Επιλογή σωλήνων υπέρυθρης θέρμανσης για την ξήρανση ενυδατωμένων υγρών υλικών: Κύματα μικρού ή μεσαίου μήκους κύματος;

Τα τριχοειδή πολυπορώδη κολλοειδή υλικά, όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, είναι ένας από τους πιο κοινούς τύπους υλικών που συναντώνται στην καθημερινή ζωή και στις διαδικασίες παραγωγής. Παραδείγματα αποτελούν το ξύλο, το δέρμα και τα τρόφιμα. Τα υλικά αυτά αποτελούν σημαντικό επίκεντρο στη μελέτη της ξήρανσης λόγω της σχετικής ευκολίας με την οποία μπορεί να αποβληθεί το νερό από μεγάλα τριχοειδή, ενώ η εξαγωγή νερού από μικρο-τριχοειδή ή κυτταρικά τοιχώματα είναι σημαντικά πιο δύσκολη. Κατά συνέπεια, η διαδικασία μετανάστευσης της εσωτερικής υγρασίας σε αυτά τα υλικά περιλαμβάνει τόσο τα μεγάλα όσο και τα μικρο-καπιάρια, συμπεριλαμβανομένης της αποβολής του ελεύθερου νερού εντός των κυτταρικών κοιλοτήτων.

Η ενέργεια που καταναλώνεται για τη δέσμευση του νερού στο εσωτερικό του υλικού εκδηλώνεται όχι μόνο κατά την αποβολή του νερού από τα κυτταρικά τοιχώματα ή κατά την υγρασία ισορροπίας, αλλά καθ' όλη τη διάρκεια της διαδικασίας αποστράγγισης. Έτσι, η διαδικασία ξήρανσης πρέπει να θεωρηθεί ως μια ολοκληρωμένη μεταφορά ενέργειας και ύλης. Δεδομένης της πολύπλοκης δομής των υλικών, όπως τα θερμοευαίσθητα και βιολογικά ενεργά υλικά (π.χ. σπόροι), οι μηχανισμοί των διεργασιών μεταφοράς θερμότητας και μάζας είναι πολύπλοκοι.

Το νερό στα υλικά μπορεί να είναι χημικά δεσμευμένο, φυσικοχημικά δεσμευμένο ή μηχανικά δεσμευμένο. Το χημικά δεσμευμένο νερό, όπου το νερό συνδέεται με τα στερεά με χημικές δυνάμεις (π.χ. το νερό κρυστάλλωσης στον πενταϋδρικό θειικό χαλκό, CuSO4-5H2O), είναι συνήθως δύσκολο να απομακρυνθεί μέσω θέρμανσης και γενικά δεν θεωρείται μέρος της διαδικασίας ξήρανσης, αν και έχει επιτευχθεί επιτυχής ξήρανση με τη χρήση υπέρυθρης θέρμανσης με ίνες άνθρακα με μπάλες δολομίτη.

Η φυσικοχημική δέσμευση συμβαίνει όταν το νερό ή οι διαλύτες συνδέονται με υλικά μέσω δεσμών υδρογόνου ή δυνάμεων van der Waals. Η αλληλεπίδραση μεταξύ των μορίων του νερού και του υλικού συμβαίνει σε μοριακό επίπεδο, όπου το πρώτο στρώμα των μορίων του υγρού συνδέεται ισχυρότερα με το υλικό και τα επόμενα στρώματα συνδέονται ασθενέστερα. Οι αλλαγές στα περιβάλλοντα μέσα μπορούν εύκολα να διαταράξουν αυτά τα στρώματα πέραν του πρώτου.

