Thiết bị sấy chân không có nhiều loại, có nhiều ứng dụng và đang phát triển nhanh chóng. Bài viết này tập trung vào xu hướng phát triển trong nước và quốc tế của một số loại thiết bị sấy chân không, nhằm tạo điều kiện trao đổi thông tin, xác định những thách thức cần giải quyết trong việc phát triển thiết bị sấy chân không và nâng cao trình độ thiết bị sấy chân không ở nước ta.
Sấy chân không có nhiều ưu điểm: sấy ở áp suất thấp dẫn đến hàm lượng oxy thấp, ngăn ngừa quá trình oxy hóa và hư hỏng vật liệu sấy, đồng thời cho phép sấy khô các vật liệu nguy hiểm dễ cháy nổ; nó cho phép làm bay hơi hơi ẩm trong vật liệu ở nhiệt độ thấp, giúp dễ dàng làm khô các vật liệu nhạy cảm với nhiệt-; nó có thể thu hồi các thành phần có giá trị và hữu ích từ vật liệu khô; và nó có thể ngăn chặn sự phát thải các chất độc hại từ vật liệu sấy khô, khiến nó trở thành phương pháp sấy khô "xanh" thân thiện với môi trường. Vì vậy, việc ứng dụng thiết bị sấy chân không ngày càng trở nên phổ biến.
Nhược điểm chính của sấy chân không là cần hệ thống chân không có khả năng bơm hơi nước dẫn đến chi phí đầu tư và vận hành thiết bị cao; hiệu quả sản xuất thấp và sản lượng nhỏ. Nhiều nhà khoa học và kỹ sư đã có những nỗ lực đáng kể để khắc phục những thiếu sót này. Đồng thời, do sấy chân không có nhiều ưu điểm nên một số sản phẩm phải sử dụng thiết bị sấy chân không. Vì vậy, việc phát triển thiết bị sấy chân không có một tương lai đầy hứa hẹn.
1. Sự phát triển không đồng đều của thiết bị sấy chân không liên tục trong nước và quốc tế
Để nâng cao sản lượng thiết bị và đảm bảo chất lượng sản phẩm, nhiều loại thiết bị sấy chân không liên tục đã được phát triển ở nước ngoài hơn một thập kỷ trước. Tuy nhiên, ở Trung Quốc, do hạn chế về trình độ công nghệ và nhận thức của công chúng nên tốc độ phát triển tương đối chậm.
1) Thiết bị sấy chân không liên tục loại dây đai
Thiết bị sấy chân không liên tục loại đai WL-VAQ-do Hisaka Works, Nhật Bản sản xuất phù hợp để sấy khô vật liệu lỏng, bùn, bột nhão cũng như vật liệu có độ nhớt-cao và-có độ nhớt cao. Thiết bị sấy khô liên tục loại đai chân không BV-100.5-do Tập đoàn Okawara, Nhật Bản sản xuất, sử dụng hơi nước và gia nhiệt bằng dẫn nhiệt, với nhiệt độ có thể điều chỉnh ở từng khu vực cũng như độ căng và tốc độ của băng tải có thể điều chỉnh được. Bucher-Guyer AG của Thụy Sĩ đã phát triển một loạt thiết bị sấy chân không liên tục dạng dây đai với thiết bị làm sạch tự động.
Từ năm 1995, công ty đã tham gia thiết kế, sản xuất, lắp đặt và bảo trì thiết bị sấy chân không liên tục loại dây đai-và công nghệ của công ty này tương đối hoàn thiện. Thiết bị sấy chân không đai liên tục trong nước không phổ biến. Năm 2004, Viện Khoa học Nông nghiệp tỉnh Quảng Đông đã phát triển thành công một thiết bị thí nghiệm-quy mô nhỏ để sấy bột chuối và cho kết quả xuất sắc.
