2. 건조 특성 및 건조 속도

수분을 함유한 고체 물질을 매달아서 일정한 온도, 습도 및 풍속을 가지는 다량의 공기 중에 그림 2와 같은 열저울을 사용하여 무게 감소를 측정하고 동시에 재료 표면 온도를 기록해 보면 일반적으로 건조 시간에 대해 함수율 및 재료 온도의 변화는 그림 3과 같이 되며 이 그림을 건조 실험 곡선이라고 한다.

 

 

                                                                           그림 2 건조 실험 장치

그림 3에 의하면 건조 과정은 다음 세 기간을 구별된다. Ⅰ은 재�� 예열되어 함수율이 서서히 감소하는 기간(재료 예열 기간, preheating period)이고 Ⅱ는 재료의 함수율이 직선적으로 감소하고 재료 온도가 일정해지는 기간(항율 건조 기간, constant rate drying period)이며, Ⅲ은 함수율의 감소 속도가 느리며 평형에 달할 때까지의 기간(감률 건조 기간, falling rate drying period)이다. 이 함수율 감소 곡선의 기울기로부터 건조 속도의 변화를 알 수 있다.

                                                                                     그림 3 건조 실험 곡선

건조 속도는 건조 재료의단위 시간에 고체의 단위 표면적으로부터 증발되는 수분의 질랭(kg H₂O/m²·h)로 표시된다.

건조 속도의 변화를  함수율에 대하여 그리면 그림4와 같은 건조 특성 곡선이 얻어진다.

Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ의 세 기간은 건조 실험 곡선의 세 기간에 대응하는 것이다. Ⅰ의 기간은 비교적 짧고, Ⅱ의 기간에서는 고체 표면의 수분이 증발하는 건조 단계로서 건조 속도는 일정하게 유지된다.

                                                                                       그림 4 건조 특성 곡선

Ⅲ의 감률 건조 기간은 고체 내부의 물이 증발하는 단계로 공기의 온도, 습도 및 풍속 등의 조건이 일정하더라도 재료에 따라 그림 모양이 다르게 표시된다.      

일반적으로 섬유 재료와 같이 고체 내의 수분 이동이 모세관 중에서 일어날 경우에는 그림의 (a)와 같이 블록형이 되며, 비누와 같은 치밀한 고체에서 내부 수분이 확산에 의해서 이동하는 경우는 그림의 (d)와 같이 오목형으로 되며, 입상 물질을 여과한 플레이크(flake)상 재료와 같은 것은 그림의 (b)와 같이 직선으로 변화한다.

그림4에서 로 표시되는 함수율은 항률 건조 기간으로부터 감률 건조 기간으로 옮겨가는 점으로 한계 함수율(critical moisture content이라고 한다. 이 값은 고체 재료의 고유한 값이다.

건조 과정에서 건조 속도를 빠르게 하기 위해서는 고체 내부에 포함되어 있는 수분이 고체 표면으로 쉽게 이동할 수 있게 고체 시료를 잘게 부수거나 시료의 두께를 얇게하여 고체의 표면적을 크게 해야 한다. 그리고 고체와 접촉하고 있는 공기의 온도가 높고 수분 함유량이 적으며, 공기의 흐름이 빠르도록 해야 건조 속도를 빠르게 유지할 수 있다.