Оптимальное решение для промышленных процессов нагрева и сушки

Нагрев и сушка с использованием технологии MICOR * KIR.

Для улучшения экономических результатов производства необходимо применять самые эффективные технологические процессы нагрева и сушки. Детальный анализ промышленных задач показал неоспоримые преимущества коротковолнового инфракрасного излучения, которое все чаще используется в процессах сушки, при термической обработке пластмасс и металлов, пайке или склеивании. 

В частности, спектр коротковолнового инфракрасного излучения (от 0,76 мкм до 2 мкм) предоставляет гораздо больше преимуществ, чем считалось ранее. Подобно тому, как использование ультрафиолетовой сушки оказалось успешным не только в технологии нанесения покрытий, но и для сшивки материала на основе силикона, а также при печати этикеток и во флексографии, так и для применения технологии * KIR имеется бесчисленное множество областей применения.

Имеется множество вариантов применения данной технологии в деревообработке, полиграфии, при сушке и плавлении порошковых лаков и покрытий, при нанесении лаков в автомобильной промышленности. Кроме того, существует бесчисленное количество термических процессов, начиная от активирования клея на кузовных деталях из листового металла до процессов термоформования в полимерной промышленности.

В некоторых областях коротковолновые инфракрасные нагревательные и сушильные устройства известны в течение многих лет, однако их применение сдерживается отсутствием опыта. В то же время некоторые сферы применения  технологии KIR, несмотря на значительный потенциальный экономический эффект, , остаются и вовсе нетронутыми.

                                       
Коротковолновое инфракрасное излучение MICOR *KIR
 


Инфракрасное излучение это больше, чем нагрев

Электромагнитный спектр  разделяется на диапазоны излучений, условно классифицируемые как гамма-лучи, рентгеновский диапазон(более известный, как рентгеновское излучение), УФ-лучи, видимый свет, ИК излучение и радиоволны.

Рассмотрим диапазоны инфракрасных (ИК) лучей. Инфракрасное излучение разделено на области ИК-A, IR-B и IR-C.

В широко распространенной классификации используется подразделения диапазонов на коротковолновый, средневолновый и длинноволновый. В то же время такое деление условно, поскольку каждое нагретое тело излучает  непрерывный спектр, охватывающий не менее двух диапазонов.

Излучатели IRK испускают лучи во всех трех диапазонах. При этом  если спектр в диапазоне IRA между 0,76 мкм и 2 мкм усилить, он сможет раскрыть свои ключевые преимущества.

Уже более 15 лет назад фирма MICOR®-Лихтштральтехник ГмбХ (MICOR®-Lichtstrahltechnik GmbH), преобразованная из фирмы Хехст АГ (Hoechst AG) ,  рекламировала свою деятельность слоганом  «Инфракрасное излучение это больше, чем нагрев».

Развитие технологии началось в конце шестидесятых годов в отделе «Новые продукты» фирмы Мессер Грисхайм (Messer Griesheim), дочерней компании тогдашней фирмы Хехст АГ (Hoechst AG). Исследования при этом проводились  по теме ПЛАВЛЕНИЕ КОНЦЕНТРИРОВАННЫМ ИНФРАКРАСНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ, в частности, в области сварки, а затем постепенно распространялись во множестве промышленных секторов. Процесс этот продолжается и по сей день.

Системы излучателей в видимой части спектра(с длиной волны, соответствующей цветовой температуре  до 3200оK) были усовершенствованы, что позволило поднять средний ресурс излучателей с 50 до 30 000 часов.

Длительный период исследований и разработок в данной, чрезвычайно полезной области, оставил след в виде большого числа патентов, зарегистрированных в разных странах мира.

 Коротковолновое инфракрасное излучение, имеющее наибольшую интенсивность вблизи диапазона видимого света, генерируется спиральной нитью накала. Цветовая температура составляет до 3200оК (галогеновые лампы накаливания), при этом диапазон цветовой температуры до 2400оК имеет наибольшее значение. Именно здесь скрыты преимущества коротковолнового инфракрасного излучения.

