Wichtige Materialeigenschaften in der Trocknungsmechanik

Auf dem Gebiet der Trocknungsmechanik ist die harte Arbeit der Forscher, die die Dynamik der Trocknung untersuchen, unverzichtbar. Ohne ihre unermüdlichen Experimente hätten wir keine einsatzbereiten Prozessparameter für das Trocknen oder Backen von Produkten mit Kohlefaser-Heizelementen. Bei der Trocknungsdynamik geht es um die Untersuchung der Dehydratisierung von Materialien während des Trocknungsprozesses und deren Beziehung zu verschiedenen Einflussfaktoren. Diese Faktoren werden in zwei Hauptkategorien unterteilt.

Die erste Kategorie sind die Eigenschaften der Materialien selbst, einschließlich der strukturellen Merkmale, der biologischen Merkmale, der Merkmale der Birnenblüte und der thermophysikalischen Eigenschaften. Dies sind intrinsische Faktoren.

Die zweite Kategorie umfasst die Heizbedingungen, zu denen Heizparameter und -methoden gehören. Zu den Heizparametern gehören Strahlungsheiztemperatur, Heizleistung, Trocken- und Feuchtkugeltemperatur, Luftstromrichtung und -geschwindigkeit. Zu den Heizmethoden gehören konstante und variable Temperaturzufuhr, schneller oder langsamer Temperaturanstieg, konstante Temperaturdauer und Kühlmethoden. Dies sind externe Faktoren.

Durch die Einbeziehung interner und externer Faktoren soll verstanden werden, wie Feuchtigkeit aus dem Inneren verschiedener Materialien an deren Oberfläche diffundiert und von dort verdunstet. Dazu wird der Widerstand untersucht, auf den die Feuchtigkeit bei ihrer Wanderung oder Diffusion im Inneren von Materialien stößt, und wie diese Widerstände mit der Struktur der Materialien und ihrer Fähigkeit, externe Energie zu absorbieren, zusammenhängen. Es handelt sich um eine Erforschung der Wärme- und Stoffübertragungseigenschaften von feuchten Materialien. Die Trocknungsdynamik, die auf der Suche nach Gesetzen der Materialtrocknung beruht, ermöglicht die Festlegung optimierter Heizschemata und Trocknungszyklen. Dies bietet eine theoretische Grundlage für die Entwicklung neuer Verfahren und die Nachrüstung veralteter Anlagen mit dem Ziel, sowohl Energie zu sparen als auch die Trocknungsqualität zu gewährleisten.

Während des Trocknungsprozesses sind die Eigenschaften des zu trocknenden Materials - wie Struktur, Form, Größe, thermische Stabilität und chemische Stabilität - entscheidend für die Wahl der Trocknungstechnik. Vor allem die neuen Materialeigenschaften, die durch die Kombination von Feuchtigkeit mit verschiedenen Materialtypen entstehen, sind die wichtigsten Faktoren, die den Trocknungsprozess beeinflussen. Die Art und Weise, wie sich die Feuchtigkeit mit festen Stoffen verbindet, wirkt sich darauf aus, wie leicht sich die Feuchtigkeit aus den Stoffen entfernen lässt. Um die Regeln der Trocknung zu beherrschen, muss man zunächst die Bindungsarten von Wasser mit Materialien untersuchen.

Untersuchen wir, wie Stoffe in der Natur aufgrund ihrer Wechselwirkung mit Wasser in drei Kategorien eingeteilt werden können:

1. Kapillare poröse Körperdie auch als poröse Medien bezeichnet werden. Bei diesen Materialien ändert sich die Größe bei Änderungen des Wassergehalts wenig oder gar nicht. Sie werden jedoch spröde, wenn die Feuchtigkeit abnimmt, und einige können sich in Pulver verwandeln, wie Koks, Holzkohle, Erde, Sand, Ziegel und einige Baumaterialien. Die Kapillarkräfte in diesen Materialien übersteigen bei weitem ihre Umfangskräfte, so dass sie allein die innere Verteilung der Feuchtigkeit bestimmen. Wenn sie im Vergleich zu den Kapillarkräften neutral sind, werden diese Materialien als poröse Körper bezeichnet. In porösen Körpern erfolgt die Bindung von Materialien mit Wasser in erster Linie durch Kapillarkräfte, eine relativ einfache Bindungsmethode, bei der die Wassermoleküle in einem freien radikalischen Zustand vorliegen.
2. Kolloide. Diese Materialien ändern ihre Größe und ihr Volumen, wenn ihr Wassergehalt variiert. Es gibt zwei Arten von Kolloiden: solche, die sich bei Wasseraufnahme unendlich ausdehnen, ihre ursprünglichen geometrischen Abmessungen verlieren und sich schließlich auflösen, so genannte unendlich ausdehnbare Körper wie Gummi arabicum, und solche, die nur eine bestimmte Menge Wasser aufnehmen, sich bis zu einem gewissen Grad ausdehnen und ihre geometrische Form beibehalten, so genannte endlich ausdehnbare Körper wie Gelatine. Bei diesen Materialien sind die Mikrokapillaren sehr klein, vergleichbar mit der Größe der Moleküle der Materialien, was die Dehydratisierung erschwert.
3. Kapillare poröse Kolloide. Diese Materialien weisen die Eigenschaften beider oben genannten Kategorien auf, da sie eine poröse Kapillarstruktur mit kolloidalen Eigenschaften in ihren Kapillarwänden oder Zellwänden haben, die elastisch sind und Wasser absorbieren können, um sich während des Austrocknens auszudehnen und zusammenzuziehen, wie z. B. Holz, Haut, Körner und Lebensmittel.

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