Determinations of Rate Parameters in Drying-rate Equations of Water-absorbing Sponges

既報1)において，殻状乾燥モデルに基づく乾燥速度式の設定および速度パラメータの算出方法について報告した。本報では，含水スポンジを仮想食品として考えて，乾燥実験を行ない，速度パラメータの算出をした。含水スポンジは，表面収縮をしなく殻状乾燥をするので，既報の各種の乾燥速度式を検討するのに都合のよい簡単なモデル体である。球，長い円柱および無限平板状の試料について検討した結果，つぎに示すような結論が得られた。
(1) ガス境膜および乾燥殻状部拡散律速をそれぞれ仮定して誘導された積分形1)から求められた速度パラメータhm (cm3-void/cm2・min)およびkm (cm3-void/cm・min)を用いた計算結果は，試料の重さω(g)対乾燥時間θ(min)の関係で得られた実験データを満足しなかった。この原因は，速度パラメータの相関性によるものであり，非線形最小二乗法を用いた同時計算が必要であることが分った。
(2) 本研究で使用した含水スポンジは，細孔径が大きく，長い円柱および無限平板状の試料においては，未乾燥核が水の凝集力によりそれぞれ楕円体および円盤体となり，殻状乾燥モデルを満足する実験データが得られなかった。このような試料の場合に対しては，球状についての実験が必要であることが分った。
(3) 球状の試料については，実験データをよく満足する速度パラメータhmおよびkmが得られた。従来の関係式から求められる各種の推算値と比較検討を行なった。理論的により意味のある速度パラメータを得て従来の値と比較検討をしていくためには，未乾燥核の温度変化を測定する実験などを行なっていくことが必要である。

本研究で示した方法で得られる乾燥速度式は，速度パラメータの意味が究明されていかない限り半理論式的なものであるが，当面する各種の乾燥装置の設計などに対しては簡単な取り扱いをしており有用なものである。

In a previous paper, we studied the drying-rate equations based on the drying-shell models and the calculation methods of the rate parameters in the rate equations. In present paper, the rate parameters of the water-absorbing sponges which are considered as imagined fiber-foods, were determined for the sphere, the long-cylinder and the infinite-slab using a non-linear least square method. The imagined fiver-foods are simple samples which have no shrinkage of surface.

The calculated values using the rate parameters obtained independently from the integrated equations did not agree with the observed values. Simulate calculations of the rate parameters using a non-linear least square method were necessary.

The pore diameters of the sponges used in this study were not small and the water cores of the long-cylinder and the infinite-slab were transformed into ellipsoids and the disks. The calculated results for the long-cylinder and the infinite-slab did not agree with the observed values, but in the case of the sphere the results agreed. The rate parameters in this paper are merely experimental ones, but can be adopted satisfactorily for the design of various drying apparatuses.