Vai, izmantojot oglekļa šķiedras sildīšanas caurules mitru materiālu žāvēšanai rūpnieciskajā ražošanā, tiek ņemta vērā infrasarkano staru izkliedēšana?

Rūpnieciskajā ražošanā elektriskā sildīšana parasti tiek izmantota, lai sildītu un žāvētu mitrus materiālus. Galvenie žāvēšanas principi ir šādi: pirmais ietver materiālu sildīšanu augstā apkārtējās vides temperatūrā, lai panāktu žāvēšanu; otrajā izmanto mikroviļņus, lai sildītu un žāvētu materiālus; trešajā izmanto infrasarkanā starojuma sildīšanu; un ceturtajā izmanto žāvēšanu zemā temperatūrā ar dehidratāciju. Šie procesi atšķiras pēc tehnikas, bet tiem ir viens un tas pats mērķis: izvadīt mitrumu no mitriem materiāliem, iegūstot sausu produktu, lai samazinātu uzglabāšanas un transportēšanas izmaksas un uzglabāšanas ilgumu.

Šodien īsi apspriedīsim, vai, izmantojot oglekļa šķiedras sildīšanas caurules žāvēšanai, ir jāņem vērā materiālu mikroskopiskā struktūra un tās ietekme uz infrasarkanā starojuma atstarošanu un izkliedi.

Starojuma izkliedes intensitāte no šķidrumiem un cietām vielām ir tieši proporcionāla to termodinamiskajai temperatūrai, un to ietekmē materiāla blīvums, parasti pieaugot blīvumam. Turklāt tā ir saistīta ar šķidruma virsmas spraigumu, kas palielinās, samazinoties virsmas spraigumam. Ūdenim ir visaugstākais virsmas spraiguma koeficients, tāpēc salīdzinājumā ar citiem šķidrumiem tas izstaro mazāku starojuma izkliedi.

Infrasarkanais starojums vidējā un garā viļņa diapazonā mijiedarbojoties ar cietes granulām vai augu šūnām, izraisa sarežģītas vibrācijas. Tāpēc daļiņas vibrācijas nav nemainīgas, un daļiņas izkliedētā starojuma izkliedē ietilpst atstarošanas, refrakcijas un sekundārā starojuma kombinētais efekts.

Izkliedes parādības molekulārā līmenī parasti rodas vietās, kur materiāls ir neviendabīgs, piemēram, vietās ar blīvuma gradientiem, mitruma gradientiem, temperatūras gradientiem, anizotropiju un struktūras neviendabīgumu. Neregulāras poras un kapilāri materiālā, kā arī kapilāro šķidrumu virsmu malas var izraisīt starojuma izkliedi un izmaiņas starojuma virzienā. Tādējādi, pētot oglekļa šķiedras sildcauruļu infrasarkanā starojuma sildīšanas efektus, ir jāņem vērā, vai šie izkliedes efekti varētu ietekmēt starojumu.

Augu materiālu poru sieniņas un šūnu membrānas sastāv no koloidālām daļiņām, kas materiālā kalpo kā izkliedes centri, izraisot daudzkārtēju izkliedi. Pat mazāk nekā 1 μm biezos materiālos var rasties vairāk nekā divi daudzkārtējas izkliedes gadījumi, kas absorbē starojuma enerģiju. Līdz ar to materiāla īpašības un siltuma pārnese starojuma rezultātā ir cieši saistītas.

Tādām vielām kā koksne, tēja un augļi ir porainas koloidālas struktūras, kas uzrāda augstas infrasarkanā starojuma absorbcijas joslas aptuveni 20 μm viļņu garumā. Šī augstā absorbcija ir saistīta ar to, ka infrasarkano starojumu absorbē visi porainās koloidālās struktūras komponenti. Tāpēc, izmantojot oglekļa šķiedras sildīšanas caurules šo materiālu sildīšanai vai žāvēšanai, ir svarīgi saskaņot materiālu maksimālos absorbcijas viļņu garumus.

Materiāliem, kas satur mitrumu, jo īpaši noteiktās spektrālās joslās, ir zema infrasarkanā starojuma atstarošanas spēja. Tas ir īpaši redzams mitrumu saturošas koksnes virskārtās, kas samazina atstarošanas spēju. Palielinoties mitruma saturam šajās spektrālās joslās, palielinās arī infrasarkanā starojuma enerģijas absorbcijas ātrums.