ホワイト企業と就職活動

ホワイト企業は労働法を遵守する

乾燥(Desiccation)とは

スポンサーリンク

乾燥(Desiccation)とは


湿度とは

湿度(Humidity)とは、空気中の水蒸気量の割合のこと。

調湿とは

調湿とは、湿度を調節すること。

絶対湿度 H とは

絶対湿度H〔kg(H2O)/kg(dry air)〕とは、単位質量の乾き空気に対する水蒸気量の割合のこと。
絶対湿度Hは下式で表されます。

H = 18p / 29(P-p)
絶対湿度= 水蒸気の質量 /乾き空気の質量

18:水の分子量〔g・mol-1
p:水蒸気の分圧
P:湿り空気の全圧
29:空気の分子量


含水率とは

含水率とは、湿り基準または乾き基準で表した固体中の水分の割合のこと。
湿り基準と乾き基準の含水率には以下の関係式が成立します。

= W / (1+W)

W = / (1-)

w:湿り基準で表した固体中の水分の割合〔kg(H2O)/kg(wet)〕
W:乾き基準で表した固体中の水分の割合〔kg(H2O)/kg(dry)〕


湿り基準とは

湿り基準(wet basis)とは、蒸留塔や乾燥機などから出てくる混合気体などの組成について、H2Oを含んだ全量に対して組成比を取ったときの比のこと。

乾き基準とは

乾き基準(dry basis)とは、全量からH2Oを除いた分に対して比を取った場合の基準のこと。


乾燥(Desiccation)とは

乾燥(Desiccation)とは湿った材料を熱を加えるなどして、液体を除去し、乾いた状態にすること。

乾燥速度-dW/dθ 〔kg(H2O)/(kg(wet)・s)〕とは

乾燥速度とは、
湿り基準含水率がW〔kg(H2O)/kg(wet)〕の材料を、
一定の湿度、温度、流速の気流中に置き、
Wの時間θに対する変化をグラフにプロットしたときの含水率の時間変化の大きさ-dW/dθ〔kg(H2O)/(kg(wet)・s)〕のこと。

乾燥時間 θ とは

乾燥時間とは、材料を含水率W1からW2に乾燥させるまでにかかる時間のこと。
乾燥時間は、乾燥速度Rを積分すると求めることができます。

R = - dW/dθ

θ = ∫ W1 W2 dW/R

乾燥時間が定率乾燥期間と減率乾燥期間にまたがる場合は、上式の定積分をそれぞれに分けて計算して乾燥時間を求めます。


乾燥特性曲線とは

乾燥特性曲線とは、乾燥速度を含水率Wに対してグラフにプロットしたもののこと。

定率(恒率)乾燥期間とは

定率乾燥期間とは、乾燥特性曲線において、乾燥速度が含水率によって変化せずに一定の領域のこと。

減率乾燥期間とは

減率乾燥期間とは、乾燥特性曲線において、含水率の低下によって乾燥速度が減少する領域のこと。

限界含水率とは

限界含水率とは、乾燥特性曲線において、定率(恒率)乾燥期間と減率乾燥期間の境い目での含水率のこと。


乾燥の種類

乾燥はその速度により二種類の状態に分類できます。

1.定率乾燥
2.減率乾燥

乾燥させる物体の表面に充分な自由水が存在する段階では、物体表面は湿球温度に等しくなり、その乾燥速度は物体の含水率によらず一定。
このときの乾燥速度を定率乾燥速度と呼びます。

