ẩm để duy trì độ ẩm tương đối của không khí trong buồng sấy có giá trị thích hợp nhằm duy trì quá trình truyền nhiệt, bốc hơi ẩm ở vật sấy và thoát ẩm vào môi trường. 3- Phương pháp kết hợp gia nhiệt và hút ẩm - Dùng chất hút ẩm rắn Không khí được thổi qua lớp chất hút ẩm rắn để giảm độ chứa hơi, sau đó qua calorife để gia nhiệt rồi đưa vào buồng sấy.
Dùng phương pháp này không khí vào buồng sấy có nhiệt độ cao và độ ẩm tương đối thấp nên khi tiếp xúc với vật sấy sẽ tăng đáng kể tốc độ bốc hơi ẩm giảm thời gian sấy. Tuy vậy phương pháp này không thích hợp với vật liệu không cho phép nứt, cong vênh và vật liệu dày. - Dùng bơm nhiệt để hút ẩm và gia nhiệt Dùng bơm nhiệt trong phương pháp này rất thích hợp. Không khí được đưa qua dàn lạnh, hơi nước trong không khí sẽ ngưng tụ và thoát ra ngoài làm cho độ chứa hơi giảm.
Sau đó không khí qua dàn nóng của bơm nhiệt để gia nhiệt đẳng dung ẩm làm cho nhiệt độ tăng lên, độ ẩm tương đối giảm. Dùng phương pháp này ta có thể duy trì nhiệt độ và độ ẩm tương đối của không khí thích hợp. Tuy nhiên dùng phương pháp này nhiệt độ môi chất sấy thấp thường gần nhiệt độ môi trường vì vậy chỉ thích hợp với một số vật liệu, không sấy được các vật liệu dễ bị vi khuẩn làm hỏng ở nhiệt độ môi trường: ôi, thiu, mốc… 1. Cơ sở khoa học của quá trình sấy lạnh 4 do an Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS.
Nguyễn Tấn Dũng Trong phương pháp sấy lạnh người ta tạo ra độ chênh phân áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy (VLS) và tác nhân sấy (TNS) bằng cách giảm phân áp suất hơi nước trong TNS nhờ giảm độ chứa ẩm d. Với HTS này, TNS thông thường là không khí trước hết được khử ẩm bằng phương pháp làm lạnh hoặc khử ẩm hấp phụ, sau đó được đốt nóng (nếu khử ẩm bằng phương pháp làm lạnh) hoặc được làm lạnh (nếu khử ẩm bằng phương pháp hấp phụ) đến nhiệt độ mà yêu cầu công nghệ đặt ra rồi cho đi qua vật liệu sấy. Khi đó do phân áp suất trong TNS bé hơn phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật nên ẩm từ dạng lỏng trên bề mặt VLS bay hơi vào TNS, kéo theo sự dịch chuyển ẩm trong lòng vật ra bề mặt. Như vậy, quy luật dịch chuyển ẩm trong HTS lạnh hoàn toàn giống như trong các hệ thống sấy đối lưu nói chung.
Điều khác nhau ở đây chỉ là cách giảm phân áp suất hơi nước trong TNS. Hệ thống thiết bị sấy lạnh 1. Sơ đồ thiết bị của hệ thống sấy lạnh Không khí thải (3) TBBH TBNT Không khí (2) ngoài trời (1) (A) (0) TBHN MN Hình 1.