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），且運動狀態不是固定不變的，當粒子遇到與其狀態匹配的某個頻率紅外輻射時，會發生與共振相似的情況，分子可實現能級的躍遷，內能增加，同時物料內部分子之間會劇烈碰撞，發生自熱現象，宏觀表現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，會在材料內部造成熱量堆積，同時，被干燥的材料表面水分不斷的蒸發并帶走熱量，使得材料表面的溫度下降，這樣直接導致材料內部溫度高于表面溫度，使得材料的熱擴散過程由內部向外部進行。在材料內部，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。

紅外輻射加熱干燥的應用

在現代工業、農業生產中，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，常見的行業包括：

涂布工業：家用電器、交通工具等產品的零部件，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：皮革烘干，膠膜活化、烘干等。

農副業：谷物、果蔬的烘干，藥材烘干，茶葉烘干等。

造紙業：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：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節，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：現代化工業中使用的輻射源，如德國Elstein 陶瓷紅外線輻射器，配套適當的溫控器、溫控線路，可實現精準控溫（+/-1℃），且控制過程無需過度依賴工人經驗，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，很容易發現，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，實現不同干燥方法的優勢互補，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出來的水分。這里我們不再展開。