Drying: การอบแห้ง

รูปแสดงการอบแห้งอาหารด้วย Tray Dryer

Source : eng.sut.ac.th (2015, September 18)

การอบแห้งและเครื่องอบแห้งมีความสำคัญในการลดความชื้นของวัตถุ ไม่ว่าจะเป็นในอุตสาหกรรมอาหาร เครื่องดื่มชนิดผง ยา อุตสาหกรรมสีย้อม อุตสาหกรรมไม้ เป็นต้น การรู้จักชนิดของเครื่องอบแห้ง และการเลือกใช้ชนิดของเครื่องอบแห้งให้ตรงกับคุณสมบัติจำเพาะของวัตถุดิบ และผลิตภัณฑ์สุดท้ายเป็นเรื่องจำเป็น ขนาดของเครื่องอบและเวลาที่ใช้ในการอบ จะส่งผลต่อปริมาณไฟฟ้า หรือปริมาณไอน้ำที่จำเป็นต้องใช้ในกระบวนการ เมื่อโรงงานนำมาตรการอนุรักษ์พลังงานมาใช้ ผู้ปฏิบัติงานจึงจำเป็นต้องรู้พื้นฐานของการอบแห้งและตู้อบแห้งเสียก่อน จึงจะสามารถนำมาตรการอนุรักษ์พลังงานมาใช้ให้ได้ประโยชน์สูงสุด

ความหมายของการอบแห้ง

การอบแห้ง (Drying) คือ การเอาน้ำออกจากวัสดุที่ต้องการทำให้ปริมาณน้ำในวัสดุนั้นลดลง (ความชื้นลดลง) โดยส่วนใหญ่วัสดุนั้นจะอยู่ในสถานะของแข็ง น้ำที่ระเหยออกจากวัสดุนั้นอาจจะไม่ต้องระเหยที่จุดเดือดแต่ใช้อากาศพัดผ่านวัสดุนั้นเพื่อดึงน้ำออกมา วัสดุจะแห้งได้มาก-น้อยจะขึ้นอยู่กับธรรมชาติของมันด้วย ในการอบ เมื่อทำให้ของเหลวในวัตถุดิบระเหยเป็นไอ จะได้ผลิตภัณฑ์ของแข็งที่มีสัดส่วนของของเหลวต่ำลง ซึ่งนอกจากจะมีกรณีที่วัตถุดิบมีสภาพเป็นของแข็งที่เปียกชื้นแล้ว ยังมีกรณีที่อบของเหลวข้น(slurry) หรือของเหลวใสเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ผงอีกด้วย

เครื่องอบโดยมากมักจะเป็นส่วนสุดท้ายของกระบวนการผลิต โดยผลิตภัณฑ์ที่อบแล้วจะกลายเป็นผลิตภัณฑ์สำเร็จทันที ดังนั้น การอบไม่สม่ำเสมอ เช่น ไม่แห้งหรือแห้งเกินไป และรูปร่างของผลิตภัณฑ์ เช่น วัตถุดิบเป็นก้อน รวมทั้งปริมาณผลได้ (yield) จึงเป็นสิ่งที่ต้องให้ความสนใจ นอกจากนี้ความร้อนแฝงของการระเหยของของเหลวจะมีค่าสูง การอบจึงสิ้นเปลืองพลังงานมาก การจัดการพลังงานความร้อนจึงเป็นปัญหาที่สำคัญ

อัตราความชื้น

ในการแสดงปริมาณน้ำที่มีอยู่ในวัตถุดิบ จะสามารถแสดงได้ด้วยปริมาณน้ำต่อปริมาณมวลรวมเปียก (ค่า wet base) หรือปริมาณน้ำต่อปริมาณวัตถุดิบแห้ง (ค่า dry base)   ในขณะที่อบมวลรวมจะเปลี่ยนแปลงไปด้วย เมื่อคำนวณความชื้นแบบ wet basis จะทำให้ค่าความชื้นเปลี่ยนแปลงอย่างไม่สม่ำเสมอ ดังนั้นในการคำนวณทางอุตสาหกรรม จะใช้ค่าความชื้น ที่คำนวณแบบ dry basis ซึ่งมวลแห้งเป็นฐานในการคำนวณ เนื่องจากมวลแห้งนี้มีค่าคงที่ตลอดการอบ จึงมีความสะดวกมากกว่า ถ้าให้ความชื้นที่ wet basis เท่ากับ ω_w และให้ความชื้นที่ dry basis เท่ากับ ω_d แล้ว ค่าทั้งสองจะมีความสัมพันธ์กันดังต่อไปนี้

อัตราเร็วในการอบกับเส้นกราฟแสดงสมบัติการอบ

เมื่อนำวัตถุดิบที่จะอบซึ่งเปียกชื้นอย่างเพียงพอถึงผิวหน้ามาแขวนไว้ในกระแสลมร้อน แล้วติดตามตรวจวัดอัตราความชื้นกับอุณหภูมิของวัตถุดิบนั้น โดยทั่วไปจะได้ผลลัพธ์ดังรูป 1

ซึ่งกลไกการอบสามารถแบ่งได้เป็น 3 ระยะที่มีลักษณะแตกต่างกัน กล่าวคือ (I) ช่วงอุ่นวัตถุดิบ (II) ช่วงอบด้วยอัตราเร็วคงที่ (III) ช่วงอบด้วยอัตราเร็วลดลง

รูปที่ 1 แสดงการเปลี่ยนแปลงของอัตราความชื้นกับอุณหภูมิของวัตถุดิบ

(I) ช่วงอุ่นวัตถุดิบ

ช่วง I เป็นช่วงที่อุณหภูมิของวัตถุดิบจะค่อยๆ เพิ่มขึ้นจากอุณหภูมิตั้งต้น (อุณหภูมิห้อง) จนถึงอุณหภูมิสมดุลที่ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขการอบ เรียกว่า ช่วงอุ่นวัตถุดิบ ในกรณีที่วัตถุดิบได้รับความร้อนด้วยการพาความร้อนโดยลมร้อน อุณหภูมิสมดุลนี้จะมีค่าเท่ากับอุณหภูมิกระเปาะแห้งของลมร้อนนั้น

(II) ช่วงอบด้วยอัตราเร็วคงที่

ในช่วง II วัตถุดิบจะมีอุณหภูมิคงที่ ปริมาณความร้อนทั้งหมดที่ได้รับจะถูกใช้ไปในการระเหยความชื้นเท่านั้น ชั้นของการระเหยจะเกิดที่ผิวหน้าของวัตถุดิบโดยอัตราเร็วในการอบจะมีค่าคงที่ ช่วงนี้เรียกว่า ช่วงอบด้วยอัตราเร็วคงที่ ซึ่งจะดำเนินไปตราบเท่าที่มีความชื้นอิสระให้ระเหยอยู่ที่ผิวหน้าของวัตถุดิบ โดยอัตราความชื้นของวัตถุดิบจะลดลงด้วยอัตราเร็วคงที่

