Trang chủ » Ứng dụng » Sấy chân không là gì? Nguyên lý và ứng dụng của thiết bị sấy chân không

Sấy chân không là gì? Nguyên lý và ứng dụng của thiết bị sấy chân không

Sấy chân không (vacuum drying) là một kỹ thuật quan trọng được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp, phòng thí nghiệm nghiên cứu và quy trình sản xuất để loại bỏ độ ẩm hoặc dung môi khỏi vật liệu dưới áp suất giảm. Công nghệ sấy chân không có tầm quan trọng lớn do ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như dược phẩm, chế biến thực phẩm và khoa học vật liệu. Khám phá chủ đề này là điều cần thiết không chỉ với các nhà khoa học, kỹ sư mà với các nhà sản xuất đang tìm kiếm các phương pháp hiệu quả để loại bỏ độ ẩm và bảo quản các đặc tính của vật liệu.

Nội dung chính

Sấy chân không là gì?
- Định nghĩa
- Nguyên lý sấy chân không
  - Nguyên tắc sấy
  - Nguyên lý hoạt động của tủ sấy chân không
Ứng dụng sấy chân không
Thiết bị sấy chân không
Ưu nhược điểm của công nghệ sấy chân không
- Ưu điểm
- Nhược điểm
Phân biệt sấy chân không và sấy thăng hoa
- Sấy thăng hoa là gì?
- Khác biệt giữa sấy chân không và sấy thăng hoa
Xu hướng hiện tại trên thị trường sấy chân không
Kết luận

Sấy chân không là gì?

Định nghĩa

Sấy chân không là phương pháp loại bỏ độ ẩm khỏi mẫu rắn hoặc không khí. Nguyên lý là sử dụng chân không để hạ thấp điểm sôi của độ ẩm hoặc dung môi. Đồng thời, các phân tử khuếch tán lên bề mặt và bốc hơi do áp suất thấp. Để tăng tốc hiệu quả sấy chân không, thường sử dụng máy gia nhiệt. Buồng sấy chân không có bộ điều khiển nhiệt độ thường được gọi là lò sấy chân không.

Sấy chân không xảy ra dưới áp suất không khí giảm, làm giảm điểm sôi của nước và cho phép sấy ở nhiệt độ thấp hơn, có lợi cho các sản phẩm nhạy nhiệt. Phương pháp này được đặc trưng bởi khả năng loại bỏ độ ẩm hiệu quả, bảo quản các đặc tính vật liệu và các ứng dụng công nghiệp đa dạng.

Nguyên lý sấy chân không

Nguyên tắc sấy

Bằng cách tạo ra chân không, độ ẩm có trong chất rắn ướt được loại bỏ trong quá trình sấy chân không. Trong quá trình này, có một nỗ lực để giảm áp suất bên dưới áp suất hơi của nước bằng cách tạo ra chân không. Các chất sấy được thực hiện bằng cách giảm áp suất xung quanh chúng bằng máy bơm hút chân không. Do đó, điểm sôi của nước bên trong sản phẩm được hạ xuống, làm tăng tốc độ bay hơi rất nhiều. Nó làm tăng đáng kể tốc độ sấy. Nước sôi ở 25 – 30 °C ở áp suất 0,0296 –0,059 atm trong quá trình sấy chân không. Quá trình này bao gồm việc sấy một vật phẩm theo mẻ ở áp suất giảm và độ ẩm tương đối thấp hơn áp suất môi trường xung quanh, cho phép vật phẩm khô nhanh hơn.

Sơ đồ sấy chân không — Mô tả công nghệ sấy chân không bằng sơ đồ

Nguyên lý hoạt động của tủ sấy chân không

Máy sấy chân không sử dụng khay để giữ vật liệu cần sấy, trong khi bơm chân không làm giảm áp suất. Hơi nước được truyền giữa các khay và áo khoác qua cửa máy sấy đóng chặt để truyền nhiệt thông qua dẫn nhiệt.

Trong bộ ngưng tụ, nước bốc hơi được thu thập từ nguồn cấp. Bơm chân không được ngắt kết nối sau khi sản phẩm đã khô và các khay đầy sản phẩm đã sấy được thu thập. Có thể làm khô các mặt hàng nhanh hơn nếu áp suất được hạ xuống.