2) Thiết bị sấy chân không liên tục cho ngũ cốc
Việc sấy ngũ cốc đòi hỏi số lượng lớn, cần có thiết bị sấy liên tục. Trước đây, nhiều nước đã phát triển nhiều loại thiết bị sấy ngũ cốc, nhưng sấy ngũ cốc chân không chủ yếu được sử dụng để sấy hạt do giá thành cao. Tuy nhiên, đây là một quan niệm sai lầm. Theo Kỹ sư cao cấp He Xiang từ Viện thiết kế và nghiên cứu khoa học ngũ cốc Zhengzhou, thiết bị sấy chân không liên tục được phát triển cho ngô của họ có công suất sản xuất 60 tấn/ngày. Khoản đầu tư cố định cao hơn một chút so với sấy bằng không khí nóng, nhưng chi phí vận hành tương đương nhau. Xét về chất lượng của sản phẩm sấy, bao gồm tỷ lệ đứt gãy và tỷ lệ nứt trong quá trình sấy, tổng chi phí sấy chân không ở nhiệt độ thấp không cao hơn sấy bằng khí nóng.
3) Thiết bị sấy đông lạnh chân không liên tục-
Với nguồn nguyên liệu thực phẩm dồi dào, khối lượng sản xuất-sản phẩm khô đông lạnh rất lớn. Do đó, thiết bị sấy-đông lạnh thực phẩm liên tục xuất hiện tương đối sớm. Năm 1985, công ty ATLAS của Đan Mạch đã sản xuất thiết bị sấy đông lạnh-CONRAD-800 liên tục để sấy khô{13}}cà phê đông lạnh, với công suất 13 tấn mỗi ngày. Hình 2 cho thấy sơ đồ nguyên lý của thiết bị này. Hình 3 cho thấy một máy đông khô liên tục được sản xuất ở Đức.
Thiết bị sấy đông lạnh chân không liên tục-được sản xuất trong nước đầu tiên đã được Viện nghiên cứu công nghệ lạnh Thẩm Dương phát triển thành công vào năm 2000. Buồng chân không có cấu trúc hình chữ nhật, với các tấm cách ly giữa buồng đầu vào/đầu ra và buồng sấy. Cả buồng đầu vào và đầu ra đều được trang bị hệ thống cân tự động để xác định tốc độ sấy, tốc độ loại bỏ nước và mức độ sấy cuối cùng của thực phẩm-khô đông lạnh. Hai bẫy nước bên ngoài hoạt động luân phiên để đạt được khả năng bẫy nước và tan băng liên tục.
Có sự chênh lệch đáng kể về doanh số bán thiết bị sấy đông lạnh{0}}liên tục giữa thị trường trong nước và quốc tế. Từ năm 1985 đến năm 1990, công ty ATLAS của Đan Mạch đã bán 18-thiết bị sấy đông lạnh liên tục, một trong số đó đã được Đài Loan mua, trong khi Trung Quốc đại lục vẫn chưa giới thiệu loại thiết bị này và một thiết bị sản xuất trong nước vẫn chưa được bán.
2. Sự đa dạng của thiết bị sấy chân không ngày càng gia tăng cả trong nước và quốc tế.
Nhiều loại thiết bị sấy chân không mới và khác nhau đã được phát triển cho các mục đích khác nhau.
1) Thiết bị sấy chân không bằng vi sóng giúp tiết kiệm năng lượng và tăng tốc độ sấy.
2) Thiết bị sấy khô{1}}đóng băng phun kết hợp giữa phun và sấy khô{2}}đóng băng, được xác định bởi đặc tính của vật liệu và năng suất sản phẩm. Vật liệu phải ở dạng bùn lỏng, tạo thành các hạt có kích thước micro- và nano- sau khi đông lạnh phun, làm tăng tốc độ sấy khô và cải thiện năng suất sản phẩm.
3) Thiết bị sấy khô pha hơi{1}}chân không được sử dụng đặc biệt để sấy khô máy biến áp ngâm trong dầu lớn-và các thiết bị điện tương tự khác. Thụy Sĩ đã phát triển sản phẩm này vào những năm 1970. Đất nước tôi đã giới thiệu thiết bị này vào những năm 1980, và sau những năm 1990, công nghệ này phần lớn đã được tiếp thu và bộ thiết bị hoàn chỉnh giờ đây có thể được sản xuất trong nước.