Η μηχανική δέσμευση περιλαμβάνει το νερό που σχηματίζει επιφανειακή τάση μέσα στα τριχοειδή αγγεία του υλικού. Η συνδυασμένη δύναμη του νερού με τα μεγάλα τριχοειδή αγγεία είναι ασθενής, παρόμοια με το καθαρό νερό, όπου η πίεση ατμών της επιφανειακής υγρασίας ισούται με την πίεση κορεσμένων ατμών του καθαρού νερού σε οποιαδήποτε θερμοκρασία, διευκολύνοντας την εύκολη εξάτμιση του νερού. Στα μικρο-καπιάρια, ένας κοίλος μηνίσκος σχηματίζει ισχυρούς δεσμούς με τα τοιχώματα των τριχοειδών και η επιφανειακή πίεση κορεσμού ατμών του είναι χαμηλότερη από την πίεση κορεσμού ατμών στην ίδια θερμοκρασία.

Υλικά όπως το ξύλο, τα τρόφιμα, τα φρούτα, οι σκόνες, οι ίνες, τα χρώματα και τα επιχρίσματα αντανακλούν, μεταδίδουν και απορροφούν την υπέρυθρη ακτινοβολία. Σε αντίθεση με τα υγρά, τα κολλοειδή, τα τριχοειδή πορώδη κολλοειδή και τα άμορφα στερεά, δεν παρουσιάζουν μόνο φάσματα δόνησης αλλά και φάσματα περιστροφής. Η ενέργεια από τα υπέρυθρα φάσματα απορροφάται από το υλικό, μετατρέποντάς την σε θερμική ενέργεια.

Κατά τη θέρμανση με ακτινοβολία, τα υλικά κερδίζουν ενέργεια μόνο με την απορρόφηση ακτινοβολίας. Η ακτινοβολία που μεταδίδεται ή ανακλάται δεν συμβάλλει στη θέρμανση, καθιστώντας τα ποσοστά απορρόφησης κρίσιμη παράμετρο για το πόσο αποτελεσματικά αξιοποιείται η ακτινοβολία από το υλικό. Η ανάλυση των φασμάτων απορρόφησης υλικών όπως τα μήλα, τα αποξηραμένα μήλα, οι πατάτες, οι αποξηραμένες πατάτες, τα φύλλα τσαγιού, το ξύλο και το χρώμα αποκαλύπτει ότι τα τριχοειδή πορώδη κολλοειδή απορροφούν τα λιγότερα στην περιοχή των βραχέων κυμάτων, με τους ρυθμούς απορρόφησης να αυξάνονται με το μήκος κύματος και να φθάνουν σε μέγιστες κορυφές απορρόφησης στο όριο των μεσαίων-μακρών κυμάτων.

Δεδομένων αυτών των χαρακτηριστικών και των επιδράσεων των μορίων νερού μέσα σε υλικά, όπως το ξύλο και το χρώμα που περιέχουν υδροξυλικές και αλκυλικές ομάδες, είναι εμφανείς σημαντικές ζώνες απορρόφησης στην περιοχή μήκους κύματος 3-6μm. Το νερό εντός των υλικών επηρεάζει σημαντικά το φάσμα απορρόφησης, με το υγρό νερό να εμφανίζει τρεις κορυφές απορρόφησης μεταξύ 5μm-17μm, καθιστώντας αυτές τις κορυφές απορρόφησης τις βέλτιστες για την υπέρυθρη ακτινοβολία σε ενυδατωμένα υγρά υλικά.

Με βάση τα πειραματικά δεδομένα, η αποτελεσματική ξήρανση ενυδατωμένων υγρών υλικών απαιτεί σωλήνες υπέρυθρης θέρμανσης μεσαίου μήκους κύματος.

Για προηγμένες λύσεις ξήρανσης που αξιοποιούν την τεχνολογία υπερύθρων, εμπιστευτείτε την Global Quartz Tube για να καλύψει τις συγκεκριμένες ανάγκες σας. Για περισσότερες λεπτομέρειες, επισκεφθείτε το δικτυακός τόπος ή επικοινωνήστε μαζί μας στο contact@globalquartztube.com.