Nguyên lý sấy chân không — Mô tả nguyên lý của hệ thống sấy chân không

Trong quá trình sấy, có thể điều chỉnh nhiệt độ và điểm sôi của chất làm ướt được duy trì phần lớn trong suốt quá trình. Thời gian sấy dài, thường từ 12 đến 48 giờ. Khi vật liệu tiếp xúc với bề mặt được làm nóng của máy sấy, nhiệt được truyền đi, cho phép vật liệu khô bằng cách dẫn nhiệt.

Ứng dụng sấy chân không

Các mẫu trải qua quá trình sấy chân không ít có khả năng bị nhiễm bẩn, oxy hóa hoặc phản ứng với nước. Phương pháp này thường được sử dụng trước khi lưu trữ các chất nhạy cảm với nhiệt hoặc độ ẩm, dễ hút ẩm, chẳng hạn như thực phẩm và hóa chất. Máy hút ẩm chân không thường được sử dụng trong các phòng thí nghiệm để loại bỏ độ ẩm vết khỏi các mẫu thử nghiệm.

Hệ thống sấy chân không trong thực tế — Hình ảnh thực tế ứng dụng sấy chân không trong công nghiệp

Sấy chân không được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như chế biến thực phẩm, dược phẩm và hóa chất, mang lại những lợi ích riêng biệt trong từng ngành:

Trong chế biến thực phẩm, sấy khô trái cây, rau củ và thảo mộc là rất quan trọng. Phương pháp này giữ nguyên giá trị dinh dưỡng, hương vị, màu sắc và mùi thơm của chúng, không giống như phương pháp sấy thông thường, kéo dài thời hạn sử dụng và duy trì sức hấp dẫn đối với người tiêu dùng.

Trong dược phẩm, sấy chân không là chìa khóa cho các loại thuốc nhạy cảm với nhiệt, ngăn ngừa sự phân hủy và bảo quản các đặc tính điều trị. Điều này rất quan trọng đối với các loại thuốc điều trị các bệnh mãn tính hoặc nghiêm trọng.

Trong ngành công nghiệp hóa chất, sấy chân không là điều cần thiết để sấy khô hóa chất mà không làm thay đổi tính chất của chúng. Nó tránh các phản ứng hoặc sự phân hủy không mong muốn, rất quan trọng để sản xuất các sản phẩm hóa chất chất lượng cao như polyme hoặc tác nhân phản ứng.

Thiết bị sấy chân không

Tóm tắt về sự phát triển của máy sấy chân không

Lịch sử sấy chân không cho thấy sự đổi mới và tiến bộ của con người. Ban đầu là phương pháp cơ bản để bảo quản thực phẩm, nó đã trở thành một quy trình phức tạp được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp. Máy sấy chân không hiện đại, tích hợp các kỹ thuật tiên tiến như ly tâm và sấy đông lạnh, đã cải thiện đáng kể hiệu quả và hiệu suất sấy, phản ánh sự theo đuổi liên tục để loại bỏ độ ẩm tốt hơn trong khi vẫn bảo quản chất lượng sản phẩm.

Sấy chân không trong phòng thí nghiệm

Hệ thống sấy chân không phòng thí nghiệm

Thiết bị và hệ thống sấy chân không quy mô phòng thí nghiệm phổ biến nhất bao gồm máy hút ẩm và máy bơm hút chân không.

Bình hút ẩm thường bao gồm vỏ ngoài, van xả, đầu nối chân không và đồng hồ đo chân không.

Vỏ ngoài: Thường được làm bằng acrylic hoặc thủy tinh. Nên bôi mỡ hoặc Vaseline lên bề mặt thủy tinh để tăng hiệu suất bịt kín.
Tấm hút ẩm: Dùng để giữ mẫu và tạo khoang ở đáy. Khoang này được thiết kế để chứa chất hút ẩm như silica gel, canxi clorua, than hoạt tính, đất sét hoặc rây phân tử để đẩy nhanh quá trình sấy khô.
Van xả áp: Được sử dụng để giải phóng áp suất chân không.
Đầu nối chân không: Dùng để kết nối với nguồn chân không hoặc máy bơm hút chân không.
Đồng hồ đo chân không: Dùng để theo dõi mức chân không bên trong buồng.

