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  건조 공정 중 건조 시간 관련하여 질문드립니다.
  글쓴이 : KSHUN   고유ID : 신입eng     날짜 : 21-09-30 12:00     조회 : 59    
안녕하세요
이론적인 필요 건조 시간을 구하는 방법 관련 문의사항 있어 질문드립니다.
열풍을 이용하여 건조를 진행하고 있습니다.
'A'라는 공간을 150도의 공기로 외곽부에서 열량, 전력으로 공급 중입니다.
이 때 '액체B' 를 건조시키려고 하는데,
해당 내용 관련해서 하기 내용이 궁금합니다.

Q1) 열풍은 'A'라는 공간의 체적보다 큰 12ccm으로 공급된다고 하면,
열풍 공급 열량인 12cmm * delta 온도(100℃-20℃) * 공기 비열 을
'액체B'에 공급되는 열량과 같게 보는게 맞는지 궁금합니다.
열풍은 해당 열량으로 공급하지만, 직접 분사가 아니라 외곽에서 공급해서 'A' 공간을 히팅 시키는 상황이라
100℃ 분위기에 의해 증발이 시작된다고 보여서요.
그럼 이 때 100℃ 분위기인 상황의 열량을 어떻게 구해야 하는지 궁금합니다.
열풍에서 공급되는 총 열량을 총 부피로 나눠서, 액체 B의 부피 만큼을 곱해서 나온 값이 액체B에 공급되는
열량이라고 보면 될까요?

Q2) 100도의 상황이 주는 열량이 100도에서의 액체 B의 증발필요열량을 넘어서는 시간에서
증발이 완료된다고 보면 되는지 문의드립니다. (액체 B의 비점은 200도 이상)

Q3) 해당 물질 경우, 비열이 물과 같이 100도까지는 일정하지 않고 온도가 상승함에 따라 증가하는데,
해당 경우, 비열이 변하는 직선식으로 적분해서 구하면 되는건지도 문의드립니다.


Stefano    21-10-01 00:33
(1) 건조공정은 해석하기가 꽤 복잡한 계인데 열풍을 사용하는 경우 건조되는 물질과의 표면 열전달이 (1) 대류열전달 현상으로 전달되고  (2) 전달된 열은 건조물질내부로 열전도로 이어지고  (3)열전도 되어 온도가 상승하면 습분이 증발하게 되고 (4)건조물 표면에서 열풍쪽으로 증기가 확산해 나가는 메카니즘으로 이루어지는 것이라서 열전달 물질전달 복잡한 요소는 모두 포함하고 있습니다.

이중 습분이 많아 (2)열전도나 (3) 증발, (3)에 비해 대류열전달이 전체의 속도를 좌우(속도를 좌우, 즉 "율속")하는 경우의 영역에서는  "항속건조구간"으로 건조시간을 예측하여도 큰 차이없이 추정 가는합니다.

따라서 초기 수분에서 항속구간내의 임계습분영역에서는 열전달량에 비례하여 증발속도가 정해진다고 가정하고 계산하면 됩니다.

(2) 이 영역을 지나면 "감속건조구간"이 나타나게 되는데  건조가 진행되면서 습분이 줄어들고 특히 건조 과정에서 내부공간이 생기게 되면 열전도 속도가 점전 떨어져서 열전도현상이 율속과정이 되는데 이 구간에서는 시간과 습분의 곡선이 Exponential Curve를 그리게 됩니다. 

열전도와 확산의 메카니즘이 복잡하여 이 영역의 건조시간 예측은 실제의 실험데이터를 이용하여 구하는 편이 오히려 더 현실적이고 예측치가 더 정확할 수 있기 때문에  Experimental Model 수식을 만들어 예측할 수 있고,  데이터가 없는 경우라면 유사한 건조공정의 모델을 적용하고 매개변수만 적용하여 구할 수도 있습니다.

우선..Handbook이나 건조전문 서적에서 건조공정에 대해 찾아 보는 것이 좋을 것 같습니다.

(3) 
Q1에 대한 답을 올리면..
건조기 공간부피(V m3)를 열풍유속 (v m3/min)로 공급하는 경우 열풍에 의한 열전달량은 열풍만의 부피유량(m3/min)에  공급온도(t1)와 출구온도(t2)차 및 부피기준 비열(kcal/m3/℃)를 곱한 값이 됩니다.

전달된 전체 열량은 1) 수분포함 피건조물의 온도를 상승시키고 2) 증발되는 증기량에 비례하는 증발잠열을 공급하고,  3) 증발된 증기가 출구온도로 과열되어 나가는 열량에 쓰이게 됩니다.  공급열량과 각 쓰임 열량은 열수지로 계산되어야 합니다. 

<액체B'에 공급되는 열량과 같게 보는게 맞는지 ..>  <열풍에서 공급되는 총 열량을 총 부피로 나눠서, 액체 B의 부피 만큼을 곱해서 나온 값이 액체B에 공급되는 열량이라고 보면...>등의 의미는 필자가 이해하기 어렵습니다.

Q2에 대한 답
피 건조물의 온도가 100도가 되어도 수분은 완전 건조되지 않습니다.  내부에서 출구로 증기가 빠져나오면서 걸리는 차압이 있어서 그러기도 하지만  근본적 원인은  건조물질과 수분간의 분자간 인력(친화력)에 기인합니다.  수분이 결정에 달라붙어있는 경우 결정수일 수도 있고  결정수가 아니더라도 지극히 분자간 거리가 가까운 영역에서는 증기라고 하여도 고체 혹은 액체와 같은 물성을 나타내기 때문입니다.  온도가 높을 수록 잔류 수분량이 줄어드는 평형관계가 있지만  수분 흡착력이 그리 강하지 않은 물질이라고 해도 일반적 건조기 온도는 약 120도 정도로 유지한 상태에서 1~2시간 이상 유지하도록 해도  잔류수분이 남게 됩니다.

Q3에 대한 답
비열은 온도에 따라 상승하는 특성을 가지지만  일정영역에서 평균비열을 적용하여 상수라고 보고 계산하는 경우가 많습니다.
순성분인 경우    Cp(T)= A + BT + CT2 +...  로 되어 있다면  열량계산시  적분하여 

Q= M * {A*(T2-T1) + B/2 (T2^2-T1^2) + C/3 (T2^3-T1^3)...} 의 수식을 사용하면 정확하지만 온도구간이  좁은 구간에서는
위의 Q값을 M과 (T2-T1)으로 나눈 값을 평균 비열로 취하여 다른 계산에 이용할 수가 있습니다.
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