截至2009年9月10日,用于薄带状物体加工设备一般具有以下特征:印品是连续行进的薄带状物体,如塑料薄膜、薄金属板等,一般采用收放卷机构实现连续行进,并在行进的过程中连续加工。所加工的产品或产品基材表面先利用设备的转移装置覆盖一层或多层物质,如油墨、涂料、胶水等,而这些物质在转移到产品表面前出于溶解、稀释、分散的目的需要添加溶剂、水或其它液体,在转移覆盖完成后,所加工产品必须通过设备的烘箱用热风将液体成分蒸发为蒸汽带离。
理想的烘干设备必须同时能兼顾烘干质量与烘干速度,避免对环境造成污染,并且尽可能地降低能耗,降低加工设备的运行费用。
烘干速度取决于蒸发速度,影响液体蒸发速度的主要因素是温度与液体表面的蒸汽分压。当温度达到液体的沸点,液体将沸腾并快速地变为蒸汽。液体蒸发需要吸收热量,不能及时补充热量将导致蒸发速度降低。由于温度还影响蒸汽的饱和浓度,饱和浓度越高蒸汽分压越低,则蒸发速度就越快。所以热风烘干是最常用的烘干方式,热风吹拂液体表面时,即稀释了液体表面的蒸汽,降低了蒸汽分压,又传递了热量给液体,加快了蒸发速度。为获得更快的烘干速度,通常采取提高烘干温度和加大烘干风量的方式。但高温度大风量导致极高的热能消耗,并且还不利于提高烘干质量。
烘干质量主要观察液体的残余量与烘干过程对印品表面观感的影响。以塑料包装的溶剂油墨印刷为例,允许溶剂残留量极低,表面不得出现起泡脱落现象。若开始就用高温大风量烘干,油墨表层的溶剂蒸发速度大于内层溶剂迁移到表层的速度,表层油墨将迅速被烘干凝结成致密的膜,阻止内层溶剂蒸发,即表干现象,后果要么是溶剂残留导致油墨附着力不足,严重时出现脱落,要么是溶剂在内层蒸发形成气泡或冲破表层出现气孔。若烘干温度低或风量小,则烘干速度慢,印刷速度必须放慢,而且未经高温彻底烘干溶剂一定会有残留。所以,单一的烘干温度是无法兼顾速度与质量的,只有按烘干各阶段的特性来调控温度与风量,才能兼顾烘干的速度、质量、能耗。
避免对环境造成污染,则应采用循环生产方式减少或消除废气废水的产生。节能则需要规划设计设备的能源消耗方式与品位,综合采用先进的节能技术来实现。
按照截至2009年9月10日的技术,印刷机等烘干量较小的设备采用单体烘箱,由于烘箱尺寸限制一般只能采用单一烘干温度;涂布机、复合机等烘干量较大的设备,烘箱尺寸限制较小,一般采用多烘箱单元组合,每个单元有独立的进排风系统和温度控制,可以粗略地按烘干各阶段的特性来调控温度与风量。
参照图12、图13,现行印刷机烘干设备由烘箱10、热风装置40、风管、排风系统组成。烘箱10包括烘箱盖20、底座50,设有印品入口03、印品出口04。
工作时,印品00经印品入口03进入烘箱10,在支承辊52滚动支撑下行进,烘干后经印品出口04离开。新鲜空气通过新风入口01进入进风通道63,进风风门66可调整进风量,进入进风通道63的空气经加热器48加热和风机30加压及后通过出风通道68、送气口46、进气口43进入烘箱盖20内的进气腔11,经喷嘴34喷出吹扫连续行进印品00的表面,迫使液体蒸发为蒸汽与空气混合后形成废气,废气经吸气管42进入排气腔12,再经排气口44、回气口45回到热风装置40,部分经排风通道64从废气出口02排放到大气中,部分经回风通道69、回风风门67与进风通道63的新鲜空气混合,再经加热器48加热和风机30加压及后通过出风通道68、送气口46、进气口43进入烘箱盖20内的进气腔11,从而减少进入的新鲜空气量,降低加热空气的能耗。调节进风风门66与回风风门67可以改变进风、回风的流量及相互比例。
上述现行烘干设备结构复杂,由于要获得较高的喷气速度,风机30通常都采用高压离心风机,导致进气腔承受较大的压力,需要采用较厚的钢板制作,进而导致体积庞大,且气流吹扫行程短,气流量小,烘干效率低,进而制约设备运行速度的提升。由于气体同进同出,只能采用单一的烘干温度,无法满足精细的烘干工艺要求,选择低烘干温度则烘干不透,选择高烘干温度则容易出现表干现象,且能耗巨大。
