Bài giảng Kỹ thuật sấy: Chương 4 - Truyền nhiệt, truyền chất và động học QTS

Chương này giới thiệu về các quá trình truyền nhiệt, truyền chất và động học liên quan đến tương tác giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy, đặc biệt tập trung vào hiện tượng hấp phụ và khử hấp phụ ẩm đẳng nhiệt, cách xác định độ ẩm cân bằng, và phân loại các dạng liên kết ẩm trong vật liệu.

Tài liệu này hướng đến sinh viên, kỹ sư, nhà nghiên cứu và các chuyên gia trong lĩnh vực kỹ thuật nhiệt, kỹ thuật hóa học, công nghệ thực phẩm và các ngành công nghiệp liên quan đến quá trình sấy, những người cần hiểu sâu về cơ chế truyền nhiệt, truyền chất và động học của quá trình sấy.

Chương 4 trình bày chi tiết về các quá trình truyền nhiệt, truyền chất và động học trong hệ thống sấy, tập trung vào sự tương tác giữa vật liệu sấy (VLS) và tác nhân sấy (TNS). Phần 4.1.1 giải thích hiện tượng hấp phụ và khử hấp phụ đẳng nhiệt, mô tả sự trao đổi ẩm giữa VLS và không khí ẩm chưa bão hòa cho đến khi đạt độ ẩm cân bằng (ωcb). Chương này làm rõ sự khác biệt giữa quá trình khử hấp phụ (ẩm dịch chuyển từ vật liệu ra không khí) và hấp phụ (ẩm dịch chuyển từ không khí vào vật liệu), đồng thời chỉ ra rằng đây là hai quá trình ngược nhau nhưng không thuận nghịch, dẫn đến hiện tượng trễ ẩm (ωcbh < ωcbk). Trong kỹ thuật sấy, độ ẩm cân bằng thường được hiểu là độ ẩm khử hấp phụ. Phần 4.1.2 đi sâu vào việc xác định độ ẩm cân bằng, nhấn mạnh rằng ωcb không chỉ phụ thuộc vào trạng thái của không khí (độ ẩm tương đối, nhiệt độ) mà còn vào dạng liên kết ẩm và bản chất cơ lý của vật liệu. Chương giới thiệu công thức thực nghiệm của G.K. Phylonhenko và G.A. Egorov để tính toán độ ẩm cân bằng cho các loại vật liệu khác nhau như len, tơ tằm, bông, gỗ, thuốc lá và hạt ngũ cốc ở nhiệt độ 25°C, kèm theo các hằng số và hệ số cụ thể. Phần 4.2 phân loại các dạng liên kết ẩm trong VLS thành liên kết hóa-lý và liên kết cơ-lý. Liên kết hóa-lý là liên kết bền vững, không thể tách nước bằng phương pháp sấy thông thường. Ngược lại, liên kết cơ-lý là dạng liên kết yếu hơn, chủ yếu do sức căng mặt ngoài và lực mao dẫn, và là loại ẩm chính được loại bỏ trong quá trình sấy. Các dạng liên kết cơ-lý phổ biến bao gồm liên kết hấp phụ, liên kết mao dẫn và liên kết thẩm thấu. Phần 4.2.2 tập trung vào liên kết hấp phụ, định nghĩa đây là liên kết của một lớp phân tử trên bề mặt các hang xốp của vật liệu, và trình bày công thức tính công liên kết cũng như nhiệt lượng cần thiết để tách ẩm liên kết hấp phụ.