CN103814266A - 干燥被施用于基底的流体膜的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于干燥被施用于基底(3)的表面且包含可蒸发液体的流体膜(F)的方法，包括以下步骤：在传送装置(5)的传送表面(6)上通过干燥装置(7)沿着传送方向(T)传送所述基底(3)，通过具有加热表面(G)的热源(13)使所述液体蒸发，其中所述加热表面(G)设置在所述基底表面对侧的0.1mm至5.0mm的距离(δ_G)处，且沿热源(13)的方向除去已蒸发液体。

Description

干燥被施用于基底的流体膜的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种干燥被施用于基底并包含可蒸发液体的流体膜的方法和装置。

背景技术

对网状产品表面的涂覆是现有技术中已知的。所述网状产品可以是例如纸张、塑料膜、纺织品或金属带。为了涂覆所述表面，施用包含可蒸发液体和非可蒸发组分的流体膜。通过蒸发所述可蒸发液体使流体膜固化。该过程称为流体层的干燥。

为了固化或干燥流体膜，从DE 39 27 627 A1已知的是，例如，使热干燥气体流过基底的下面和上面，所述上面与所述下面相对且提供有所述流体膜。在从DE 39 00 957 A1已知的方法中，使沿着流体膜表面流动的干燥气体在流动方向加速。—上述干燥方法具有的缺点是，由于干燥气体的作用，在流体膜的表面上形成不希望的斑点。

为克服这一缺点，从WO 82/03450已知的是，在流体膜上面一定距离处提供多孔过滤层。由于该过滤层的作用，干燥气体在流体层上方区域中的流动减慢，从而避免了湍流。然而，从流体膜逸出的液体蒸气因此可能无法特别迅速地除去。这一干燥方法不是特别有效。

从现有技术中已知，干燥方法中需要大量的干燥气体，该干燥气体随后必须通过复杂的过程进行纯化和/或再生。

发明内容

本发明的目的是消除现有技术的缺点。具体地，提供了一种方法和装置，通过该方法和装置可干燥被施用于基底的流体膜，同时避免斑点的形成，并能实现效率的提高，而不必使用大量的空气。

这一目的是通过权利要求1和16的特征实现的。本发明的有利实施方案从权利要求2-15及17-26的特征中显而易见。

根据本发明，提出了一种干燥被施用于基底表面且包含可蒸发液体的流体膜的方法，包括以下步骤：

在传送装置的传送表面上通过干燥装置沿着传送方向传送所述基底；

通过具有加热表面的热源使所述液体蒸发，其中所述加热表面设置在基底表面对侧的0.1mm至15.0mm的距离处；且

通过产生从流体膜沿热源方向传导的流体而除去已蒸发液体。

与现有技术相反的，在所提出的方法中，液体基本上通过在基底对侧提供的热源而蒸发。结果是，所需要的加热干燥气体的工作被省略。另外用于纯化或再生干燥气体的工作可以显著减小。使用本发明提出的方法，可以实现高达20g/m²s的干燥速率。这相当于现有技术中的已知方法所实现的干燥速率的约10倍。

通过在基底表面对侧的仅0.1mm-15.0mm、优选0.2-5.0mm距离处设置热源的加热表面——这与现有技术也是相悖的，本发明方法中的热量基本上通过直接的热传导被提供给流体膜。以这种方式，有利地实现了，使该流体膜从其面对加热表面的界面沿着所述基底表面的方向开始加热。与利用热辐射进行热量输入——其基本在所述基底表面被吸收——相反的是，由此分别可以实现特别有效的蒸发或扩散。

而且，已蒸发液体在热源的方向由所施加的温度梯度除去。这意味着已蒸发液体基本上垂直并远离所述界面而流动，然后到达由所述界面和加热表面形成的通道。在所述流体膜内，在很大程度上避免了方向基本上平行于所述界面的高空气流量的流的产生。结果是，使用在本发明方法不会在流体膜内形成斑点。

根据本发明的另一特别有利的实施方案，在所述加热表面和所述界面之间形成的通道中产生气体流，用以沿基底传送方向的反方向除去已蒸发液体。所述气体流可以由抽吸装置产生，所述抽吸装置在例如所述通道的上游端提供。以这种方式，已蒸发液体在各自的邻近热源的上游方向移动。在基底传送方向的相反方向传导的气体流的流速有利地为2cm/s至30m/s，优选10cm/s至10m/s。气体的流速取决于所述通道的长度和待蒸发的液体的量。如果待蒸发的液体是易燃的，则所选择的气体应是惰性气体。

