CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU SẤY

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH SẤY

3.1. CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU SẤY

Theo một số tác giả [5]; [16] khi niêm độ ẩm của vật bao gồm: đô ẩm tương đối, độ ẩm tuyệt đối, độ chứa ẩm và nồng độ ẩm và độ ẩm cân bằng.

- Độ ẩm tương đối

Độ ẩm tương đối còn gọi là độ ẩm toàn phần là số phần trăm khối lượng (rắn, lỏng, và hơi) chứa trong một Kilogram vật liệu ẩm, khối lượng của nước và khối lượng của vật liệu khô thì ta luôn có:

G = Ga + Gk (kg) (3.1)

Như vậy độ ẩm tương đối Wbằng:

% 100 G x

W  Ga (3.2)

Chú ý đến quan hệ (3.1) chúng ta thấy độ ẩm tương đối W bao giờ cũng nhỏ hơn 100 % hay 0 % <W< 100 %.

- Độ ẩm tuyệt đối

Độ ẩm tuyệt đối còn gọi là độ ẩm tính theo vậtliệukhô là số phần trăm nước chứa trong một Kilogram vậtliệukhô. Do đó độ ẩm tuyệt đối Wk bằng:[13]

% 100 G x W G

k a

k  (3.3)

Do khối lượng của ẩm Gachứa trong vật liệu có thể lớn hơn khối lượng của vật liệu khô Gk nên khác với độ ẩm tương đối, độ ẩm tuyệt đối Wk có thểlớn hơn 100 % . Có thể thấy rằng đói đối với vật liệu khô tuyệt đối ta có: Wk = W = 0%.

Từ đó suy ra, với những độ ẩm bé thì giá trị độ ẩm tương đối và tuyệt đối không khác nhau nhiều

Từ các quan hệ (3.1) - (3.3) chúng ta dễ dàng thu được các quan hệ sau đây giữa hai loại độ ẩm. Cho phép chúng ta tính độẩm này khi biết độ ẩm kia và ngược lại.

% 100 k100

k

W W W

 

hay 100%

100 W W k W

 (3.4)

- Độ ẩm và nồng độ ẩm

Trong khi nghiên cứu vật liệu ẩm người ta còn đưa khái niệm độ chứa ẩm u. Độ chứa ẩm là tỷ số lượng chứa giữa lượng chứa ẩm trong vật với khối lượng vật khô tuyệt đối. Ta có:

k a

G

u G (kg/kg)(3.5)

Độ chứa ẩm không những đặc trưng cho toàn bộ mà còn có thể đặc trưng cho từng vùng vật thể. Nếu độ chứa ẩm phân bố đều trong toàn bộ vật thể thì ta có quá nhiều:

100 W k

u (kg/kg)(3.6)

Ngoài độ chứa ẩm ungười ta còn sử dụng khái niệm nồng đô ẩm c, đó là khối lượng ẩm chứa trong 1 m3 vật thể. Ta có:

V

cGa (3.7)

Trong đó: V là thể tích vật (m3).

Khi ẩm phân bố đều trong vật thì từ quan hệ (3.2) và (3.7) ta có quan hệ giữa nồng đô độ ẩm c và độ ẩm tương đối:

f c W

100 (3.8)

Với f là khối lượng của vật liệu (kg/m3).

Để tìm mỗi liên hê giữa độ chứa ẩm u và nồng độ ẩm cngười ta đưa vào khái niệm khối lượng của vật liệu khô trong môt đơn vị thể tích vật liệu ẩm thường gọi là khối lượng riêng dẫn xuất hay mật độ dẫn xuất ký hiệu là fdx ta có:

V

fdx  Gk (3.9)

Khi đó kết hợp vái (3.3); (3.6); (3.7) và (3.9) ta có quan hệ giữa độ chứa ẩm u và nồng độ ẩm c như sau:

c = ufd (3.10)

Nếu trong quá trình sấy, độ co ngót về thể tích của vật liệu sấy không đáng kể thì rừ ràng khối lượng riờng dẫn xuất fdx gần bằng khối lượng riờng của vật liệu khụ f x.

- Độ ẩm cân bằng

Độ ẩm cân bằng là độẩm của vật khi ở trạng thái cân bằng với môi trường xung quanh vật đó. ở trạng thái này độ ẩm trong vật là đồng đều và phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật ẩm bằng phân áp suất hơi nước trong không khí ẩm. Lúc này không tồn tại sự trao đổi chất ẩm giữa vật và môi trường. Do vậy, độ ẩm cân bằng phụ thuôc vào trạng thái của môi trường bao quanh vật. Độ ẩm cân bằng ký hiêu Wcb; Wocb; Ucb...

