前文提到過的毛細管多孔膠體物質是一種在生活生產過程中最常見的一類物料,木材、皮革、食品等等都是這一類物質,是乾燥學中研究比重比較高的一類物料。這類物體大毛細管中的水脫出比較容易,但微毛細管或細胞壁中的水脫出就比較困難。因此,物料內部水分的遷移過程既要通過大抱習慣又要通過微毛細管,包括細胞腔體內自由水的排出也是如此。
因消耗與物料內的水的結合能不只是表現在排出細胞壁的水或在平衡含水率以下才會有,而是在整個排水過程中,在水分遷移過程中都有能量的消耗,因此,應該把乾燥過程看作是能量和物質的總和遷移。由於物料的結構複雜,如有的是熱敏材料,有的是具有活性的生命材料(比如種子),所以傳熱、傳質過程的機理是很複雜的。
那麼乾燥含水的溼物料需用什麼波段的紅外線加熱管?短波還是中長波?我們先來了解一下水分在物質中的形態及吸收波段峰值。
根據水分與物料的結合,還可以分為化學結合、物理化學結合和物理機械結合3中形式。化學結合是水以化學力與固體相結合,水分存在於物料的分子中,如硫酸銅結晶水(CuSO4·5H2O),我們如果要通過加熱防水去除這種水的話就會比較困難,一般不將此過程列為乾燥過程,但菱鎂礦球脫出結晶水已用碳纖維發熱管紅外線乾燥方法獲得成功。
物理化學結合水即水分或溶劑與物料間由於氫鍵力或範德華力相結合,這種結合以物料與水的分子間的作用為基礎,物料的內外活性面以分子引力吸取液體或氣體。媳婦液體的厚度可達幾百個液體分子直徑,但與物料結合得最強的是第一層液體分子,以後的基層與物料結合比較弱,一旦周圍介質狀況發生變化,除第一層液體分子外,其他的分子層均容易被破壞。
物理機械結合是以水分在物料毛細管裡形成的表面張力相結合。由於水與大抱習慣的結合力很弱,他的存在與純水相似,其特性是在任何溫度下,物料表面水分的蒸汽壓等於純水在此溫度下的飽和蒸氣壓,水分的蒸發很容易。對於微毛細管內形成凹面型彎月面,與微毛細管壁有很強的結合力,其頁面的飽和蒸氣壓低於同溫度下的飽和蒸汽壓,即當周圍空氣溼度小於100%時,蒸汽就在此毛細管中凝聚成液態而逐漸充滿毛細管,這種現象稱為毛細管凝結現象。
下面給大家一下毛細管多孔膠材料的紅外吸收光譜,毛細管多孔膠體材料(如木材、食品、果品及粉狀、纖維狀多孔材料以及各種油漆、塗料等)對紅外線均具有反射、透射與吸收的特性。液體、膠體、毛細管多孔膠體及非晶固體與氣體物質不同,他們不僅有振動光譜,而且有轉動光譜。因分子振動能級改變時轉動能級也隨之改變,所以紅外線光皮也稱為振動光譜與轉動光譜。紅外光譜能量被物料吸收,變為物料分子振動能即熱能,所以紅外光譜效應又稱為熱效應。
在輻射加熱過程中,物料只能通過吸收輻射才能獲得能量,哪些被透過和反射的輻射對加熱不起作用,因而吸收率是表徵輻射能被物料利用多少的重要參數。經過對蘋果、蘋果乾、馬鈴薯、馬鈴薯幹、茶葉、木材和油漆等物料的吸收光譜分析後發現:所有毛細管多孔膠體在波長為短波波段吸收率最低,隨著波長邊長吸收率逐漸變大,達到中長波交界處紅外線光譜吸收率達到各自的最大吸收峰值。
之所以有這樣的吸收光譜是和物料本身的特性及水分子特性是有關的。例如木材及油漆材料的分子都含有羥基、烷基等原子團,所以在波長3-6μm波段有明顯的吸收帶。水和物料中存在你的水分對吸收光譜具有很大的影響,液態水在波長5μm-17μm中間有3個吸收峰值,所以含水的溼物料在這三個峰值斷會出現紅外線吸收峰值。
從以上實驗數據可以得出烘乾含水的溼物料需要用中長波紅外線加熱管。