(III) ช่วงอบด้วยอัตราเร็วลดลง

เมื่ออบไปเรื่อยๆ จนปริมาณความชื้นที่ผิวหน้าวัตถุดิบแห้งลง และความชื้นภายในเนื้อวัตถุดิบเริ่มลดลง ความชื้นอิสระภายในตัววัตถุดิบจะซึมขึ้นมาทดแทน ให้ทันกับอัตราเร็วในการระเหยที่ผิวหน้า จึงเริ่มเข้าสู่ช่วงที่ III ได้แก่ ช่วงอบด้วยอัตราเร็วลดลง ชั้นของการระเหยจะค่อยๆ เลื่อนลงลึกเข้าไปในเนื้อวัตถุดิบ อุณหภูมิของวัตถุดิบจะเริ่มเข้าใกล้อุณหภูมิของลมร้อนจากบริเวณพื้นผิว ในการอบความร้อนจะต้องเข้าไปถึงภายในเนื้อวัตถุดิบ นอกจากนี้ความร้อนส่วนหนึ่งยังต้องใช้ไปในการให้ความร้อนตัววัตถุดิบเองอีกด้วย อัตราเร็วในการอบจึงค่อยๆ ลดลงตามเวลาที่ผ่านไป

ความสามารถในการดูดซับความชื้นของวัสดุชื้น กับกลไกการเคลื่อนที่

สภาพของความชื้นที่มีอยู่ภายในวัตถุดิบชื้นเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุดที่มีอิทธิพลต่อกลไกการเคลื่อนที่ของความชื้น ในวัตถุดิบเปียกนอกจากจะมีความชื้นในรูปน้ำอิสระแล้ว ยังมีน้ำ adsorption water ที่เกาะติดกับพื้นผิวของแข็ง ความชื้น bonding water และไอน้ำในช่องว่างอีกด้วย

ตารางที่ 1 จะแบ่งความชื้นในวัตถุดิบออกตามสภาพของความชื้น โดยอธิบายความสามารถในการอุ้มน้ำภายในวัตถุดิบ กลไกการเคลื่อนที่ของความชื้น และความดันไอของน้ำของวัตถุดิบต่างๆ ต่อไปนี้โดยละเอียด

ตารางที่ 1 สภาพการอุ้มความชื้นภายในวัตถุดิบเปียก

(1) วัสดุ non-hydrophilic

หมายถึงกรณีที่พื้นผิวที่เป็นองค์ประกอบของของแข็งไม่สามารถดูดความชื้น หรือดูดความชื้นได้น้อยมาก จนปริมาณความชื้นสูงสุด (ปริมาณน้ำ) มีค่าน้อยมากเมื่อเทียบกับมวลสัมบูรณ์ของของแข็ง น้ำที่เกาะอยู่บนผิวของวัสดุเหล่านี้จะมีลักษณะดังนี้ ถ้าวัสดุนั้นมีลักษณะ

ของแข็งตันผิวมัน : น้ำจะอยู่ในสภาพน้ำเกาะผิวหน้าที่ทำให้พื้นผิวอนุภาคเปียก

ของแข็งผิวหยาบ : ภายในของแข็งที่มีรูพรุน เช่น อิฐ จะเสมือนมีหลอด capillary ขนาดต่างๆ เป็นจำนวนมาก ด้วยแรง capillary suction force ที่เกิดจากแรงตึงผิวของน้ำ จะดึงดูดน้ำไว้ในสภาพ capillary water เมื่อการอบดำเนินไป น้ำ capillary water นี้จะเคลื่อนที่ไปในสถานะของเหลว เหลือแต่น้ำ suspended water ในช่องว่าง น้ำที่เหลือนี้ไม่สามารถเคลื่อนที่ไปในสถานะของเหลวได้ โดยทั่วไปจะระเหยเป็นไอไปในช่วงการอบด้วยอัตราเร็วลดลง ณ ตำแหน่งเดิม แล้วไอน้ำจะแพร่ไปในรูเล็กๆ ออกไปที่พื้นผิว

ของแข็งผิวละเอียด : กรณีที่มีอนุภาคคอลลอยด์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางไม่เกิน 1 μm แขวนลอยอยู่ในน้ำ ระหว่างอนุภาคจะมีแรงผลักทางไฟฟ้าซึ่งเกิดจากประจุขั้วเดียวกันบนพื้นผิวอนุภาค ซึ่งจะทำพยายามให้อนุภาคอยู่ห่างจากกันและดูดน้ำเข้ามา แรงดึงดูดนี้เรียกว่า osmotic suction force

(2) วัสดุ hydrophilic

หมายถึงวัสดุที่พื้นผิวของแข็งที่เป็นองค์ประกอบของวัสดุมีสมบัติดูดความชื้น หรือวัสดุที่ตัวของแข็งเองมีสมบัติ adsorption กับน้ำ โดยน้ำที่เกาะอยู่บนผิวของวัสดุเหล่านี้จะมีลักษณะดังนี้

ของแข็งมีรูพรุน : น้ำที่มีอยู่ในช่องว่างในวัสดุในช่วงความชื้นสูงจะเป็นน้ำอิสระ ซึ่งมีพฤติกรรมเหมือนกับกรณีของวัสดุ non-hydrophilic เมื่ออัตราความชื้นลดลง น้ำอิสระนี้จะหายไปก่อน หลังจากนั้นจะเกิดการเคลื่อนที่และระเหยของน้ำ bonding water (น้ำ adsorption water และ absorption water) ความดันไอของน้ำนั้นจะขึ้นอยู่กับทั้งอุณหภูมิและอัตราความชื้น

วัสดุที่มีลักษณะเป็น cytoplasm : กรณีที่เซลล์หนึ่งๆ อิ่มตัวอยู่ด้วยน้ำอย่างเพียงพอ ทั้ง cytoplasm และช่องว่างภายในเซลล์จะอิ่มตัวไปด้วยน้ำ เมื่ออัตราความชื้นลดลง น้ำในช่องว่างภายในเซลล์จะหายไปก่อน หลังจากนั้นน้ำใน cytoplasm ซึ่งจะเริ่มหายไป และ cytoplasm จะเกิดการหดตัว

(3) วัสดุเนื้อเดียว (homogeneous)

