熱風乾燥で使用する媒体としての空気と窒素の性能を確認します。
4-1-1.空気の役割
常温、常圧の空気はほぼ理想気体として振る舞い、t [℃]における空気の密度ρ [kg/m3]は、大気圧をP [atm]、水蒸気圧をe [atm]とすると、
◎コストが安い
◎配管漏れしても安全
◎熱源として材料を温める
◎気体境膜を薄くする
◎蒸発した水蒸気を外部に搬送する(キャリアガス)
○通常環境での空気は水蒸気を数％含み、水蒸気の効果がプラス方向に作用する。
○酸素が加熱コイルのアルミ成分と結合し、表面に耐蝕被膜を形成しコイルの寿命延長に作用する。
×空気は酸素を含み、高温になると酸化が促進される。
4-1-2.窒素の役割
熱風加熱に使用する窒素のメリットデメリットは
◎熱源として材料を温める
◎無酸素環境を作り出し発火を防止する
◎無酸素環境を作り出し酸化を防止する
◎無水蒸気環境を作りだし、加水分解や水酸基結合を防止する
◎気体境膜を薄くする
◎蒸発した水蒸気を外部に搬送する(キャリアガス)
○漏れても比較的安全です
×液体窒素を気化して使用する場合は常温との差分だけ加熱効率が低くなります
×酸素が無いので加熱コイルの表面に耐蝕被膜を形成されず、空気と比較するとコイルの寿命は短くなります
窒素は無酸素であることから、溶剤を含む可燃性の物質の乾燥に適合します。
4-1-3.空気の密度
空気を窒素4：酸素1の気体と定義すると、窒素分子量28、酸素分子量32なので、空気の分子量は28.8になります。
28.8 = (28 x 4/5 + 32 x 1/5 )
空気の密度を求める計算 （気圧1atm、室温20℃）
圧力p=1atm=101.3×10^5Pa
温度t=273+C
空気V=1m＾3
モル数n=mol
気体定数R=8.31J/mol・K
理想気体の状態方程式=pV=nRT
空気の密度ρ=
n = pV/RT = 1.103x10＾5Pa x 1m＾3 / 8.31J/mol・K x (273+20)K = 41.6mol
ρ= (28.8 x 41.6)g/m＾3 = 1200g/m＾3 = 1.2g/ℓ
4-1-4.特性一覧表
空気の構成物質
| 成分 | 化学式 | 体積比 割合 | 質量割合 | 気体密度 | 比重 |
|---|---|---|---|---|---|
| 窒素 | N2 | 78.084 | 0.75520000 | 1.251 | 1.105 |
| 酸素 | O2 | 20.9476 | 0.23150000 | 1.429 | 0.967 |
| アルゴン | Ar | 0.934 | 0.01280000 | 1.78 | 1.38 |
| 二酸化炭素 | CO2 | 0.039 | 0.00046000 | 1.977 | 1.54 |
| ネオン | Ne | 0.001818 | 0.00001200 | 0.9002 | 0.69 |
| ヘリウム | He | 0.000524 | 0.00000072 | 0.1785 | 0.13 |
| メタン | CH4 | 0.000181 | – | – | – |
| クリプトン | Kr | 0.000114 | – | – | – |
| 二酸化硫黄 | SO2 | 0.0001 | – | – | – |
| 水素 | H2 | 0.00005 | – | – | – |
| 一酸化二窒素 | N2O | 0.000032 | – | – | – |
| キセノン | Xe | 0.0000087 | – | – | – |
| オゾン | O3 | 0.000007 | – | – | – |
| 二酸化窒素 | NO2 | 0.000002 | – | – | – |
| ヨウ素 | I2 | 0.000001 | – | – | – |
概略空気組成
| 成分 | 化学式 | 体積比 割合 | 質量割合 |
|---|---|---|---|
| 窒素 | N2 | 0.79 | 0.768 |
| 酸素 | O2 | 0.21 | 0.232 |
| 成分 | ﾌｧﾝﾃﾞﾙﾜｰｽ定数 | 分子量 | ガス定数 | 定圧比熱 | 定積比熱 | 比熱比 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| a / Pa m6 mol−2 | b / m3 mol−1 | g/mol | R (J/g・K) | Cp (J/g・K) | Cv (J/g・K) | γ | |