根据一个有利的实施方案，加热表面的第一温度T_G被控制为流体膜的界面温度T_l的函数。所述第一温度T_G以这样一种方式设置，使得确保从所述表面释放的流体蒸气按需要被除去。有利地，热量主要从加热表面通过直接的热传导被传送到流体膜。

所述第一温度T_G有利地被控制在50℃至300℃的范围内，并优选在80℃至200℃的范围内。

根据另一个有利的实施方案，通过附加热源加热传送表面。由附加热源产生的传送表面的第二温度T_H有利地被控制为界面温度T_I的函数。特别是，所述第二温度T_H可以被控制为，使得满足以下关系：

T_H=T_I+ΔT,其中

T_I范围为从10℃到50℃，且

ΔT范围为从10℃到40℃，优选为20℃到30℃。

所述传送表面由于液体的蒸发而冷却。为增加已蒸发液体的质量流率，通过附加热源将传送表面加热至第二温度T_H。为此目的，将所述第二温度T_H设定为高于界面温度T_I。当界面温度T_I和第二温度T_H之间的差值ΔT范围为2℃至30℃时，有利地实现了已蒸发液体的特别高的质量流率。

液体的蒸发有利地在非可燃气体气氛、优选氮气或二氧化碳气氛中进行。以这种方式，可以安全可靠地防止在干燥装置内蒸发的可燃液体被点燃。

根据另一个特别有利的实施方案，面向基底的加热表面被设置在基底表面对侧的0.2mm-5.0mm、优选0.2-1.0mm的距离处。该所述的位于加热表面和基底表面之间的小距离使得流体膜被特别均匀地加热，并由此使该液体均匀地蒸发。当然，所述流体膜的厚度可以选择为，使其小于上述距离。例如，所述流体膜的厚度范围可以从5μm到200μm，优选10μm至50μm。

根据另一有利的实施方案，所述第二温度T_H被控制为，始终低于所述第一温度T_G。该第一温度T_G和第二温度T_H之间的温度差尤其可控制为，使得沿着传送装置形成预定的温度差分布。所述第一温度T_G和第二温度T_H之间的温度梯度或温度差可沿传送方向以预定的方式变化。这需要考虑的情况是，待蒸发的液体的量沿着传送方向减少。通过适当控制所述第一温度T_G和/或第二温度T_H或通过改变加热表面距离界面的距离也会导致温度梯度的变化。

已被证明特别有利的是，使用这样的热源：流经热源的流体可成为所述热源并通过所述热源除去已蒸发的液体。以这种方式，已蒸发液体基本可以垂直地从流体膜的表面或所述界面除去。

所述热源有利地为电加热源，并且优选配备有电阻丝的加热源。所述电阻丝可以例如网格状的方式进行设置。也可以使用至少一个换热器作为热源。这样的换热器可以设计成流通（flow-through）的方式，类似于机动车辆的散热器。也可以在传送方向一个接一个地提供多个换热器，其中在每种情况下可在换热器之间提供间隙。已蒸发液体可通过该间隙从流体膜的表面而除去。

根据本发明的另一个有利的实施方案，使用至少一个可转动辊作为传送装置，所述可转动辊的侧表面形成传送表面。这类传送装置可具有相对紧凑的设计。此外，其可与槽形喷嘴工具结合来施用流体膜。如果使用可转动辊作为传送装置，则热源以与该辊的侧表面对应的方式设计，这也就是说，在距离侧表面的预定小的距离处设置热源的加热表面。所述附加热源设置在所述辊内。—通过所述附加热源从位于基底的对侧的传送装置的下部开始、优选通过直接的热传导来加热所述传送表面。所述传送表面例如可通过电阻加热元件进行电加热。这类电加热能特别容易地控制所述传送表面的温度。

根据本发明，还提出了一种用于干燥被施用于基底表面且包含可蒸发液体的流体膜的装置，包括：

用于在传送表面沿传送方向传送所述基底的传送装置；

在所述基底的对侧提供且具有加热表面的热源，其设置在基底表面对侧0.1mm至15.0mm的距离处；和

用于产生从所述流体膜沿所述热源方向传导的流的装置。

所述装置能有效干燥被施用于基底的流体膜。为此通过在所述基底的对侧提供的热源使液体蒸发。与现有技术相反的是，所述热源设置在距离基底表面仅0.1-15.0mm、优选0.1-5.0mm的距离处。通过产生从所述基底沿热源方向传导的流而除去已蒸发液体。为此目的提供了一种用于除去已蒸发液体的装置。

