Studies of Drying-rate Equations based on Drying-shell Models

食品の乾燥は，貯蔵とか輸送を容易にすることから，食糧問題を考えていく場合に重要になる単位操作の一つである。各種の乾燥装置を設計し，制御化などを行なっていくためには，乾燥速度式を設定し，それに含まれる速度パラメータを求めていくことが必要である。

一般に食品において，乾燥特性曲線を描いた場合，恒率および減率期間が明確でないが，この原因として食品に特有の表面収縮現象などが考えられる。また，食品は多種にわたる高分子成分によって構成されていて化学的，物理的な性質が単純でなかったり，細胞構造を有しているものが多いことなどからも，水分移動機構などが複雑である。これらの食品に特有な現象を一つずつ究明しながら乾燥速度式を設定していくべきであるが，再現性のよい実験データを得るのが困難であることなどにより容易でない。

本研究は，当面する乾燥装置設計などに対応するために，簡単な乾燥モデルに基づいて半理論的なものでよいから乾燥速度式を設定して，実験データによるシミュレーションを行なっていくことを目的として，つぎに示す3段階で研究を行なった。
(1) 乾燥速度の大きい条件下で適用できると考えられる殻状乾燥モデルを球，長い円柱および薄い平板形について考え，乾燥速度式の設定をした。
(2) 乾燥の進行に伴ってガス境膜拡散律速などから乾燥殻状部拡散律速などに移行していくと考えられる。各形種の乾燥速度式において，何れか一つの律速を仮定して，近似的に乾燥速度パラメータを簡単に求めるための積分式を表面収縮も考慮して誘導した。
(3) 全乾燥期聞に適用できる乾燥速度式を得るためには，二つ以上の乾燥速度パラメータを同時に計算していく必要があるが，そのための非線形最小二乗法を使用した電子計算機プログラムを作成した。この計算の乾燥速度パラメータの初期値として(2)で得られる値を使用することができる。

本研究成果は，乾燥機構が複雑な食品などの乾燥速度式を実験データよりシミュレーションによって得る場合に有用である。

In order to design and automatically control various drying apparatuses, it is required to determine the drying-rate equations and to obtain the rate parameters for the equations. In this study, we postulated the integrated equations of the drying-rate equations based on the drying-shell models which considered the surface-shrinkage for the sphere, the long-cylinder and the infinite-slab, respectively. Then, we reported on the calculation methods of the rate parameters using a non-linear least square method.

The drying-rate equations in this paper are characterized by the convenience when the constant- and falling-rate periods are not dearly observed and the shrinkage of the surface becomes evident, and are used commonly in drying of foods.