Sấy bức xạ hồng ngoại là phương pháp sấy vật liệu ẩm bằng nguồn nhiệt hồng ngoại. Năng lượng các tia hồng ngoại xuyên vào và hấp thụ trong thể tích vật liệu thay đổi trường nhiệt độ.
Tia hồng ngoại có bước sóng 0,76 ÷ 340µm phát ra tia bức xạ mà vật liệu ẩm có khả năng hấp thụ nhiều, nhưng việc chọn nguồn bức xạ để sấy cần liên hệ đến đặc tính quang phổ của vật liệu sấy và các yêu cầu xử lý vật liệu.
Khi vật liệu quá ẩm thì khả năng phản xạ của các tia có thể mạnh hơn khả năng hấp thụ thì phải thay đổi khoảng cách bước sóng cho thích hợp.
Nhiệt độ của vật phát có thểđược tính theo công thức:
T = max 2886 λ
Dựa vào λmax có thể tính được khoảng cách bước sóng cần thiết dùng để sấy Vật phát xạ là thạch anh: λ1 = 0,5λmax, λ2 = 4,3λmax
Vật phát xạ là dây wonfram: λ1 = 0,52λmax, λ2 = 4,27 – 6,2.10-4T
Nếu sử dụng đèn hồng ngoại có công suất 250W thì thấy nhiệt độ sát bóng đèn có thểđạt 163 ÷ 1650C, khi đó:
λmax = ) 273 164 ( 2886 + = 6,6 µm
Bước sóng mà đèn hồng ngoại phát ra: λ1 = 0,5λmax = 0,5 x 6,6 = 3,43 µm λ2= 4,27 – 6,2 x 10-4 x (164+273) = 4 µm
Qua thực nghiệm cho thấy các tia hồng ngoại có bước sóng λ = 3÷12 µm thì cho khả năng hấp thụ vật liệu ẩm là lớn nhất.
Cơ chế truyền nhiệt trong bức xạ hồng ngoại
Đốt nóng bằng bức xạ hồng ngoại là sự truyền nhiệt năng theo dạng của sóng điện từ. Khi chiếu bức xạ hồng ngoại vào một đối tượng nào đó thì nó có thể hấp thụ hay phản xạ lại một bước sóng khác, khi đối tượng hấp thụ bức xạ thì nó sẽ nóng lên.
Nhiệt độ bức xạ hồng ngoại theo dõi thay đổi theo hiệu quả phát bức xạ của nguồn, bước sóng và tính phản xạ của đối tượng, nhờ vào đặc tính này mà người ta có thể sử dụng nhiệt bức xạ có hiệu quả hơn trong những ứng dụng nhất định. Hiệu quả phát bức xạ phụ thuộc vào vật liệu của nguồn nhiệt, về cơ bản thì hiệu quả này là tỷ lệ giữa năng lượng phát xạ và năng lượng hấp thụ còn có một số yếu tố khác cũng ảnh hưởng đến hiệu suất phát xạ. Một yếu tố nữa là giá trị phát xạ của nguồn dựa vào mức độ đen của vật “ vật đen tuyệt đối” có mức phát xạ là 1.0, nếu vật phát xạ là gốm thì có thểđạt 0.9.
Trong phổđiện từ vùng hồng ngoại được chia thành 3 khoảng bước sóng khác nhau là: sóng ngắn, sóng trung và sóng dài.
Sóng ngắn (gần) từ 0,72÷2µm tương ứng với nhiệt độ 7000÷21500F Sóng trung (trung bình) từ 2÷4µm tương ứng với nhiệt độ 2150÷8450F Sóng dài (xa) từ 4÷1000µm tương ứng với nhiệt độ 845÷320F
Khoảng bước song hữu ích cho những ứng dụng của nhiệt bức xạ là từ 1,17÷5,4 µm tương ứng với nhiệt độ 4000÷5000F. Ứng với khoảng bước sóng này thì đa số các vật liệu sẽ bịđốt nóng và khô đi vì sự hấp thụđạt đến cực đại.
Bước sóng tỷ lệ nghịch vói nhiệt độ tức là bước sóng càng dài thì nhiệt độ càng thấp.
