CHƯƠNG II : CƠ SỞ KỸ THUẬT SẤY
2.1 CÂN BẰNG VẬT CHẤT CỦA MÁY SẤY
m : năng suất các dạng vật chất qua máy sấy [kg/h]
X : độ ẩm của không khí [kg hơi nước/kg KKK]
L : khối lượng không khí khô [kg/h]
G : khối lượng sản phẩm sấy [kg/h]
W : khối lượng ẩm của sản phẩm sấy [kg/h]
2.2 MÁY SẤY LÝ THUYẾT
Với máy sấy lý thuyết người ta giả thiết rằng : Nhiệt cho qúa trình sấy là do bộ phận đun nóng cung cấp
– Trong máy sấy không có bộ đun nóng bổ sung : 
– Bỏ qua tổn thất nhiệt : 
– Hàm nhiệt của sản phẩm sấy và thiết bị vận chuyển không thay đổi trong quá trình sấy 
– Nhiệt liên kết của nước (ẩm trong vật liệu) không đáng kể : 
Khi đó :
2.3 SỬ DỤNG BIỂU ĐỒ I-X TRONG TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY
2.3.1 Mô tả quá trình sấy trong đồ thị i-X đối với không khí ẩm
– Cấu tạo của đồ thị i –X
– Xác định trạng thái không khí ẩm
– Xác định nhiệt độ điểm sương
2.3.2 Tính toán cho máy sấy một cấp
– Đoạn 1-3 : tiêu tốn nhiệt q tính theo phương trình q = di/dx, giá trị của nó có thể đọc trực tiếp từ đồ thị i-X theo đường song song với đường 1-3 qua trục tương ứng của đồ thị i-X.
– Nhu cầu nhiệt : chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và cuối của quá trình.
– Để không khí sấy tiếp nhận một lượng ẩm cao hơn (X3’ – X1) thì người ta cần phải đun nóng không khí ở nhiệt độ cao hơn (t’2 > t2) và nhu cầu nhiệt q cũng phải lớn hơn tức là đoạn thẳng 1-3’.
2.3.3 Máy sấy nhiều cấp
Nhu cầu nhiệt riêng sẽ được tính theo công thức :
So sánh với máy sấy một cấp :
– Nhu cầu nhiệt bằng nhau nếu độ ẩm ban cuối của không khí sấy giống nhau, trong khi nhiệt độ đun nóng không khí thấp hơn nhiều.
– Nhu cầu nhiệt nhỏ hơn nếu nhiệt độ đun nóng không khí sấy giống nhau, trong đó sự thay đổi di/dx xảy ra tương tự như máy sấy một cấp.
2.3.4 Máy sấy tuần hoàn
– Máy sấy tuần hoàn được sử dụng với những sản phẩm nhạy cảm với nhiệt độ sấy và không khí sấy đi vào cần được giữ ở trạng thái ít bị thay đổi, tức là ít phụ thuộc vào điều kiện thời tiết bên ngoài, khi đó không khí mới (không khí bên ngoài) được hỗn hợp với một phần không khí sấy đi ra khỏi máy sấy
Nếu bỏ qua nhiệt liên kết của nước trong sản phẩm sấy :
– Nếu tổn thất nhiệt qtt và tổn thất nhiệt do sản phẩm trang bị vận chuyển mang ra cân bằng với nhiệt đung nóng bổ sung, quá trình sấy xảy ra theo đường hàm nhiệt không đổi nghĩa là I = II
– Nếu qbs=0, thì I<II, quá trình sấy xảy ra với hàm nhiệt giảm.
– Nếu nhiệt đung nóng bổ sung lớn hơn tổn thất nhiệt qtt và qG (nhiệt đun nóng sản phẩm và trang bị vận chuyển), quá trình sấy xảy ra với hàm nhiệt tăng (I>II).
