단위공정관리(9) 건조 목차 정리

1. 건조

1. 건조

 * 고체물질에 함유되어 있는 수분을 가열에 의해 기화시켜 제거하는 조작

 

2. 건조의 원리

1) 평형

  (1) 평형함수율(Equilibrium Moisture Content) 

     결합수분을 갖는 재료를 일정습도의 공기로 건조시키는 경우 어느 정도까지 함수율이 내려가면 평형상태에 도달하여 그 이상은 건조가 진행디지 않는다. 이때의 함수율을 평형함수율이라 한다. 

 

  (2) 자유함수율(Free Moisture Content)

     고체가 가진 전체 함수율 w와 그때의 평형함수율 we와의 차를 자유함수율이라고 한다. 

   F = w - we (kg H2O/ kg 건조량)

 

2) 건조속도

  (1) 건조실험곡선

출처 : https://url.kr/4xzjrv

   1. 재료예열기간 : 재료 예열, 함수율이 서서히 감소하는 기간(현열)

   2. 항률건조기간 : 재료함수율이 직선적으로 감소, 재료온도가 일정한 기간(잠열), 건조 속도 일정

•  복사나 전도에 의한 열전달이 없는 경우 온도는 공기의 습구온도와 동일하다. 
• 고체의 건조속도는 고체의 수분함량과 관계가 없다. 
• 항률건조속도는 열전달식이나 물질전달식을 이용하여 계산할 수 있다.

   3. 감률건조기간 : 함수율의 감소율이 느리게 되어 평형에 도달할 때까지의 기간, 내부증발(재료의 건조특성)

   4. 건조속도

      - 정형재료 : 단위면적당, 단위시간당 증발되는 수분량

      - 부정형재료 : 1kg의 건조재료당 1시간에 증발되는 수분량

 

(2) 함수율의 한계범위

함수율의 한계범위

      자유함수율

      한계자유함수율

      한계함수율: 항률기에서 감률기로 이행할 때의 함수율

   

(3) 건조특성곡선

1. 볼록형 : 섬유재료의 수분 이동이 모세관 중에서 일어난다. 
2. 직선형 : 입상 물질을 여과한 플레이크상 재료, 잎담배 등의 건조형태
3. 직선형 + 오목형  감률건조 1단 + 감률건조 2단의 건조과정, 곡물 결정품
4. 오목형 : 비누, 치밀한 고체와 같은 물질이 건조할 때 일어나는 형태이다. 

 

3) 건조속도의 계산

 (1) 항률건조속도

 (2) 감률건조속도

1. 감률기
2. 감률 제1단
3. 감률 제2단
4. 건조시간

        건조시간 R = (함수율 - 한계함수율)/소요시간 (kg H2O/kg 건조고체·h)

4) 건조수축

  함수율이 낮을 때 고체는 수축한다. 

  - 물질의 표면적이 변화 : 야채, 식물

  - 표면이 경화 : 점토, 비누

  - 휘거나 금이 가거나 전체 구조가 변하는 것 : 목재 - 습윤공기로 건조속도 조절

 

3. 건조장치

1) 고체의 건조상치

 (1) 상자건조기(Tray Dryer) : 상자 모양의 건조기 내에 괴상, 입상의 원료를 회분식으로 건조 

         예) 곡물, 과실, 점토, 비누, 고무, 목재

 (2) 터널건조기(Tunnel Dryer) : 다량을 연속적으로 건조

         예) 벽돌, 내화제품, 목재

 (3) 회전건조기(Rotary Dryer) : 다량의 입상, 결정상 물질을 처리할 수 있음. 재료의 체류시간이 최대일 때 재료의 보유량을 최적보유량이라 하며, 공탑 용적에 대해 8~12%가 좋다. 

 

 

2) 연속 Sheet상 재료의 건조장치

 (1) 원통식 건조기(Cylinder Dryer) : 종이나 직물의 연속 시트를 건조

 (2) 조하식 건조기(Feston Dryer) : 직물이나 망판인쇄용지 등을 건조

 

3) 용액이나 슬러리의 건조장치

 (1) 드럼건조기(Drum Dryer) : Roller(회전하는 원통) 사이에서 용액이나 슬러리를 증발, 건조시킨다.

 (2) 교반건조기(Agitated Dryer) : 원료가 점착성이고 별로 중요하지 않을 때 사용. 직접가열, 간접가열, 대기건조, 진공건조

 (3) 분무건조기(Spray Dryer) : 미세한 입자의 형태로 가열하여 기체 중에 분산시켜 건조. 열에 예민한 물질에 효과적. 증발, 건조, 결정화, 분쇄, 분급의 기능을 모두 가진다. 

 

4) 특수건조기

 (1) 유동층건조기 : 미립분체 건조에 사용

 (2) 적외선복사건조기 : 자동차 페인트 건조, 필름 등의 얇은 막의 건조에 사용

 (3) 고주파가열건조기 : 합판의 건조에 사용

 (4) 동결건조기 : 열에 불안정한 물질의 건조, 동결 후 진공하에서 승화시켜 탈수 건조에 사용