Sấy Là Gì? Các Phương Pháp Sấy Phổ Biến & Ưu Nhược Điểm

Các phương pháp làm khô vật liệu

Có 3 phương pháp chính để làm khô vật liệu, mỗi phương pháp phù hợp với từng mục đích và điều kiện khác nhau:

1. Phương pháp cơ học: Sử dụng các thiết bị như máy ép, máy lọc, máy ly tâm để loại bỏ nước. Phương pháp này thường được dùng để làm khô sơ bộ, đặc biệt khi lượng nước trong vật liệu lớn và không yêu cầu độ khô triệt để.

2. Phương pháp hóa lý: Sử dụng các hóa chất có khả năng hút nước, hút ẩm cao để tách ẩm khỏi vật liệu. Phương pháp này cho phép tách nước triệt để, nhưng chi phí cao và quy trình phức tạp. Do đó, nó thường được ứng dụng để tách ẩm trong không khí, bảo quản máy móc, thiết bị. Các hóa chất phổ biến bao gồm CaCl2 khan hoặc Silica-gel.

3. Phương pháp nhiệt: Sử dụng nhiệt năng để làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu. Đây là phương pháp phổ biến nhất, được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống.

Sấy là gì?

Sấy là quá trình làm bốc hơi nước khỏi vật liệu ẩm bằng cách cung cấp nhiệt. Nhiệt có thể được truyền qua dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ hoặc năng lượng điện trường tần số cao. Mục đích chính của quá trình sấy là giảm khối lượng vật liệu, tăng độ bền và kéo dài thời gian bảo quản.

Quá trình sấy dựa trên sự khuếch tán do chênh lệch độ ẩm giữa bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh. Nước bay hơi ở mọi nhiệt độ khi áp suất hơi riêng phần của nước trên bề mặt vật liệu cao hơn so với môi trường.

Phân loại các phương pháp và công nghệ sấy khô

Có hai phương pháp sấy chính: sấy tự nhiên và sấy nhân tạo.

Sấy tự nhiên

Sấy tự nhiên là quá trình làm bay hơi nước bằng năng lượng tự nhiên như ánh nắng mặt trời và gió. Phương pháp này tiết kiệm năng lượng nhưng khó kiểm soát tốc độ sấy và năng suất thường thấp.

Sấy nhân tạo

Sấy nhân tạo sử dụng các thiết bị sấy để cung cấp nhiệt cho vật liệu ẩm. Có nhiều phương pháp sấy nhân tạo khác nhau, tùy thuộc vào cách truyền nhiệt:

1. Sấy đối lưu (nhiệt nóng): Vật liệu sấy tiếp xúc trực tiếp với tác nhân sấy là không khí nóng hoặc khói lò.

2. Sấy tiếp xúc: Tác nhân sấy truyền nhiệt gián tiếp qua vách ngăn, không tiếp xúc trực tiếp với vật liệu.

3. Sấy bằng tia hồng ngoại: Sử dụng năng lượng từ tia hồng ngoại để truyền nhiệt cho vật liệu.

4. Sấy bằng dòng điện cao tần: Sử dụng năng lượng điện trường tần số cao để đốt nóng toàn bộ chiều dày vật liệu.

5. Sấy lạnh: Sấy trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm thấp hơn nhiều so với môi trường. Nhiệt độ thấp giúp bảo quản đặc tính cảm quan của sản phẩm, trong khi độ ẩm thấp tạo ra sự chênh lệch áp suất, giúp nước dễ dàng thoát ra khỏi vật liệu. Sấy lạnh bao gồm sấy lạnh thông thường (từ 0 độ C trở lên) và sấy lạnh đông sâu (sấy thăng hoa).

6. Sấy thăng hoa: Sấy trong môi trường chân không cao và nhiệt độ cực thấp, làm cho nước trong vật liệu đóng băng và bay hơi trực tiếp từ trạng thái rắn sang trạng thái khí (thăng hoa).

