乾燥力学における主要材料特性

乾燥力学の分野では、乾燥の力学を研究する研究者の努力は不可欠である。彼らの絶え間ない実験なくしては、炭素繊維ヒーターエレメントを使用した製品の乾燥や焼成にすぐに使えるプロセスパラメーターは得られなかったでしょう。乾燥力学は、乾燥過程における材料の脱水と、それを支配する様々な要因との関係を研究するものである。これらの要因は主に2つのカテゴリーに分けられます。

最初のカテゴリーは、構造的特徴、生物学的特徴、梨の花の特徴、熱物理学的特性など、素材そのものの特徴である。これらは本質的な要因である。

第二のカテゴリーは加熱条件であり、加熱パラメータと加熱方法からなる。加熱パラメータには、放射加熱温度、加熱電力、乾球温度および湿球温度、気流の方向および速度が含まれる。加熱方法には、一定および可変温度供給、急速または緩慢な温度上昇、一定温度持続時間、および冷却方法が含まれる。これらは外的要因である。

内部要因と外部要因を統合することで、さまざまな素材内部の水分がどのように素材表面に拡散し、そこから蒸発するかを理解することが目標である。これには、水分が材料内部を移動または拡散する際に遭遇する抵抗と、これらの抵抗が材料の構造や外部エネルギーを吸収する能力とどのように関係しているかを研究することが含まれる。これは、湿潤材料の熱および物質移動特性の探求である。材料の乾燥法則の探索に基づく乾燥力学は、最適化された加熱スキームと乾燥サイクルを確立する。これにより、省エネルギーと乾燥品質の確保を目標に、新しいプロセスを設計し、老朽化した設備を改修するための理論的基礎を提供します。

乾燥工程では、構造、形状、サイズ、熱安定性、化学的安定性など、乾燥される材料の特性が乾燥技術を決定する上で極めて重要である。特に、水分が異なる種類の材料と結合することによって生じる新しい材料の特性は、乾燥プロセスに影響を与える最も重要な要因である。水分が固体材料とどのように結合するかは、材料からの水分の除去のしやすさに影響する。脱水のルールをマスターするためには、まず水と材料の結合様式を研究する必要がある。

自然界に存在する物質が、水との相互作用によってどのように3つに分類されるのかを掘り下げてみよう：

1. 毛細管多孔体多孔質媒体としても知られている。このような材料では、水分の変化に対して大きさがほとんど変化しないか、まったく変化しない。しかし、水分が減少すると脆くなり、コークス、木炭、土、砂、レンガ、一部の建材のように粉状になるものもある。これらの材料では、毛管力が円周力を大きく上回るため、毛管力だけで内部の水分分布が決まる。毛管力と比較して中立的な場合、これらの材料は多孔質体と呼ばれる。多孔質体では、材料と水との結合は主に毛管力によって行われ、水分子がフリーラジカル状態で存在する比較的単純な結合方法である。
2. コロイド.これらの物質は、含水量の変化に伴って大きさや体積が変化する。コロイドには、水を吸収すると無限に膨張し、元の幾何学的な寸法を失って最終的に溶解するもの（アラビアガムのような無限膨張体として知られる）と、一定量の水しか吸収せず、ある程度まで膨張し、幾何学的な形状を保つもの（ゼラチンのような有限膨張体として知られる）の2種類がある。これらの素材では、マイクロ毛細管が非常に小さく、素材の分子と同程度の大きさであるため、脱水が困難である。
3. 毛細管多孔質コロイド.毛細管壁や細胞壁にコロイド特性を持つ毛細管多孔質構造を持ち、弾力性があり、水分を吸収して脱水時に膨張・収縮することができる、木材、皮膚、穀物、食品などの材料は、上記のカテゴリーの両方の特徴を備えている。

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