การอบแห้ง

(Drying)

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 ωw และให้ความชื้นที่ dry basis เท่ากับ ωd 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 Tm และอัตราเร็วในการอบจะขึ้นอยู่กับเงื่อนไขภายนอกเป็นส่วนใหญ่ คืออุณหภูมิ T และความชื้น H ของลมร้อน อัตราเร็วในการอบคงที่ RA จะสามารถแสดงได้ดังสมการต่อไปนี้

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

กรณีที่ได้รับความร้อนจากลมร้อนเท่านั้น Tm จะมีค่าเท่ากับอุณหภูมิกระเปาะเปียก Tw ของลมร้อน

อัตราเร็วในการอบจะคำนวณได้จากสูตรข้างต้น ในที่นี้ ความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอของน้ำ λ [J/kg-น้ำ] จะใช้ค่าที่อุณหภูมิ Tw (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 Ga [kg-อากาศแห้ง/s] ให้ความชื้นของลมร้อนเท่ากับ H0 ให้ความชื้นของอากาศชื้นที่ระบายออกเท่ากับ H2a แล้ว ปริมาณน้ำที่ระเหยจากวัตถุดิบ = WD1 – ω2)

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

ต่อไปจะมาพิจารณาสมดุลความร้อน โดยปริมาณความร้อน q [W] ที่ถูกใช้ไปในเครื่องอบ จะเท่ากับผลบวกระหว่างปริมาณความร้อน qE ที่ต้องใช้ในการระเหยความชื้น กับความร้อนสัมผัส qH ที่ให้แก่วัตถุดิบเพื่อให้มีอัตราความชื้นตามที่ต้องการ และความร้อนสูญเสีย qL ดังนั้น ถ้าให้ความร้อนจำเพาะ (humid heat) ของลมร้อนเท่ากับ cH แล้ว จะทำดุลความร้อนในเครื่องอบ ได้ดังนี้

ส่วนปริมาณความร้อน qT [W] ที่ได้รับจากเครื่องให้ความร้อนจะเท่ากับสมการข้างล่าง

ประสิทธิภาพความร้อน η ของเครื่องอบจะเท่ากับผลบวกระหว่างปริมาณความร้อน qE ที่ต้องใช้ในการระเหยความชื้นกับความร้อนสัมผัส qH ที่ให้แก่วัตถุดิบเพื่อให้มีอัตราความชื้นตามที่ต้องการ หารด้วยปริมาณความร้อน qT ที่ต้องใช้ในการอบ

เมื่อพิจารณากรณีที่ไม่มีความร้อนสูญเสีย qL 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 Tm แทนอุณหภูมิของวัตถุดิบ [K] สัญลักษณ์ (T – Tm)lm แทนค่าเฉลี่ยล็อกการิทึมของผลต่างอุณหภูมิระหว่างลมร้อนกับวัตถุดิบที่ทางเข้าและทางออกเครื่องอบ สัญลักษณ์ αa แทนสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนต่อปริมาตร [W/(m3·K)] สัญลักษณ์ U แทนสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนรวม [W/(m2-พื้นที่ให้ความร้อนที่สัมผัสกับวัตถุดิบ·K)] สัญลักษณ์ A แทนพื้นที่ให้ความร้อนที่สัมผัสกับวัตถุดิบ [m2] สัญลักษณ์ Tk 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

ienergyguru.com

2 replies

Leave a Reply

Want to join the discussion?
Feel free to contribute!

ใส่ความเห็น

อีเมลของคุณจะไม่แสดงให้คนอื่นเห็น ช่องที่ต้องการถูกทำเครื่องหมาย *

Advertisements