| 空気 | 135 × 10−3 | 36.6 × 10−6 | 28.967 | 0.28703 | 1.005 | 0.718 | 1.399 |
| 窒素 N2 | 141 × 10−3 | 39.2 × 10−6 | 28.013 | 0.29680 | 1.039 | 0.743 | 1.399 |
| 酸素 O2 | 138 × 10−3 | 31.9 × 10−6 | 31.999 | 0.25984 | 0.914 | 0.654 | 1.398 |
| 水蒸気 H2O | 553 × 10−3 | 33.0 × 10−6 | 18.015 | 0.46152 | 4.186 | 3.147 | 1.33 |
| ヘリウム He | 3.45 × 10−3 | 23.8 × 10−6 | 4.003 | 2.07727 | 5.240 | 3.16 | 1.66 |
| アルゴンAr | 136 × 10−3 | 32.2 × 10−6 | 39.948 | 0.20813 | 0.523 | 0.32 | 1.68 |
| 水素 H2 | 24.8 × 10−3 | 26.7 × 10−6 | 2.016 | 4.12449 | 14.250 | 10.12 | 1.408 |
| 一酸化炭素CO | 151 × 10−3 | 40.0 × 10−6 | 28.010 | 0.29684 | 1.041 | 0.74 | 1.4 |
| 二酸化炭素CO2 | 365 × 10−3 | 42.8 × 10−6 | 44.010 | 0.18892 | 0.819 | 0.63 | 1.3 |
| ｱﾝﾓﾆｱNH3 | 422 × 10−3 | 37.1 × 10−6 | 17.031 | 0.48821 | 2.060 | 1.57 | 1.31 |
| ﾒﾀﾝCH4 | 238 × 10−3 | 42.8 × 10−6 | 16.042 | 0.51828 | 2.160 | 1.63 | 1.32 |
比熱=1kgの物質を1Kだけ上昇するために必要な熱量
空気の性質
| 温度条件 | 密度 | 定圧比熱 | 粘性率 | 動粘性率 | 熱伝導率 | 熱拡散率 | ﾌﾟﾗﾝﾄﾙ数 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| T | ρ | Cp | η | ν | λ | α | Pr |
| K | kg/m3 | kJ/(kg・K) | μPa・s | mm2/s | mW/(m・K) | mm2/s | – |
| 100 | 3.6109 | 1.072 | 7.1 | 1.97 | 9.22 | 2.38 | 0.826 |
| 200 | 1.7679 | 1.009 | 13.4 | 7.58 | 18.1 | 10.15 | 0.747 |
| 300 | 1.1763 | 1.007 | 18.62 | 15.83 | 26.14 | 22.07 | 0.717 |
| 400 | 0.8818 | 1.015 | 23.27 | 26.39 | 33.05 | 36.93 | 0.715 |
| 500 | 0.7053 | 1.031 | 27.21 | 28.58 | 39.51 | 54.33 | 0.71 |
| 600 | 0.5878 | 1.052 | 30.78 | 52.36 | 45.6 | 73.7 | 0.71 |
| 700 | 0.5038 | 1.076 | 34.1 | 67.7 | 51.3 | 94.6 | 0.715 |
| 800 | 0.4408 | 1.099 | 37.23 | 84.5 | 56.9 | 117 | 0.719 |
| 900 | 0.3918 | 1.122 | 40.22 | 102.7 | 62.5 | 142 | 0.722 |
| 1000 | 0.3527 | 1.142 | 43.08 | 122.1 | 67.2 | 167 | 0.732 |
| 1100 | 0.3206 | 1.16 | 45.84 | 143 | 71.7 | 193 | 0.742 |
