( 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 quá trình sấy kết thúc: tb = t0 ≈ tm
ωb ≈ ω0 ≈ ωtb ≈ ωcb
2.3.7 Các phương pháp sấy và thiết bị sấy hiện nay:/5/
- Thiết bị sấy là thiết bị dùng để lấy đi nước hoặc hơi nước từ VLS thơng qua TNS làm cho VLS cĩ được ẩm độ mà ta mong muốn.
- Cĩ 2 phương pháp sấy cơ bản: sấy tự nhiên và sấy bằng thiết bị.
a).Sấy tự nhiên:
Sấy tự nhiên là phương pháp sử dụng nguồn nhiệt bức xạ từ mặt trời để nung nĩng khơng khí và ẩm trong VLS thốt ra ngồi mơi trường.
• Ưu điểm:
- Cơng nghệ đơn giản, chi phí đầu tư, vận hành thấp.
- Khơng địi hỏi cung cấp năng lượng lớn và nhân cơng lành nghề. - Cĩ thể sấy lượng lớn vụ mùa với chi phí thấp.
• Nhược điểm:
- Kiểm sốt điều kiện sấy rất kém.
- Tốc độ sấy chậm hơn nhiều so với sấy bằng thiết bị, do đĩ chất lượng sản phẩm kém.
- Tốn nhiều nhân cơng.
b).Sấy bằng thiết bị:
Dựa vào trạng thái TNS hay cách tạo ra động lực quá trình dịch chuyển ẩm mà chúng ta cĩ 2 phương pháp sấy: sấy nĩng và sấy lạnh.
Phương pháp sấy nĩng: nhờ đốt nĩng hoặc cả TNS lẫn VLS hoặc chỉ đốt nĩng
VLS mà hiệu số giữa phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật pab và phân áp suất hơi nước trong TNS pam tăng dẫn đến quá trình dịch chuyển ẩm từ trong lịng VLS ra bề mặt và đi vào mơi trường.
HTS đối lưu: VLS nhận nhiệt bằng đối lưu từ một dịch thể nĩng (khơng khí nĩng hoặc khĩi lị). Trong HTS đối lưu người ta lại phân ra các lọai: HTS buồng, HTS hầm, HTS tháp,…
HTS tiếp xúc: VLS nhận nhiệt từ một bề mặt nĩng. Trong các HTS tiếp xúc người ta tạo ra độ chênh phân áp suất nhờ tăng phân áp suất hơi nước trên bề mặt VLS ( HTS lơ, HTS tang,…).
HTS bức xạ: VLS nhận nhiệt từ một nguồn bức xạ để ẩm dịch chuyển từ trong lịng VLS ra bề mặt và từ bề mặt khuyếch tán vào mơi trường. Trong HTS này, người ta tạo ra độ chênh phân áp suất hơi nước giữa VLS và mơi trường chỉ bằng cách đốt nĩng vật.
Các HTS khác: ngồi ba HTS đối lưu, tiếp xúc và bức xạ, trong các HTS nĩng cịn cĩ HTS dùng dịng điện cao tần hoặc dùng năng lượng điện từ trường để đốt nĩng vật. Khi VLS đặt trong một trường điện từ thì trong vật xuất hiện các dịng điện và chính dịng điện này đốt nĩng vật.
Phương pháp sấy lạnh:
HTS lạnh ở nhiệt độ t > 0: TNS là khơng khí trước hết được khử ẩm (bằng làm lạnh hoặc khử ẩm hấp phụ) sau đĩ lại được đốt nĩng (làm lạnh) đến nhiệt độ yêu cầu rồi cho đi qua VLS.
HTS thăng hoa: HTS lạnh mà trong đĩ ẩm trong VLS ở dạng rắn trực tiếp biến thành hơi đi vào TNS.
HTS chân khơng: VLS nhận được nhiệt lượng, các phân tử nước ở thể rắn khơng chuyển trực tiếp thành hơi để đi vào TNS mà trước khi biến thành hơi đi vào mơi trường nước ở thể rắn phải chuyển qua thể lỏng.