Bơm hút chân không và bình hút ẩm — Hệ thống sấy chân không trong phòng thí nghiệm

Lựa chọn máy hút ẩm phù hợp

Đối với các chất tự nhiên, bình hút ẩm làm bằng acrylic là lựa chọn phù hợp. Tuy nhiên, khi làm việc với hóa chất hoặc dung môi, nên sử dụng bình hút ẩm làm bằng thủy tinh. Bình hút ẩm làm bằng acrylic thường có khả năng chịu áp suất kém hơn, vì vậy điều quan trọng là phải tuân theo hướng dẫn được cung cấp và sử dụng chân không phù hợp.

Lựa chọn máy bơm phù hợp cho quá trình sấy chân không

Máy bơm dùng để sấy chân không nên được lựa chọn dựa trên đặc tính hóa học của mẫu và kích thước của buồng chân không (máy hút ẩm). Khi làm việc với máy hút ẩm lớn hơn, nên sử dụng máy bơm có lưu lượng cao hơn. Theo các chuyên gia, lý tưởng nhất là lưu lượng nên cao hơn khoảng hai lần so với dung tích của buồng. Đối với các mẫu khử khí có điểm sôi cao hơn hoặc các chất dính hơn, nên chọn máy bơm có khả năng chân không cao hơn.

Máy bơm hút chân không vòng chất lỏng và bơm cánh gạt — Hình ảnh máy bơm hút chân không trong hệ thống sấy

Tham khảo thêm bài viết: Ứng dụng bơm hút chân không trong ngành công nghệ sấy chân không

Sấy chân không trong công nghiệp

Các thành phần chính của hệ thống sấy chân không công nghiệp

Buồng sấy – Trung tâm của quy trình sấy

Cốt lõi của mọi hệ thống sấy chân không là buồng sấy. Thành phần quan trọng này là nơi phép thuật của quy trình sấy diễn ra. Đây là không gian được thiết kế cẩn thận, nơi các vật phẩm được đặt vào để sấy, được thiết kế để đảm bảo tính đồng nhất và hiệu quả trong quy trình sấy.

Vai trò của nguồn nhiệt

Năng lượng cho quá trình bốc hơi độ ẩm. Nguồn nhiệt là một phần không thể thiếu của quá trình này. Yếu tố quan trọng này cung cấp năng lượng cần thiết cho quá trình bốc hơi độ ẩm. Điều đáng chú ý là khả năng thích ứng của nguồn nhiệt với các vật liệu khác nhau, đảm bảo rằng mỗi loại vật liệu nhận được lượng năng lượng chính xác cần thiết để sấy khô hiệu quả mà không gây hư hỏng.

Hệ thống chân không – Tạo ra môi trường tối ưu. Một yếu tố quan trọng khác trong thiết lập này là hệ thống chân không. Chức năng chính của nó là thiết lập và duy trì môi trường áp suất thấp bên trong buồng sấy. Áp suất giảm này rất cần thiết vì nó làm giảm điểm sôi của nước, tạo điều kiện loại bỏ độ ẩm nhanh hơn và hiệu quả hơn khỏi vật liệu đang được sấy khô.

Máy sấy chân không dùng trong công nghiệp — Cấu tạo máy sấy chân không công nghiệp

Bộ ngưng tụ – Thu và loại bỏ độ ẩm

Cuối cùng, bộ ngưng tụ là một thành phần quan trọng thường không được chú ý đúng mức. Vai trò của nó là thu và loại bỏ độ ẩm đã bốc hơi khỏi vật liệu. Nằm trong hệ thống, nó ngưng tụ hiệu quả không khí chứa độ ẩm, đảm bảo quá trình sấy khô sạch và hiệu quả.”

