2.2. Các phƣơng pháp sấy vật liệu ẩm
2.2.2. Phƣơng pháp sấy lạnh
Trong các HTS lạnh, nhiệt độ VLS có thể trên dƣới nhiệt độ môi trƣờng (t > 0) và cũng có thể nhỏ hơn 00
C. Sấy lạnh có ƣu điểm là chất lƣợng sản phẩm sấy tốt nhất nhƣng HTS phức tạp, vốn đầu tƣ lớn và chi phí năng lƣợng cho một đơn vị sản phẩm cao. Vì vậy, HTS lạnh chỉ đƣợc sử dụng khi VLS khơng chịu dƣợc nhiệt độ cao và địi hỏi ngặt nghèo về chất lƣợng sản phẩm nhƣ màu sắc, hƣơng vị v.v... Có thể phân loại HTS lạnh theo các dạng sau đây:
a. Hệ thống lạnh ở nhiệt độ > 00C
Với HTS này, TNS thơng thƣờng là khơng khí trƣớc hết đƣợc khử ẩm bằng phƣơng pháp làm lạnh hoặc khử ẩm hấp phụ, sau đó đƣợc đốt nóng (nếu khử ẩm bằng phƣơng pháp làm lạnh) hoặc đƣợc làm lạnh (nếu khử ẩm bằng phƣơng pháp hấp phụ) đến nhiệt độ mà công nghệ yêu cầu rồi cho đi qua VLS. Khi đó, do phân áp suất ph trong TNS bé hơn phân áp suất hơi nƣớc trên bề mặt vật pbm nên ẩm từ dạng lỏng trên bề mặt VLS bay hơi vào TNS, kéo theo sự dịch chuyển ẩm trong lòng vật ra bề mặt. Nhƣ vậy, quy luật dịch chuyển ẩm trong các HTS lạnh ở nhiệt độ t > 0 hoàn toàn giống nhƣ trong các HTS đối lƣu nói chung. Điều khác nhau ở đây chỉ là cách giảm phân áp suất hơi nƣớc trong TNS.
b. HTS thăng hoa
Trong HTS này, nƣớc ở dƣới điểm ba thể, nghĩa là T < 273K, p < 610Pa nhận đƣợc nhiệt lƣợng (thƣờng là do dẫn nhiệt và bức xạ) thực hiện quá trình thăng hoa để nƣớc chuyển trực tiếp từ thể rắn sang thể hơi và đi vào TNS. Nhƣ vậy, trong các HTS thăng hoa, một mặt ta phải làm lạnh VLS xuống dƣới 0°C trong các kho lạnh và sau đó đƣa VLS với ẩm dƣới dạng rắn vào bình thăng hoa. Ở đây, VLS đƣợc đốt nóng và đồng thời tạo chân không trong không gian xung quanh bằng bơm hút chân không.
- Phƣơng pháp sấy này gần nhƣ bảo toàn đƣợc chất lƣợng sản phẩm bao gồm màu sắc, mùi vị và thành phần hóa học.
Nhược điểm:
- Chi phí đầu tƣ ban đầu lớn nhƣ phải dùng bơm chân không và máy lạnh để cấp đông sản phẩm trƣớc khi đƣa vào sấy.
- Hệ thống sấy thƣờng cồng kềnh, vận hành phức tạp và chi phí bảo dƣỡng lớn. Sấy thăng hoa dùng để sấy những sản phẩm có giá trị kinh tế cao hoặc những sản phẩm nhạy cảm với nhiệt độ.
c. Hệ thống sấy chân không
Nếu nhiệt độ VLS vẫn nhỏ hơn 273K nhƣng áp suất xung quanh p > 610Pa thì khi VLS nhận đƣợc nhiệt lƣợng, các phân tử nƣớc ở thể rắn chuyển thành thể lỏng và sau đó mới chuyển thành thể hơi dễ đi vào TNS.