2.4 CHUYỂN ĐỘNG ẨM TRONG SẢN PHẨM SẤY
Quá trình chuyển ẩm trong vật liệu sấy bao gồm : chuyển dời ẩm từ bên trong vật liệu ẩm tới bề mặt của nó, ẩm bay hơi ở bề mặt, chuyển dời ẩm ở dạng hơi từ bề mặt vật liệu đến luồng không khí sấy bao quanh vật liệu sấy.
Ẩm chuyển dời từ bề mặt vật liệu sấy ra môi trường sấy chung quanh, cần được đền bù bằng cách chuyển ẩm từ bên trong vật liệu sấy ra đến bề mặt của nó.
Lượng ẩm bay hơi và chuyển từ bề mặt vật liệu ra môi trường xung quanh có thể tính theo phương trình :
Độ dẫn ẩm : là quá trình chuyển dời ẩm bên trong sản phẩm sấy do sự chênh lệch ẩm giữa các lớp bề mặt và các lớp bên trong của vật liệu sấy, được thực hiện nhờ lực khuếch tán, thẩm thấu, lực mao quản… Do có độ dẫn ẩm mà ẩm chuyển dời ở thể lỏng khi độ ẩm lớn hoặc ở thể hơi khi độ ẩm bé, theo hướng từ trung tâm ra đến bề mặt của nó.
Trong giai đoạn vận tốc sấy không đổi, ẩm chỉ bốc hơi ở bề mặt vật liệu sấy. Sau điểm tới hạn thứ I, quá trình bốc ẩm xuất hiện ở bên trong các mao quản.
Trong giai đoạn vận tốc sấy giảm, ẩm được chuyển từ bên trong vật liệu ra đến bề mặt thường ở thể hơi, mà hơi này được tạo ra ở “lớp bay hơi” hay còn gọi là “màng sấy” ở sâu trong vật liệu và kèm theo sự khuếch tán ở thể lỏng.
Sau điểm tới hạn thứ II sự chuyển dời ẩm trong sản phẩm sấy hầu như chỉ ở thể hơi.
Lượng ẩm chuyển dời do độ ẩm dẫn ẩm qua bề mặt F, sau thời gian T, từ một điểm của vật liệu có độ ẩm W1 đến điểm khác có độ ẩm W2 (nếu W1>W2), có thể xác định theo biểu thức sau :
Ngoài ra, ẩm còn có thể chuyển dời nhờ hiện tượng dẫn nhiệt ẩm. Quá trình này được thực hiện dưới tác dụng của nhiệt khuếch tán và sự co dãn của không khí trong các mao quản, nhiệt chuyển dời theo hướng từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp hơn, nghĩa là từ bề mặt nóng nhất phía ngoài vào sâu trong vật liệu (từ ngoài vào trong) và kèm theo ẩm.
2.5 VẬN TỐC SẤY
2.5.1 Khái niệm về vận tốc sấy
Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian sấy :
– Bản chất của sản phẩm sấy : cấu trúc, thành phần hoá học, đặc tính của liên kết ẩm…
– Hình dáng và trạng thái của sản phẩm sấy
– Độ ẩm ban đầu, ban cuối và độ ẩm tới hạn của sản phẩm sấy.
– Nhiệt độ, độ ẩm và vận tốc của tác nhân sấy.
– Chênh lệch nhiệt độ ban đầu và ban cuối của tác nhân sấy.
– Cấu tạo của máy sấy, phương thức sấy và chế độ sấy.
2.5.2 Các giai đoạn vận tốc sấy :
Đường cong vận tốc sấy : biểu thị quan hệ giữa vận tốc sấy và độ ẩm của sản phẩm sấy, được xác định bằng thực nghiệm
Quá trình sấy đến độ ẩm cân bằng gồm các giai đoạn chính :
– Giai đoạn đốt nóng sản phẩm sấy, tương ứng với đoạn AB.
– Giai đoạn vận tốc sấy không đổi (đẳng tốc), đoạn BK1 .
– Giai đoạn vận tốc sấy giảm dần, tương ứng với đoạn K1C.
