红外辐射加热在材料干燥中的应用

红外辐射加热的原理

红外辐射习惯称为红外线或红外（或英文简称IR），也可称为热辐射，是指波长范围在0.7μm到80μm之间的电磁波。

红外线可用于加热材料，基本原理是：构成物质的基本粒子包括原子、分子等，都在yongbu停歇的进行振动或转动，这些运动状态具有不同的能级结构（包括电子能级、振动能级、转动能级等），且运动状态不是固定不变的，当粒子遇到与其状态匹配的某个频率红外辐射时，会发生与共振相似的情况，分子可实现能级的跃迁，内能增加，同时物料内部分子之间会剧烈碰撞，发生自热现象，宏观表现在材料吸收到红外线后温度升高。

红外辐射加热干燥的原理

红外线根据波长范围不同，可分为短波红外线（波长小于1.5μm）、中波红外线（波长介于1.5μm和3μm之间）和长波红外线（波长大于3μm），其中短波红外线具有较强的穿透性，而中长波红外线穿透能力较弱。而大部分的湿物料及水分等物质在中长波红外区对红外线有很强的吸收带，当这些物质吸收中长波红外线后，分子自热、振动并挣脱原来物质对它的束缚，即达到物质干燥的目的。因此工业中常利用中长波红外线加热干燥材料。

水对红外线的吸收率谱图

由于红外线具有一定穿透性，会在材料内部造成热量堆积，同时，被干燥的材料表面水分不断的蒸发并带走热量，使得材料表面的温度下降，这样直接导致材料内部温度高于表面温度，使得材料的热扩散过程由内部向外部进行。在材料内部，水分的转移总是从水分含量较高的地方向低水分含量的位置转移，因此材料内部的水分转移与热量转移是相同方向的，利于水分的干燥蒸发。

红外辐射加热干燥的应用

在现代工业、农业生产中，常常需要对工件、物料进行加热干燥处理，常用的方法包括自然干燥（晾晒），热空气烘干，红外线干燥，冷冻干燥，真空干燥等等，不同的方法有各自的优缺点，本文重点介绍红外线干燥。

红外线干燥器（来源网络）

红外线干燥的应用非常广泛，常见的行业包括：

涂布工业：家用电器、交通工具等产品的零部件，在表面涂装过程中的涂料干燥固化，如汽车漆的烘干，包装容器表层防腐涂料的烘干等。

制革制鞋业：皮革烘干，胶膜活化、烘干等。

农副业：谷物、果蔬的烘干，药材烘干，茶叶烘干等。

造纸业：特种纸张的涂敷、上色、胶化、上光、印花墙纸等等的干燥，瓦楞纸供干等。

木材工业：木材的干燥，木制家具的涂饰供烤，胶合板单板干燥等。

在各种应用中，常用的干燥设备是红外线加热炉（或称高温隧道炉、固化炉等，叫法不一），设备核心干燥部分都装配有红外线辐射器，根据红外线辐射器的热源不同，又可分为天然气烘干炉、电红外烘干炉等。

电红外辐射加热隧道炉

红外辐射加热干燥在应用中主要有以下特点：

加热效率高：红外线辐射器的材质一般选用热辐射率接近黑体的物质（如陶瓷），可大限度将热能转化为辐射能用于加热材料。而且，红外辐射是定向辐射，可直接作用到受热材料。

陶瓷的红外吸收率

热量损失小：红外辐射加热不需要介质，可从热源直达受热材料表面，无过多的中间转化环节，这一点其他加热方式难以办到，因此热损失小。同时，选择合适的辐射加热器，配套合理的遮断机构（如镜面金属反射罩），可实现对红外线的反射，进一步提高能量利用率，减少热损失。

易于控制：现代化工业中使用的辐射源，如德国Elstein 陶瓷红外线辐射器，配套适当的温控器、温控线路，可实现控温（+/-1℃），且控制过程无需过度依赖工人经验，只需通过PLC或温控仪即可一键设置。

材料不易变性：中长波红外线的光子能量级比起紫外线、可见光线都要小，因此使用中只会产生热效应，而不易引起物质的化学变化。而且，红外辐射加热的效率较高，可使加热时间大大缩短，这也使得材料成份受热分解的可能性减少。

清洁无污染：对比热风干燥，红外辐射加热过程中不会扬尘，不用担心设备空间积尘造成的材料污染问题。

设备建造简便：红外线辐射元件结构简单，控制方便，烘道设计方便、便于施工安装。

当然，红外辐射加热在干燥中的应用，也有其局限性。我们通过对红外干燥原理的分析，很容易发现，红外干燥在面对较厚的材料或异形材料时，其干燥效率可能比较糟糕。为了解决这一问题，设备厂家常将红外干燥技术与其它干燥技术相互结合，采用混合干燥的方式，实现不同干燥方法的优势互补，取得更好的干燥效果。比如，在烘干隧道炉中，采用红外干燥与热风干燥相结合的方式，可提升干燥效果：红外辐射可迅速提升加热效率，热风可把热量带入材料深处并带走蒸发出来的水分。这里我们不再展开。