Bere se v úvahu rozptyl infračerveného záření při použití trubic s uhlíkovými vlákny k sušení mokrých materiálů v průmyslové výrobě?

V průmyslové výrobě se k ohřevu a sušení vlhkých materiálů běžně používá elektrický ohřev. Mezi hlavní principy sušení patří následující: první zahrnuje ohřev materiálů při vysoké okolní teplotě za účelem dosažení sušení; druhý využívá k ohřevu a sušení materiálů mikrovlnné trouby; třetí využívá ohřev infračerveným zářením; a čtvrtý zahrnuje sušení při nízké teplotě. Tyto procesy se liší technikou, ale mají stejný cíl: vyloučit vlhkost z mokrých materiálů, čímž vznikne suchý produkt, který sníží náklady na skladování a přepravu a dobu skladování.

Dnes si stručně probereme, zda je při použití ohřívacích trubic z uhlíkových vláken pro sušení třeba brát v úvahu mikroskopickou strukturu materiálů a její vliv na odraz a rozptyl infračerveného záření.

Intenzita rozptylu záření kapalinami a pevnými látkami je přímo úměrná jejich termodynamické teplotě a je ovlivněna hustotou materiálu, přičemž s rostoucí hustotou obvykle roste. Kromě toho souvisí s povrchovým napětím kapaliny, které se zvyšuje s klesajícím povrchovým napětím. Voda má nejvyšší koeficient povrchového napětí, a proto vykazuje nižší rozptyl záření ve srovnání s ostatními kapalinami.

Při interakci středních a dlouhých vln infračerveného záření se škrobovými granulemi nebo rostlinnými buňkami dochází k excitaci složitých vibrací. Vibrace částice proto nejsou konstantní a rozptyl záření částice zahrnuje kombinované účinky odrazu, lomu a sekundárního záření.

Rozptylové jevy na molekulární úrovni se obecně vyskytují tam, kde je materiál heterogenní, například v oblastech s gradienty hustoty, vlhkosti, teploty, anizotropie a strukturních nehomogenit. Nepravidelné póry a kapiláry v materiálu spolu s okraji kapilárních povrchů kapalin mohou způsobovat rozptyl záření a změny směru záření. Při studiu účinků infračerveného záření topných trubic z uhlíkových vláken na ohřev je tedy nutné zvážit, zda tyto efekty rozptylu nemohou záření ovlivnit.

Stěny pórů a buněčné membrány rostlinných materiálů se skládají z koloidních částic, které slouží jako rozptylová centra v materiálu, což vede k vícenásobnému rozptylu. Dokonce i v materiálech o tloušťce menší než 1 μm může dojít k více než dvěma případům vícenásobného rozptylu, který pohlcuje energii záření. Z toho vyplývá, že vlastnosti materiálu a sálavý přenos tepla spolu úzce souvisejí.

Látky jako dřevo, čaj a ovoce mají porézní koloidní struktury, které vykazují vysoké absorpční pásy pro infračervené záření o vlnové délce kolem 20 μm. Tato vysoká absorpce je způsobena tím, že všechny složky porézní koloidní struktury absorbují infračervené záření. Proto je při použití topných trubic z uhlíkových vláken k ohřevu nebo sušení těchto materiálů nezbytné, aby odpovídaly špičkovým vlnovým délkám absorpce těchto materiálů.

Materiály obsahující vlhkost, zejména v určitých spektrálních pásmech, vykazují nízkou odrazivost infračerveného záření. To je patrné zejména v povrchových vrstvách dřeva obsahujícího vlhkost, což vede ke snížené odrazivosti. Se zvyšujícím se obsahem vlhkosti v těchto spektrálních pásmech se zvyšuje i míra absorpce energie infračerveného záření.