03_02 함수율

Ⅴ. 분체 기술

1. 분쇄와 분체

2. 분체의 성질

3. 분쇄 공정의 원리

1. 여과의 목적과 원리

2. 여과의 조작

1. 건조의 목적과 원리

2. 함수율

3. 건조 조작

4. 건조 장치

단원 학습 정리

대단원 평가

지하철 판매왕 2분 19초

(1) 수분과 함율

고체 중에 함유한 수분의 양을 표시하는 데 있어서 전 중량에 대한 수분량의 분율을 나타내 습량 기준과 무수물의 중량에 대한 수분량의 분율로 나타내는 건량 기준으로 구분
화학 공학에서는 습량 기준을 수분량 건량 기준 함수량이라고 취급해서 구별
함수율을 나타낼 때는 습윤 재료의 중량을 기준으로 한 수분율과 완전 건조 재료의 중량을 기준으로 나타낸 함수율
수분량 : 습한 재료의 중량을 기준으로 한 수분

: 습한 재료의 중량

: 건조 재료의 중량

함수율 : 완전 건조 재료의 중량을 기준으로 한 수분

(2) 평형 함수율 및 자유 함수율

평형 함수율(equilibrium moisture content) : 건조하려는 고체 물질을 일정한 온도와 습도의 공기 중에 오래 놓아 두면 일정량의 수분을 얻어 평형에 도달하게 되는 데 이 평형 상태에서 고체가 갖는 수분

접촉한 공기의 온도와 습도에 따라 고체 재료는 일정한 평형 함수율 값
평형 함수율은 건조시킬 수 있는 최저 수분 함유량
건조 물질에 대한 수분의 질량비
결합 수분(bond water) : 상대 습도 100%와 만나는 점의 평형 함수율
비결합 수분(unbond water) : 상대 습도 100%와 만나는 그 이상 함유된 수분

그림Ⅴ-18 고체의 평형 함수율

자유 함수율(free moisture content) : 고체가 가진 전체 함수율과 평형 함수율의 차, 자유 수분이라고도 함

(3) 건조 특성 및 건조 속도

수분을 함유한 고체 물질을 매달아서 일정한 온도, 습도 및 풍속을 가지는 대량의 공기 중에 열천칭을 사용하여 재료의 중량 감소를 일정 시간마다 측정하고 동시에 재료 표면에 삽입된 열전대로 재료 표면 온도를 기록

그림Ⅴ-19 건조 실험 장치

건조 실험 곡선 : 건조 시간에 대한 함수율 및 재료 온도의 변화 나타낸 그래프

그림Ⅴ-20 건조 실험 곡선

재료 예열 기간(preheating period) Ⅰ: 재료가 예열되고 함수율이 서서히 감소하는 기간
항률 건조 기간(constant-rate period) Ⅱ : 재료 함수율이 직선적으로 감소하고 재료 온도가 일정한 기간
감율 건조 기간(falling-rate drying period) Ⅲ : 함수율의 감소가 느리며 평형에 달할 때까지의 기간

건조 속도는 건조 재료의 단위 시간에 고체의 단위 표면적으로부터 증발되는 수분의 질량[kg H2O/m²h]
건조 특성 곡선 : 건조 속도의 변화 대한 함수율 변화 나타낸 그래프

그림Ⅴ-21 건조 특성 곡선

Ⅰ: 비교적 짧고
Ⅱ : 고체 표면으로부터의 수분 증발하는 건조 단계로서 건조 속도은 일정하게 유지
Ⅲ : 고체 내부의 물이 증발하는 단계로 공기의 온도, 습도 및 풍속 등의 조건이 일정하더라도 재료에 따라 그림 모양이 다르다.

a형 : 섬유 재료와 같이 고체 내의 수분 이동이 모세관 중에서 일어날 경우
b형 : 입상 물질을 여과한 플레이크(flake)상 재료와 같은 것
c형 : 적선적인 부분(감률건조 제1단)과 오목형(감률건조2단)으로 된 두 단계를 나타내는 것
d형 : 볼록형, 비누와 같은 치밀한 고체에서 내부 수분이 확산에 의하여 이동하는 경우

한계함수율 (critical moisture content) : 항률건조기간으로부터 감률건조기간으로 이행하는 점, 이 값은 재료 특유의 값
건조 속도를 빠르게 하는 방법

고체 시료를 잘게 부수거나, 시료의 두께를 얇게 하여 고체의 표면적을 크게 한다.
고체와 접촉하고 있는 공기의 온도가 높고 수분 함유량이 적으며, 공기의 흐름이 빠르게 한다.

표면적이 0.2m2, 건조 무게가 15kg인 젖은 재료 44.1kg을 건조기에 건조하여 다음과 같은 결과를 얻었다.

시간θ(h)	0	0.2	0.4	0.6	0.8	1.0	1.2	1.4
젖은 중량(kg)	44.1	37.0	30.0	23.5	19.0	17.5	17.0	17.0

건조 실험 곡선과 건조 특성 곡선을 그리고 평형 함수율과 한계 함수율을 그림을 보고 계산하라.

건조 시간을 θ(h), 젖은 재료 무게를 (kg), 건조 무게를 (kg), 함수율을 로 하여 결과로부터 다음 자료를 얻는다 그림에서 한계 함수율과 평형 함수율을 구하면 다음과 같다

한계 함수율 (직선 부분과 곡선 부분의 교점)

평형 함수율 (함수율이 일정하게 되는 점

습한 재료 5kg이 있다. 건조 후 곷의 무게를 측정하니 4.4kg이었다. 처음 재료의 수분(%)과 함수율()을 구하라.

이날치- 범 내려온다. 5분 36초