2.4 Tìm hiểu chung về máy sấy chân khơng:/3/2.4.1 Nguyên lý cơ bản của máy sấy chân khơng: 2.4.1 Nguyên lý cơ bản của máy sấy chân khơng: 2.4.1 Nguyên lý cơ bản của máy sấy chân khơng: 2.4.1 Nguyên lý cơ bản của máy sấy chân khơng:
Trong các thiết bị sấy chân khơng, ẩm tách khỏi VLS khơng phải do đốt nĩng vật mà do tạo ra độ chênh phân áp suất hơi nước giữa bề mặt vật với phân áp suất hơi nước trong tác nhân sấy và do đĩ cũng tạo ra độ chênh lệch phân áp suất giữa tâm với bề mặt. Việc định mức cho một áp suất chân khơng trong khi sấy tùy thuộc vào loại sản phẩm, nhiệt độ sấy. Để chọn độ chân khơng cho thiết bị với một sản phẩm sấy ta
căn cứ vào nhiệt độ sấy của sản phẩm để khi đĩ với áp suất đã chọn nước trong vật liệu sấy sẽ sơi.
Nguyên lý cơ bản của phương pháp sấy chân khơng là sự phụ thuộc nhiệt độ sơi của nước vào áp suất mặt thống. Nếu làm giảm áp suất mơi trường trong thiết bị sấy xuống đến một áp suất mà ở đĩ nước trong vật liệu cần sấy bắt đầu sơi, sẽ tạo ra một chênh lệch áp suất rất lớn trong lịng VLS và qua đĩ hình thành dịng ẩm chuyển động từ trong lịng VLS ra ngồi bề mặt. Ở điều kiện áp suất này, nước trong vật liệu sẽ sơi. Khi nước trong VLS sơi, hĩa hơi và làm tăng áp suất trong vật liệu, thúc đẩy quá trình di chuyển ẩm từ trong ra ngịai bề mặt VLS. Chính vì vậy, ở điều kiện chân khơng vật liệu sẽ khơ rất nhanh rút ngắn thời gian sấy và cải thiện được chất lượng sấy.
Nhờ quá trình hút chân khơng mà nhiệt độ sấy thấp hơn rất nhiều so với các phương pháp sấy khác. Vì vậy, sản phẩm sau khi sấy cĩ thể giữ được màu sắc, mùi vị, cấu trúc vật liệu thay đổi đồng đều nhờ quá trình nước sơi từ bên trong.
2.4.2 Hệ thống hút chân khơng trong thiết bị sấy chân khơng:Các kiểu máy hút chân khơng:Các kiểu máy hút chân khơng:Các kiểu máy hút chân khơng: Các kiểu máy hút chân khơng:
Các kiểu máy hút chân khơng về nguyên tắc làm việc khơng cĩ gì khác so với các kiểu máy nén khí khác, chỉ khác là phạm vi áp suất làm việc và độ nén cao. Các bơm chân khơng hút khí ở áp suất thấp hơn áp suất khí quyển và đẩy khí ra ở áp suất lớn hơn áp suất khí quyển.
Năng suất bơm khơng cố định và giảm theo sự giảm của áp suất hút vì vậy khi chọn bơm phải căn cứ vào cả năng suất và độ chân khơng tối đa mà bơm chân khơng đĩ tạo được.
Phân loại bơm chân khơng:
- Bơm chân khơng kiểu piston. - Bơm chân khơng kiểu roto. - Bơm chân khơng kiểu phun tia. - Bơm chân khơng kiểu khuếch tán.
2.5. Cở sở lý thuyết tính tốn các thiết bị trong máy sấy chân khơng:/4/ 2.5.1 Khái niệm cơ bản về bức xạ nhiệt:
Một vật bất kỳ ở nhiệt độ nào (lớn hơn độ khơng tuyệt đối – 0o K) luơn cĩ sự biến đổi nội năng của vật thành năng lượng sĩng điện từ, các sĩng này truyền đi
trong khơng gian theo mọi phương với vận tốc ánh sáng và cĩ chiều dài bước sĩng λ= 0 ÷ ∞. Vậy “ Bức xạ là hiện tượng phát sinh và truyền năng lượng dưới dạng sĩng điện từ”.
Tia nhiệt là những tia cĩ bc sng trong khang = 0,4 ữ 400 àm c hiệu ứng về nhiệt tương đối cao (nghĩa là vật cĩ thể hấp thu được và biến thành nhiệt năng).
Quá trình bức xạ nhiệt là quá trình phát sinh và truyền những tia nhiệt.
Quá trình trao đổi nhiệt bằng bức xạ là quá trình trao đổi nhiệt tương hỗ giữa các vật bằng phương thức bức xạ nhiệt.