2강. 함수율(moist content)
추천글 : 【물질전달】 물질전달 목차
1. 함수율 [본문]
2. 평형함수율 [본문]
3. 함수율의 측정 [본문]
1. 함수율 [목차]
⑴ 함수율 표시법
① 습량 기준 함수율(wet basis moisture content)
○ Mw : 습량 기준 함수율
○ Ww : 물의 무게
○ Wd : 물을 제외한 나머지 무게
② 건량 기준 함수율(dry basis moisture content)
○ Md : 건량 기준 함수율
○ Ww : 물의 무게
○ Wd : 물을 제외한 나머지 무게
③ 상호 환산식
④ 건조 시 전체 중량이 변하므로 건량 기준 함수율이 많이 사용됨
⑤ 100 - 함수율(%)을 고체율이라고 함
⑵ 직접 측정법
① 상압정온 건조법 : 대기압 하에서 수분을 증발시켜 건조 전후의 무게차이로 함수율을 구하는 방법
○ 건조온도가 낮은 경우 : 잔류 수분 존재
○ 건조온도가 높은 경우 : 재료에 화학변화 발생
○ (참고) 미국 농공학회 기준 : ASAE/ASABE S352
② 감압건조법 : 압력을 낮추어 높은 온도를 가하지 않는 계측법
○ 장점 1. 고온에서 변질하기 쉬운 재료 측정 가능
○ 장점 2. 휘발 성분이 많은 경우 정확하게 측정 가능
③ 적외선 가열건조법 : 적외선 램프의 복사열로 수분을 증발시켜 건조 전후의 무게차이로 함수율을 구하는 방법
○ 장점 1. 상당히 빠름
○ 장점 2. 무게 센서와 마이크로컴퓨터를 통해 함수율을 자동으로 측정
○ 예 : CMB25 moisture analyzer
④ 유전 가열건조법 : 전자레인지로 건조하는 계측법
⑤ 증류법 : 가열하여 증류시키는 계측법
⑥ Karl Fisher 법 : 시약으로 수분을 적정하는 방법
○ 과정 : 분말 / 박편 시료 → 메탄올에 침작 → 물 추출 → KF 시약 적정
○ 장점 : 수분 이외의 휘발성분을 포함하는 경우에도 정량 가능
○ 단점 : 거짓 양성 (예 : 비타민 C, 히드라진 유도테, 케톤, 과산화물, 금속 산화물). 비용해성 식품에 적용 불가
○ KF 시약 : 요소(I2), 이산화황(SO2), 피리딘
○ 가장 널리 사용
⑶ 간접 측정법
① 직류저항식 수분계
② 전기저항식 단립수분계
③ 고주파 저항식 수분계
④ 고주파 용량식 수분계
⑤ 시설용 전량수분계
2. 평형함수율 [목차]
⑴ 개요
① 평형함수율(EMC, equilibrium moisture content) : 재료 내부의 수증기압이 주위 공기의 수증기 분압과 평형을 이루었을 때의 함수율
② 평형상대습도(ERH, equilibrium relative humidity) : 평형을 이루었을 때 주위 공기의 상대습도
③ 방습 평형함수율(desorption EMC) : 수분을 잃으면서 평형에 이르렀을 때 평형함수율
④ 흡습 평형함수율(absorption EMC) : 수분을 얻으면서 평형에 이르렀을 때 평형함수율
⑵ 평형함수율 곡선(EMC curve)
① 정의 : 일정 온도에서 상대습도 또는 수분활성도(water activity)와 평형함수율의 관계를 나타낸 곡선
② 방습 평형함수율이 흡습 평형함수율보다 항상 높음 : 수분의 관성 때문
○ 방습 평형함수율 : 수분은 증발하기보다 가만히 있으려고 함
○ 흡습 평형함수율 : 수분은 흡착하기보다 공기 중에 있으려고 함
③ 이력현상(hysteresis effect)
○ 정의 : 방습-흡습 사이클에서 수분이 재료 내부에 머무르는 현상
⑶ 평형함수율 모델
① Henderson 모델
② Chung-Pfost 모델
③ Clausius-Clapeyron 모델 : 수분 증발잠열에 관한 식
○ Pv : 재료 내부 수증기압
○ PS : 자유수 포화수증기압
○ hfg : 자유수의 증발잠열
○ hfg' : 재료 내부의 수분의 증발잠열
④ 온도가 증가할수록 평형함수율 감소
⑤ 상대습도가 증가할수록 평형함수율 증가
⑷ 평형함수율 측정 : 염류 포화용액을 통해 평형상대습도를 형성
온도(℃) | LiCl | CH3COOK | MgCl2 | K2CO3 | Mg(NO3)2 | KI | NaCl | KCl |
20 | 11.3 | 23.1 | 33.1 | 43.2 | 54.4 | 69.9 | 75.5 | 85.1 |
30 | 11.3 | 21.6 | 32.4 | 43.2 | 51.4 | 67.9 | 75.1 | 83.6 |
40 | 11.2 | 20.4 | 32.6 | 43.1 | 48.4 | 66.1 | 74.7 | 82.3 |
Table. 1. 평형함수율 측정
⑸ 수분활성도(Aw, water activity)
① 정의
○ PS : 동일 온도에서 물의 포화수증기압
○ Pv : 식품 중의 수증기 분압
○ ERH 관계식 : 재료 내부의 수증기압은 공기 중의 수증기 분압과 동일하므로
② 물의 존재상태와 수분활성도
○ 수분활성도 < 0.2 : 화학흡착수
○ 수분활성도 = 0.2 ~ 0.9 : 물리흡착수
○ 수분활성도 > 0.9 : 반흡착수
○ 수분활성도 > 1 : 자유수
③ 미생물의 활동은 전체 수분량보다 수분활성도에 영향
○ 대부분 곰팡이류는 0.7 이하에서 번식 중지
○ 이스트는 0.8 이하에서 번식 중지
○ 박테리아는 0.9 이하에서 번식 중지
○ 산화반응속도는 0.4에서 최저, 0.6에서 최대
○ 물이 적은 경우 반응에 필요한 이온의 수가 적음
○ 물이 많으면 반응에 참가하는 O2의 접근이 제한
○ 산화반응속도 정도는 위 두 논점의 트레이드오프
3. 함수율의 측정 [목차]
⑴ 고주파 저항식 함수율 측정
① 함수율이 낮을 경우 감도가 높은 비파괴 측정이 가능함
② 함수율이 높을 경우 고주파 정전 용량식보다 정밀도가 떨어짐
⑵ 고주파 정전 용량식 함수율 측정
① 실험식
입력 : 2019.09.23 23:13
'▶ 자연과학 > ▷ 유체역학·전달현상' 카테고리의 다른 글
【물질전달】 4강. 다공성 물질의 물질전달 (0) | 2019.10.14 |
---|---|
【물질전달】 3강. 건조모델 (0) | 2019.10.07 |
【열전달】 열전달 목차 (0) | 2019.04.07 |
【유체역학】 7강. 외류 (0) | 2016.12.09 |
【유체역학】 6강. 내류 (0) | 2016.12.09 |
최근댓글