Do tính phức tạp và khơng kinh tế nên các hệ thống sấy chân không và hệ thống sấy thăng hoa chỉ dùng để sấy những sản phẩm quý hiếm không chịu đƣợc nhiệt độ cao. Vì vậy, các hệ thống sấy này là những hệ thống sấy chuyên dùng, không phổ biến.
d. Phƣơng pháp sử dụng máy hút ẩm chuyên dụng kết hợp với máy lạnh
Tác nhân sấy thơng thƣờng là khơng khí, trƣớc hết đƣợc khử ẩm bằng phƣơng pháp làm lạnh hoặc khử ẩm hấp phụ, sau đó đƣợc đốt nóng đến nhiệt độ mà công nghệ yêu cầu rồi cho đi qua vật liệu sấy. Khi đó phân áp suất ph trong tác nhân sấy bé hơn phân áp suất hơi nƣớc trên bề mặt vật liệu sấy pbm nên ẩm từ bề mặt vật liệu sấy bay hơi vào tác nhân sấy, kéo theo sự dịch chuyển ẩm trong lòng vật liệu sấy ra bề mặt.
Ưu điểm:
- Năng suất hút ẩm khá lớn
- Khả năng giữ chất lƣợng, hàm lƣợng chất dinh dƣỡng của sản phẩm tốt (phụ thuộc vào nhiệt độ sấy).
Nhược điểm:
Để tạo ra Ph trong tác nhân sấy bé, trƣớc đây hay dùng máy hút ẩm hấp phụ kết hợp với máy lạnh để hạ nhiệt độ tác nhân sấy. Phƣơng pháp này có các nhƣợc điểm sau:
- Chi phí đầu tƣ ban đầu lớn do phải sử dụng máy hút ẩm chuyên dụng và máy lạnh.
- Chất hút ẩm phải thay thế theo định kỳ.
- Điện năng tiêu thụ lớn do cần cho chạy máy lạnh để tách ẩm và điện trở để hoàn nguyên chất hấp phụ.
- Lắp đặt, vận hành phức tạp.
- Trong môi trƣờng có bụi cần phải dừng máy nhiều lần để vệ sinh chất hấp phụ gây khó khăn, tốn kém và hiệu quả thấp.
e. Phƣơng pháp dùng bơm nhiệt ở nhiệt độ thấp
Trong phƣơng pháp này, ngƣời ta chỉ dùng một hệ thống bơm nhiệt để tạo ra mơi trƣờng sấy. Nhiệt độ tác nhân sấy có thể điều chỉnh trong giới hạn khá rộng từ nhiệt độ xấp xỉ môi trƣờng đến nhiệt độ âm, tùy thuộc yêu cầu của vật liệu sấy. Khác với các thiết bị nhiệt lạnh khác, khi sử dụng bơm nhiệt để sấy khơ và hút ẩm thì cả dàn nóng và dàn lạnh đều đƣợc sử dụng hữu ích nên năng lƣợng tiêu thụ ở đây có thể đƣợc tận dụng đến mức cao nhất mà nhiệt độ khơng khí lại có thể chỉ cần duy trì ở mức nhiệt độ môi trƣờng hoặc thấp hơn.
Ưu điểm:
- Khả năng giữ màu sắc, mùi vị và vitamine của vật liệu sấy đều tốt.
- Tiết kiệm năng lƣợng nhờ sử dụng cả năng lƣợng dàn nóng và dàn lạnh, hiệu quả sử dụng nhiệt cao.
- Bảo vệ môi trƣờng, tuổi thọ thiết bị cao, vận hành an toàn.
- Có khả năng điều chỉnh nhiệt độ tác nhân sấy tùy thuộc vào yêu cầu và khả năng chịu nhiệt của từng loại sản phẩm nhờ thay đổi công suất nhiệt của dàn ngƣng trong.
- Công suất khá lớn.
- Chi phí đầu tƣ hệ thống thấp hơn so với các phƣơng pháp sấy lạnh khác. - Vận hành đơn giản.
Nhược điểm:
- Chi phí đầu tƣ ban đầu cao.