Các phương pháp sấy chân không

Máy sấy chân không khay – Tính linh hoạt trong chế biến theo mẻ

Một phương pháp phổ biến và rất linh hoạt trong chế biến chân không là sử dụng máy sấy chân không khay. Chúng đặc biệt được ưa chuộng vì tính linh hoạt trong các ứng dụng chế biến theo mẻ. Thiết kế của những máy sấy này cho phép nạp và dỡ vật liệu dễ dàng, khiến chúng trở thành lựa chọn phổ biến trong các ngành công nghiệp chế biến thường xuyên các mẻ sản phẩm khác nhau. Chúng được sử dụng rộng rãi trong ngành dược phẩm và thực phẩm do khả năng xử lý nhiều loại vật liệu một cách cẩn thận, đảm bảo chất lượng và tính nhất quán trong quá trình sấy.

Máy sấy chân không vi sóng – Tốc độ và tính đồng nhất

Một cách tiếp cận sáng tạo khác trong sấy chân không là sử dụng máy sấy chân không vi sóng. Các hệ thống này khai thác sức mạnh của vi sóng để cung cấp quá trình sấy nhanh và đồng đều. Phương pháp này đặc biệt có lợi khi xử lý các sản phẩm nhạy cảm với nhiệt hoặc yêu cầu quá trình sấy nhanh. Máy sấy chân không vi sóng được biết đến với hiệu quả sử dụng năng lượng và khả năng sấy khô đồng đều các sản phẩm, khiến chúng phù hợp với nhiều ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.

sấy chân không microwave — Sơ đồ cấu tạo và hình ảnh thực tế của một hệ thống sấy

Sấy đông khô – Bảo quản các sản phẩm tinh tế

Cuối cùng, sấy đông khô là một dạng sấy chân không chuyên biệt hơn. Kỹ thuật này bao gồm việc ban đầu đông lạnh sản phẩm và sau đó sấy khô trong điều kiện chân không. Quy trình này đặc biệt lý tưởng cho các sản phẩm tinh tế và có giá trị cao như dược phẩm, thực phẩm chức năng và một số sản phẩm thực phẩm. Bằng cách đông lạnh sản phẩm trước, đông khô giúp bảo quản tính toàn vẹn về mặt cấu trúc và giữ nguyên các đặc tính dinh dưỡng và cảm quan của sản phẩm. Đây là phương pháp được ưa chuộng đối với các sản phẩm nhạy cảm với nhiệt hoặc cần duy trì cấu trúc cụ thể sau khi sấy khô.

Ưu nhược điểm của công nghệ sấy chân không

Công nghệ sấy chân không sở hữu rất nhiều ưu điểm. Và từ đó, công nghệ này được nhiều doanh nghiệp sản xuất tin tưởng sử dụng. Dù vậy, bên cạnh những ưu điểm, hệ thống sấy chân không cũng còn tồn tại một số nhược điểm nhất định.

Ưu điểm

Sấy chân không là chìa khóa để bảo quản chất lượng sản phẩm, sử dụng quy trình xử lý nhiệt độ thấp giúp bảo vệ các mặt hàng nhạy cảm với nhiệt, duy trì hương vị, màu sắc và giá trị dinh dưỡng của chúng, rất quan trọng trong các ngành công nghiệp như dược phẩm và thực phẩm. Nó tăng cường hiệu quả, sấy khô nhanh hơn các phương pháp truyền thống do điểm sôi thấp hơn, dẫn đến năng suất cao hơn. Ngoài ra, nó tiết kiệm năng lượng bằng cách hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn, phù hợp với các mục tiêu bền vững về môi trường và giảm lượng khí thải carbon.

Hệ thống sấy chân không, lò sấy chân không vận hành khá đơn giản. Toàn bộ quá trình đều tự động, tiết kiệm được thời gian và sức lao động. Máy vận hành tự động và độ an toàn cao, đảm bảo môi trường làm việc an toàn cho nhân công

Hiện nay, hệ thống sấy chân không được cung cấp với nhiều mức giá khác nhau tùy thuộc vào từng dòng máy. Nếu đang có nhu cầu sử dụng, các doanh nghiệp nên tìm hiểu kỹ thông tin trước khi quyết định đầu tư.

