Caratteristiche chiave dei materiali nella meccanica dell'essiccazione

Nel campo della meccanica dell'essiccazione, il duro lavoro dei ricercatori che studiano la dinamica dell'essiccazione è indispensabile. Senza la loro incessante sperimentazione, non avremmo parametri di processo pronti all'uso per l'essiccazione o la cottura di prodotti utilizzando elementi riscaldanti in fibra di carbonio. La dinamica dell'essiccazione prevede lo studio della disidratazione dei materiali durante il processo di essiccazione e la sua relazione con vari fattori determinanti. Questi fattori si dividono in due categorie principali.

La prima categoria è costituita dalle caratteristiche dei materiali stessi, comprese le caratteristiche strutturali, le caratteristiche biologiche, le caratteristiche dei fiori di pera e le proprietà termofisiche. Si tratta di fattori intrinseci.

La seconda categoria comprende le condizioni di riscaldamento, che comprendono i parametri e i metodi di riscaldamento. I parametri di riscaldamento comprendono la temperatura di riscaldamento per irraggiamento, la potenza di riscaldamento, le temperature di bulbo secco e umido, la direzione e la velocità del flusso d'aria. I metodi di riscaldamento comprendono l'alimentazione a temperatura costante e variabile, l'aumento rapido o lento della temperatura, la durata costante della temperatura e i metodi di raffreddamento. Si tratta di fattori esterni.

Integrando fattori interni ed esterni, l'obiettivo è capire come l'umidità all'interno dei diversi materiali si diffonda verso la superficie e da lì evapori. Ciò comporta lo studio della resistenza incontrata dall'umidità quando migra o si diffonde all'interno dei materiali e di come queste resistenze siano correlate alla struttura dei materiali e alla loro capacità di assorbire l'energia esterna. Si tratta di un'esplorazione delle caratteristiche di trasferimento di calore e di massa dei materiali umidi. Le dinamiche di essiccazione, basate sulla ricerca delle leggi di essiccazione dei materiali, stabiliscono schemi di riscaldamento e cicli di essiccazione ottimizzati. Ciò fornisce una base teorica per la progettazione di nuovi processi e per l'adeguamento di apparecchiature obsolete, con l'obiettivo di risparmiare energia e garantire la qualità dell'essiccazione.

Durante il processo di essiccazione, le proprietà del materiale da essiccare, come la struttura, la forma, le dimensioni, la stabilità termica e la stabilità chimica, sono fondamentali per determinare la tecnica di essiccazione. In particolare, le nuove caratteristiche del materiale prodotte dalla combinazione dell'umidità con diversi tipi di materiali sono i fattori più significativi che influenzano il processo di essiccazione. Il modo in cui l'umidità si combina con i materiali solidi influisce sulla facilità di rimozione dell'umidità dai materiali. Per padroneggiare le regole della disidratazione, è necessario innanzitutto studiare le modalità di legame dell'acqua con i materiali.

Approfondiamo come le sostanze presenti in natura possano essere classificate in base alla loro interazione con l'acqua in tre categorie:

1. Corpi porosi capillari, noti anche come mezzi porosi. In questi materiali, le dimensioni cambiano poco o per nulla al variare del contenuto d'acqua. Tuttavia, diventano fragili quando l'umidità diminuisce e alcuni possono trasformarsi in polvere, come il coke, il carbone, il terreno, la sabbia, i mattoni e alcuni materiali da costruzione. Le forze capillari in questi materiali superano di gran lunga le forze circonferenziali e quindi determinano da sole la distribuzione interna dell'umidità. Se neutrali rispetto alle forze capillari, questi materiali sono definiti corpi porosi. Nei corpi porosi, il legame dei materiali con l'acqua avviene principalmente attraverso le forze capillari, un metodo di legame relativamente semplice in cui le molecole d'acqua esistono in uno stato radicale libero.
2. Colloidi. Questi materiali cambiano di dimensione e volume al variare del loro contenuto d'acqua. Esistono due tipi di colloidi: quelli che si espandono all'infinito con l'assorbimento dell'acqua, perdendo le dimensioni geometriche originali e finendo per dissolversi, noti come corpi infinitamente espandibili, come la gomma arabica; e quelli che assorbono solo una certa quantità d'acqua, si espandono in una certa misura e mantengono la loro forma geometrica, noti come corpi finitamente espandibili, come la gelatina. In questi materiali, i microcapillari sono molto piccoli, di dimensioni paragonabili alle molecole del materiale, rendendo difficile la disidratazione.
3. Colloidi porosi capillari. Questi materiali possiedono le caratteristiche di entrambe le categorie sopra citate, avendo una struttura porosa capillare con proprietà colloidali nelle pareti capillari o nelle pareti cellulari, che sono elastiche e possono assorbire acqua per espandersi e contrarsi durante la disidratazione, come il legno, la pelle, i cereali e gli alimenti.

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