- Máy sấy spinflash: trong đó buồng sấy được gắn với roto rở đáy.
b) thị nhiệt động của quá trình sấy thăng hoa
Q trình sấy thăng hoa gồm 3 giai đoạn chính: giai đoạn làm lạnh đông, giai đoạn sấy thăng hoa và giai đoạn sấy chân khơng nhiệt độ thấp.
Hình 4.17. Đồ thị làm việc của buồng sấy thăng hoa sử dụng nguồn nhiệt bức xạ, nhiệt độ cấp đơng (-35÷-30)0C
b.1) Giai đoạn 1: cấp đơng sản phẩm, chuyển ẩm từ thể lỏng sang
thể rắn. Trong giai đoạn này, vật liệu sấy được làm lạnh từ nhiệt độ (20 ÷ 25)0C xuống nhiệt độ (-45 ÷ -20)0C, tùy theo từng loại thực phẩm. Ở khoảng nhiệt độ này, nước trong thực phẩm đóng băng hầu như hồn tồn. Mỗi thực phẩm khác nhau sẽ có nhiệt độ lạnh đơng khác nhau, nhưng phải
đảm bảo cho sự đơng kết của nước bên trong nó phải đạt 100%. Ở giai đoạn này, lượng ẩm thốt ra rất ít, chủ yếu là sự bay hơi và thăng hoa nước trên bề mặt thực phẩm. Sự thoát ẩm này là do chênh lệch áp suất riêng phần của hơi nước trong khơng khí khơng gian sấy và lớp khơng khí sát bề mặt thực phẩm. Ngồi ra cịn sự chênh lệch nhiệt độ thực phẩm lạnh đông với nhiệt độ môi trường lạnh đông. Đây cũng là nguyên nhân làm bay hơi ẩm để có xu hướng đạt tới trạng thái cân bằng nhiệt. Lượng ẩm thoát ra trong giai đoạn này khoảng (4 ÷ 10)%.
Tuy nhiên giai đoạn này có hút chân khơng thì chênh lệch áp suất riêng phần hơi nước ở thực phẩm và môi trường sấy lớn hơn, chênh lệch nhiệt độ thực phẩm và môi trường lớn hơn, dẫn đến lượng ẩm tách ra nhiều hơn, khoảng (10 ÷ 15)%. Có 2 cách làm lạnh đơng vật liệu sấy:
+ Cách thứ nhất là sử dụng thiết bị làm lạnh đông thông thường hoặc nitơ lỏng để làm lạnh đơng sản phẩm bên ngồi buồng sấy thăng hoa;
+ Cách thứ hai là vật sấy tự lạnh đông ngay trong buồng sấy thăng hoa khi buồng sấy được hút chân không.
Trong giai đoạn này, sản phẩm cần được làm lạnh đơng rất nhanh để hình thành các tinh thể băng nhỏ ít gây hư hại đến cấu trúc tế bào của sản phẩm. Đối với sản phẩm dạng lỏng, phương pháp làm lạnh đông chậm được sử dụng để băng tạo thành từng lớp, các lớp này tạo nên các kênh giúp cho hơi nước dịch chuyển dễ dàng. Tuy nhiên, cường độ thăng hoa chậm hơn, vì tổng diện bề mặt thăng hoa bé.
b.2) Giai đoạn 2: Sấy thăng hoa sản phẩm, chuyển ẩm từ thể rắn
sang thể khí, kết thúc giai đoạn này khi nhiệt độ VLA tăng và đạt 00C (hay nhiệt độ kết tinh của ẩm trong VLA), ẩm tự do bay hơi hoàn toàn. Giai đoạn này là giai đoạn tách ẩm chủ yếu của phương pháp sấy thăng hoa. Khi nhiệt độ sản phẩm đạt nhiệt độ cấp đơng, ngừng q trình cấp đơng, lúc này bơm chân không bắt đầu hoạt động làm áp suất buồng sấy hạ xuống rất nhanh tạo môi trường sấy là môi trường chân khơng, có áp suất ít thay đổi (0,008÷1) mmHg. Do sự chênh lệch áp suất riêng phần hơi nước ở thực phẩm và áp suất hơi nước trong mơi trường sấy q lớn. Đồng thời dịng nhiệt bức xạ từ các tấm kim loại phát ra để đốt nóng là cho sự chênh lệch nhiệt độ giữa mơi trường và thực phẩm khá lớn. Do đó nước trong
thực phẩm đông lạnh bắt đầu thăng hoa mãnh liệt. Hơi nước tiếp tục được tách ra khỏi sản phẩm bằng cách giữ cho áp suất trong buồng sấy thăng hoa thấp hơn áp suất hơi nước trên bề mặt của băng, đồng thời tách hơi nước bằng máy bơm chân khơng và ngưng tụ nó bằng các ống xoắn ruột gà lạnh, các bản dẹt lạnh hoặc bằng hóa chất. Khi q trình sấy tiếp diễn, bề mặt thăng hoa di chuyển vào bên trong sản phẩm đông lạnh, làm sản phẩm được sấy khô. Nhiệt lượng cần thiết để dịch chuyển bề mặt thăng hoa (ẩn nhiệt thăng hoa) được truyền đến sản phẩm do truyền nhiệt bức xạ. Hơi nước di chuyển ra khỏi sản phẩm qua các kênh và đến bình ngưng, sau đó thành băng bám trên bề mặt ống. Độ ẩm giảm nhanh và gần như tuyến tính, có thể xem là giai đoạn có tốc độ sấy khơng đổi. Ở thời gian cuối của giai đoạn nhiệt độ sản phẩm sấy tăng dần từ (-45 ÷ -20)0C đến 00C (chính xác 0,000980C hay nhiệt độ kết tinh của ẩm trong VLA), tại đây kết thúc giai đoạn thăng hoa. Trong giai đoạn thăng hoa, nhiệt độ môi trường ở lối ra buồng thăng hoa hầu như không đổi, dẫn đến nhiệt độ ở thiết bị ngưng tụ - đóng băng hầu như cũng khơng đổi trong suốt quá trình thăng hoa. Nhiệt độ tấm gia nhiệt và nhiệt độ môi trường giữa các tấm gia nhiệt hầu như khơng đổi trong suốt q trình thăng hoa và sấy nhiệt. Trong cơng nghệ sấy thăng hoa này thì nhiệt độ tấm gia nhiệt phải duy trì trong khoảng từ (35 ÷ 45)0C để nhiệt độ giữa các các tấm bức xạ gia nhiệt hay nhiệt độ môi trường sấy dao động trong khoảng (30 ÷ 40)0C là thích hợp.
