Kas infrapunase hajumise arvestamine süsinikkiust soojendustorude kasutamisel märgade materjalide kuivatamiseks tööstuslikus tootmises?

Tööstuslikus tootmises kasutatakse tavaliselt elektrikütet märgade materjalide kuumutamiseks ja kuivatamiseks. Peamised kuivatamise põhimõtted on järgmised: esimene hõlmab materjalide kuumutamist kõrge ümbritseva õhu temperatuuri abil, et saavutada kuivatamine; teine kasutab materjalide kuumutamiseks ja kuivatamiseks mikrolaineid; kolmas kasutab infrapunakiirguse kuumutamist; ja neljas hõlmab madalal temperatuuril kuivatamist. Need protsessid erinevad tehniliselt, kuid nende eesmärk on sama: niiskuse väljaviimine niisketest materjalidest, mille tulemuseks on kuiv toode, et vähendada ladustamis- ja transpordikulusid ning ladustamise kestust.

Täna arutame lühidalt, kas meil on vaja arvestada materjalide mikroskoopilist struktuuri ja nende mõju infrapunakiirguse peegeldumisele ja hajumisele, kui kasutame kuivatamiseks süsinikkiust soojendustorusid.

Kiirguse hajumise intensiivsus vedelike ja tahkete ainete poolt on otseselt proportsionaalne nende termodünaamilise temperatuuriga ning seda mõjutab materjali tihedus, mis tavaliselt suureneb suurema tihedusega. Lisaks on see seotud vedeliku pindpinevusega, mis suureneb, kui pindpinevus väheneb. Vee pindpinevuskoefitsient on kõige suurem, mistõttu on kiirguse hajumine võrreldes teiste vedelikega väiksem.

Kui kesk- või pikilaineline infrapunakiirgus puutub kokku tärklise graanulitega või taimede rakkudega, tekitab see keerulisi vibratsioone. Seetõttu ei ole osakese vibratsioonid konstantsed ja osakese kiirguse hajumine hõlmab peegeldumise, murdumise ja sekundaarse kiirguse kombineeritud mõju.

Molekulaarsel tasandil esinevad hajumisnähtused üldiselt seal, kus materjal on heterogeenne, näiteks aladel, kus on tiheduse gradient, niiskuse gradient, temperatuuri gradient, anisotroopia ja struktuurilised inhomogeensused. Ebaregulaarsed poorid ja kapillaarid materjalis koos kapillaarvedeliku pindade servadega võivad põhjustada kiirguse hajumist ja kiirgussuuna muutusi. Seega tuleb süsinikkiust soojendustorude infrapunakiirguse soojendusmõju uurides arvestada, kas need hajumisefektid võivad kiirgust mõjutada.

Taimsete materjalide pooriseinad ja rakumembraanid koosnevad kolloidosakestest, mis toimivad materjalis hajutuskeskustena, mis põhjustavad mitmekordset hajumist. Isegi vähem kui 1 μm paksustes materjalides võib esineda rohkem kui kaks mitmekordset hajumist, mis neelavad kiirgusenergiat. Järelikult on materjali omadused ja kiirgussoojuse ülekanne tihedalt seotud.

Sellistel ainetel nagu puit, tee ja puuviljad on poorsed kolloidsed struktuurid, millel on kõrge infrapunakiirguse neeldumisribad umbes 20 μm lainepikkusel. See kõrge neeldumine on tingitud sellest, et kõik poorse kolloidse struktuuri komponendid neelavad infrapunakiirgust. Seetõttu on süsinikkiust soojendustorude kasutamisel nende materjalide soojendamiseks või kuivatamiseks oluline sobitada materjalide neeldumise tipplainepikkused.

Niiskust sisaldavad materjalid, eriti teatavates spektriruumides, peegeldavad infrapunakiirgust vähe. See on eriti märgatav niiskust sisaldava puidu pinnakihtides, mis vähendab peegeldusvõimet. Kui niiskusesisaldus nendes spektriribades suureneb, suureneb ka infrapunakiirguse energia neeldumise määr.