乾燥操作を考えるうえで、「空気」の性質を正しく理解することは欠かせません。
本記事では、空気の基本的な物性、成分、そして乾燥操作との関係について整理します。
空気の概要
空気は明確な物性を持つ物質であり、「真空」とは明確に区別されます。
・密度
0℃、101.325kPa において 1.295 kg/m³
（1リットルあたり約 1.295 g）
・熱による膨張・圧縮性
温度が上昇すると膨張し、低下すると収縮します。
・圧縮性
圧力を加えることで体積が小さくなります。
・熱伝導率が小さい
0.0241 W/(m·K) と小さく、熱を伝えにくいため断熱性を持ちます。
地球上には、重力によって 約 5×10¹⁸ kg の空気が保持されています。空気が多く集まっている領域は高気圧、少ない領域は低気圧と呼ばれますが、これは相対的な概念であり、絶対値によって決まるものではありません。
ある地域で空気が下降して高気圧（＝空気量が多い状態）になると、別の地域では空気が上昇し低気圧（＝空気量が少ない状態）になります。地球全体で見れば空気の総量は一定であり、「どこかで増えれば、どこかで減る」という関係にあります。
空気の成分
空気は、複数の気体分子が混合した物質です。
- アルゴンのような単原子分子窒素
- 酸素のような二原子分子
- 二酸化炭素のような多原子分子
といったように、分子構造もさまざまです。
空気中には粉じんなどの固体成分も存在しますが、通常は不純物として扱われ、空気成分には含めません。
空気の主な成分
| 割合(vol%) | 分子量(g/mol) | CAS RN | 密度(kg/m³) | 比熱(kJ/kg･K) | |
|---|---|---|---|---|---|
| 空気 | – | 28.95 | 132259-10-0 | 1.295(0℃) | 1.005(0℃) |
| 窒素 | 78.08 | 28.00 | 7727-37-9 | 1.251(0℃) | 1.039(0℃) |
| 酸素 | 20.95 | 31.99 | 7782-44-7 | 1.429(0℃) | 0.915(0℃) |
| アルゴン | 0.93 | 28.00 | 7440–37–1 | 1.784(0℃) | 4.223(0℃) |
| 二酸化炭素 | 0.04 | 44.01 | 124-38-9 | 1.977(0℃) | 2.100(-1℃) |
海抜 0 m から高度およそ100 km 付近までは、空気の成分比率はほぼ一定とされています。
乾燥空気（乾き空気）
上図は「乾燥空気（乾き空気）」の構成を示したものです。
各成分はそれぞれ分圧を持ち、それらを合計したものが全圧となり、標準状態では 101.325 kPa です。
空気は乾燥操作と密接に関係しています。熱風乾燥はもちろん、伝導乾燥や減圧乾燥においても、完全に空気が存在しない状態で乾燥を行うことはほとんどありません。
湿り空気
自然環境下において、実際に存在する空気は「乾燥空気」ではなく、水蒸気を含んだ湿り空気です。
乾燥操作、特に熱風乾燥に使用される空気も、この湿り空気に該当します。
湿り空気では、
全圧 ＝ 乾燥空気の分圧 ＋ 水蒸気の分圧
という関係になります。
雨の日は湿度が高く、低気圧となることが多いですが、その場合は全圧が低下するうえに水蒸気の分圧が増加します。その結果、酸素など乾燥空気成分の分圧は相対的に小さくなります。このように、空気中に含まれる水蒸気量を指標化したものが「湿度」です。
まとめ｜空気の理解が乾燥設計の精度を高める
乾燥操作において扱っているのは、単なる「空気」ではなく、圧力・温度・成分・水蒸気量などの物性をもつ物質です。
乾燥条件の最適化や、季節・環境による乾燥性能のばらつきを理解するためにも、乾燥空気と湿り空気の違い、分圧という考え方は重要な基礎知識となります。
乾燥プロセスの見直しや条件検討の際には、ぜひ「空気の状態」から立ち返って考えてみてください。