4) Thiết bị sấy đông lạnh-trong phòng thí nghiệm quy mô nhỏ: Để đáp ứng nhu cầu của các trường học và tổ chức nghiên cứu, một số thiết bị sấy đông lạnh-trong phòng thí nghiệm quy mô nhỏ với các chức năng khác nhau đã được phát triển trong nước và quốc tế. Hình 4-7 cho thấy một số máy sấy đông lạnh-trong phòng thí nghiệm quy mô nhỏ do MartinChrist của Đức sản xuất, có kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ và nhiều{11}}chức năng. Về cơ bản, chúng có thể đáp ứng các thí nghiệm đông khô của nhiều loại vật liệu khác nhau. Một số nhà sản xuất trong nước, chẳng hạn như Nhà máy máy công nghiệp nhẹ Hải Môn số{13}}, đã bắt đầu đồng hóa và đưa ra thiết kế, phát triển sản phẩm mới, mặc dù hiệu quả hoạt động chưa đủ ổn định.
Hệ thống-buồng đơn
Trong điều kiện vô trùng, cả quá trình- đông lạnh và sấy khô đều được thực hiện trong buồng ngưng tụ.
Hệ thống-buồng đôi
Quá trình-đóng băng sơ bộ được thực hiện trong tủ lạnh-nhiệt độ thấp hoặc tủ đông quay và quá trình sấy khô được thực hiện trong buồng sấy phía trên buồng ngưng tụ.
5) Máy sấy đông lạnh-loại sấy khô tách dược phẩm-
Máy sấy-đông lạnh thực phẩm tách biệt quá trình đông lạnh và sấy khô để tiết kiệm năng lượng, tiết kiệm thời gian và tăng năng suất. Máy sấy-đông lạnh dược phẩm truyền thống hoàn tất quá trình đông lạnh và sấy khô trong máy chỉ trong một bước. Một số công ty ở Tây Âu và Hoa Kỳ, để đạt được các mục tiêu tương tự như sấy khô-đông lạnh thực phẩm, hãy đông lạnh-thuốc trước rồi gửi chúng đến máy sấy để sấy khô. Hình 8 hiển thị ảnh chụp một thiết bị cấp đông-thuốc liên tục.
3. Chức năng của thiết bị sấy chân không ngày càng tăng.
Với sự tiến bộ của công nghệ điện tử và máy tính, hệ thống điều khiển và chức năng hiển thị của thiết bị sấy chân không nhìn chung đã tăng lên. Thiết bị sấy chân không ngô do Viện nghiên cứu khoa học ngũ cốc Zhengzhou phát triển có chức năng điều khiển tự động và hiển thị màn hình mô phỏng; Máy sấy đông lạnh chân không do các nhà sản xuất như Shanghai Dongfulong và Beijing Suyuan sản xuất có nhiều chức năng bao gồm xác định điểm cuối đông khô{1}}, thiết kế đường cong đông khô{2}}, giám sát trạng thái vận hành, lưu trữ nhiều đường cong đông khô-và in thông tin sản xuất.
Thiết bị sấy chân không của nước ngoài nhìn chung có nhiều chức năng hơn, hầu hết bao gồm cánh tay robot để lấy mẫu và kiểm tra trong quá trình sấy; một số thiết bị sấy chân không quay có chức năng nghiền và tạo hạt; thiết bị sấy đông lạnh dược phẩm-cũng có thể tạo hạt.
4. Một số quan điểm về sự phát triển của thiết bị sấy chân không
1) Đổi mới là lối thoát cơ bản cho sự phát triển của thiết bị sấy chân không
Hiện nay, sự phát triển của thiết bị sấy chân không tương đối chậm. Một lý do quan trọng là sự bắt chước lẫn nhau, dẫn đến sự trì trệ ở cùng trình độ công nghệ và thiếu sự đổi mới. Có năng lực và tốc độ bắt chước mạnh mẽ nhưng quan niệm về đổi mới còn yếu và đầu tư không đầy đủ. Cạnh tranh tập trung vào thị phần, xây dựng mối quan hệ và cuộc chiến về giá. Cách tiếp cận tốt hơn một chút đòi hỏi nỗ lực về chất lượng và dịch vụ sau bán hàng-. Tuy nhiên, đây không phải là những phương pháp tốt để phát triển thiết bị sấy chân không; đầu tư vào nguồn nhân lực, vật tư và tài chính là cần thiết cho sự đổi mới.
