Quá trình khuếch tán ngoại
Khuếch tán ngoại là sự dịch chuyển của hơi nước từ bề mặt nguyên liệu vào không khí ẩm mà động lực của nó là sự chênh lệch áp suất của hơi nước trên bề mặt nguyên liệu với áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí ẩm, sự chêch lệch đó là ∆P = E – e. Lượng nước bay hơi tỷ lệ thuận với ∆P, bề mặt bay hơi và thời gian làm khô.
Tốc độ bay hơi được biểu diễn như sau: dN = B(E-e).F.dt Trong đó: N là lượng nước bay hơi (kg)
F là diện tích bề mặt bay hơi (m2) t là thời gian bay hơi (h)
B là hệ số bay hơi
E là áp suất hơi nước trên bề mặt nguyên liệu (mmHg)
e là áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí ẩm (mmHg) Như vậy để tăng lượng ẩm bay hơi trong quá trình làm khô thì :
_ Tăng diện tích bề mặt bay hơi bằng cách làm giá đỡ nguyên liệu ở dạng lưới để ẩm có thể bay hơi cả phía trên và phía dưới
_ Tăng E bằng cách tăng nhiệt độ của nguyên liệu hoặc tăng nhiệt độ của tác nhân sấy. Phương pháp này chỉ áp dụng cho những nguyên liệu chịu được nhiệt độ cao. _ Giảm e bằng cách làm lạnh không khí xuống dưới nhiệt độ đọng sương để tách một lượng hơi nước trước khi vào thiết bị gia nhiệt để sấy. Khi sấy ở nhiệt độ không cao thì áp suất của hơi nước trên bề mặt nguyên liệu bé nhưng áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí ẩm cũng bé nên hạn chế được sự giảm động lực của quá trình sấy. Nếu so với phương pháp sấy bằng không khí nóng ở cùng một nhiệt độ thì sấy lạnh sẽ có ∆P = E – e lớn hơn nên thời gian sấy và chất lượng sản phẩm sẽ tốt hơn.
Quá trình khuếch tán nội
Khuếch tán nội là quá trình chuyển dịch của hàm ẩm trong nguyên liệu ra bề mặt ngoài của nguyên liệu. Động lực của quá trình khuếch tán nội là sự chênh lệch
về độ ẩm giữa các lớp bên trong và bên ngoài nguyên liệu. Nếu sự chênh lệch về độ ẩm càng lớn tức là gradien độ ẩm lớn sẽ làm cho tốc độ khuếch tán nội càng nhanh. Tốc độ khuếch tán nội được biểu diễn như sau:
dx dc F K dt dW . . − =
Trong đó: W: lượng nước khuếch tán (kg) t : thời gian khuếch tán (h) K : hệ số khuếch tán
F : diện tích bề mặt khuếch tán (m2) dc/dx : gradien nồng độ ẩm
Sự di chuyển ẩm trong quá trình làm khô, trước tiên là ẩm tự do sau đó là ẩm liên kết hóa lý. Ẩm di chuyển trong nguyên liệu có thể bằng hai hình thức là ở thể lỏng hoặc thể hơi, điều này phụ thuộc vào sự liên kết ẩm. Ẩm liên kết hấp phụ khuếch tán dưới dạng hơi, ẩm liên kết thẩm thấu, kết cấu và tự do sẽ khuếch tán ở dạng lỏng
Mối quan hệ giữa khuếch tán nội và khuếch tán ngoại
Khuếch tán nội và khuếch tán ngoại có mối quan hệ qua lại với nhau, tức khi khuếch tán ngoại được tiến hành thì khuếch tán nội mới có thể tiếp tục và như thế độ ẩm nguyên liệu mới được giảm dần. Nếu cường độ khuếch tán nội nhanh hơn cường độ khuếch tán ngoại thì quá trình bay hơi nước trong nguyên liệu sẽ nhanh hơn, tuy nhiên điều này ít xảy ra. Nếu cường độ khuếch tán nội bé hơn khuếch tán ngoại thì bề mặt của nguyên liệu dễ bị tạo màng khô làm ảnh hưởng xấu đến quá trình dịch chuyển ẩm. Trong quá trình sấy nếu cường độ khuếch tán ngoại lớn hơn cường độ khuếch tán nội thì cần phải tiến hành sấy gián đoạn tức là đình chỉ hoặc hạn chế quá trình khuếch tán ngoại hay gọi là quá trình sấy có ủ ẩm.
Trong quá trình sấy ở giai đoạn đầu khi hàm nước trong nguyên liệu nhiều làm cho sự dịch chuyển ẩm lớn nên cường độ khuếch tán nội thường phù hợp với cường độ khuếch tán ngoại và lượng ẩm thoát ra được nhiều, vì vậy ở giai đoạn này có thể tăng vận tốc chuyển động của không khí để tăng khả năng dịch chuyển ẩm.
Nhưng vào giai đoạn cuối của quá trình sấy, khi hàm nước trong nguyên liệu còn ít trong khi đó cường độ bay hơi ở mặt ngoài nhanh mà cường độ khuếch tán nội bé nên bề mặt dễ tạo màng cứng làm ảnh hưởng xấu đến quá trình khuếch tán nội. Chính vì vậy ở giai đoạn sấy giảm tốc nên hạn chế cường độ khuếch tán ngoại bằng cách giảm vận tốc chuyển động của không khí.