根据一个有利的实施方案，提供一个附加热源用于加热所述传送表面。有利地，所述附加热源在基底对侧设置的传送装置的“下部”上提供。其可以是例如电阻加热器。

根据另一个有利的实施方案，提供第一控制装置，用于控制由加热表面产生的第一温度T_G作为所述流体膜的界面温度T_I的函数。该可控的变量，即加热表面的所述第一温度T_G，根据预定的算法被设定为所述界面温度T_I的函数，所述界面温度T_I形成基准变量。所述第一温度T_G可以被控制为，例如使得在界面温度T_I和所述第一温度T_G之间形成预定的温度梯度。

此外，有利地提供第二控制装置，用于控制传送表面的第二温度T_H作为所述界面温度T_I的函数。在此情况下，所述界面温度T_I计量为基准变量。所述第二温度T_H通过所述控制装置设定或更新为测得的界面温度T_I的函数。有利地，所述第二温度T_H的设置或更新以这样的方式进行，使得预定的界面温度T_I基本保持恒定。

所述第一温度T_G和第二温度T_H可以通过例如常规热电偶进行测量。所述界面温度T_I可以非接触方式、例如通过红外测量装置进行检测。

所述第一控制装置也可以省略。在此情况下，所述第一温度T_G保持恒定。—也可将所述第一和第二控制装置进行偶联。所述第一温度T_G和第二温度T_H之间的温度梯度可根据另一预定的算法进行控制，使得沿着传送方向在所述传送表面和加热表面之间形成预定的温度差分布。

对于所述装置的有利实施方案，参照对所述方法的实施方案的描述。针对所述方法描述的实施方案的特征同样适用于所述装置的实施方案。

附图说明

下文将基于附图更详细地描述本发明：在附图中：

图1示出了对式中所用变量进行解释的示意图；

图2示出了在预定的传送表面温度下作为气体温度函数的界面温度；

图3示出了在预定的气体温度下作为传送表面温度函数的界面温度；

图4示出了在预定的传送表面温度下作为气体温度函数的质量扩散率；

图5示出了在预定的气体温度下作为传送表面温度函数的质量扩散率；

图6示出了在预定的传送表面温度下作为气体温度函数的干燥持续时间；

图7示出了在预定的气体温度下作为传送表面温度函数的干燥持续时间；

图8示出了本发明扩散干燥器的一个示例性实施方案的示意截面图；

图9示出了图8的详细示意图；和

图10示出了本发明扩散干燥器的另一个示例性实施方案的示意截面图。

附图标记列表

1    壳体

2    供给辊

3    基底

4a,4b张紧滑轮组

5    传送辊

6    传送表面

7    干燥装置

8    槽形喷嘴工具

9    附加张紧滑轮

10   辊

11   辊清洗装置

12   附加壳体

13   热源

14   抽吸装置

15   附加干燥装置

16   从动辊

17   加热元件

18   附加传送表面

δ_G  距离

F    流体膜

G    加热表面

I    界面

L    空气

T    传送装置

具体实施方式

下文将基于作为温度函数的扩散质量传送的一维方程简要描述本发明方法的理论原理。

以下方程中使用的变量基本从图1中显而易见。

流体膜界面上方的空气间隙中的温度梯度满足的能量方程，其对于气相而言可以表述如下：

$\frac{d^{2}T}{{\mathrm{dy}}^2}-\left(\frac{{\stackrel{.}{m}C}_p}{{\mathrm{\λ}}_G}\right)\frac{\mathrm{dT}}{\mathrm{dy}}=0$

在求解该扩散方程时，得到以下通解：

$T=c_1+c_2\exp \left(\frac{{\stackrel{.}{m}C}_p}{{\mathrm{\λ}}_G}y\right),$

其中c₁和c₂代表两个有待确定的积分常数。它们可以通过合适的边界值来确定。这些边界值如下：

$y=0\frac{\mathrm{dT}}{\mathrm{dy}}{|}_{I/G}=\frac{(1-f)*(T_H-T_I)}{(\frac{{\mathrm{\μ}}_G\mathrm{\Δ}{h}_{\mathrm{LH}}}{2T_I}-{\mathrm{\λ}}_G)*(\frac{H}{{\mathrm{\λ}}_s}+\frac{h}{{\mathrm{\λ}}_L})}$