โมเลกุลน้ำในวัสดุเนื้อเดียว เช่น สารละลายไฮโพลิเมอร์ สบู่ ฯลฯ โดยทั่วไปจะละลาย หรือเกิด affinity กับองค์ประกอบของแข็ง ขณะที่น้ำมีความเข้มข้นสูง จะมีความดันไอเกือบเท่ากับน้ำอิสระ แต่เมื่อน้ำมีความเข้มข้นลดลง ความดันไอจะลดลงอย่างรวดเร็ว และปริมาตรของวัตถุดิบจะหดตัวจนมีค่าเท่ากับปริมาตรเมื่อไม่มีน้ำ

อัตราเร็วในการอบ (drying rate)

(1) อัตราเร็วในการอบคงที่

ในช่วงอบด้วยอัตราเร็วคงที่ ปริมาณความร้อนที่ได้รับทั้งหมดจะถูกใช้ไปในการระเหยความชื้น เกิดเป็นสภาพสมดุลจลน์ขึ้น โดยวัตถุดิบจะมีอุณหภูมิคงที่ที่ T_m และอัตราเร็วในการอบจะขึ้นอยู่กับเงื่อนไขภายนอกเป็นส่วนใหญ่ คืออุณหภูมิ T และความชื้น H ของลมร้อน อัตราเร็วในการอบคงที่ R_A จะสามารถแสดงได้ดังสมการต่อไปนี้

ในที่นี้สัญลักษณ์ θ แทนเวลา [s] สัญลักษณ์ α แทนสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน [W/(m²·K)] สัญลักษณ์ k_H แทน  mass transfer coefficient [kg/(s·m²·(kg-น้ำ/kg-อากาศแห้ง))] สัญลักษณ์ λ แทนความร้อนแฝงของการระเหย [J/kg-น้ำ]

กรณีที่ได้รับความร้อนจากลมร้อนเท่านั้น T_m จะมีค่าเท่ากับอุณหภูมิกระเปาะเปียก T_w ของลมร้อน

อัตราเร็วในการอบจะคำนวณได้จากสูตรข้างต้น ในที่นี้ ความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอของน้ำ λ [J/kg-น้ำ] จะใช้ค่าที่อุณหภูมิ T_w (อุณหภูมิกระเปาะเปียก)

(2) อัตราเร็วในการอบด้วยอัตราเร็วลดลง

อัตราเร็วในการอบวัตถุดิบของแข็ง จะขึ้นอยู่กับสมบัติของวัตถุดิบและเงื่อนไขการอบ แต่รูปร่างของเส้นกราฟคุณลักษณะการอบในช่วงอัตราเร็วลดลงนี้จะขึ้นอยู่กับเงื่อนไขภายใน ได้แก่ ลักษณะของวัตถุดิบ สมบัติของความชื้นภายในวัตถุที่มีอยู่ ฯลฯ มากกว่าเงื่อนไขการอบภายนอก เช่น อุณหภูมิ ความชื้น ความเร็วของลมร้อน ฯลฯ เมื่อทำการวัดเส้นกราฟอัตราเร็วในช่วงอัตราเร็วลดลงของวัสดุต่างๆ จะแบ่งได้เป็น 4 ประเภทดังรูป 2

รูปที่ 2 เส้นกราฟอัตราเร็วในการอบในช่วงอัตราเร็วลดลง

ในจำนวนประเภทต่างๆ ข้างต้น รูป (a) จะพบได้ในกรณีที่อนุภาคของวัตถุดิบมีน้ำอยู่ในรูปที่ค่อนข้างเป็นอิสระ กล่าวคือ การอบหยดของเหลว เยื่อบาง อนุภาคขนาดเล็กที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางไม่เกิน 5 mm เป็นต้น รูป (b) พบได้ในอนุภาคขนาดจิ๋วที่มีสมบัติ non-hydrophilic หรือวัสดุที่มีลักษณะเป็นเส้นใยสั้นๆ เป็นต้น ทั้งรูป (a) และ (b) เป็นวัสดุที่น้ำจะเคลื่อนที่สู่ผิวหน้าด้วยแรง capillary  ช่วงอัตราเร็วลดลงขั้นที่ 1 รูป (d) โดยมากจะพบในการอบสารเนื้อเดียว เช่น สบู่ กาว เจลาติน ฯลฯ ซึ่งไม่มีช่วงอบด้วยอัตราคงที่ โดยอัตราความชื้นที่ผิวจะลดลงอย่างรวดเร็วจนเท่ากับอัตราความชื้นสมดุลกับลมร้อน หลังจากนั้น การแพร่ของน้ำภายในวัตถุดิบจะมีอิทธิพลเด่นชัดที่สุด  การอบรูป (c) วัตถุดิบมีสมบัติระหว่าง (a), (b) กับ (d) โดยช่วงอัตราการอบแห้งลดลง จะมี 2 ช่วง คือหลังจากเกิดช่วงอัตราเร็วลดลงขั้นที่ 1 แล้วจะเข้าสู่ช่วงอัตราเร็วลดลงขั้นที่ 2 โดยกรณี (ก) จะพบในวัสดุที่มี osmotic water เช่น ดินเหนียว และกรณี (ข) เป็นรูปที่ทั่วไปที่สุด พบได้ในวัสดุหล่อ ชั้นตะกอน เป็นต้น

ระยะเวลาที่ต้องใช้ในการอบโดยคร่าวๆ สำหรับรูป (a), (b) จะแปรผันตามความหนาของวัสดุ ขณะที่รูป (d) จะแปรผันตามความหนาของวัตถุดิบกำลังสอง ส่วนรูป (c) จะอยู่ระหว่างทั้งสองแบบข้างต้น

ประเภทของเครื่องอบกับการเลือกใช้

(1) ขั้นตอนการเลือก

ลักษณะของวัตถุดิบที่จะนำมาอบจะมีความหลากหลาย ในการเลือกตู้อบจะยึดตามลักษณะความชื้นของวัตถุดิบเป็นหลัก หลังจากนั้นจึงพิจารณาถึงปริมาณการผลิต รูปแบบของกระบวนการ (ต่อเนื่องหรือ batch) รวมทั้งคุณลักษณะของกระบวนการและคุณลักษณะของตู้อบ เพื่อกำหนดเงื่อนไขการเดินเครื่อง พิจารณาขนาดกำลังการผลิตของตู้อบ เลือกอุปกรณ์ประกอบต่างๆ รวมทั้งเครื่องป้อน-ถ่ายวัตถุดิบออกจากตู้อบ แล้วคำนวณค่าเครื่องจักรและค่าใช้จ่ายในการเดินเครื่อง เมื่อออกแบบพื้นฐานได้เป็นรูปธรรมแล้ว ยังต้องทำการทดสอบอบภายใต้เงื่อนไขที่ใกล้เคียงที่สุดกับเงื่อนไขการอบที่คาดการเอาไว้อีกด้วย ในการทดสอบจะทำการตรวจสอบคุณลักษณะการอบ คุณภาพของผลิตภัณฑ์ พฤติกรรมของวัตถุดิบภายในเครื่องอบ ฯลฯ ผลจากการทดสอบ อาจทำให้ต้องย้อนกลับไปพิจารณาเลือกชนิดของตู้อบใหม่เลยก็ได้ การทดสอบจะเป็นสิ่งที่สำคัญมากโดยเฉพาะอย่างยิ่งกรณีที่ไม่สามารถคาดการเกี่ยวกับคุณลักษณะของวัตถุดิบได้