7. Sấy chân không: Phương pháp này phù hợp với các vật liệu nhạy cảm với nhiệt độ cao, dễ bị oxy hóa, dễ tạo bụi, chứa dung môi quý cần thu hồi hoặc dễ nổ.

Ngoài ra, còn có các phương pháp khác như sấy vi sóng, sấy phun tầng sôi.

Phân loại thiết bị sấy

Thiết bị sấy rất đa dạng, được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau:

1. Theo tác nhân sấy: Thiết bị sấy bằng không khí, khói lò, hoặc các phương pháp đặc biệt như sấy thăng hoa, sấy hồng ngoại, sấy cao tần.

2. Theo áp suất làm việc: Thiết bị sấy chân không, thiết bị sấy áp suất thường.

3. Theo phương pháp cung cấp nhiệt: Thiết bị sấy tiếp xúc, đối lưu, bức xạ.

4. Theo cấu tạo thiết bị: Phòng sấy, hầm sấy, sấy băng tải, sấy trục, sấy thùng quay, sấy tầng sôi, sấy phun.

5. Theo chiều chuyển động của tác nhân sấy và vật liệu sấy: Cùng chiều, ngược chiều, giao chiều.

Nguyên lý của quá trình sấy

Quá trình sấy là một quá trình chuyển khối phức tạp, bao gồm cả khuếch tán bên trong và bên ngoài vật liệu rắn, đồng thời với quá trình truyền nhiệt. Đây là một quá trình nối tiếp, trong đó nước chuyển từ pha lỏng sang pha hơi, sau đó pha hơi được tách ra khỏi vật liệu.

Động lực của quá trình là sự chênh lệch độ ẩm giữa bên trong và bề mặt vật liệu. Quá trình khuếch tán chuyển pha chỉ xảy ra khi áp suất hơi trên bề mặt vật liệu lớn hơn áp suất riêng phần của hơi nước trong môi trường xung quanh. Vận tốc của toàn bộ quá trình phụ thuộc vào giai đoạn chậm nhất.

Nhiệt độ có thể thúc đẩy hoặc cản trở quá trình di chuyển ẩm từ trong lòng vật liệu ra bề mặt, tùy thuộc vào phương pháp sấy. Môi trường không khí ẩm xung quanh có ảnh hưởng lớn đến tốc độ sấy.

Cấu tạo chung của buồng sấy

Buồng sấy là không gian thực hiện quá trình sấy khô vật liệu, là bộ phận quan trọng nhất của hệ thống sấy. Hình dạng buồng sấy khác nhau tùy theo phương pháp và loại thiết bị sấy. Ví dụ, trong thiết bị sấy tủ, buồng sấy có thể nhỏ như một cái tủ, hoặc lớn như một căn phòng. Trong thiết bị sấy hầm, buồng sấy dài như một đường hầm. Trong thiết bị sấy phun, buồng sấy có hình trụ đứng hoặc nằm ngang. Trong thiết bị sấy khí động, buồng sấy là một ống trụ đứng cao.

Bộ phận cung cấp nhiệt

Bộ phận cung cấp nhiệt khác nhau tùy theo hệ thống sấy. Trong thiết bị sấy bức xạ, bộ phận này có thể là đèn hồng ngoại, ống dây điện trở, hoặc tấm bức xạ gia nhiệt bằng chất lỏng hoặc khí đốt. Thiết bị sấy đối lưu dùng không khí làm chất sấy và hơi nước làm chất tải nhiệt thì bộ phận cấp nhiệt là calorifer khí-khói.

