紅外輻射加熱在材料干燥中的應用

紅外輻射加熱的原理

紅外輻射習慣稱為紅外線或紅外（或英文簡稱IR），也可稱為熱輻射，是指波長范圍在0.7μm到80μm之間的電磁波。

紅外線可用于加熱材料，基本原理是：構成物質的基本粒子包括原子、分子等，都在永不停歇的進行振動或轉動，這些運動狀態(tài)具有不同的能級結構（包括電子能級、振動能級、轉動能級等），且運動狀態(tài)不是固定不變的，當粒子遇到與其狀態(tài)匹配的某個頻率紅外輻射時，會發(fā)生與共振相似的情況，分子可實現(xiàn)能級的躍遷，內(nèi)能增加，同時物料內(nèi)部分子之間會劇烈碰撞，發(fā)生自熱現(xiàn)象，宏觀表現(xiàn)在材料吸收到紅外線后溫度升高。

紅外輻射加熱干燥的原理

紅外線根據(jù)波長范圍不同，可分為短波紅外線（波長小于1.5μm）、中波紅外線（波長介于1.5μm和3μm之間）和長波紅外線（波長大于3μm），其中短波紅外線具有較強的穿透性，而中長波紅外線穿透能力較弱。而大部分的濕物料及水分等物質在中長波紅外區(qū)對紅外線有很強的吸收帶，當這些物質吸收中長波紅外線后，分子自熱、振動并掙脫原來物質對它的束縛，即達到物質干燥的目的。因此工業(yè)中常利用中長波紅外線加熱干燥材料。

由于紅外線具有一定穿透性，會在材料內(nèi)部造成熱量堆積，同時，被干燥的材料表面水分不斷的蒸發(fā)并帶走熱量，使得材料表面的溫度下降，這樣直接導致材料內(nèi)部溫度高于表面溫度，使得材料的熱擴散過程由內(nèi)部向外部進行。在材料內(nèi)部，水分的轉移總是從水分含量較高的地方向低水分含量的位置轉移，因此材料內(nèi)部的水分轉移與熱量轉移是相同方向的，利于水分的干燥蒸發(fā)。

紅外輻射加熱干燥的應用

在現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，常常需要對工件、物料進行加熱干燥處理，常用的方法包括自然干燥（晾曬），熱空氣烘干，紅外線干燥，冷凍干燥，真空干燥等等，不同的方法有各自的優(yōu)缺點，本文重點介紹紅外線干燥。

紅外線干燥的應用非常廣泛，常見的行業(yè)包括：

涂布工業(yè)：家用電器、交通工具等產(chǎn)品的零部件，在表面涂裝過程中的涂料干燥固化，如汽車漆的烘干，包裝容器表層防腐涂料的烘干等。

制革制鞋業(yè)：皮革烘干，膠膜活化、烘干等。

農(nóng)副業(yè)：谷物、果蔬的烘干，藥材烘干，茶葉烘干等。

造紙業(yè)：特種紙張的涂敷、上色、膠化、上光、印花墻紙等等的干燥，瓦楞紙供干等。

木材工業(yè)：木材的干燥，木制家具的涂飾供烤，膠合板單板干燥等。

在各種應用中，常用的干燥設備是紅外線加熱爐（或稱高溫隧道爐、固化爐等，叫法不一），設備核心干燥部分都裝配有紅外線輻射器，根據(jù)紅外線輻射器的熱源不同，又可分為天然氣烘干爐、電紅外烘干爐等。

紅外輻射加熱干燥在應用中主要有以下特點：

加熱效率高：紅外線輻射器的材質一般選用熱輻射率接近黑體的物質（如陶瓷），可最大限度將熱能轉化為輻射能用于加熱材料。而且，紅外輻射是定向輻射，可直接作用到受熱材料。

熱量損失小：紅外輻射加熱不需要介質，可從熱源直達受熱材料表面，無過多的中間轉化環(huán)節(jié)，這一點其他加熱方式難以辦到，因此熱損失小。同時，選擇合適的輻射加熱器，配套合理的遮斷機構（如鏡面金屬反射罩），可實現(xiàn)對紅外線的反射，進一步提高能量利用率，減少熱損失。

易于精準控制：現(xiàn)代化工業(yè)中使用的輻射源，如德國Elstein 陶瓷紅外線輻射器，配套適當?shù)臏乜仄鳌乜鼐€路，可實現(xiàn)精準控溫（+/-1℃），且控制過程無需過度依賴工人經(jīng)驗，只需通過PLC或溫控儀即可一鍵設置。

材料不易變性：中長波紅外線的光子能量級比起紫外線、可見光線都要小，因此使用中只會產(chǎn)生熱效應，而不易引起物質的化學變化。而且，紅外輻射加熱的效率較高，可使加熱時間大大縮短，這也使得材料成份受熱分解的可能性減少。

清潔無污染：對比熱風干燥，紅外輻射加熱過程中不會揚塵，不用擔心設備空間積塵造成的材料污染問題。

設備建造簡便：紅外線輻射元件結構簡單，控制方便，烘道設計方便、便于施工安裝。

當然，紅外輻射加熱在干燥中的應用，也有其局限性。我們通過對紅外干燥原理的分析，很容易發(fā)現(xiàn)，紅外干燥在面對較厚的材料或異形材料時，其干燥效率可能比較糟糕。為了解決這一問題，設備廠家常將紅外干燥技術與其它干燥技術相互結合，采用混合干燥的方式，實現(xiàn)不同干燥方法的優(yōu)勢互補，取得更好的干燥效果。比如，在烘干隧道爐中，采用紅外干燥與熱風干燥相結合的方式，可提升干燥效果：紅外輻射可迅速提升加熱效率，熱風可把熱量帶入材料深處并帶走蒸發(fā)出來的水分。這里我們不再展開。