(2) การแบ่งประเภท

ตารางที่ 2 จะแบ่งประเภทตู้อบเอาไว้ตามวิธีการรับความร้อนและสภาพของวัตถุดิบภายในตู้อบ ในจำนวนตู้อบประเภทต่างๆ จะมีสมบัติที่สำคัญดังต่อไปนี้

ตารางที่ 2 เครื่องอบประเภทต่างๆ

(2.1) วิธีรับความร้อนด้วยลมร้อน

(2.1.1) ตู้อบแบบแฟลช (flash dryer)

ตู้อบแบบนี้จะใช้วิธีเป่าวัตถุดิบที่เป็นผงชื้นเข้าไปในกระแสลมอุณหภูมิสูงภายในท่อตั้ง ลมจะเป่าวัตถุดิบให้ปลิวฟุ้งเพื่ออบให้แห้งอย่างรวดเร็ว ผงวัตถุดิบเมื่อแห้งแล้วจะลอยออกไปกับลมร้อน และเข้าสู่กระบวนการแยกด้วยการกรอง หรือใช้ไซโคลนอีกขั้นตอนหนึ่ง ตู้อบชนิดนี้เป็นมีโครงสร้างง่ายที่สุด แต่เนื่องจากมีระยะเวลาอบสั้นเพียงไม่กี่วินาที จึงไม่เหมาะกับการอบขั้นสุดท้าย อย่างไรก็ตาม เนื่องจากวัตถุดิบจะปลิวฟุ้งอยู่ในกระแสอากาศ อัตราความชื้นวิกฤตจึงมีค่าต่ำมาก นอกจากนั้น ยังเดินเครื่องด้วยกระแสราบเรียบ จึงสามารถใช้ลมร้อนอุณหภูมิสูง 400-600 °C ได้ ดังนั้นจึงมีประสิทธิภาพความสูง รูป 3 แสดงตัวอย่างของเครื่องอบแบบนี้

รูปที่ 3 เครื่องอบ flash dryer

(2.1.2) ตู้อบแบบสเปรย์ (spray dryer)

วิธีอบของเครื่องอบแบบสเปรย์ จะใช้กับสารละลาย และวัตถุดิบที่มีลักษณะเป็นของเหลวข้น (slurry) และครีม ดังนั้น จึงมีวิธีการแตกต่างไปจากวิธีอบน้ำที่เกาะบนอนุภาคทั่วไป โดยนำวัตถุดิบเหล่านี้ไปพ่นเป็นละอองในกระแสอากาศให้ความร้อน เพื่อให้แห้งเป็นผงก่อนที่จะตกลงมา เนื่องจากในช่วงแรกวัตถุดิบจะมีอัตราความชื้นสูง จึงต้องใช้ปริมาณความร้อนในการระเหยต่อผลิตภัณฑ์หนึ่งหน่วยมวลที่มีค่าสูง แต่การอบจะเสร็จสิ้นในเวลารวดเร็วมาก และอนุภาคของผลิตภัณฑ์จะไม่ต้องสัมผัสกับอุณหภูมิสูง วิธีนี้จึงสามารถอบสารที่ไม่เสถียรต่อความร้อนได้ ทำให้ได้อนุภาคเป็นเม็ดกลมกลางอากาศ และยังสามารถปรับขนาดของอนุภาคได้สะดวกด้วยการปรับหัวพ่นละออง  และด้วยสมบัติที่ดีเหล่านี้ จึงนำตู้อบแบบนี้มาใช้กับการอบอาหาร  ผงซักฟอก เป็นต้น หลักการทำงานแสดงไว้ในรูป 4

รูปที่ 4 ตู้อบ spray dryer

(2.1.3) ตู้อบ drying tumbler

ตู้อบ drying tumbler เป็นเครื่องอบแบบต่อเนื่องที่สำคัญแบบหนึ่ง การเดินเครื่องจะมีเสถียรภาพสูง ใช้กับการอบผงวัตถุดิบที่มีความชื้นต่ำ (ปุ๋ย ถ่านหิน สีอนินทรีย์ เป็นต้น) และมีปริมาณ
วัตถุดิบมาก

หลักการทำงานแสดงไว้ในรูปที่ 5 โดยภายในทรงกระบอกซึ่งวางเอียงจะมีครีบสำหรับกวนวัตถุดิบ และเพื่อให้วัตถุดิบสัมผัสกับลมร้อนที่เป่าเข้ามา ทิศทางการป้อนวัตถุดิบและลมร้อนแบ่งเป็นแบบสวนทาง (countercurrent flow) กับแบบป้อนทางเดียวกัน (concurrent flow) วัตถุดิบในตู้จะหล่นลงมาจากครีบกวนเพื่อสัมผัสกับลมร้อนเป็นครั้งๆ

รูปที่ 5 เครื่องอบ drying tumbler

ตู้อบแบบ concurrent flow วัตถุดิบจะสัมผัสกับลมร้อนอุณหภูมิสูง แต่อุณหภูมิของวัตถุดิบจะเท่ากับอุณหภูมิกระเปาะแห้งของลมร้อนนั้น ที่ส่วนท้ายของเครื่องอบซึ่งวัตถุดิบเกือบแห้งแล้ว จะมีการลดอุณหภูมิของลมร้อนลง จึงช่วยรักษาคุณภาพของวัตถุดิบได้ แต่จะทำให้ลดความชื้นในผลิตภัณฑ์ให้ต่ำลงมากๆได้ยาก แต่ถ้าใช้ตู้อบแบบ countercurrent flow จะสามารถทำให้ผลิตภัณฑ์มีความชื้นต่ำได้ตามต้องการ แต่ไม่เหมาะสมจะใช้กับวัตถุดิบที่ไวต่อความร้อน เพราะจะวิธีนี้จะทำให้วัตถุดิบมีอุณหภูมิสูงอย่างสม่ำเสมอตลอดความยาวของตู้

