Infrapunalämmitysputkien valinta hydratoituneiden kosteiden materiaalien kuivaukseen: Lyhytaaltoinen vai keskipitkä aalto?

Kapillaariset monihuokoiset kolloidiset materiaalit ovat, kuten aiemmin mainittiin, yksi yleisimmistä materiaalityypeistä, joita tavataan jokapäiväisessä elämässä ja tuotantoprosesseissa. Esimerkkejä ovat puu, nahka ja elintarvikkeet. Nämä materiaalit ovat kuivumistutkimuksen pääkohteena, koska vesi voidaan suhteellisen helposti poistaa suurista kapillaareista, kun taas veden poistaminen mikrokapillaareista tai soluseinämistä on huomattavasti haastavampaa. Näin ollen sisäisen kosteuden siirtymisprosessiin näissä materiaaleissa liittyy sekä suuria että mikrokapillaareja, mukaan lukien vapaan veden poistuminen soluonteloiden sisällä.

Veden sitoutumiseen materiaalissa kuluva energia ei ilmene ainoastaan veden poistumisessa soluseinistä tai tasapainokosteudessa vaan koko kuivatusprosessin ajan. Näin ollen kuivausprosessi olisi nähtävä kokonaisvaltaisena energian ja aineen siirtona. Kun otetaan huomioon materiaalien, kuten lämpöherkkien ja biologisesti aktiivisten materiaalien (esim. siemenet), monimutkainen rakenne, lämmön- ja aineensiirtoprosessien mekanismit ovat monimutkaisia.

Materiaalien sisältämä vesi voi olla kemiallisesti, fysikaalis-kemiallisesti tai mekaanisesti sitoutunutta. Kemiallisesti sitoutunutta vettä, jossa vesi on sitoutunut kiinteisiin aineisiin kemiallisten voimien avulla (esim. kuparisulfaattipentahydraatin, CuSO4-5H2O, kiteytymisvesi), on tyypillisesti haastavaa poistaa kuumentamalla, eikä sitä yleensä pidetä osana kuivausprosessia, vaikka dolomiittipalloilla on onnistuttu kuivattamaan onnistuneesti hiilikuitujen infrapunalämmityksellä.

Fysikaalis-kemiallinen sitoutuminen tapahtuu, kun vesi tai liuottimet sitoutuvat materiaaleihin vetysidosten tai van der Waalsin voimien avulla. Vesimolekyylien ja materiaalin välinen vuorovaikutus tapahtuu molekyylitasolla, jossa ensimmäinen nestemolekyylikerros sitoutuu voimakkaimmin materiaaliin ja seuraavat kerrokset heikommin. Ympäröivän väliaineen muutokset voivat helposti häiritä näitä kerroksia ensimmäisen kerroksen jälkeen.

Mekaanisessa sitoutumisessa vesi muodostaa pintajännityksen materiaalin kapillaareissa. Veden yhdistävä voima suurten kapillaarien kanssa on heikko, samanlainen kuin puhtaassa vedessä, jossa pintakosteuden höyrynpaine on yhtä suuri kuin puhtaan veden kylläisen höyrynpaine missä tahansa lämpötilassa, mikä helpottaa veden helppoa haihtumista. Mikrokapillaareissa kovera meniski muodostaa vahvan sidoksen kapillaarien seinämien kanssa, ja sen pinnan kyllästymishöyrynpaine on pienempi kuin kyllästymishöyrynpaine samassa lämpötilassa.

Materiaalit, kuten puu, elintarvikkeet, hedelmät, jauheet, kuidut, maalit ja pinnoitteet, heijastavat, läpäisevät ja absorboivat infrapunasäteilyä. Toisin kuin nesteillä, kolloideilla, kapillaarihuokoisilla kolloideilla ja amorfisilla kiinteillä aineilla, niillä on värähtelyspektrien lisäksi myös rotaatiospektrit. Materiaali absorboi infrapunaspektrin energiaa ja muuttaa sen lämpöenergiaksi.

Säteilylämmityksen aikana materiaalit saavat energiaa vain absorboimalla säteilyä. Läpäisty tai heijastunut säteily ei vaikuta lämmitykseen, joten absorptioasteet ovat ratkaiseva parametri sille, kuinka tehokkaasti materiaali hyödyntää säteilyenergiaa. Materiaalien, kuten omenoiden, kuivattujen omenoiden, perunoiden, kuivattujen perunoiden, teelehtien, puun ja maalin absorptiospektrien analyysi osoittaa, että kapillaariset huokoiset kolloidit absorboivat vähiten lyhytaaltoisella alueella, absorptionopeudet kasvavat aallonpituuden myötä ja absorptiohuiput ovat suurimmillaan keskipitkien aaltojen rajalla.

Kun otetaan huomioon nämä ominaisuudet ja vesimolekyylien vaikutus materiaaleissa, kuten puussa ja hydroksyyli- ja alkyyliryhmiä sisältävissä maaleissa, 3-6 μm:n aallonpituusalueella on havaittavissa merkittäviä absorptiokaistoja. Materiaalien sisällä oleva vesi vaikuttaa merkittävästi absorptiospektriin, ja nestemäisessä vedessä on kolme absorptiohuippua välillä 5μm-17μm, joten nämä ovat optimaaliset absorptiohuiput infrapunasäteilylle hydratoituneissa märissä materiaaleissa.

Kokeellisten tietojen perusteella hydratoituneiden märkien materiaalien kuivaamiseen tarvitaan tehokkaasti keskipitkän aallon infrapunalämpöputkia.

Kun tarvitset kehittyneitä infrapunatekniikkaa hyödyntäviä kuivausratkaisuja, luotat siihen, että Global Quartz Tube vastaa erityistarpeisiisi. Lisätietoja saat vierailemalla osoitteessa verkkosivusto tai ota yhteyttä osoitteeseen contact@globalquartztube.com.