作为上述烘干设备烘干性能及节能方面的改进方案,中国实用新型专利CN201214303Y公开了一种全自动循环干燥装置,包括新风进风口中设置有平衡风门,新风进风口通过一个三通管、混风箱与加热器连通,加热器的出口设置有一级风机,一级风机通过管道与一侧的烘箱连通,烘箱的出口通过管道与二级风机连通,二级风机通过管道与二级烘箱连通,烘箱的出口通过管道与另一个三通管连通,该三通管与废气排风口连通,废气排风口中设置有排废自动风门,三通管还通过设置有循环自动风门的管道接回新风进风口;在后一个烘箱的出口设置有LEL气体检测器。本实用新型在在线检测的同时可以实现节能,安全,环保的要求;是热能得到了有效的利用,节约了能源,有效地提高了印品的质量,排废符合环保的要求。
该实用新型在提升烘干性能、节能及安全方面无疑是有明显的进步,但设备复杂庞大无疑限制了应用的范围,环保方面的进步仅限于减少废热排放对减缓全球气候变暖的贡献,在溶剂废气的排放污染方面并无任何进步。
作为上述烘干设备环保方面的一种改进方案,使用活性炭或活性碳纤维对排放的废气进行吸附处理,可以将废气中大部分的有机溶剂回收,一定程度上减少了大气污染,并具有一定的经济效益。但这种改进方案还存在以下问题:1、为控制装置成本需要降低废气流量,导致爆炸隐患更加突出;2、在废气处理过程中,还要额外消耗巨大的能源,运行成本较高;3、活性炭或活性碳纤维为耗材,需要定期更换,导致成本上升并影响生产;4、脱附处理过程会产生水污染;设备复杂、体积庞大,占用较多宝贵的生产场地,并使改造工程受到较多限制;5、无助于提升产品质量及避免生产过程受环境影响。
有关教科书及相关文献出于节约能源的目的提出在烘干设备中采用冷凝回收配合闭式循环烘干的方案,此类方案在烘干水分的设备中得到了实际运用。中国专利CN101002991公开了一种闭回路的溶剂回收设备,印刷或涂装装置设一加热体的送风机供烤箱进行烘干的作业,再利用抽风机将挥发的溶剂抽至回收设备的热交换器、散热器及冷凝器进行三次降温,使挥发的溶剂进行液气分离并回收于冷凝回收槽内,而冷空气即传送至蒸发器、热交换器及其加热体的送风机进行三次加温;借此,使挥发的溶剂得以储存收集于冷凝回收槽内回收利用,进而降低溶剂的消耗,同时令挥发的气体可完全于该封闭回路中循环而防外泄之虞,以确实避免传统印刷装置所造成的水污染及空气污染,进而有效提高环保效益节省能源。但深入分析该专利文献发现所提供的设备结构复杂,能源利用效率低下,与加工设备缺乏良好的配合,设备成本及运行费用均很高,使得该专利文献缺乏实用性。
出于环保的目的,欧美等多个国家严格限制有机溶剂蒸汽的排放,行业目前以发展采用水性油墨、水性涂料等无溶剂的加工方案及设备为努力方向,但水始终无法与有机溶剂优良的溶解、稀释能力相媲美,采用水性油墨、水性涂料加工的产品色彩质量较差,材料及设备均比较昂贵,且烘干所需能耗更大。而涂布机、干式复合机、凹版印刷机、金属板滚涂线等类似加工设备及所加工产品均是涉及面宽广的传统行业,所以,需要找到符合循环经济、清洁生产,到能兼顾环保、安全、节能、品质及经济效益的的解决方案,保障行业得以持续健康地发展,这也是《双级一体化烘干设备》期望承担的社会责任。
综上所述,截至2009年9月10日的烘干设备具有以下缺点:1、烘干气体同进同出,难以满足烘干工艺要求。2、气流吹扫行程短,气流量小,烘干效率低,箱体过长,控制难度大。3、热量利用效率低,能耗过大,运行费用高。4、风道复杂接口多,气体易泄漏,风机噪音大,环保性差。5、结构复杂、庞大笨重、耗费大量钢材,制造成本高。6、安装运输麻烦、费用高,占用厂房空间大。7、有机溶剂对人体和环境有害,直接排放导致污染。8、废气中存在极有经济价值的有机溶剂及大量的热量,不能化废为宝导致生产消耗过高,加工效益下降。9、为减少加热空气的能耗就需要减少新鲜空气的流量,但会导致有机蒸汽的浓度超过爆炸极限发生爆炸事故,存在严重的安全隐患。10、大量采用自然空气,使加工生产受制于气候环境,在环境气温较低时,加热所需能耗巨大,甚至无法满足烘干需要导致停产。11、自然空气中的尘埃影响产品的加工质量。