(2.1.4) ตู้อบแบบ fluidized bed dryer

ใช้วิธีเป่าลมร้อนเข้าไปจากด้านล่างของชั้นวัตถุดิบที่เป็นผงที่วางบนแผ่นที่มีรูพรุน เพื่อให้ผงวัตถุดิบลอยขึ้นและมีการเคลื่อนไหวเสมือนตัวมันเป็นของไหล ตัวอย่างแสดงไว้ในรูปที่ 6 ตู้อบแบบนี้จะมีจุดเด่นดังต่อไปนี้

- ผงวัตถุดิบจะสัมผัสกับก๊าซอย่างรุนแรงจึงมีค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนสูงและเนื่องจากอัตราส่วนพื้นที่ต่อปริมาตรของผงวัตถุดิบมีค่ามาก จึงมีการถ่ายเทความร้อนรวมได้มาก

- แต่ละอนุภาคจะกระทบกันอย่างรุนแรงในขณะที่ถูกกวนไปมา ทำให้วัตถุดิบมีอุณหภูมิสม่ำเสมอ

- ระยะเวลาเฉลี่ยที่อยู่ในเครื่องอบสามารถปรับให้เป็นเท่าใดก็ได้ จึงเหมาะกับวัตถุดิบที่ต้องใช้เวลานานในการอบหรือผลิตภัณฑ์ที่มีอัตราความชื้นต่ำ

ส่วนข้อเสียมีดังต่อไปนี้

- ไม่สามารถใช้กับวัตถุดิบที่มีความชื้นสูงและมีการเกาะตัว / รวมตัวสูง เพราะจะไม่สามารถทำให้เกิดสภาพ fluidized ได้

- อนุภาคจะกระเด็นออกมาพร้อมกับก๊าซได้ง่าย

- แผ่นกระจายก๊าซและ fluidized bed ทำให้เกิดความดันสูญเสียสูงจึงต้องใช้ blower เพื่อเป่าอากาศที่มีกำลังสูง

รูปที่ 6 ตู้อบ fluidized bed dryer

(2.1.5) ตู้อบแบบถาด (tray dryer)

ตู้อบแบบนี้ จะนำวัตถุดิบวางไว้ในถาด ตะแกรง หรือแผ่นที่มีรูพรุน แล้วเป่าลมร้อนขนานไปกับผิวหน้าวัตถุดิบ หรือเป่าตั้งฉากกับก้นถาดที่ยอมให้ลมผ่านได้ ลมร้อนจะผ่านเข้าไปในชั้นวัตถุดิบ เนื่องจากจะใช้ลมร้อนที่มีความเร็วไม่สูงนัก วัตถุดิบจึงยังอยู่นิ่ง ไม่ก่อให้เกิดการสั่นสะเทือนหรือการกระแทกใดๆ ไม่เกิดความเสียหายจากการแตกหัก ตู้อบแบบนี้จะทำงานแบบกะ (batch) จึงเหมาะกับวัตถุดิบที่ต้องการอบด้วยการควบคุมภายใต้เงื่อนไขการอบเข้มงวด หรืออบวัตถุดิบหลายๆ ชนิดแต่จำนวนน้อยๆ หรือใช้กับการควบคุมแบบโปรแกรมซึ่งค่อยๆ ปรับอุณหภูมิไปตามความเหมาะสม รูปที่ 7 แสดงตัวอย่างของ tray dryer

รูปที่ 7 เครื่องอบ tray dryer

(2.1.6) ตู้อบแบบอุโมงค์ (tunnel dryer) และ แบบสายพาน (band dryer) แบบต่อเนื่อง

ตู้อบแบบอุโมงค์ จะมีรถเข็น (รูปที่ 8) สำหรับเข็นพาวัตถุดิบเข้าในอุโมงค์ แต่ถ้าวัตถุดิบเป็นแผ่นบาง เช่น กระดาษ จะสอดวัตถุดิบผ่านลูกกลิ้งบน-ล่าง ให้ลูกกลิ้งดึงวัตถุดิบเข้าไป แล้วเป่าลมร้อนให้วัตถุดิบเพื่ออบให้แห้ง

ตู้อบแบบสายพานลำเลียง จะวางวัตถุดิบไว้บนสายพานที่ทำจากแผ่นโลหะหรือยางที่มีรูพรุนซึ่งถูกขับเคลื่อนโดยมอเตอร์ผ่านมู่เลย์ เพื่อให้วัตถุดิบเคลื่อนตัวสัมผัสกับลมร้อนแล้วทำการอบอย่างต่อเนื่อง รูปที่ 9 แสดงเครื่องอบแบบสายพานลำเลียง

ในเครื่องอบแบบอุโมงค์ และ แบบสายพานลำเลียง จะมีการติดตั้ง blower ที่ส่วนต่างๆ ของเครื่องอบ แล้วใช้ blower แต่ละตัวในการดูดหรือระบายลมร้อนเพื่อเพิ่มอัตราเร็วในการอบ หรือมีการพ่นลมร้อนส่วนหนึ่งแบบ concurrent flow หรือ countercurrent flow กับวัตถุดิบเพื่อหมุนเวียนลมร้อนด้วย blower แต่ละตัว

รูปที่ 8 เครื่องอบ tunnel dryer

รูปที่ 9 เครื่องอบ through-flow band dryer

(2.1.7) ตู้อบ nozzle jet dryer

เป็นตู้อบที่ใช้อบวัตถุดิบลักษณะแผ่นบางหรือของเหลวที่เคลือบผิวหน้าวัตถุ โดยการพ่นลำลมร้อนจาก slot หรือ nozzle ลงไปให้ตั้งฉากกับเป้าหมาย วัตถุดิบจะถูกอบระหว่างที่เคลื่อนที่ไปบนลูกกลิ้ง แต่จะเป็นการอบเพียงด้านเดียว ซึ่งจะแบ่งเป็นแบบ arch vent แบบสายพานนอน ส่วนในการอบสองด้านจะใช้แบบ floating

(2.2) วิธีรับความร้อนด้วยการนำความร้อน

(2.2.1) ตู้อบแบบ bezel stirring dryer

ตู้อบนี้จะมีของเหลวซึ่งเป็นตัวกลางให้ความร้อนไหลอยู่ในใบพัดและแจ็กเก็ตซึ่งข้างในกลวง ขณะที่ให้ความร้อนจะมีการกวน โดยตัวใบพัดกวนจะทำหน้าที่เป็นพื้นผิวถ่ายเทความร้อน พื้นที่ถ่ายเทความร้อนต่อปริมาตรภาชนะจึงมีค่าสูง ไม่ต้องใช้ลมแรง ดังนั้นจึงสามารถระบายอากาศออกได้ง่าย และมีประสิทธิภาพความร้อนสูง ตัวอย่างแสดงไว้ในรูปที่ 10