Cơ chế sấy khô bằng bức xạ hồng ngoại
Vật liệu sấy khô trong công nghiệp thực phẩm thường được cấu tạo chủ yếu bởi các chất hữu cơ và nước, phổ hấp thụ năng lượng bức xạ của nước và các chất hữu cơ là khác nhau.
Ở mỗi bước sóng nhất định, chất hữu cơ sẽ trở thành “vật trong suốt” không hấp thụ năng lượng bức xạ hồng ngoại mà nước sẽ trở thành “vật đen” hấp thụ năng lượng bức xạ hồng ngoại tối đa. Do đó, khi chiếu hồng ngoại có bước sóng nằm trong khoảng 2,3÷3,5 µm tương ứng với bước sóng mà nước có thể hấp thụ tối đa năng lượng bức xạ. Kết quả là các phân tử nước sẽ dao động mạnh tạo ma sát và sinh nhiệt rất lớn.
Mặt khác, dưới tác dụng của năng lượng bức xạ phân tử nước dễ dàng bị phân ly thành ion H+ và OH- nên làm cho ẩm trong vật liệu sấy thoát ra rất nhanh. Lúc này, chiều chuyển động của dòng ẩm trùng với chiều chuyển động của dòng nhiệt (từ trong vật liệu sấy đi ra bề mặt ngoài) làm tăng quá trình khuếch tán nội, điều này trái ngược hẳn với các phương pháp gia nhiệt thông thường là dòng nhiệt di chuyển từ trong vật liệu ra ngoài bề mặt.
Người ta chứng minh được rằng, dưới tác dụng của bức xạ hồng ngoại có tần số tương ứng với tần số dao động riêng của liên kết hóa học, các nhóm chức có khả năng phản ứng cao như: -OH, -COOH, … sẽ tác dụng trực tiếp đến liên kết hóa học tạo ra sự cộng hưởng làm đứt các liên kết hóa học. Kết quả là luôn tăng nhanh vận tốc phản ứng và quá trình sấy.
+ Ưu điểm của công nghệ sấy bức xạ hồng ngoại:
Sản phẩm thu được trong quá trình sấy khô bằng bức xạ hồng ngoại ít bị tổn thất về chất lượng, mùi vị, hàm lượng các vitamin được bảo toàn đồng thời sản phẩm lại được bảo toàn về mặt vệ sinh thực phẩm tốt. Màu sắc, mùi vị, các vitamin được đảm bảo không bị thất thoát trong quá trình bảo quản sản phẩm.
Công nghệ sấy bức xạ hồng ngoại cho phép tiết kiệm cả thời gian lẫn năng lượng. Phương pháp này hoàn toàn không gây nguy hiểm và không sử dụng hóa chất, chất độc.
Công nghệ sấy bức xạ hồng ngoại có ý nghĩa kinh tế xã hội to lớn và tính thiết thực cao, được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như nông nghiệp, sấy các loại hạt, rau quả, hạt giống để bảo quản và gieo trồng. Nhất là trong lĩnh vực chế biến thủy sản công nghệ sấy này được ứng dụng để sấy cá, mực, tôm và các sản phẩm thủy sản có giá trị cao khác. Trong y học sử dụng công nghệ này sấy các đối tượng sinh học quan trọng như enzyme, mô động thực vật, máu, protein đảm bảo được tính chất, sản phẩm đạt chất lượng vệ sinh cao.
Gradien nhiệt độ và độ ẩm ở lớp sát bề mặt là cùng chiều, do đó tăng cường độ tốc độ khuếch tán nội dẫn tới tốc độ sấy tăng, tránh được quá nhiệt cục bộ và làm khô bề mặt sản phẩm trong quá trình sấy.
Bức xạ hồng ngoại là một phương pháp gia nhiệt sạch, an toàn, vô hại đối với người và môi trường. Dễ dàng điều khiển theo khu vực hiệu suất sử dụng nhiệt cao.
+ Nhược điểm:
Khả năng xuyên thấu kém 7-30mm nên chỉ thích hợp sấy các sản phẩm có kích thước nhỏ, mỏng và ở dạng rời, không thích hợp sấy các sản phẩm có chiều dày lớn hơn 50mm. Sản phẩm sấy dễ bị nứt và cong vênh vì vậy các vật liệu như men, sứ không thích hợp với kiểu sấy này.