Đường cong sấy ở Hình 4.17: Khi hút chân không, áp suất trong
buồng sấy giảm xuống, ẩm tự do bay hơi mạnh làm giảm nhanh nhiệt độ của nó xuống đến nhiệt độ đóng băng. Q trình đóng băng của ẩm có toả nhiệt nên nhiệt độ của vật sấy tăng lên một chút. Quá trình thăng hoa ẩm diễn ra khác với q trình sấy thứ nhất (tốc độ khơng đổi) trong sấy đối lưu là nhiệt độ tăng lên một ít theo thời gian sấy. Điều đó được giải thích là ở lớp sâu bên trong vật sấy cịn có ẩm đang đóng băng.
b.3) Giai đoạn 3: Sấy chân khơng thực phẩm, giai đoạn này làm
mất ẩm liên kết hóa lý ở trong sản phẩm. Kết thúc giai đoạn này khi xảy ra cân bằng nhiệt độ, nhiệt độ nguyên liệu đạt tới nhiệt độ môi trường sấy và nhiệt độ tấm bức xạ, độ ẩm cuối cùng của sản phẩm từ (2 - 4)% rất khơ. Đây là giai đoạn làm bay hơi ẩm cịn lại trong vật liệu sấy. Ở cuối quá trình thăng hoa, do trạng thái của nước trong vật liệu sấy nằm
trên điểm 3 thể nên ẩm trên vật liệu trở về dạng lỏng, nhiệt độ vật liệu sấy tăng lên và đạt 00C, áp suất môi trường sấy chân không vẫn không đổi và vẫn dao động trong khoảng (0,008 ÷1) mmHg, nhưng áp suất riêng phần của ẩm còn lại trong thực phẩm lớn hơn 4,58 mmHg. Do áp suất không gian sấy là áp suất chân khơng (0,008 ÷ 1) mmHg, và nó được duy trì bởi bơm chân khơng. Vật liệu sấy vẫn được tiếp tục gia nhiệt bằng bức xạ nhiệt nên ẩm không ngừng biến đổi pha từ lỏng sang hơi khuếch tán hoặc bay hơi vào mơi trường sấy trước khi về bình ngưng tụ đóng băng. Như vậy, giai đoạn bay hơi lượng ẩm cịn lại chính là giai đoạn sấy chân khơng bình thường. Động lực cho quá trình bay hơi - khuếch tán vẫn là sự chênh lệch áp suất riêng phần của hơi nước, nhiệt độ giữa thực phẩm và môi trường sấy. Giai đoạn bốc hơi ẩm còn lại trong vật liệu sấy kết thúc khi nhiệt độ giữa các tấm bức xạ nhiệt, môi trường không gian sấy và vật liệu sấy bằng nhau. Tại điểm này xảy ra cân bằng nhiệt và cân bằng ẩm, lượng ẩm trong vật liệu sấy không thể bốc hơi được nữa và gần cuối giai đoạn bốc hơi ẩm còn lại này hầu như lượng ẩm trong vật liệu sấy khơng đổi. Q trình dịch chuyển ẩm trong sấy thăng hoa khác với quá trình dịch chuyển ẩm trong hệ thống sấy khác làm việc ở áp suất khí quyển(P = 760 mmHg = 1at). Khi thăng hoa, các phân tử nước không va chạm nhau bởi vì mơi trường chân không không tồn tại trường lực đàn hồi của hệ thống khí các phân tử nước tương tác với nhau bởi lực đẩy ra xa nên không thể va chạm. Nhờ đó mà sấy thăng hoa có một ưu điểm lớn là bảo tồn được chất lượng sinh học của sản phẩm sấy. Một ưu điểm nữa là trong môi trường chân không các sản phẩm sấy khơng bị oxy hóa.