รูปที่ 10 ตู้อบแบบ bezel stirring dryer

(2.2.2) เครื่องอบแบบถังหมุน drum dryer

เครื่องอบ drum dryer เป็นเครื่องอบที่ทำหน้าที่อบวัตถุดิบที่เป็นของเหลว เป็นครีม หรือเป็นโคลนให้แห้งจนเป็นของแข็ง โดยป้อนวัตถุดิบที่ต้องการให้ทำให้แห้งมาเคลือบเป็นชั้นบางที่ผิวหน้าของถังหมุน ขณะที่ถังกำลังหมุน จะมีการป้อนไอน้ำเข้าไปภายในถังหมุน ความร้อนจะส่งผ่านผนังถัง ส่วนวัตถุดิบที่แห้งแล้วจะถูกขูดออกโดยใช้ knife edge การอบแบบนี้จะใช้เวลาในการอบสั้น และมีอัตราเร็วในการอบสูง จึงได้เปรียบกว่าในการใช้กับวัตถุดิบที่เสื่อมสภาพจากความร้อนได้ง่าย รูปที่ 11 แสดงเครื่องอบ drum dryer

รูปที่ 11 เครื่องอบแบบ drum dryer

(2.2.3) เครื่องอบภายใต้สุญญากาศ (vacuum dryer)

เครื่องอบ vacuum dryer จะใช้หลักการว่า เมื่อวางวัตถุดิบที่จะอบไว้ในสุญญากาศอ่อนๆ แล้วให้ความร้อน ผลต่างความดันระหว่างความดันไอของตัวทำละลายกับสุญญากาศที่ผิวหน้าตัวทำละลาย จะทำให้ตัวทำละลายในวัตถุดิบระเหยเป็นไอออกมา และเนื่องจากอุณหภูมิระเหยจะขึ้นอยู่กับระดับความเป็นสุญญากาศ ดังนั้น จึงเหมาะกับวัตถุดิบที่เสื่อมสภาพง่ายต่อความร้อน จึงใช้การอบแบบนี้ในอุตสาหกรรมเวชภัณฑ์และอาหาร โดยทั่วไปอุตสาหกรรมเวชภัณฑ์จะมีการผลิตเป็นจำนวนไม่มาก จึงมักเดินเครื่องอบแบบ batch และใช้การอบบนถาด ส่วนในอุตสาหกรรมอาหาร ในแง่ของความคุ้มทุนจะต้องผลิตเป็นจำนวนมาก ส่วนมากจึงใช้เครื่องอบต่อเนื่องแบบลำเลียงด้วยสายพาน (รูปที่ 12)

รูปที่ 12 เครื่องอบ vacuum dryer แบบต่อเนื่อง

(2.2.4) เครื่องอบ freeze dryer

เมื่อนำวัตถุดิบที่มีน้ำอยู่ไปแช่แข็งที่อุณหภูมิประมาณ –30°C จนน้ำในวัตถุดิบแข็งตัวเป็นน้ำแข็ง แล้วนำไปวางไว้ในสุญญากาศอ่อนๆ แล้วให้ความร้อนเพียงเล็กน้อย ผลึกน้ำแข็งในวัตถุดิบนั้นจะระเหิดกลายเป็นไอในระยะเวลาอันสั้น เครื่องอบที่ใช้ปรากฏการณ์ระเหิดโดยไม่ผ่านสถานะของเหลวนี้ เรียกว่า เครื่องอบ vacuum freeze dryer (รูปที่ 13) โดยจะทำงานในสภาพที่วัตถุดิบแช่แข็งอยู่ ดังนั้น จึงใช้กับการอบวัตถุดิบที่เสี่ยมสภาพได้ง่ายต่อความร้อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งได้นำมาใช้กันมากในการอบเวชภัณฑ์ จุลินทรีย์ อาหารที่มีสรรพคุณเฉพาะทางซึ่งไม่ต้องการให้เปลี่ยนสภาพด้วยความร้อน รวมทั้งการอบอาหารที่เน้นเรื่องกลิ่นหอม เช่น กาแฟสำเร็จรูป หรือการอบอาหารที่มีของแข็งรวมอยู่ด้วย เช่น แกงสำเร็จรูป เป็นต้น

รูปที่ 13 เครื่องอบ vacuum freeze dryer

(2.3) วิธีรับความร้อนด้วยลมร้อน

(2.3.1) เครื่องอบอินฟราเรด เครื่องอบไมโครเวฟ

การแผ่รังสีอินฟราเรดและแผ่รังสีไมโครเวฟเป็นการปลดปล่อยพลังงานในรูปคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า การแผ่รังสีอินฟราเรดจะใช้ช่วงความยาวคลื่น 0.76-1000 μm ส่วนไมโครเวฟมีความยาวคลื่น 1-1000 mm (โดยทั่วไปเราจะแสดงความถี่ด้วยความยาวคลื่น ซึ่งเทียบเท่ากับความถี่ 300 MHz-300 GHz) ทั้งนี้ เนื่องจากความยาวคลื่นมีค่าแตกต่างกันถึงแสนเท่า กลไกการกำเนิดความร้อนและอุปกรณ์ต่างๆ จึงมีความแตกต่างกันอย่างมาก

ในการแผ่รังสี near infrared ซึ่งใช้หลอดไฟอินฟราเรด รังสีจะทะลุทะลวงเข้าไปในเนื้อวัตถุดิบได้น้อยมาก ตั้งแต่อดีตที่ผ่านมาจึงใช้ในการอบน้ำยาเคลือบ หมึกพิมพ์ หรือกาว

รังสี far infrared หรือคลื่นไมโครเวฟสามารถทะลุทะลวงเข้าไปในเนื้อวัตถุได้มาก หากใช้ในการอบช่วงอัตราเร็วลดลงจะมีประสิทธิผลสูง และสามารถป้องกันการให้ความร้อนมากเกินไปในช่วงอบด้วยอัตราเร็วลดลงได้ จึงใช้ในการอบเวชภัณฑ์และอาหารต่างๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในปัจจุบัน มีการอบอาหารด้วย far infrared กันมาก

การป้อนความร้อนแฝงในการระเหยที่ต้องใช้ในการอบในรูปพลังงานการแผ่รังสีทั้งหมดจะทำให้ต้นทุนสูง ดังนั้น จึงมักใช้ร่วมกับการอบด้วยลมร้อนหรืออบด้วยการนำความร้อน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ในช่วงระเหยน้ำจากผิวหน้าซึ่งวัตถุดิบยังมีอัตราความชื้นสูงอยู่จะใช้วิธีอบด้วยลมร้อน เมื่ออัตราความชื้นลดต่ำลงและพื้นผิวระเหยเคลื่อนที่ลึกเข้าไปในเนื้อวัตถุดิบแล้ว จึงนำการอบด้วยการแผ่รังสีเหล่านี้มาใช้ร่วมด้วย จะทำให้ภายในวัตถุดิบมีอัตราความชื้นสม่ำเสมอและเพิ่มอัตราเร็วในการอบให้สูงขึ้น