さらに乾燥を進めると、物体内部からの自由水の補給が蒸発速度に追いつかなくなります。
この段階になると乾燥速度は含水率に依存するようになり、徐々に落ちていきます。

このときの速度を減率乾燥速度と呼びます。


1.定率乾燥とは

定率乾燥(Constant rate period of drying)とは、乾燥速度が一定の乾燥過程。

一定の乾燥条件の下で、被乾燥物の全表面が水でおおわれている場合には、その乾燥速度はほぼ一定に保たれます。

定率乾燥期間は、被乾燥物の表面が自由水で覆われながら乾燥が続く期間で、外界から供給される熱は全て蒸発潜熱として使われ、熱移動が律速段階。

このとき、表面温度は乾湿温度計の湿球温度に等しい。
なお、定率乾燥から減率乾燥に移る点の含水率は限界含水率とよばれます。

これは水の自由表面からの蒸発だから、物質の種類に無関係。
材料の含水率が限界含水率に達するまで続く。

ただし高温度の下で行なわれる乾燥操作のように乾燥速度が極めて大きい場合には、この期間が判然と現れない場合もあります。


定率(恒率)乾燥速度 Rc 〔kg(H2O)・kg(wet)-1・s-1〕 とは

定率乾燥期間では、材料の表面が十分に濡れているので、水の蒸発速度は自由表面での水の蒸発速度に等しい。

このとき、空気から材料表面に伝わる熱量と水の蒸発に用いられる熱量はつりあっています。
このときの伝熱速度Qは下式で表されます。

Q = h (T-Tw) ・ a

Q:伝熱速度〔W〕
h:境膜伝熱係数〔W・K-1・m-2
T:気流の温度〔K〕
Tw:材料表面の温度〔K〕
a:材料の比表面積〔m2/ kg 〔dry〕 〕

上式から、定率乾燥速度Rcは下式で表されます。

Rc = Q /λw = h(T - Tw)・a / λw

Rc:定率(恒率)乾燥速度〔kg(H2O)・kg(wet)-1・s-1
Q:伝熱速度〔W〕
Λw:温度Twでの蒸発熱〔J・kg-1


2.減率乾燥とは

減率乾燥(Falling rate of drying)とは、乾燥速度が含水率の減少とともに低下する乾燥過程のこと。

減率乾燥は全ての乾燥操作の終期に現れる過程ですが、物質の内部的条件、含水率、乾燥条件などによって、定率乾燥に引き続いて起こる場合と乾燥の初期から起こる場合とがあります。

定率乾燥に引き続いて起こる場合には、これを減率乾燥第一段階と第二段階に区別できる場合とそうでない場合とがあります。

限界含水率を起点として起こる減率乾燥第一段階は、固体表面が部分的に乾燥しはじめてから全表面がほぼ平衡含水率に達するまでの段階。
減率乾燥第二段階は水の蒸発が固体内部で起こり、拡散、毛管作用その他の力によって表面へ移動する段階。

なお、減率乾燥の初期から第二段階の形式に従う場合もあります。

減率乾燥期間は、試料内部から表面方向に含水率の分布が生じ、毛管を通しての水分移動やコロイド質内の水分拡散が律速段階になった状態と考えられます。

乾燥が進むにつれて、試料内の水分の移動距離は長く水分勾配は小となり、やがて蒸発面積も小となるから、次第に乾燥速度は減少します。
蒸発速度が減少すれば、必要な単位時間あたり蒸発潜熱も少なくなります。

被乾燥物の温度は湿球温度よりも上昇し始め、この結果、熱流入速度も減少します。

減率乾燥速度 Rf とは

減率乾燥期間では材料表面からの水の供給が不十分であり、表面に乾いている部分が生じているため、単位面積あたりの乾燥速度が減少します。
有効濡れ面積は含水率に比例するので、減率乾燥速度Rfは含水率Wに対して直線的に変化します。


乾燥が進まなくなる含水率をW0とすると、減率乾燥速度RfはW-W0に比例するので、比例定数をKとして、下式で表されます。

Rf = K・(W-W0)

限界含水率をWとすると、そのときRc=Rfなので、比例定数Kは下式のようになります。

K = Rc / (W-W0)

よって、上記2式から、減率乾燥速度Rfは以下のように表すこともできます。

Rf = Rc・(W-W0) / (W-W0)