1.3. Tổng quan quá trình sấy
1.3.1. Tổng quan quá trình sấy
Theo quan điểm hoá lý, vật ẩm là một hệ liên kết phân tán giữa pha phân tán và môi trờng phân tán. Pha phân tán là một chất có cấu trúc mạng hay khung không gian từ chất rắn phân đều trong môi trờng phân tán (là một chất khác).
Dựa theo tính chất lý học, ngời ta có thể chia vật ẩm ra thành ba loại:
- Vật liệu keo: là vật có tính dẻo do có cấu trúc hạt. Nớc hoặc ẩm ở dạng liên kết hấp thụ và thẩm thấu. Các vật keo có đặc điểm chung là khi sấy bị co ngót khá nhiều, nhng vẫn giữ đợc tính dẻo. Ví dụ: gelatin, các sản phẩm từ bột nhào, tinh bột...
- Vật liệu xốp mao dẫn: nớc hoặc ẩm ở dạng liên kết cơ học do áp lực mao quản hay còn gọi là lực mao dẫn. Vật liệu này thờng dòn hầu nh không co
lại và dễ dàng làm nhỏ (vỡ vụn) sau khi làm khô. Ví dụ: đờng tinh thể, muối
¨n v.v...
- Vật liệu keo xốp mao dẫn: bao gồm tính chất của hai nhóm trên. Về cấu trúc các vật này thuộc xốp mao dẫn, nhng về bản chất là các vật keo, có nghĩa là thành mao dẫn của chúng có tính dẻo, khi hút ẩm các mao dẫn của chúng trơng lên, khi sấy khô thì co lại. Loại vật liệu này chiếm phần lớn các vật liệu sấy. Ví dụ: ngũ cốc, các hạt họ đậu, bánh mì, rau, quả...
Các liên kết giữa ẩm với vật khô có ảnh hởng rất lớn đến quá trình sấy.
Nó sẽ chi phối diễn biến của quá trình sấy. Vật ẩm thờng là tập hợp của ba pha: rắn, lỏng và khí (hơi). Các vật rắn đem đi sấy thờng là các vật xốp mao dẫn hoặc keo xốp mao dẫn. Trong các mao dẫn có chứa ẩm lỏng cũng với hỗn hợp hơi khí có thể tích rất lớn (thể tích xốp) nhng tỷ lệ khối lợng của nó so với phần rắn và phần ẩm lỏng có thể bỏ qua. Do vậy trong kỹ thuật sấy thờng coi vật thể chỉ gồm phần rắn khô và chất lỏng.
Có nhiều cách phân loại các dạng liên kết ẩm. Trong đó phổ biến nhất là cách phân loại theo bản chất hình thành liên kết theo cách này, tất cả các dạng lên kết ẩm đợc chia thành ba nhóm chính: liên kết hoá học, liên kết hoá
lý và liên kết cơ lý.
a. Liên kết hoá học
Liên kết hoá học giữa ẩm và vật khô rất bền vững trong đó, các phân tử nớc đã trở thành một bộ phận trong thành phần hoá học của phân tử vật ẩm.
Loại ẩm này chỉ có thể tách ra khi có phản ứng hoá học và thờng phải nung nóng đến nhiệt độ cao. Sau khi tách ẩm tính chất hoá lý của vật thay đổi. ẩm này có thể tồn tại ở dạng liên kết phân tử nh trong muối hydrat MgCl2.6H2O hoặc ở dạng liên kết ion nh Ca(OH)2. Trong quá trình sấy không đặt vấn đề tách ẩm ở dạng liên kết hoá học.
b. Liên kết hoá lý
Liên kết hoá lý không đòi hỏi nghiêm ngặt về tỷ lệ thành phần liên kết.