สมดุลความร้อนของเครื่องอบกับประสิทธิภาพความร้อน

(1) วิธีรับความร้อนด้วยลมร้อน

ต่อไปนี้จะใช้เครื่องอบด้วยลมร้อนแบบมีการเปลี่ยนแปลงความดัน (diabatic) ดังรูป 14 (a) โดยจะคำนวณสมดุลความร้อนระหว่างวัตถุดิบกับลมร้อน ในการอบนั้นความชื้นจะดูดความร้อนแฝงเพื่อระเหยเป็นไอ จึงต้องคำนึงถึงสมดุลของความชื้นด้วย

รูปที่ 14 การอบด้วยลมร้อน 2 วิธี

ถ้าให้ปริมาณลมร้อนที่เป่าเข้าไปในเครื่องอบเท่ากับ G_a [kg-อากาศแห้ง/s] ให้ความชื้นของลมร้อนเท่ากับ H₀ ให้ความชื้นของอากาศชื้นที่ระบายออกเท่ากับ H_2a แล้ว ปริมาณน้ำที่ระเหยจากวัตถุดิบ = W_D (ω₁ – ω₂)

ในที่นี้ สัญลักษณ์ W_D แทนความเร็วในการป้อนวัตถุดิบโดยไม่คิดน้ำหนักความชื้น [kg/s] สัญลักษณ์ ω₁, ω₂ แทนความชื้นในวัตถุดิบที่คิดแบบ dry basis ก่อนและหลังการอบวัตถุดิบ

ต่อไปจะมาพิจารณาสมดุลความร้อน โดยปริมาณความร้อน q [W] ที่ถูกใช้ไปในเครื่องอบ จะเท่ากับผลบวกระหว่างปริมาณความร้อน q_E ที่ต้องใช้ในการระเหยความชื้น กับความร้อนสัมผัส q_H ที่ให้แก่วัตถุดิบเพื่อให้มีอัตราความชื้นตามที่ต้องการ และความร้อนสูญเสีย q_L ดังนั้น ถ้าให้ความร้อนจำเพาะ (humid heat) ของลมร้อนเท่ากับ c_H แล้ว จะทำดุลความร้อนในเครื่องอบ ได้ดังนี้

ส่วนปริมาณความร้อน q_T [W] ที่ได้รับจากเครื่องให้ความร้อนจะเท่ากับสมการข้างล่าง

ประสิทธิภาพความร้อน η ของเครื่องอบจะเท่ากับผลบวกระหว่างปริมาณความร้อน q_E ที่ต้องใช้ในการระเหยความชื้นกับความร้อนสัมผัส q_H ที่ให้แก่วัตถุดิบเพื่อให้มีอัตราความชื้นตามที่ต้องการ หารด้วยปริมาณความร้อน q_T ที่ต้องใช้ในการอบ

เมื่อพิจารณากรณีที่ไม่มีความร้อนสูญเสีย q_L จะได้ว่า

ตัวอย่างของเครื่องอบแบบนี้ได้แก่ drying tumbler, flash dryer, spray dryer ฯลฯ ซึ่งสามารถใช้ลมร้อนอุณหภูมิสูงได้

โดยทั่วไป ในเครื่องอบแบบอุโมงค์และแบบสายพานลำเลียง ซึ่งใช้ลมร้อนมีอุณหภูมิต่ำแต่มีปริมาณมาก จึงมักจะนำไอร้อนชื้นที่ระบายออกส่วนหนึ่งมาผสมกับอากาศภายนอกเพื่อนำความร้อนกลับมาใช้และเพิ่มประสิทธิภาพความร้อน ด้วยวิธีการหมุนเวียนเช่นนี้ จากสมดุลในทำนองเดียวกัน จะได้ว่า

ดังนั้น ในกรณีที่ไม่มีความร้อนสูญเสีย ประสิทธิภาพความร้อนจะเท่ากับสมการต่อไปนี้

เมื่อเปรียบเทียบเครื่องอบแบบหมุนเวียนลมร้อนกับแบบไม่หมุนเวียนโดยให้อุณหภูมิและปริมาณของลมร้อนที่เข้าออกเครื่องอบมีค่าเท่ากันแล้ว จากสมดุลที่จุดผสม หาก T₂ > T₀ แล้ว จะพบว่า T > T₀ ดังนั้น เครื่องอบแบบหมุนเวียนจึงมีประสิทธิภาพความร้อนสูงกว่า อย่างไรก็ตาม เราไม่สามารถกล่าวได้เสมอไปว่าเครื่องอบแบบหมุนเวียนจะมีความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์สูงกว่า เนื่องจากความชื้นระหว่างการอบในเครื่องอบแบบหมุนเวียนจะมีค่าสูงกว่าอากาศภายนอก ดังนั้น หากเพิ่มสัดส่วนของไอร้อนที่นำไปผสมกับอากาศภายนอกแล้ว ความชื้นจะเพิ่มสูงขึ้น ทำให้อัตราเร็วในการอบมีค่าต่ำลงและต้นทุนเครื่องจักรจะสูงขึ้น ดังนั้น จึงต้องหาค่าสัดส่วนที่จะนำไปหมุนเวียนที่เหมาะสมที่สุดโดยคำนึงถึงค่าใช้จ่ายรวม

(2) วิธีรับความร้อนด้วยการนำความร้อน

วิธีรับความร้อนด้วยการนำความร้อน โดยทั่วไปจะถ่ายเทความร้อนทางอ้อมจากแหล่งความร้อนผ่านผนังโลหะให้แก่วัตถุดิบที่จะอบ จะใช้ลมร้อนเพื่อการลำเลียงไอระเหยที่เกิดขึ้นเท่านั้น จึงมีความร้อนสูญเสียน้อยและมีประสิทธิภาพความร้อนสูง วิธีรับความร้อนด้วยลมร้อนจะมีประสิทธิภาพความร้อน 30-60% แต่วิธีรับความร้อนด้วยการนำความร้อนจะมีประสิทธิภาพความร้อนสูงถึง 70-90% และยิ่งวัตถุดิบมีอัตราความชื้นสูงเท่าใด ประสิทธิภาพความร้อนจะสูงขึ้นเท่านั้น

