Điều kiện thăng hoa của nước đá là gì, các yếu tố trong sấy thăng hoa

Sấy thăng hoa để làm khô sản phẩm là dựa vào sự thăng hoa của nước đá, qua đó giữ cho sản phẩm có được hình dạng và màu sắc đẹp hơn khi sấy bằng các phương pháp khác. Vậy điều kiện thăng hoa của nước đá là như thế nào, trong nội dung này tác giả sẽ phân tích sâu về vấn đề này để độc giả hiểu rõ hơn, qua đó thấy được máy sấy thăng hoa hoạt động phức tạp như thế nào.

Sự thăng hoa là chỉ 1 quá trình chuyển trạng thái từ thể rắn sang thể hơi, cụ thể là nước đóng đá bay hơi trực tiếp mà không cần qua trạng thái lỏng. Sự chuyển hóa thông thường mà chúng ta thường thấy là từ nước đá sang dạng lỏng rồi mới bay hơi hoàn toàn, điều đó xảy ra khi ở điều kiện môi trường có áp suất bình thường, còn với môi trường có áp suất chân không thì nước đá sẽ bay hơi trực tiếp. Dưới đây là biểu đồ pha của nước khi ở các điều kiện khác nhau, các trạng thái của nước sẽ phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất, đường màu đỏ là ranh giới giữa các pha (trạng thái), đi từ trái qua phải là nước đá, nước lỏng và hóa hơi. Điều kiện thăng hoa của nước cũng được thể hiện trên biểu đồ này.

Theo biểu đồ sưu tầm dưới đây, đường màu đỏ bên trái là đường đông đá, tức là mọi điểm trên đường đó sẽ là sự chuyển trạng thái từ thể rắn sang thể lỏng và ngược lại khi áp suất cùng nhiệt độ thay đổi. Đường màu đỏ bên phải là sự chuyển trạng thái từ thể lỏng sang thể hơi khi áp suất và nhiệt độ thay đổi. Đường màu đỏ ngắn dưới cùng nằm phía trước điểm giao 3 trạng thái là sự chuyển trạng thái từ thể rắn sang thể hơi, đây chính là đoạn xảy ra sự thăng hoa của nước đá. 

Đường nét đứt màu đen —- là đường dóng từ 2 cột áp suất và nhiệt độ, khi áp suất 1atm (điều kiện bình thường) thì nước đóng đá ở 0^oc và sôi ở 100^oc, khi áp suất giảm dần xuống từ mốc 1atm thì nhiệt độ sôi của nước giảm dần và nhiệt độ đóng đá tăng dần. Khi áp suất giảm về mức 0.006atm ≈ 600pa thì bắt đầu xảy ra sự thăng hoa, tức là thể rắn chuyển sang thể hơi, khi áp suất càng giảm dần về 0 thì đây chính là điều kiện thăng hoa của nước đá xảy ra hoàn toàn. Ngược lại, khi áp suất tăng lên từ mốc 1atm thì nhiệt độ sôi tăng lên, đây chính là nguyên lý của nồi áp suất.

Trong phương pháp sấy thăng hoa, áp suất buồng sấy thường đạt thấp hơn 30pa, khi đó dù nhiệt độ của sản phẩm sấy thay đổi từ -30^oc đến 30^oc hoặc cao hơn thì nước đá cũng không thể chuyển sang dạng lỏng, chỉ xảy ra sự thăng hoa của nước đá. Đây chính là nguyên lý sấy thăng hoa mà chúng ta vẫn sử dụng trên các thiết bị sấy khô hiện đại ngày nay.

Như vậy điều kiện để xảy ra sự thăng hoa của nước đá là áp suất thấp hơn 600pa và nhiệt độ ban đầu phải thấp hơn 0^oc để nước đông đá hoàn toàn, sau đó duy trì áp suất, còn nhiệt độ thì tăng dần. Lưu ý rằng, kích thước tinh thể nước đá sẽ phụ thuộc vào tốc độ làm lạnh và ảnh hưởng tới sự thăng hoa nhanh hay chậm, nên trong phương pháp sấy thăng hoa đòi hỏi tốc độ làm đông đá phải càng nhanh càng tốt. Đó là các thông tin cơ bản mà Độc giả có thể tham khảo từ Homecare để hiểu rõ hơn vấn đề này.