수분이 있는 습식 재료 건조를 위한 적외선 가열 튜브 선택: 단파 또는 중장파?

앞서 언급했듯이 모세관 다공성 콜로이드 재료는 일상 생활과 생산 공정에서 가장 흔히 접하는 재료 유형 중 하나입니다. 목재, 가죽, 식품 등이 그 예입니다. 이러한 물질은 큰 모세혈관에서는 물을 비교적 쉽게 배출할 수 있는 반면, 미세 모세혈관이나 세포벽에서 물을 추출하는 것은 상당히 어렵기 때문에 건조 연구의 주요 초점이 되고 있습니다. 따라서 이러한 물질에서 내부 수분의 이동 과정에는 세포 공동 내의 자유 수분 배출을 포함하여 큰 모세혈관과 미세 모세혈관이 모두 포함됩니다.

재료 내에서 수분을 결합하는 데 소비되는 에너지는 세포벽이나 평형 수분 함량에서 수분이 배출될 때뿐만 아니라 전체 배수 과정에서 나타납니다. 따라서 건조 공정은 에너지와 물질의 포괄적인 전달로 간주해야 합니다. 열에 민감하고 생물학적 활성 물질(예: 씨앗)과 같은 물질의 복잡한 구조를 고려할 때 열 및 질량 전달 과정의 메커니즘은 복잡합니다.

물질의 물은 화학적으로 결합되거나 물리화학적으로 결합되거나 기계적으로 결합될 수 있습니다. 화학적으로 결합된 물은 화학적 힘에 의해 고체에 결합된 물(예: 황산구리 5수화물의 결정화 물, CuSO4-5H2O)로, 일반적으로 가열을 통해 제거하기 어렵고 일반적으로 건조 공정의 일부로 간주되지 않지만 돌로마이트 볼에서 탄소 섬유 적외선 가열을 사용한 성공적인 건조가 이루어지기도 합니다.

물리화학적 결합은 물이나 용매가 수소 결합 또는 반데르발스 힘을 통해 물질에 결합할 때 발생합니다. 물 분자와 물질 사이의 상호작용은 분자 수준에서 일어나며, 액체 분자의 첫 번째 층이 물질에 가장 강하게 결합하고 그 다음 층은 더 약하게 결합합니다. 주변 매체의 변화는 첫 번째 층을 넘어 이러한 층을 쉽게 파괴할 수 있습니다.

기계적 결합은 물이 재료의 모세관 내에서 표면 장력을 형성하는 것을 포함합니다. 물과 큰 모세혈관의 결합력은 순수한 물과 유사하게 약하며, 표면 수분의 증기압은 어떤 온도에서도 순수한 물의 포화 증기압과 같아서 물의 증발을 쉽게 촉진합니다. 미세 모세관에서는 오목한 메니스커스가 모세관 벽과 강한 결합을 형성하고 표면 포화 증기압이 같은 온도에서 포화 증기보다 낮습니다.

목재, 식품, 과일, 분말, 섬유, 페인트, 코팅과 같은 재료는 적외선을 반사, 투과, 흡수합니다. 액체, 콜로이드, 모세관 다공성 콜로이드 및 비정질 고체와는 달리 진동 스펙트럼뿐만 아니라 회전 스펙트럼도 나타냅니다. 적외선 스펙트럼의 에너지는 물질에 흡수되어 열 에너지로 변환됩니다.

복사 가열 시 재료는 방사선을 흡수해야만 에너지를 얻습니다. 투과되거나 반사되는 방사선은 가열에 기여하지 않으므로 흡수율은 재료가 복사 에너지를 얼마나 효과적으로 활용하는지에 대한 중요한 매개변수입니다. 사과, 말린 사과, 감자, 말린 감자, 찻잎, 나무, 페인트와 같은 물질의 흡수 스펙트럼을 분석한 결과 모세관 다공성 콜로이드는 단파장 범위에서 가장 적게 흡수하며 파장에 따라 흡수율이 증가하여 중장파 경계에서 최대 흡수 피크에 도달하는 것으로 나타났습니다.

이러한 특성과 하이드 록실 및 알킬기를 포함하는 목재 및 페인트와 같은 재료 내 물 분자의 영향을 고려할 때 3~6μm 파장 범위에서 상당한 흡수 대역이 뚜렷하게 나타납니다. 재료 내의 물은 흡수 스펙트럼에 큰 영향을 미치며, 액체 물은 5μm~17μm 사이에 3개의 흡수 피크를 나타내므로 수분이 있는 습식 재료에서 적외선에 대한 최적의 흡수 피크가 됩니다.

실험 데이터에 따르면 수분이 있는 습식 재료를 효과적으로 건조하려면 중장파 적외선 가열 튜브가 필요합니다.

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