Nhược điểm

Hệ thống sấy chân không, với công nghệ tiên tiến, đòi hỏi đầu tư ban đầu cao hơn so với thiết bị sấy thông thường. Chi phí này có thể là rào cản đối với các hoạt động quy mô nhỏ hoặc các doanh nghiệp có vốn hạn chế.

Ngoài ra, các hệ thống này phức tạp về mặt vận hành, cần có kỹ năng xử lý và kiểm soát chính xác, làm tăng nhu cầu về nhân sự được đào tạo và làm tăng chi phí vận hành.

Phân biệt sấy chân không và sấy thăng hoa

Sấy thăng hoa là gì?

Sấy thăng hoa được coi là ưu việt nhất trong tất cả phương pháp sấy hiện nay. Hiện tại, nhiều doanh nghiệp ở nước ta cũng đã mạnh dạn đầu tư công nghệ “mới” này. Thực tế, công nghệ sấy này có lịch sử phát triển đến cả trăm năm.

Sấy thăng hoa (freeze drying) là một kỹ thuật còn được gọi là “làm khô lạnh”. Sản phẩm được sấy khô qua quá trình thăng hoa của nước dưới nhiệt độ và áp suất thấp. Nước trong sản phẩm được đông lạnh thành đá và cuối cùng được loại bỏ trực tiếp ra khỏi sản phẩm bằng cách hóa hơi. Quá trình này được thực hiện trong môi trường chân không.

Quy trình sấy thăng hoa gồm 3 bước:

Cấp đông

Trong suốt quá trình cấp đông, sản phẩm được đông lạnh để tất cả dung môi (thường là nước) trong sản phẩm chuyển sang thể rắn (nước đá).

Sấy sơ cấp (Thăng hoa)

Trong giai đoạn này các tinh thể nước đá trong nguyên liệu sẽ thăng hoa mà không qua giai đoạn hóa lỏng, dưới điều kiện áp suất thấp (chân không). Khoảng 90% ẩm trong nguyên liệu được lấy đi.

Sấy thứ cấp (Khử ẩm)

Trong quá trình này, lượng nước còn lại không được đóng băng do các liên kết phân tử với chất hòa tan sẽ được lấy ra khỏi sản phẩm, nhiệt độ điều chỉnh tăng dần. Độ ẩm trong nguyên liệu còn khoảng 1~4%.

Khác biệt giữa sấy chân không và sấy thăng hoa

Sấy chân không là phương pháp sấy trong môi trường gần như chân không. Vật sấy được đưa vào buồng kín, sau đó sử dụng máy bơm chân không để tạo môi trường chân không

Điều khác biệt giữa sấy thăng hoa và sấy chân không chính là quy trình làm đông đá vật sấy. Với phương pháp sấy chân không, giai đoạn này không có mặt. Đây cũng là lý do vật sấy sau quá trình sấy thăng hoa sẽ giữ được cấu trúc vật lý tốt hơn với sấy chân không.

Xu hướng hiện tại trên thị trường sấy chân không

Thị trường sấy chân không đang chứng kiến sự chuyển dịch đáng kể sang các giải pháp tiết kiệm năng lượng hơn, thân thiện với môi trường hơn và tự động hóa. Việc tích hợp các công nghệ thông minh và tự động hóa trong các hệ thống sấy chân không đang ngày càng trở nên phổ biến, mang lại khả năng kiểm soát nâng cao, hiệu quả được cải thiện và kết quả chất lượng cao hơn. Những cải tiến trong lĩnh vực này được thúc đẩy bởi nhu cầu ngày càng tăng đối với các giải pháp sấy tiên tiến có thể đáp ứng các yêu cầu phức tạp của các ngành công nghiệp hiện đại.

Kết luận

Sấy chân không là một thành phần quan trọng trong các ngành sản xuất và chế biến hiện đại. Nó mang lại những lợi ích vô song về mặt hiệu quả, chất lượng sản phẩm và tiết kiệm năng lượng. Khi ngành công nghiệp tiếp tục phát triển, sấy chân không vẫn là một công nghệ chính, thúc đẩy tiến bộ và đổi mới trong chế biến và bảo quản vật liệu.