Trong kỹ thuật sấy độ ẩm cân bằng có ý nghĩa rất lớn, nó xác định giới hạn quá trình sấy, và dùng để xác định bảo quản của mỗi lần vật liệu trong những điều kiện môi trường khác hau.

Một vật ẩm có độ ẩm W1 đặt trong môi trường không khí ẩm có trạng thái nhất định t1, φ1. Nếu độ ẩm của W1 lớn hơn đô ẩm cân bằng tương ứng với trạng thái không khí t1, φ1thì vật ẩm sẽ thoát ẩm cho tới khi đạt trị số độ ẩm cân bằng Wcb1. Ngược lại nếu W1˂Wcb1 thì vật sẽ hấp thu ẩm để cho độ ẩm của nó tăng lên cho tới khi đạt tới chỉ số cân bằng. Vì vậy khi cần bảo quản môt sản phẩm có đô ẩm nhỏ hơn đô ẩm cân bằng ứng với môi trường không khí trong phòng ta không thể để sản phẩm trong điều kiện không khí trong phòng. Vì như vậy làm cho độ ẩm của nó tăng lên dẫn tới giảm đáng kể thời gian bảo quản an toàn. Trong trường hợp này để bảo quản sản phẩm phải dùng bao gói hoặc nhà kho mà độ ẩm tương đối của không khí nhỏ hơn so với môi trường bên ngoài. Tức là làm sao cho độ ẩm cân bằng của sản phẩm tương ứng với điều kiện môi trường trong kho bảo quản phải nhỏ hơn hoặc bằng độ ẩm của vật cần bảo quản.

Có như vậy sản phẩm đạt tới trạng thái cân bằng với môi trường trong kho thì độ ẩm của nó không vượt quá trị số độ ẩm cho phép.

3.1.2. Phân loại vật ẩm

Có nhiều cách phân loại vật ẩm. Theo cách phân loại này các vật ẩm được chia thành 3 nhóm là: vật xốp mao dẫn, vật keo và vật keo xốp mao dẫn. Sự phân loại này cũng chỉ là tương đối vì các vật sấy rất đa dạng, nhiều vẻ. Tuy nhiên sự phân loại này có ý nghĩa rất lớn khi khảo sát quá trình sấy và chỉnh lý các kết quả nghiên cứu để áp dụng cho những vật liệu vào nhóm vật liệu khác nhau.

- Vật xốp mao dẫn

Những vật mà trong đó ẩm liên kết với vật liêu chủ yếu bằng mối liên kết mao dẫn được gọi là vật xốp mao dẫn. Chúng có khả năng hút mọi chất lỏng dính ướt không phụ thuộc vào thành phần hoá học của chất lỏng. Các vật liệu xây dung, than củi, cát, thạch nhũ là những thí dụ về vật xốp mao dẫn. Ở những vật này lực mao dẫn lớn hơn rất nhiều so với trọng lượng ẩm chứa trong vật và quyết định hoàn toàn sự lan truyền ẩm trong vật. Trong trường hợp trọng lượng ẩm cân bằng với lực mao dẫn thì những vật này gọi là vật xốp. Đặc điểm của những vật xốp mao dẫn là sau khi sấy khô nó trở nên giòn và có thể bị vỡ vụn thành bột.

- Vật keo

Vật keo là vật có tính dẻo do có cấu trúc hạt. trong vật keo ẩm liên kết ở dạng hấp thụ và thẩm thấu. Ví dụ: keo động vật, vật liệu xenlulô, tinh bột, đất sét Các vật keo có đặc điểm chung là khi sấy bị co ngót khá nhiều và vẫn giữ được tính dẻo [6].

Để đơn giản công việc nghiên cứu và tính toán, trong kỹ thuật sấy người ta khảo sát các vật keo như các vật giả xốp mao dẫn. khi đó các vật keo được xe như vật xốp mao dẫn có cấu trúc mao quản nhỏ.

- Vật keo xốp mao dẫn

Những vật thể mà trong đó tổn tại ẩm liên kết có trong cả vật keo và vật xốp mao dẫn thì được gọi là vật xốp mao dẫn. Các vật liệu này như gỗ, than bùn, các loại hạt một số thực phẩm và hạt ngô cũng thuộc loại liên kết này. Về cấu trúc của vật này thuộc loại xốp mao dẫn những về bản chất lại là các vật keo có nghĩa là thành mao dẫn của chúng có tính dẻo, khi hút ẩm các mao quản tương lên, khi sấy khô thì co lại. Phần lớn các vật xốp mao dẫn khí sấy khô trở nên giòn như bánh mì, rau xanh.