Bộ phận thông gió và tải ẩm

Bộ phận này có nhiệm vụ loại bỏ ẩm từ vật sấy vào môi trường, đồng thời bảo vệ vật sấy khỏi quá nhiệt trong quá trình sấy bức xạ. Các thiết bị sấy dưới áp suất khí quyển sử dụng môi chất đối lưu (tự nhiên hoặc cưỡng bức) để tải ẩm. Các thiết bị này cần tạo điều kiện thông gió tốt trên bề mặt vật liệu để ẩm dễ dàng thoát ra. Khi thông gió cưỡng bức, bộ phận này bao gồm quạt gió, đường ống dẫn khí vào buồng sấy, đường hồi (nếu có), ống thoát khí. Các thiết bị sấy chân không sử dụng bơm chân không hoặc kết hợp với bình ngưng ẩm (trong sấy thăng hoa) để thải ẩm.

Bộ phận cấp vật liệu và lấy sản phẩm

Bộ phận này khác nhau tùy theo loại thiết bị sấy. Trong thiết bị sấy buồng và hầm, vật liệu sấy được đặt trên các khay, xếp thành tầng trên xe goòng. Việc đẩy xe vào và lấy ra có thể thực hiện thủ công hoặc cơ khí. Trong thiết bị sấy hầm dùng băng tải, vật liệu được đưa vào và lấy ra khỏi hầm bằng băng tải. Trong thiết bị sấy phun, vật liệu được đưa vào bằng bơm qua vòi phun. Sản phẩm được lấy ra dưới dạng bột bằng các tay gạt và vít tải.

Bộ phận đo lường, điều khiển

Bộ phận này có nhiệm vụ đo nhiệt độ, độ ẩm tương đối của môi chất sấy tại các vị trí cần thiết, đo nhiệt độ khói lò, và tự động điều chỉnh nhiệt độ, độ ẩm của môi chất vào thiết bị để duy trì chế độ sấy theo yêu cầu.

Công nghệ sấy đối lưu tuần hoàn không khí nóng

Công nghệ sấy đối lưu tuần hoàn không khí nóng là công nghệ phổ biến nhất trong sản xuất máy sấy. Nguyên lý hoạt động của các loại máy sấy đối lưu này là sự chuyển động của luồng không khí dùng làm tác nhân sấy.

Không khí nóng được tạo ra và chuyển động tuần hoàn trong buồng sấy, tiếp xúc với bề mặt vật cần sấy, làm bốc hơi ẩm, sau đó thoát ra ngoài theo luồng không khí.

Nhiệt từ gió tách ẩm khỏi vật sấy, gió mang ẩm thoát ra ngoài. Phương pháp này tương tự như phơi nắng nhưng hiệu suất cao hơn do kiểm soát được lưu lượng gió và nhiệt độ, giúp sản phẩm khô nhanh hơn.

Luồng khí nóng có thể chuyển động cùng chiều, ngược chiều hoặc vuông góc với chiều chuyển động của sản phẩm trong buồng sấy. Công nghệ sấy đối lưu có thể thực hiện sấy từng phần, từng giai đoạn hoặc liên tục tùy theo nhu cầu. Thành phẩm sau sấy có thể được chuyển ra khỏi buồng sấy theo từng mẻ hoặc liên tục bằng hệ thống băng chuyền.

Sấy tuần hoàn khí nóng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất thuốc, đặc biệt là sấy khô dược liệu cứng, còn nguyên dạng hoặc dạng bột (đông dược). Ngoài ra, công nghệ này còn được dùng để sấy khô các loại dược phẩm khác như thuốc bột, hạt, viên sủi, chai đóng gói, thực phẩm và một số linh kiện điện tử.

Sự kết hợp giữa công nghệ sấy khô và khử trùng

Công nghệ sấy kết hợp với công nghệ khử trùng tạo ra công nghệ sấy khử trùng. Sự kết hợp giữa sấy đối lưu tuần hoàn không khí nóng và khử trùng bằng tia cực tím (UV) giúp khắc phục nhược điểm của công nghệ khử trùng bằng tia UV.

Không khí nóng lưu thông liên tục nhờ quạt thổi, kết hợp với tia UV, tiêu diệt đến 99,99% vi sinh vật, vi khuẩn, virus, nấm mốc, ngăn ngừa nguy cơ lây nhiễm chéo.