5 .1Khái niệm bơm nhiệt
5.4 Phân loại hệ thống sấy lạnh
Khác với phương pháp sấy nóng, trong phương pháp sấy lạnh, người ta tạo ra độ chênh phân áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy bằng cách giảm phân áp suất trong tác nhân sấy nhờ giảm lượng chứa ẩm. Ởphương pháp sấy lạnh, nhiệt độ bề mặt
SVTH: TRẦN THIÊN TÚ Trang 70 ngoài của vật nhỏhơn nhiệt độ bên trong vật, đồng thời do tiếp xúc với khơng khí có độ ẩm và phân áp suất hơi nước nhỏ nên bề mặt cũng có phân áp suất hơi nước nhỏ hơn phía
bên trong vật. Nói khác đi, ởđây gradient nhiệt độ và gradient áp suất có cùng dấu nên gradient nhiệt độ khơng kìm hãm quá trình dịch chuyển ẩm như khi sấy nóng mà ngược lại, nó có tác dụng tăng cường quá trình dịch chuyển ẩm trong lịng vật ra ngồi để bay
hơi làm khơ vật. Khi đó ẩm trong vật liệu dịch chuyển ra bề mặt và từ bề mặt vào mơi
trường có thể lớn hơn hoặc nhỏhơn nhiệt độmơi trường hoặc cũng có thể nhỏhơn 0oC.
Hình 5.5 : Sơ đổ hệ thống sấy lạnh
a.Hệ thống sấy lạnh nhiệt nhỏ hơn 00
C. Hệ thống sấy thăng hoa
Sấy thăng hoa là quá trình tách ẩm khỏi vật liệu sấy trực tiếp từ trạng thái rắn biến thành trạng thái hơi nhờ quá trình thăng hoa. Để tạo ra quá trình thăng hoa, vật liệu sấy phải
được làm lạnh dưới điểm ba thể, nghĩa là nhiệt độ của vật liệu t < 00C và áp suất tác nhân sấy bao quanh vật p < 620 Pa. Từ đó, vật liệu sấy nhận được nhiệt lượng để ẩm từ trạng thái rắn thăng hoa thành thể khí và vào mơi trường. Như vậy, trong các hệ thống sấy
thăng hoa phải tạo được chân không trong vật liệu sấy và làm lạnh vật xuống dưới 0oC.
Ƣu điểm: Phương pháp gần như bảo tồn được chất lượng sinh, hóa học của sản phẩm bao gồm: màu sắc, mùi vị, vitamin, hoạt tính,…
SVTH: TRẦN THIÊN TÚ Trang 71
Nhƣợc điểm:
- Chi phí đầu tư cao, phải dùng đồng thời bơm chân không và máy lạnh (để kết đông sản phẩm và làm ngưng kết hơi nước)
- Hệ thống cồng kềnh nên vận hành phức tạp, chi phí vận hành và bảo dưỡng lớn. Sấy thăng hoa thường được ứng dụng để sấy sản phẩm quý, dễ biến chất do nhiệt như: máu, vắc xin,…
Hệ thống sấy chân không
Phương pháp sấy chân không là phương pháp tạo ra môi trường gần như chân không trong buồng sấy, nghĩa là nhiệt độ vật liệu t < 0oC, áp suất tác nhân sấy bao quanh vật p > 610 Pa. Khi nhận được nhiệt lượng, các phần tử nước trong vật liệu sấy ở thể rắn sẽ
chuyển sang thể lỏng, sau đó mới chuyển sang thể hơi và đi vào môi trường.
Ƣu điểm: Phương pháp này giữ được chất lượng sản phẩm, đảm bảo điều kiện vệ
sinh.
Nhƣợc điểm: Hệ thống có chi phí đầu tư lớn, vận hành phức tạp.
- Phương pháp sấy chân không thường chỉ sấy các loại vật liệu sấy là các sản phẩm quý, dễ biến chất.