การคำนวณขนาดของเครื่องอบโดยเบื้องต้น

เมื่อหาค่าปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการอบได้แล้วยิ่งเครื่องอบมีปริมาตรเล็กเท่าใด ก็แสดงว่าสมรรถนะในการอบยิ่งสูงเท่านั้น กล่าวอีกนัยหนึ่งคือเครื่องอบที่มีปริมาตรเท่ากัน เครื่องอบที่อบวัตถุดิบแห้งเร็วกว่าจะมีสมรรถนะสูงกว่า

ในเครื่องอบที่รับความร้อนด้วยลมร้อน ปริมาณความร้อนที่ถ่ายเท q [W] จะเท่ากับ

ส่วนเครื่องอบแบบรับความร้อนด้วยการนำความร้อนทั้งแบบ batch และต่อเนื่อง

โดยสัญลักษณ์ V แทนปริมาตรของเครื่องอบ [m³] สัญลักษณ์ T แทนอุณหภูมิของลมร้อน [K] สัญลักษณ์ T_m แทนอุณหภูมิของวัตถุดิบ [K] สัญลักษณ์ (T – T_m)_lm แทนค่าเฉลี่ยล็อกการิทึมของผลต่างอุณหภูมิระหว่างลมร้อนกับวัตถุดิบที่ทางเข้าและทางออกเครื่องอบ สัญลักษณ์ αa แทนสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนต่อปริมาตร [W/(m³·K)] สัญลักษณ์ U แทนสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนรวม [W/(m²-พื้นที่ให้ความร้อนที่สัมผัสกับวัตถุดิบ·K)] สัญลักษณ์ A แทนพื้นที่ให้ความร้อนที่สัมผัสกับวัตถุดิบ [m²] สัญลักษณ์ T_k แทนอุณหภูมิของแหล่งความร้อน [K]

การลดค่า V หรือ A ที่จำเป็นในการให้ความร้อนที่กำหนดทำได้ดังต่อไปนี้

(1)   เพิ่มค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนต่อปริมาตร αa [W/(m³·K)]

(2)   เพิ่มผลต่างอุณหภูมิระหว่างลมร้อนกับวัตถุดิบหรือระหว่างแหล่งให้ความร้อนกับวัตถุดิบ โดยคำนึงถึงอุณหภูมิที่วัตถุดิบรับได้ด้วย

(3)   สำหรับวัตถุดิบที่มีลักษณะเป็นผง ทำการกวนหรือเป่าให้ฟุ้งกระจายในลมร้อนให้ดีขึ้น เป็นต้น

สัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนต่อปริมาตร αa จะขึ้นอยู่อย่างมากกับวิธีการสัมผัสระหว่างวัตถุดิบกับลมร้อนและกับประเภทของเครื่องอบ ตัวอย่างเช่น กรณีของตู้อบแบบถาด ที่เป็นชนิดให้อากาศไหลทางเดียวกับวัตถุดิบ จะมีค่า 200-350 W/(m³·K) แต่ตู้อบแบบสายพานลำเลียงที่มีอากาศร้อนพัดตั้งฉากกับการไหลของวัตถุดิบจะมีค่าสูงกว่า คือประมาณ 800-2300 W/(m³·K)

มาตรการอนุรักษ์พลังงาน

การอบเป็นกระบวนการที่ต้องใช้ความร้อนในปริมาณค่อนข้างมาก มาตรการอนุรักษ์พลังงานของเครื่องอบจึงมีความสำคัญมาก ความร้อนสูญเสียที่สำคัญในเครื่องอบมีดังต่อไปนี้

(1)   ความร้อนที่ออกไปกับอากาศที่ออกจากตู้อบ

(2)   ความร้อนสูญเสียจากการนำความร้อน การพาความร้อน และการแผ่รังสีจากเครื่องอบ

(3)   ความร้อนสูญเสียจากการรั่วของอากาศร้อนจากช่องว่างต่างๆ ของเครื่องอบ

ดังนั้น จึงต้องตรวจสอบการใช้ความร้อนของเครื่องอบและประเภทของการสูญเสียความร้อนให้ชัดเจน แล้วดำเนินมาตรการลดการสูญเสียความร้อนด้วยการหุ้มฉนวน หรือนำไอร้อนความดันต่ำกลับมาใช้ประโยชน์ เป็นต้น อย่างไรก็ตาม วิธีการข้างต้นก็ยังมีขีดจำกัด โดยพื้นฐานแล้ววิธีนำความร้อนมาใช้ประโยชน์ควรจะมีการพิจารณาเชิงโครงสร้างตั้งแต่ในขั้นตอนการออกแบบดังต่อไปนี้

(1)   ในกรณีที่มีกระบวนการรีดน้ำก่อนนำไปอบ ควรจะรีดน้ำด้วยวิธีเชิงกลให้มีอัตราความชื้นต่ำที่สุดเท่าที่จะทำได้ การรีดน้ำเชิงกลนี้เช่น การหมุนเหวี่ยงวัตถุดิบ (centrifugation) การกรอง การรีดน้ำด้วยวิธีเชิงกลแม้ว่าจะมีต้นทุนเครื่องจักรสูง แต่ค่าใช้จ่ายในการเดินเครื่องจะต่ำกว่าการอบมาก

(2)   ในช่วงอบด้วยอัตราเร็วคงที่ วัตถุดิบจะมีอุณหภูมิต่ำตลอดเวลาและการถ่ายเทความร้อนจึงมีประสิทธิผลดี ดังนั้น จึงควรกวนหรือเป่าวัตถุดิบที่มีลักษณะเป็นผงให้ฟุ้งกระจายไปในลมร้อน เพื่อลดอัตราความชื้นวิกฤตให้มีค่าต่ำลง

(3)   พยายามเพิ่มสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนต่อปริมาตรหรือสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนรวมให้มีค่าสูงสุดเท่าที่จะทำได้ เมื่อทำเช่นนั้นแล้วตัวกลางให้ความร้อนจะมีอุณหภูมิที่ทางออกต่ำลง ทำให้ประสิทธิภาพความร้อนสูงขึ้น

(4)   ในเครื่องอบแบบใช้ลมร้อน ควรนำไอร้อนที่ปล่อยออกจากตู้อบส่วนหนึ่งมาหมุนเวียนเท่าที่ปริมาตรของเครื่องอบจะยอมให้ทำได้ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพความร้อนให้สูงขึ้น

Bibliography

กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน กระทรวงพลังงาน. (2004). ตอนที่ 4 บทที่ 4 การอนุรักษ์พลังงานในระบบอื่นๆ. In ตำราฝึกอบรมผู้รับผิดชอบด้านพลังงานอาวุโส (ผอส.) ด้านความร้อน (pp. 4-33 - 4-51).

eng.sut.ac.th (2015, September 18) : http://eng.sut.ac.th/ae/engsut/content/tray-dryer