Quỏ trỡnh sấy bao gồm hai quỏ trỡnh xảy ra liờn tiếp là: truyền ẩm từ trong vật sấy ra ngoài bề mặt và thoỏt hơi ẩm từ bề mặt vào mụi trường. Tốc độ sấy phụ thuộc vào tốc độ biến đổi ẩm trong vật sấy và trờn bề mặt vật sấy.
Trong nhiều cụng trỡnh nghiờn cứu người ta xem quỏ trỡnh truyền nhiệt và truyền chất đồng dạng nhau. Vě vậy tương tự như phương trỡnh Fourier về dẫn nhiệt ta cú phương trỡnh dẫn chất mụ tả sự dẫn ẩm trong vật thể như sau:
m m m o j . u a . . u (2.2) trong đú: + jm – dũng ẩm được truyền; + u là gradient độ chứa ẩm, u u u u x y z ;
22
+ m hệ số dẫn chất (tương tự hệ số dẫn nhiệt) đặc trưng cho khả năng truyền ẩm; + am hệ số dẫn thế ẩm (tương tự hệ số dẫn nhiệt độ), đặc trưng cho tốc độ biến đổi thế truyền ẩm trong vật;
+ o trọng lượng riờng của vật liệu khụ. Phương trỡnh vi phõn dẫn chất cú dạng: u m 2 a . u (2.3)
Năm 1934, A.V. Luikov đó phỏt hiện ra hiện tượng khuếch tỏn ẩm của vật ẩm xảy ra dưới tỏc dụng của gradient nhiệt độ. Hiện tượng này ảnh hưởng với mức độ khỏc nhau. Trường hợp sấy tốc độ cao, ảnh hưởng của hiện tượng này càng lớn.
Như vậy nếu kể đến ảnh hưởng của hiện tượng khuếch tỏn nhiệt thỡ phương trỡnh dẫn ẩm cú dạng: m m o m o ma mt j a . . u a . . . t j j (2.4) trong đú: + hệ số gradient nhiệt độ (1/K); + jma – dũng ẩm do dẫn ẩm; + jmt – dũng ẩm do khuếch tỏn nhiệt.
Phương trỡnh vi phõn dẫn ẩm trong trường hợp này cú dạng (trường đơn nguyờn):
2 2 m 2 m 2 u u t a a x x (2.5)
Hiện tượng khuếch tỏn nhiệt trờn cũng ảnh hưởng ngược lại đến quỏ trỡnh truyền nhiệt do đú phương trỡnh vi phõn dẫn nhiệt trong trường hợp này cú dạng:
2 2 t t r u a x C t (2.6) trong đú:
+ hệ số bay hơi bờn trong; 0 khi ẩm chỉ truyền dưới dạng lỏng, 1 khi ẩm chỉ truyền dưới dạng hơi;
23 + r – nhiệt biến đổi pha;
+ C – nhiệt dung riờng của vật, C = Co + Cn.ω; Co – nhiệt dung triờng của vật khụ, Cn – nhiệt dung riờng của hơi nước, ω – thủy phần của vật liệu;
+ a – hệ số dẫn nhiệt độ.
Hệ số am và chỉ phụ thuộc vào độ ẩm và nhiệt độ theo quy luật mụ tả trờn hỡnh 2.4.
Hỡnh 2.4. Quan hệ của hệ số am và δ với nhiệt độ và độ ẩm
Khảo sỏt phương trỡnh (2.5) ta thấy rằng khi hiệu số nhiệt độ, hiệu số độ ẩm ở trong và ngoài vật càng lớn thỡ tốc độ sấy càng lớn.