y=δ_G，T=T_G

如果通过代入所述边界值并根据c₁和c₂对以上方程求解，则由这些变量得到的值可使气相的温度分布表述如下：

$T=T_G-\frac{(1-f)*(T_H-T_I)*\{\exp \left(\frac{{\stackrel{.}{\mathrm{mC}}}_P}{{\mathrm{\λ}}_G}{\mathrm{\δ}}_G\right)-\exp \left(\frac{{\stackrel{.}{\mathrm{mC}}}_P}{{\mathrm{\λ}}_G}y\right)\}}{{\stackrel{.}{\mathrm{mC}}}_P*(\frac{{\mathrm{\μ}}_G\mathrm{\Δ}{h}_{\mathrm{LH}}}{{2\mathrm{\λ}}_G{T}_I}-1)*(\frac{H}{{\mathrm{\λ}}_s}+\frac{h}{{\mathrm{\λ}}_L})}$

当y=0时，得到T=T₁。这使得界面温度T₁，即流体膜的自由表面上的温度，可按如下计算：

$T=T_G-\frac{(1-f)*(T_H-T_I)*\{\exp \left(\frac{{\stackrel{.}{\mathrm{mC}}}_P}{{\mathrm{\λ}}_G}{\mathrm{\δ}}_G\right)-1\}}{{\stackrel{.}{\mathrm{mC}}}_P*(\frac{{\mathrm{\μ}}_G\mathrm{\Δ}{h}_{\mathrm{LH}}}{{2\mathrm{\λ}}_G{T}_I}-1)*(\frac{H}{{\mathrm{\λ}}_s}+\frac{h}{{\mathrm{\λ}}_L})}$

每单位面积的质量扩散率可基于所述自由表面上存在的温度梯度而计算如下：

$\stackrel{.}{m}=\frac{(1-f)*{\mathrm{\μ}}_G*(T_H-T_I)}{({\mathrm{\μ}}_G\mathrm{\Δ}{h}_{\mathrm{Lh}}-2{\mathrm{\λ}}_G{T}_I)*(\frac{H}{{\mathrm{\λ}}_s}+\frac{h}{{\mathrm{\λ}}_L})}$

待涂覆的材料的干燥时间可计算如下：

$t_d=\frac{M}{\stackrel{.}{m}}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_L*h*({\mathrm{\μ}}_G\mathrm{\Δ}{h}_{\mathrm{LH}}-2{\mathrm{\λ}}_G{T}_I)*(\frac{H}{{\mathrm{\λ}}_s}+\frac{h}{{\mathrm{\λ}}_L})}{(1-f)*{\mathrm{\μ}}_G*(T_H-T_I)}$

使用上面的方程组，可以分析解决一维扩散热传送问题及与质量释放和质量传送相关的问题。

使用下文所述的边界值，计算蒸发液体的质量扩散率和干燥时间。该计算在以下假设下作出：

H=300μm，h=10μm，δ_G=300μm

f=0.2，T_G=350k，T_H=295k

尽管温度变化，仍假定以下的材料性质是不变的：

μ_G=1.8×10^-5kg/(ms)，λ_G=0.024W/(mK)，C_P=1.012KJ/(KgK)

λ_L=0.6W/(mk)，ρ_L=1000kg/m³，Δh_LH=2260KJ/Kg

λ_s=0.12W/(mk)

本发明的流体膜的干燥主要通过控制传送表面上的第二温度T_H和热源的第一温度T_G而确定。所述热源在距离面对气相的流体膜的界面一定距离δ_G处而提供。

图2示出了作为热源或气相的第一温度T_G的函数的界面温度T₁。图3示出了作为传送表面的温度T_H函数的界面温度T₁。

特别是如从图3至5中明显可见的，质量扩散率可通过升高所述第一温度T_G而实现。还明显可见的是，第二温度T_H的升高导致质量扩散率降低。

特别是如从图6和7中明显可见的，仅当所选择的第二温度T_H较低且所选择第一温度T_G较高时，才能减少干燥时间。温度T_G和T_H均可进行设定，使得可以控制T₁。例如，可使T₁保持在室温。

图8示出了本发明扩散干燥器的一个示例性实施方案的示意截面图。供给辊2——其上容纳有待被涂覆的基底3——位于壳体1。基底3沿着第一张紧滑轮组4a,4b被引导至传送辊5上。传送辊5的横向或传送表面6在某些区域中，优选在180-270°的角度内，被干燥装置7包围。在干燥装置7的上游，提供了由附图标记8表示的槽形喷嘴工具用于将流体膜F施用到基底3上。至少一个附加张紧滑轮9——基底3通过其被绕到辊10上——位于该干燥装置7的下游。附图标记11表示一个辊清洗装置，其被设置在干燥装置7的下游且在涂覆工具8的上游。

