CÁC QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ CƠ BẢN TRONG SẢN XUẤT DƢỢC PHẨM
8.3. Cân bằng vật liệu của quá trình sấy
Ẩm được hút vào trong vật liệu và tạo thành mối liên kết của các trường khác nhau. Dựa vào bản chất của lực liên kết người ta xếp thành ba nhóm liên kết chính: liên kết hoá học, liên kết hoá lý và liên kết cơ lý.
a) Liên kết hoá học
Thể hiện dưới dạng liên kết ion hay liên kết phân tử. Lượng ẩm trong liên kết hoá học chiếm một tỷ lệ nhất định. Vật liệu khi bị tách ẩm liên kết hoá học thì tính chất của nó thay đổi. Nói chung trong quá trình sấy (120 ÷ 150oC) không tách được ẩm liên kết hoá học.
b) Liên kết hoá lý
Thể hiện dưới dạng liên kết hấp phụ và liên kết thẩm thấu, lượng ẩm trong liên kết hoá lý không theo tỷ lệ nhất định nào. Liên kết hấp phụ đặc trưng bởi sự hút ẩm của vật kèm theo quá trình toả nhiệt, vả lại thể tích vật ẩm nhỏ hơn tổng thể tích của vật khô và thể tích của ẩm hấp phụ.
Lượng ẩm thẩm thấu hấp thu trong vật thể gấp nhiều lần lượng ẩm hấp phụ. Đặc biệt khi vật thu ẩm thẩm thấu không kèm theo sự toả nhiệt, tính chất nước trong liên kết thẩm thấu không khác nước tự do.
c) Liên kết cơ lý
Ẩm liên kết cơ lý gồm các dạng: liên kết cấu trúc, liên kết mao dẫn và liên kết thấm ướt, lượng ẩm liên kết cơ lý không thể hiện một tỷ lệ nhất định nào cả.
Như vậy trong quá trình sấy tách toàn bộ ẩm liên kết cơ lý, ẩm liên kết thẩm thấu, và một phần ẩm liên kết hấp phụ đa phân tử. Phần ẩm trong vật liệu tách được khi sấy gọi là ẩm tự do.
8.3.2. Phương trình cân bằng vật liệu chung
Trong kỹ thuật sấy, người ta nêu lên hai khái niệm về độ ẩm vật liệu:
– Độ ẩm vật liệu tính bằng phần trăm khối lượng của vật liệu ướt. Ví dụ: người ta gọi độ ẩm của vật liệu là 10% khối lượng của vật liệu ướt, tức là nếu vật liệu ướt là 100kg thì lượng ẩm chứa trong vật liệu đó là 10kg, và lượng vật liệu khô tuyệt đối là 90kg.
– Độ ẩm vật liệu tính theo phần trăm khối lượng vật liệu khô tuyệt đối. Ví dụ: nếu ta có độ ẩm của vật liệu là 10% khối lượng vật liệu khô tuyệt đối tức là lượng vật liệu ướt là 110kg, lượng ẩm trong đó là 10kg và lượng vật liệu khô tuyệt đối là 100kg.
Ta đặt một số ký hiệu:
Ga – Khối lượng nước chứa trong vật liệu, kg.
G0 – Khối lượng vật liệu khô tuyệt đối, kg.
G – Khối lượng vật liệu ẩm, kg.
w– Độ ẩm vật liệu so với khối lượng vật liệu ẩm, %.
W – Độ ẩm vật liệu so với khối lượng vật liệu khô tuyệt đối, %.
U – Hàm ẩm, kg/kg.
Từ hai khái niệm về độ ẩm trên, ta có thể tính toán chuyển từ độ ẩm này sang độ ẩm kia theo công thức sau:
8.3.3. Trạng thái cân bằng nhiệt ẩm của vật liệu
Vật liệu ẩm đặt trong môi trường không khí ẩm sẽ xảy ra quá trình trao đổi nhiệt ẩm cho đến khi đạt trạng thái cân bằng nhiệt động lực. Trạng thái cân bằng đó có liên quan chặt chẽ đến các mối liên kết ẩm trong vật liệu.
Trong trạng thái cân bằng phân tử, nhiệt độ của vật liệu bằng nhiệt độ của môi trường không khí xung quanh, còn áp suất của hơi nước trong vật liệu bằng áp suất hơi nước riêng phần trong không khí. Hàm ẩm của vật liệu đạt giá trị không đổi được gọi là hàm ẩm cân bằng hoặc độ ẩm cân bằng.
Như vậy độ ẩm cân bằng của vật liệu phụ thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm của môi trường xung quanh, đồng thời phụ thuộc vào phương thức đạt đến trạng thái cân bằng đó, vật liệu có thể đạt đến trạng thái cân bằng do thải ẩm (sấy). Đường biểu diễn độ ẩm cân bằng của vật liệu phụ thuộc vào độ ẩm của không khí trong điều kiện nhiệt độ không đổi gọi là đường đẳng nhiệt. Nếu vật thải ẩm đạt trạng thái cân bằng thì gọi là đường đẳng nhiệt thải ẩm.
Hình 8.3. Hàm lƣợng ẩm cân bằng của tinh bột ngô và tinh bột biến tính O – Tinh bột ngô; – Tinh bột biến tính
Thực nghiệm đã chứng minh rằng, trong trạng thái cân bằng hàm ẩm của vật liệu phân bố đều theo thể tích, lúc đó hàm ẩm ở mọi điểm của vật liệu có giá trị như nhau và gọi là hàm ẩm trung bình.