1.2 Cơ sở khoa học về sấy vật liệu ẩm
1.2.6 Công nghệ và thiết bị sấy lạnh
1.2.6.1. Sơ đồ thiết bị bơm nhiệt
Hình 1.17. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống DSL-v2
Phân áp suất hơi nước trong không khí (tác nhân sấy) được giảm bằng cách giảm lượng ẩm và độ ẩm tương đối trong tác nhân sấy để tạo ra chênh lệch phân áp suất của hơi nước trong vật sấy và tác nhân sấy. Do đó ẩm sẽ tách ra khỏi vật liệu sấy đi vào tác nhân sấy. Khi làm lạnh không khí trong thiết bị trao đổi nhiệt, nhiệt độ không khí xuống thấp hơn nhiệt độ đọng sương thì không khí trở thành không khí bão hoà ẩm và ẩm sẽ ngưng đọng và tách ra khỏi không khí, độ ẩm sẽ thấp hơn độ ẩm ban đầu, sau đó cho không khí đi qua dàn nóng thì không khí sẽ được sấy nóng, thế sấy của không khí sẽ tăng lên do đó có thể sấy khô vật sấy. Quá trình xử lý không khí được thực hiện ở bơm nhiệt [10].
Hình 1.17 dưới đây mô tả nguyên lý làm việc của hệ thống sấy lạnh: tác nhân sấy là không khí ẩm được làm lạnh từ trạng thái ban đầu 1 đến trạng thái 3, quá trình làm
38
lạnh này có t3 < tđs = t2 ứng với trạng thái 1 của không khí ẩm, phần lớn lượng nước trong không khí ẩm được tách ra trong giai đoạn này. Ở trạng thái 3 không khí có độ ẩm φ = 100 % và nhiệt độ rất thấp.
Do đó ta phải gia nhiệt cho không khí bằng điện trở hay dàn nóng của máy lạnh đến nhiệt độ t4 (ứng với độ ẩm tương đối φ4 nhỏ đến giá trị cần thiết). Sau đó không khí ở trạng thái 4 được đưa vào buồng sấy [10]. Do ở trạng thái 4 không khí có độ chứa hơi thấp cho nên tác nhân sấy dễ dàng hấp thụ nước từ vật liệu sấy và ra khỏi buồng sấy ở trạng thái 1.
Hình 1.18. Đồ thị nhiệt động của quá trình sấy lạnh[10]
1.2.6.2. Các quá trình trong sấy bằng phương pháp bơm nhiệt
Quá trình làm lạnh khử ẩm:
Quá trình làm lạnh, làm khô không khí xảy ra trong dàn lạnh của bơm nhiệt (quá trình 1-2-3), ở đó xảy ra quá trình dòng không khí tiếp xúc với bề mặt dàn lạnh [10].
39
Hình 1.19. Quá trình làm lạnh TNS
TNS sau buồng sấy trạng thái 1 được hút qua dàn lạnh thực hiện quá trình làm lạnh đẳng ẩm tới trạng thái 2 (trạng thái TNS đạt nhiệt độ đọng sương), TNS tiếp tục được làm lạnh dưới nhiệt độ đọng sương thực hiện quá trình tách ẩm 2-3. Lượng hơi nước sẽ ngưng tụ tại đây.Kết thúc quá trình làm lạnh, không khí ở trạng thái bão hoà.
Quá trình gia nhiệt TNS:
Hình 1.20. Quá trình làm nóng TNS
Không khí sau khi đi qua dàn lạnh, có trạng thái 3 và độ ẩm lúc này là khoảng 100
%. Dòng khí này tiếp tục được đi qua dàn ngưng. Dòng khí được sấy nóng đẳng dung ẩm, nên trạng thái dòng khí là điểm 4. Trạng thái điểm 4 tuỳ thuộc vào từng thiết kế mà người ta cho đó là trạng thái tối ưu. Công suất làm nóng cần thiết sẽ cho phép sử dụng
40
toàn bộ hay chỉ một phần công suất dàn ngưng. Độ ẩm tương đối của dòng khí có thể đạt đến 20 % hay thấp hơn [10].
Quá trình hấp thụ ẩm của TNS:
Sau khi qua dàn ngưng, dòng khí ở trạng thái 4 có độ ẩm tương đối thấp. Cho dòng khí đi qua các vật cần sấy, ẩm trong vật được bay hơi vào không khí. Quá trình sấy xảy ra làm cho VLS giảm, TNS truyền nhiệt và nhận ẩm theo quá trình 4-1. Đối với quá trình sấy lạnh lý thuyết, nhiệt độ TNS trong buồng sấy xem như không đổi, chỉ có độ chứa hơi của TNS tăng lên do nhận ẩm từ vật liệu.
Ở đây TNS được hồi lưu toàn phần vì TNS ra khỏi thiết bị sấy tuy nhiệt độ cao hơn nhiệt độ môi trường nhưng độ ẩm và dung ẩm của TNS lại nhỏ hơn không khí môi trường [10].
Hình 1.21. Qúa trình hấp thụ ẩm của TNS trong quá trình sấy 1.2.6.3. Ưu và nhược điểm của sấy lạnh( sấy bơm nhiệt) [10].
− Ưu điểm: Thích hợp sấy các sản phẩm có yêu cầu chất lượng cao, đòi hỏi phải sấy ở nhiệt độ thấp, giữ được chỉ tiêu chất lượng cảm quan (màu sắc, mùi vị,..) và khả năng bảo quản chất dinh dưỡng cao [11], [13].
− Nhược điểm: Cấu tạo thiết bị phức tạp, nhiệt độ sấy gần như bằng nhiệt độ môi trường nên không thế sấy các loại sản phẩm dễ hư hỏng do vi khuẩn khi ở nhiệt độ môi trường [11], [13].