Согласно закону Стефана-Больцмана, решающее практическое  значение в  при использовании коротковолнового инфракрасного излучения имеют переменные, A [m²] и T [K].

Здесь A – поверхность излучателя

То есть с большей излучающей площади поверхности генерируется более высокая производительность по площади, чем при небольшой площади поверхности. Следует учесть, что излучатель * KIR излучает с поверхности всей своей отражательной системы.

T [K] – температура.

T1 = температура спиральной нити накала [K]
T2 = температура окружающей среды [K]

Более высокая температура спиральной нити накала коротковолновых излучателей имеет здесь наибольшее влияние, поскольку энергия излучения зависит от неё в четвертой степени.

Длинноволновые излучатели IR-C

При длинноволновом поверхностном инфракрасном излучателе с температурой поверхности около 1000 Кельвинов, 50% излучения направляется к объекту, а 50% излучения идет в противоположную сторону задней стенки . Рефлекторы здесь мало чего дают, поскольку характерный для данных температур большой по удельной площади излучатель затеняет любой отражатель.

Средневолновые излучатели IR-B

То же самое касается и средневолновых ИК- излучателей с цветовой температурой до примерно 1300 Кельвинов, а также карбоновых нагревателей, излучающих в диапазоне до примерно 1200оК, которые имеют лампы накаливания с толстым углеродным нагревателем, который образует препятствие для излучения, отраженного от напыленного золотого покрытия. Кроме того, напыление сублимируется при температуре около 700°C, поскольку оно нанесено на кварцевую поверхность отражателя , расположенного рядом с нитью накала, что также снижает эффективность.

Коротковолновые излучатели IR-А

Инфракрасные лампы с максимумом излучения в диапазоне 1,2 мкм имеют очень тонкую спиральную нить накала, которая создаёт лишь небольшую тень и, следовательно, обеспечивает идеальные условия для высококачественной системы отражателей. Выделяемая энергия передается бесконтактно, через излучение, из которого около 6-7% представляет собой видимый свет. Излучение абсорбируется и превращается в тепло нагреваемого материала. Подвергаемый излучению материал характеризуется тремя основными факторами, влияющими на степень нагрева, сушки или качество соединения материалов с субстратом. Этими факторами являются абсорбция, отражение и пропускание.




Если бы все указанные факторы имели постоянные значения в рамках технологического процесса , то можно было бы применить формулу, для расчета параметров источник излучения, который точно соответствует спектру поглощения материала или субстрата. Однако, поскольку применяемые материалы (к примеру, печатная краска или покрытие), никогда не состоят из одного вещества, такой формулы не существует. Более того, степень пропускания излучения является еще одним важным фактором, обеспечивающим проникновение энергии в подповерхностные слои и абсорбцию тепла внутри материала.

Это позволяет оптимально распределить тепло в материале. Таким образом, например, краска на водной основе может быть быстро высушена при помощи коротковолнового инфракрасного излучения, так как оно абсорбируется цветными пигментами, связующими элементами, смолами и т. д.



Для экономии ресурсов очень важен общий коэффициент полезного действия устройства для нагрева и сушки. Максимальную выгоду при этом обеспечивает высококачественная отражательная система в сочетании с эффективно работающим источником излучения. Другим важным экономическим фактором является сочетание инфракрасной сушки  KIR с направленным потоком воздуха. В отличие от среднего и длинноволнового инфракрасного излучения, воздух окружающей среды не служит теплоносителем при коротковолновом инфракрасном излучении. Здесь нет потерь энергии при передаче и, следовательно, коротковолновое инфракрасное излучение оптимально сочетается с конвективной сушкой, причем нагретый воздух играет всего лишь второстепенную роль в общем тепловом потоке, поскольку теплопередача происходит в основном за счет описанной выше абсорбции.

