CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH SẤY
3.3. ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SẤY
3.3.2. Một số quy luật cơ bản của quá trình sấy
Các quy trình sấy hạt nói chung và sấy hạt ngô giống nói riêng là những quy luật nhận được qua nghiên cứu thực nghiệm. Trong đó quan trọng nhất là các quy luật:
quy luật thay đổi độ ẩm theo thời gian sấy, quy luật tốc độ sấy và quy luật thay đổi nhiệt độ vật sấy theo giảm ẩm. Quy luật này biểu thị dưới dạng đồ thị tương ứng là các đường cong sấy, đường cong tốc độ sấy và đường cong nhiệt độ sấy.
- Đường cong sấy
Đường cong sấy có thể chia làm 3 phần tương ứng với 3 giai đoạn sấy. Khi quá trình sấy bắt đầu vật sấy nhận được nhiệt lượng và ẩm trong bánh bắt đầu phá vỡ các liên kết để dịch chuyển ra bề mặt và một phần nhỏ bắt đầu thoát khỏi bề mặt vật sấy để
Thời gian sấy (giờ) Độ ẩm (%)
đi vào môi trường. Trong giai đoạn này nhiệt độvật sấy tăng rất nhanh để nhiệt độ bề mặt đạt đến nhiệt độ nhiệt kế ướt nhưng nhiệt độ của nó giảm không đáng kể. Người ta gọi giai đoạn này là giai đoạn đốt nóng.Thực nghiêm cho thấy đối với vật sấycó độ ẩm đầu vào là 22 30% thì giai đoạn này mất khoảng từ 5 ÷ 8 giờ.
Hình 3.1. Đường cong vật sấy
Sau giai đoạn đốt nóng nhiệt độ của vật sấy hầu như không đổi nhưng độ ẩm của nó giảm rất nhanh và quan hệ W = f (τ) gần như tuyến tính. Do đó, tốc độ thoát ẩm hay còn gọi là tốc độ sấy không đổi. Vì vậy người ta gọi giai đoạn nay là giai đoạn sấy tốc độ không đổi trong giai đoạn này bao nhiêu nhiệt lượng mà vật sấynhận được chỉ để phá vỡ liên kết ẩm mà chủ yếu là ẩm tự do cùng với liên kết thẩm thấu và cung cấp năng lượng cho ẩm đã được phá vỡ đi chuyển từ trong lòng vật sấy ra bề mặt hạt và từ bề mặt vào môi trường. Do đó ở giai đoạn này nhiệt độ vật sấy gần như không đổi.
Sau giai đoạn sấy tốc độ không đổi, tốc độ sấy giảm dần và nhiệt độ hạt bắt đầu tiếp tục tăng và đường cong sấy lừm lờn trờn để cuối cựng khi kết thỳc quỏ trỡnh sấy nú tiệm cận với đường thẳng biểu diễn giá trị của độ ẩm cân bằng. Giai đoạn này của quá trình sấy gọi là giai đoạn tốc độ sấy giảm dần. Trong giai đoạn này các liên kết bền vững hơn, có tách ra khỏi vật sấy (đó là các liên kết hấp phụ, liên kết mao dẫn) do đó cần một năng lượng lớn hơn và ở một nhiệt độ cao hơn thì ẩm mới từ từ tách ra khỏi vật sấy.
- Đường cong tốc độ sấy
Đường cong tốc độ sấy là đường cong biểu diễn quan hệ
d
df d
dWtb ( )
Nếu đường cong sấy Wtb = f (τ) được xác định bằng thực nghiệm nghĩa là hàm Wtb = f (τ) cho dưới dạng đương cong thực nghiêm hoặc dưới dạng bảng thực nghiêm các giá trị rời rạc dWtbi (i = 0, N) và τi (i = 0, N) của n+1 lần đo. Do đó đường cong tốc độ sấy
df
dWtb ( )Có thể được xây dựng trên cơ sở đạo hàm đường cong thực
Đô ẩm (%) 1.5
1.0
0.5 0
nghiệm . Như chúng ta đã biết, theo phương pháp đạo hàm đường cong thực nghiêm tốc độ sấy tại một thời điểm τi (i = 0, N) nào đó chính là thời gian của góc tạo bởi tiếp tuyến của đường cong tại điểm đó với trục thời gian. Phương pháp này tuy đơn giản nhưng rất không chính xác vì phải thực hiện xác định góc nghiêng cũng như thời gian của nó trên hình vẽ. Để khắc phục hiên tượng này người ta dùng phương pháp đạo hàm số[12].
Hình dưới đay biểu diễn đường cong tốc độ sấy của vật sấy Tốc độ sấy (%/ h)
Hình 3.2. Đường cong tốc độ sấy hạt ngô
Có thể thấy giai đoạn đốt nóng và giai đoạn tốc độ sấy không đổi đường cong cũng giống như các loại vật liệu ẩm khác.
Trong giai đoạn đốt nóng tốc độ sấy tăng rất nhanh từ 0 đến giá trị cực đại N, tốc độ này giữ nguyên giá trị trong suốt quá trình tốc độ sấy không đổi. Trong giai đoạn sấy tốc độ giảm, tốc độ sấy sẽ giảm từ trị số N tới không ứng với độ ẩm cân bằng của vật Wcb. trong giai đoạn này đương cong có dạng hình lượng sang và tổn tại một điểm uốn.
- Đường cong nhiệt độ sấy
Dạng đường cong nhiệt độ làm mặt hạt ngô tb = fb(Wcb) biểu diễn trên hình (3.3).
Trong giai đoạn đốt nóng, nhiệt độ bề mặt vật sấy tăng rất nhanh. Khi nhiệt độ bề mặt đạt nhiệt độ nhiệt kế ướt tu thì ẩm bắt đầu bay hơi mãnh liệt từ bề mặt vào môi trường. Do bao nhiêu nhiệt lượng mà bề mặt vật sấy nhận được dùng để hoá hơi nên nhiệt độ bề mặt hạt không tăng.
Có thể xem khi nhiệt độ bề mặt đạt giá trị tư điểm kết thúc giai đoạn đốt nóng và bắt đầu giai đoạn sấy tốc độ không đổi.
Lúc này quá rình sấy chuyển sang giai đoạn sấy giảm dần.
Trong giai đoạn sấy tốc độ giảm dần nhiệt độ bề mặt và nhiệt độ tâm vật sấy dần tiến tới bằng nhau và khi độ ẩm của vật sấy độ ẩm cân bằng Wcb thì hai nhiệt đô này về nguyên tắc bằng nhiệt độ tác nhân sấy [14].