a).Truyền nhiệt truyền chất:
Như chúng ta biết, quá trình sấy :
- Là quá trình vật liệu nhận năng lượng mà chủ yếu là nhiệt năng từ một nguồn nhiệt nào đĩ để ẩm từ trong lịng vật dịch chuyển ra bề mặt và đi vào TNS hay mơi trường.
- Là quá trình truyền nhiệt, truyền chất xảy ra đồng thời.
Trong lịng vật, quá trình đĩ là quá trình dẫn nhiệt và khuếch tán ẩm hỗn hợp. Trao đổi nhiệt ẩm giữa bề mặt vật với mơi trường hay tác nhân sấy (TNS) là quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi ẩm đối lưu liên hợp.
Một vật xốp đặt trong khơng khí luơn luơn xảy ra quá trình tương tác ẩm trong điều kiện nhiệt độ của vật và khơng khí khơng đổi. Đặc trưng cho quá trình này là quá trình hấp phụ và khử hấp phụ.
- pv < pa: dịng ẩm đi từ khơng khí vào vật liệu đĩ là quá trình hấp phụ (là quá trình vật liệu nhận thêm hơi nước).
- pv > pa: dịng ẩm đi từ trong lịng vật ra bề mặt để đi vào khơng khí đĩ là quá trình khử hấp phụ (là quá trình vật liệu mất bớt hơi nước).
- pv = pa: vật đạt trạng thái độ ẩm cân bằng (ωcb).
b).Động học quá trình sấy: Đường cong sấy:
Hình 2.6: Đường cong sấy. ( τ) ( )τ ω ω x y z dV f v tb = 1∫∫∫ , , , = Trong đĩ: ωtb: độ ẩm trung bình. V: thể tích của VLS.
thời gian sấy.
Gồm 3 thành phần tương ứng với 3 giai đọan sấy: - Giai đọan 1: giai đoạn đốt nĩng: đoạn AB
+ VLS nhận được nhiệt lượng và ẩm trong lịng vật bắt đầu phá vỡ các liên kết để dịch chuyển ra bề mặt và một phần nhỏ bắt đầu tách khỏi bề mặt VLS để đi vào mơi trường.
+ Nhiệt độ của VLS tăng rất nhanh.
+ Độ ẩm trung bình tích phân giảm khơng đáng kể.
- Giai đọan 2: giai đoạn tốc độ sấy khơng đổi: đoạn BC + Nhiệt độ khơng đổi.
+ Độ ẩm trung bình tích phân giảm rất nhanh (ωtb = f( )τ .
+ Tốc độ sấy: ( ) const. d df d d tb = = τ τ τ ω
+ Nhiệt lượng VLS nhận được chỉ để phá vỡ các liên kết ẩm mà chủ yếu là ẩm tự do, liên kết thẩm thấu và cung cấp năng lượng cho ẩm để di chuyển từ trong lịng vật ra bề mặt.
- Giai đọan 3: giai đoạn tốc độ sấy giảm dần: đọan CD + Tốc độ sấy giảm.
+ Nhiệt độ VLS bắt đầu tiếp tục tăng.
+ Các liên kết bền vững (liên kết hấp thụ, liên kết mao dẫn,…) cần cung cấp một năng lượng lớn hơn và ở một nhiệt độ cao hơn mới tách khỏi VLS.
+ Tổng thời gian của giai đọan này lớn hơn rất nhiều so với tổng thời gian của 2 giai đọan trước đĩ.
- Đường cong tốc độ sấy là đường cong biểu diễn quan hệ dωtb/dτ = df(τ)/ dτ, nĩ nĩi lên khả năng giảm ẩm của VLS theo thời gian.
- Giai đoạn đốt nĩng và giai đọan tốc độ sấy khơng đổi: đường cong sấy đối với tất cả các VLS là giống nhau.
+ Trong giai đoạn đốt nĩng: tốc độ sấy tăng rất nhanh từ giá trị khơng đến giá trị cực đại N.
+ Trong giai đoạn tốc độ sấy khơng đổi: giá trị này giữ nguyên.
- Giai đoạn tốc độ sấy giảm dần: các vật cĩ cấu trúc và liên kết ẩm khác nhau sẽ cĩ những hình dáng khác nhau.
Đường cong nhiệt độ sấy:
- Đường cong nhiệt độ sấy nĩi lên sự ảnh hưởng ẩm độ của VLS đến nhiệt độ của quá trình sấy.
- Đường cong nhiệt độ tâm VLS: t0 = f0(ωtb). - Đường cong nhiệt độ bề mặt VLS: tb = fb(ωtb).
- Giai đoạn đốt nĩng: nhiệt độ tâm và nhiệt độ bề mặt VLS tăng rất nhanh. tm > tư > tb > t0
ωb < ωtb < ω0
- Khi nhiệt độ bề mặt đạt giá trị tư là điểm kết thúc giai đọan đốt nĩng và bắt đầu giai đoạn tốc độ sấy khơng đổi.
- Giai đoạn tốc độ sấy khơng đổi: nhiệt độ tâm các VLA tuy bé hơn nhiệt độ bề mặt một ít nhưng cũng khơng đổi.
tm > tư = tb > t0 ωb = ωư < ωtb < ω0 1 2 α rJ t t tb = u = m− [2.4]
r: nhiệt ẩn hĩa hơi J2: mật độ dịng ẩm α1: hệ số trao đổi nhiệt
Khi ẩm đã khơng cịn bay hơi mãnh liệt nữa thì nhiệt độ bề mặt cũng như của tâm vật bắt đầu tăng lên thì giai đoạn tốc độ sấy khơng đổi kết thúc, quá trình sấy chuyển sang giai đoạn tốc độ sấy giảm dần.
- Giai đoạn tốc độ sấy giảm dần: khoảng cách giữa đường tb = fb(τ) và đường t0
= f0(τ) thu hẹp dần và khi độ ẩm của vật đạt độ ẩm cân bằng ωcb thì hai nhiệt độ này bằng nhau và về nguyên tắc bằng nhiệt độ TNS.
tm > tb > tư ≤ t0
- Khi quátrình sấy kết thúc: tb = t0 ≈ tm
ωb ≈ ω0 ≈ ωtb ≈ ωcb