2) Tiết kiệm năng lượng là chìa khóa cho sự phát triển của thiết bị sấy chân không
Sự khan hiếm năng lượng đã thu hút sự chú ý trên toàn thế giới. Tư duy truyền thống cho rằng thiết bị sấy chân không tiêu tốn nhiều năng lượng vì nó cần có bơm chân không. Tuy nhiên, thiếu các so sánh về mức tiêu thụ năng lượng thực tế khi sấy cùng một loại vật liệu ở cùng độ ẩm. Trên thực tế, sấy chân không là sấy-ở nhiệt độ thấp trong không gian kín, dẫn đến lãng phí năng lượng tương đối ít hơn. Tuy nhiên, tiết kiệm năng lượng trong thiết bị sấy chân không vẫn rất quan trọng cho sự phát triển của nó. So với các loại thiết bị sấy khác, trọng tâm tiết kiệm năng lượng trong thiết bị sấy chân không phải là thiết kế, lựa chọn và sử dụng hệ thống chân không hợp lý.
Không có nhiều hệ thống chân không có khả năng bơm hơi nước. Hiện nay có hai loại chính: một là máy bơm có thể bơm hơi nước trực tiếp, chủ yếu bao gồm máy bơm tia nước, máy bơm tia hơi nước, máy bơm vòng nước, máy bơm Roots ướt; cái còn lại là sử dụng sự ngưng tụ để thu nước. Cả hai phương pháp đều tương đối tốn năng lượng-. Hướng tiết kiệm năng lượng trước đây là nâng cao hiệu suất bơm của máy bơm; hướng tiết kiệm năng lượng sau này là thiết kế cấu trúc và hiệu suất nhiệt của các thiết bị như khí-bộ trao đổi nhiệt pha rắn. 3) Thiết bị sấy chân không liên tục là một phương pháp quan trọng để tăng năng suất sản phẩm và tiết kiệm năng lượng.
So với thiết bị sấy chân không theo mẻ, thiết bị sấy chân không liên tục cần ít thời gian phụ trợ hơn, tiết kiệm thời gian và tăng sản lượng. Hơn nữa, không giống như thiết bị sấy chân không theo mẻ, nó không yêu cầu nhiệt độ thiết bị dao động theo từng chu kỳ sản xuất, do đó tránh lãng phí năng lượng do làm nóng nhiều lần các bộ phận của thiết bị. Vì vậy, nó tiết kiệm năng lượng.
4) Kết hợp thiết bị sấy chân không với các phương pháp sấy khác là phương pháp sản xuất cần được khuyến khích.
Kết hợp sấy chân không với các phương pháp sấy khác có thể nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm giá thành sản phẩm. Ví dụ, đối với các sản phẩm như rau, thủy sản, trái cây, sấy chân không có thể đảm bảo chất lượng sản phẩm. Nếu sau khi làm sạch và chần, sản phẩm được ly tâm để loại bỏ nước bề mặt rồi sấy khô bằng không khí lạnh trước khi đưa đến thiết bị sấy chân không thì có thể đạt được những cải thiện đáng kể về hiệu quả sản xuất và giảm chi phí sản xuất. Kết hợp sấy phun và sấy khô-đóng băng cũng là một trong những sự kết hợp như vậy.
Nhiều phương pháp kết hợp tương tự có thể được tìm thấy thông qua thử nghiệm, mặc dù điều này đòi hỏi thời gian, công sức và nguồn tài chính đáng kể.
5. Kết luận
Thiết bị sấy chân không không ngừng được đổi mới. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều vấn đề. Nếu ngành công nghiệp, giới học thuật và các tổ chức nghiên cứu có thể hợp tác chặt chẽ thì kết quả sẽ còn đáng kể hơn nữa.