Có hai loại: liên kết hấp phụ (hấp thụ) và liên kết thẩm thấu. Liên kết hấp phụ của nớc có gắn liền với các hiện tợng xảy ra trên bề mặt giới hạn của các pha (rắn hoặc lỏng). Các vật ẩm thờng là những vật keo, có cất tạo hạt. Bán kính tơng đơng của hạt từ 10-9 - 10-7 m. Do cấu tạo hạt nên vật keo có bề mặt bên trong rất lớn. Vì vậy nó có năng lợng bề mặt tự do đáng kể. Khi tiếp xúc với không khí ẩm hay trực tiếp với ẩm, ẩm sẽ xâm nhập vào các bề mặt tự do này tạo thành liên kết hấp phụ giữa ẩm và bề mặt. Liên kết thẩm thấu là sự liên kết hoá lý giữa nớc và vật rắn khi có sự chênh lệch nồng độ các chất hoà tan ở trong và ngoài tế bào. Khi nớc ở bề mặt vật thể bay hơi thì nồng độ của dung dịch ở đó tăng lên và nớc ở sâu bên trong sẽ thấm ra ngoài. Ngợc lại, khi ta đặt vật thể vào trong nớc thì nớc sẽ thấm vào trong.
c. Liên kết cơ lý
Đây là dạng liên kết giữa ẩm và vật liệu đợc tạo thành do sức căng bề mặt của ẩm trong các mao dẫn hay trên bề mặt ngoài của vật. Liên kết cơ học bao gồm liên kết cấu trúc, liên kết mao dẫn và liên kết dính ớt.
- Liên kết cấu trúc: là liên kết giữa ẩm và vật liệu hình thành trong quá trình hình thành vật. Ví dụ: nớc ở trong các tế bào động vật, do vật đông đặc khi nó có chứa sẵn nớc. Để tách ẩm trong trờng hợp liên kết cấu trúc ta có thể làm cho ẩm bay hơi, nén ép vật hoặc phá vỡ cấu trúc vật... Sau khi tách ẩm, vật bị biến dạng nhiều, có thể thay đổi tính chất và thậm chí thay đổi cả trạng thái pha
- Liên kết mao dẫn: nhiều vật ẩm có cấu tạo mao quản. Trong các vật thể này có vô số các mao quản. Các vật thể này khi để trong nớc, nớc sẽ theo các mao quản xâm nhập vào vật thể. Khi vật thể này để trong môi trờng không khí ẩm thì hơi nớc sẽ ngng tụ trên bề mặt mao quản và theo các mao quản xâm nhập vào trong vật thể.
- Liên kết dính ớt: là liên kết do nớc bám dính vào bề mặt vật. ẩm liên kết dính ớt dễ tách khỏi vật bằng phơng pháp bay hơi đồng thời có thể tách ra bằng các phơng pháp cơ học nh: lau, thấm, thổi, vắt ly tâm...
1.3.1.2. Tác nhân sấy
Tác nhân sấy là những chất dùng để chuyên chở lợng ẩm tách ra từ vật sấy. Trong quá trình sấy, môi trờng buồng sấy luôn luôn đợc bổ sung ẩm thoát ra từ vật sấy. Nếu lợng ẩm này không đợc mang đi thì độ ẩm tơng đối trong buồng sấy tăng lên, đến một lúc nào đó sẽ đạt đợc sự cân bằng giữa vật sấy và môi trờng trong buồng sấy và quá trình thoát ẩm từ vật sấy sẽ ngấc lại. Do vậy, cùng với việc cung cấp nhiệt cho vật để hoá hơi ẩm lỏng, đồng thời phải tải ẩm đã thoát ra khỏi vật ra khỏi buồng sấy.
Ngời ta sử dụng tác nhân sấy làm nhiệm vụ này. Các tác nhân sấy thờng là các chất khí nh không khí, khói, hơi quá nhiệt. Chất lỏng cũng
đợc sử dụng làm tác nhân sấy nh các loại dầu, một số loại muối nóng chảy... Trong đa số quá trình sấy, tác nhân sấy còn làm nhiệm vụ gia nhiệt cho vật liệu sấy, vừa làm nhiệm vụ tải ẩm. ở một số quá trình nh sấy bức xạ, tác nhân sấy còn có nhiệm vụ bảo vệ sản phẩm sấy khỏi bị quá nhiệt.