* Сушильные установки KIR объединяют обе технологии таким образом, что, к примеру, ламинарные потоки воздуха в области сушки KIR преобразовываются в турбулентные. В связи с этим пограничные слои, препятствующие переносу среды и диффузии растворителя в сухой воздух, разрушаются, в связи с чем процесс сушки ускоряется. Успешность применения технологий KIR  обеспечивается как высококачественным оборудованием, так и накопленным за 40 лет специфическим know how,  определяющим эффективность системы в целом. Сюда можно  отнести, в частности, высококачественные рефлекторные системы, принципы работы системы управления, подбор оптимальной технологии для соответствующей производственной установки, характеристики процессов сушки, анализ параметров воздуха с целью достижения максимальной эффективности затрат, оптимизации установленной мощности и  производительности, а также эксплуатационную технологичность, безопасность и срок службы.

При реализации ряда термических процессов, таких, как, например, нагрев бумаги и картона, упаковочных полимерных пленок, а также при тиснении, системы комплексного нагрева * KIR применяются с максимальной эффективностью (имеют оптимальную стоимость, установленную мощность и производительность). 

Возможности промышленного применения в области печати и нанесения покрытий

Удалось значительно увеличить скорость производства в области печати и нанесения покрытий за счет модернизации секций нанесения покрытия, использования оптимизированных систем управления, а также путем разработки новых секций нанесения покрытий. Это позволило обеспечить выполнение повышенных требований к сушке на оборудовании для печати и нанесения покрытий. Кроме того, все более критическое значение приобретает количество остаточного растворителя при печати и нанесении покрытий для широкого спектра технологий печати, таких как, например, упаковка пищевых продуктов и сигарет, а также иллюстраций, получаемых методом глубокой печати.
В случае сушки горячим воздухом более высокая степень эффективности теплопередачи субстрату достигается при помощи сложной системы сопел, увеличения скорости объёмных потоков воздуха . Однако для этого требуется очень большое количество энергии. Повышенная температурная нагрузка является еще одним, иногда нежелательным воздействием на различные виды печатного материала, которое может неблагоприятно повлиять на его качество. Такое же неблагоприятное воздействие обусловлено длительным временем пребывания материала на участках сушки, которые на новых моделях оборудования постоянно удлиняются в связи со всё возрастающими требованиями клиентов. Следует также принимать во внимание большее количество бумажных отходов из-за более длинных расстояний перемещения полотна на оборудовании для печати и нанесения покрытий. В ходе интенсивных обсуждений специалистов часто выясняется, что традиционные способы модернизации оборудования позволяют решить многие проблемы сушки, но либо не осуществимы на практике, либо экономически не оправданы. Это, в первую очередь, относится к уже имеющимся машинам для печати и нанесения покрытий, которые работают на пределе производственной мощности и на грани качества.

Здесь представлены возможные области применения и инновационные решения для технологии сушки по технологии KIR. Инвестиции в оптимизацию сушки на существующих производственных линиях часто лучшей закупки нового оборудования, поскольку они приводят к заметному сокращению сроков окупаемости вложений. То же самое можно сказать относительно модернизации и нового оборудования. Однако в этом случае имеются ввиду, прежде всего, встроенные процессы, такие, как нанесение горячего и холодного клея , лакирования и других процессов в области флексографской и глубокой печати с целью максимального сокращения длины полотна при сушке. Следует также учесть сокращение затрат на обогрев воздуха. Тем не менее, как показывает опыт, многие производители печатного оборудования и оборудования для нанесения покрытий до сих пор не смогли осмыслить новые возможности технологии KIR. Они, если заказчик не требует установки альтернативной версии сушки, по-прежнему полагаются на увеличение расстояния движения материала при конвекционной сушке. Технологии сушки на печатных секциях флексографских линий и машин глубокой печати часто ограничивают возможности высококачественного и экономичного производства, что открывает возможности использования систем сушки KIR. Также следует рассмотреть проверенные на практике комбинированные высокопроизводительные системы сушки на основе коротковолнового инфракрасного излучения в сочетании с соответствующими процессами и системами управления. Они применяются при использовании печатных красок и покрытий на основе растворителей. Технологии KIR при этом соответствуют действующим правилам взрывозащиты (Директива ЕС ATEX, регулирующая требования к оборудованию и работе в потенциально взрывоопасной среде).

Cookies make it easier for us to provide you with our services. With the usage of our services you permit us to use cookies.
Ok