Khi sấy đối lưu, vật sấy đặt trong dũng khụng khớ hay khúi núng. Quỏ trỡnh truyền nhiệt thực hiện từ bề mặt vào trong vật sấy. Nhiệt độ bề mặt vật lớn hơn nhiệt độ bờn trong vật sấy. Do đú độ chờnh lệch nhiệt độ này ảnh hưởng xấu đến quỏ trỡnh dẫn ẩm từ trong vật sấy ra ngoài. Núi cỏch khỏc trong quỏ trỡnh sấy đối lưu việc dẫn ẩm từ trong vật sấy ra ngoài gõy nờn do gradient độ ẩm, cũn gradient nhiệt độ ngược lại làm chậm sự dẫn ẩm. Trờn hỡnh 2.5a mụ tả sự thay đổi độ ẩm và nhiệt độ bờn trong vật sấy theo thời gian sấy.
24
Dũng ẩm từ trong vật sấy truyền ra ngoài trong sấy đối lưu là:
m ma mt
j = j - j (2.7)
Hỡnh 2.5. Sự thay đổi nhiệt độ và độ ẩm bờn trong VLS theo thời gian
a) Sấy đối lưu; b) Sấy tiếp xỳc; c) Sấy bức xạ
Sự bay hơi ẩm trờn bề mặt vật liệu tạo nờn dũng ẩm trong vật sấy. Ở nhiều vật liệu dạng ẩm này gõy nờn sự co ngút của vật liệu sấy. Hiện tượng này làm cho vật sấy bị kộo ở cỏc lớp ngoài và bị nộn ở cỏc lớp trong. Quỏ trỡnh sấy với tốc độ càng lớn thỡ càng tăng độ chờnh độ ẩm giữa bề mặt vật và bờn trong vật do đú càng làm tăng ứng suất dư trong vật sấy và cú thể dẫn đến bị nứt vỡ vụn ra. Do đú sức bền kộo là giới hạn của tốc độ sấy của vật thể. Ở một số vật liệu sức bền kộo nhỏ đồng thời ứng suất dư tăng nhanh khi tăng độ chờnh ẩm trong vật. Đối với cỏc vật liệu này khi sấy đối lưu phải chọn tốc độ sấy nhỏ do đú thời gian sấy rất dài, vớ dụ như sấy gỗ sồi thời gian sấy dài đến hàng trăm giờ.
Khi sấy tiếp xỳc, sự gia nhiệt thực hiện ở một phớa của vật sấy gradient độ ẩm cú chiều từ bề mặt tiếp xỳc hướng ra phớa ngoài cũn gradient nhiệt độ cú chiều ngược lại (hỡnh 2.5b). Trường hợp này gradient nhiệt độ tăng cường quỏ trỡnh sấy cũn gradient độ ẩm kỡm hóm quỏ
25 trỡnh sấy. Dũng ẩm thoỏt ra từ vật sấy là:
jm = jmt – jma (2.8)
Khi sấy bức xạ (hỡnh 2.5c), lỳc đầu bề mặt vật được gia nhiệt rất nhanh gõy nờn độ chờnh ẩm rất lớn giữa tõm và bề mặt vật. Độ chờnh này gõy nờn ứng suất cơ học đỏng kể. Nếu vật liệu là loại xốp mao dẫn ứng suất này sẽ làm nứt vật sấy. Do đú sấy bức xạ thuần tỳy khụng dựng để sấy cỏc vật xốp mao dẫn (trong cụng nghiệp). Khi ứng dụng cần phải kốm theo cỏc phương phỏp gia nhiệt khỏc nữa. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Khi sấy bức xạ tia hồng ngoại, tia này cú thể thõm nhập vào chiều sõu vật thể 3 - 5 mm, vỡ vậy ở chiều sõu này nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ bề mặt vật thể. Ở khoảng cỏch chiều sõu này gradient độ ẩm và cả gradient nhiệt độ đều gia tăng dũng ẩm thoỏt ra từ vật. Vỡ vậy sấy bức xạ bằng tia hồng ngoại rất hiệu quả với cỏc vật liệu mỏng (chiều dày nhỏ hơn 10 - 12 mm).