- Do tính phức tạp và khơng kinh tế nên các hệ thống sấy thăng hoa và hệ thống sấy chân không chỉ dùng để sấy những vật liệu q hiếm, khơng chịu được nhiệt
độ cao. Vì vậy, các hệ thống sấy này là những hệ thống sấy chuyên dùng, không
phổ biến.
b.Hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ lớn hơn 0o
C
Với những hệ thống sấy mà nhiệt độ vật liệu sấy cũng như nhiệt độ tác nhân sấy xấp xỉ nhiệt độ môi trường, tác nhân sấy thường là khơng khí được khử ẩm bằng phương pháp làm lạnh hoặc bằng các máy khử ẩm hấp phụ, sau đó nó được đốt nóng hoặc làm lạnh đến
các nhiệt độ yêu cầu rồi cho đi qua vật liệu sấy. Khi đó do phân áp suất hơi nước trong tác nhân sấy bé hơn phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu sấy mà ẩm từ dạng lỏng
SVTH: TRẦN THIÊN TÚ Trang 72
bay hơi đi vào tác nhân sấy. Như vậy, quy luật dịch chuyển ẩm trong lòng vật và từ bề mặt vật vào môi trường trong các hệ thống sấy lạnh loại này hồn tồn giống như trong các hệ thống sấy nóng. Điều khác nhau ở đây là cách giảm pam bằng cách đốt nóng tác nhân sấy (d = const) để tăng áp suất bão hoà dẫn đến giảm độ ẩm tương đối φ. Trong khi
đó, với các hệ thống sấy lạnh có nhiệt độ tác nhân sấy bằng nhiệt độ mơi trường thì ta sẽ tìm cách giảm phân áp suất hơi nước của tác nhân sấy pam bằng cách giảm lượng chứa ẩm d kết hợp với quá trình làm lạnh (sau khử ẩm bằng hấp thụ) hoặc đốt nóng (sau khử ẩm bằng lạnh).
Ƣu điểm:
- Năng suất hút ẩm của phương pháp này khá lớn.
- Khả năng giữ chất lượng, hàm lượng dinh dưỡng sản phẩm cũng khá tốt (phụ
thuộc vào nhiệt độ sấy).
Nhƣợc điểm:
- Chi phí đầu tư ban đầu khá lớn do phải sử dụng cả máy hút ẩm chuyên dụng và máy lạnh
- Chất hút ẩm phải thay thế theo định kì
- Vận hành khá phức tạp nên chi phí vận hành lớn
- Điện năng tiêu tốn lớn do cần chạy máy lạnh và đốt nóng dây điện trở để hồn ngun chất hấp thụ.
- Lắp đặt phức tạp, khó điều chỉnh các thông sốđể phù hợp với công nghệ
- Trong môi trường có bụi, cần dừng máy để vệ sinh chất hấp thụ, tuổi thọ thiết bị
giảm.
Phương pháp dùng bơm nhiệt nhiệt độ thấp
Trong phương pháp này, người ta chỉ dùng một hệ thống bơm nhiệt để tạo ra mơi trường
sấy. Nhiệt độmơi trường sấy có thểđiều chỉnh trong giới hạn khá rộng từ nhiệt độ xấp xỉ môi trường đến nhiệt độ âm, tùy thuộc yêu cầu của vật liệu sấy. Khác với các thiết bị
SVTH: TRẦN THIÊN TÚ Trang 73
đều được sử dụng hữu ích nên năng suất tiêu thụởđây có thểđược tận dụng đến mức cao nhất mà nhiệt độ khơng khí lại có thể chỉ cần duy trì ở mức nhiệt độ mơi trường hoặc
thấp hơn.
Ƣu điểm:
- Khả năng giữ màu sắc, mùi vị và vitamin đều tốt
- Tiết kiệm năng lương nhờ sử dụng cả năng lượng dàn nóng và dàn lạnh, hiệu quả
sử dụng nhiệt cao
- Bảo vệmơi trường, vận hành an tồn.
- Có khảnăng 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 ngưng
trong
- Công suất khá lớn
- Chi phí đầu tư hệ thống thấp hơn so với các phương pháp sấy lạnh khác - Vận hành đơn giản.
Nhƣợc điểm:
- Thời gian sấy thường khá lâu do độ chênh phân áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy không lớn.
- Phải có giải pháp xảbăng sau một thời gian làm việc.