– Điểm K1 gọi là điểm tới hạn, tương ứng với độ ẩm tới hạn Wth, tại đó xuất hiện ẩm tự do.
Việc xác định hai giai đoạn sấy có ý nghĩa quan trọng để thiết lập chế độ sấy phù hợp với từng giai đoạn sấy và từng loại sản phẩm sấy.
2.5.3 Tính toán vận tốc sấy
2.5.3.1 Giai đoạn vận tốc sấy không đổi
Ẩm được tách ra chủ yếu là do bốc hơi từ bề mặt của sản phẩm sấy, do đó : dW = b.dQ, trong đó b : hệ số tỉ lệ
– Động lực của quá trình sấy không chỉ được biểu thị bằng sự chênh lệch độ ẩm, mà còn bằng sự chênh lệch nhiệt độ giữa tác nhân sấy và bề mặt sản phẩm sấy. Ngoài ra nó còn được biểu diễn bằng hiệu số áp suất riêng phần của hơi nước bão hoà của không khí Pbh tương ứng với nhiệt độ bay hơi ở bề mặt sản phẩm sấy và áp suất riêng phần trong không khí Ph, hoặc bằng hiệu số của hàm ẩm không khí trên bề mặt vật liệu sấy Xbh (có thể coi như hàm ẩm này tương ứng với trạng thái bão hoà) và hàm ẩm của không khí sấy Xh.
2.5.3.2 Giai đoạn vận tốc sấy giảm dần (thay đổi)
Quá trình sấy xảy ra là phức tạp. Đường cong sấy có thể cong đều hoặc có điểm uốn. Để đơn giản hoá và với mức độ gần đúng, người ta có thể coi như vận tốc sấy giảm theo đường thẳng.
Động lực của quá trình sấy là hiệu số giữa độ ẩm của sản phẩm sấy và độ ẩm cân bằng của nó và phương trình có dạng :
2.5.4 Tính toán thời gian sấy
Thời gian sấy là một thông số đặc biệt quan trọng được sử dụng trong tính toán thiết kế và vận hành thiết bị sấy.
Thời gian sấy phụ thuộc vào nhiều yếu tố như loại vật liệu sấy, hình dáng, kích thước hình học của vật liệu, độ ẩm đầu và cuối của vật liệu, loại thiết bị sấy, phương pháp cấp nhiệt, chế độ sấy. Do đó việc xác định thời gian sấy bằng giải tích gặp nhiều khó khăn.
Vì vậy trong tính toán thực tế các thiết bị sấy thời gian được xác định theo thực nghiệm và cả theo kinh nghiệm vận hành.Tuy nhiên trong nghiên cứu các thiết bị sấy mới và để sấy các vật liệu khi chưa có kinh nghiệm người ta phải dựa vào lý thuyết giải tích hoặc nửa giải tích nửa thực nghiệm để tính toán thời gian sấy.
Nguyên tắc xác định thời gian sấy bằng giải tích :
1- Xây dựng mô hình vật lý phù hợp với vật liệu cần sấy và với một thiết bị sấy nào đó phù hợp với phương pháp cấp nhiệt và chế độ sấy.
2- Từ mô hình vật lý thiết lập mô hình toán học của bài toán truyền nhiệt truyền chất, nghĩa là viết hệ phương trình truyền nhiệt truyền chất cùng với các điều kiện đơn trị tương ứng. Trong hệ phương trình truyền nhiệt truyền chất phải thể hiện mô hình vật lý một cách toàn diện, chính xác nhưng cũng lược bỏ những nhân tố phụ để mô hình toán học đơn giản và có thể giải được.
3- Giải mô hình toán học để xác định thời gian sấy
Do trong mô hình vật lý và cả mô hình toán học đã được bỏ đi một số những yếu tố vì vậy thời gian sấy xác định bằng giải tích sẽ sai khác với thực tế, cho nên cần phải trải qua thực nghiệm để chỉnh lý cho phù hợp.