所述干燥装置7包括一个附加壳体12。该附加壳体12提供有抽吸装置14，该抽吸装置14用于抽吸掉从流体膜F逸出的液体蒸汽。

特别是如结合图9所见，容纳在所述附加壳体12中的热源13可以由电阻丝形成，例如，所述电阻丝以网格状的方式进行设置。加热的电阻丝形成加热表面G，该加热表面G设置在流体膜F的界面I的对侧例如0.1mm至1.0mm的距离δ_G处。抽吸装置14——其在图9中未详细示出——导致流体的形成，该流体基于垂直于传送表面6而形成并在图9中由箭头标示出。有利地，通过抽吸装置14在界面I和加热表面H之间的中间空间中产生负压。这可以防止潜在可燃的液体蒸气逸出到周围环境中。所述壳体1可以另外用保护性气氛吹扫，以防止因可燃液体蒸气逸出而发生火灾或爆炸的危险。

图8所示的本发明装置具有特别紧凑的设计。也可以使用多个传送辊5，代替使用一个传送辊5。由此可扩大干燥部位，这还使得可以干燥相对厚的流体膜F。此外，本发明的装置可以与常规对流干燥器结合使用。为这一目的，将本发明的装置方便地用在常规对流干燥器的上游。通过将本发明装置与常规对流干燥器结合使用，可以大大降低用于操作常规对流干燥器的能量。

图10示出了本发明扩散干燥器或附加干燥装置15的另一示例性实施方案的示意截面图。基底3仍被容纳到供给辊2上并通过从动辊16进行传送。附图标记8仍表示用于将流体膜施用到基底3上的槽形喷嘴工具，其设置在附加干燥装置15的上游。

所述附加干燥装置15包括在传送方向T上的加热元件17，其可以是板形电阻加热元件，彼此沿着传送方向T依次设置。在本实施方案中，加热元件17形成一个基本封闭的加热表面H并在远离基底表面2-10mm的距离δ_G处设置。所述附加干燥装置15因而包括具有高度δG的矩形通道K，基底3通过该矩形通道K沿着传送方向T被传导。

在所述附加干燥装置15的上游端，空气L通过抽吸装置14被抽吸到通道K中，并在抽吸装置14的方向以对流方式与传送方向T呈反方向移动。流速为例如30cm/s至3m/s。

此处所述附加干燥装置15的附加传送表面18还被设计为平面的。其也可以设计为可加热的（此处未示出）。

Claims (26)

1.一种用于干燥被施用于基底(3)的表面且包含可蒸发液体的流体膜(F)的方法，包括以下步骤：

在传送装置(5)的传送表面(6)上通过干燥装置(7)沿着传送方向(T)传送所述基底(3)；

通过具有加热表面(G)的热源(13)使所述液体蒸发，其中所述加热表面(G)设置在所述基底表面对侧的0.1mm至15.0mm的距离(δ_G)处；且

沿热源(13)的方向除去已蒸发的液体。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述加热表面(G)的第一温度T_G被控制为所述流体膜(F)的界面温度T_I的函数。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一温度T_G被控制在50℃-300℃范围内，优选在80℃-200℃范围内。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中热量基本由所述加热表面(G)通过直接的热传导向流体膜(F)传送。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述传送表面(6)通过附加热源进行加热。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中由所述附加热源产生的所述传送表面(6)的第二温度T_H被控制为所述界面温度T_I的函数。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第二温度T_H被控制为使得满足以下关系：

T_H=T_I+ΔT，其中

T_I范围为5℃-40℃，且

ΔT范围为2-30℃，优选为5-10℃。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述液体的蒸发在非可燃气体气氛、优选氮气或二氧化碳气氛中进行。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中面向所述基底(3)的所述加热表面(G)被设置在所述基底表面对侧的0.2mm-5.0mm的距离(δ_G)处。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第二温度T_H被控制为始终低于所述第一温度T_G。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一温度T_G和所述第二温度T_H之间的温度差被控制为，使得沿着传送装置(5)形成预定的温度差分布。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中流经热源的流体可以用作所述热源(13)并且已蒸发的液体通过所述热源(13)被除去。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所用的所述热源(13)为电加热源。

14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所用的所述热源(13)为换热器。

15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所用的所述传送装置为至少一个可转动辊(5)，所述可转动辊(5)的侧表面形成所述传送表面(6)。

16.一种用于干燥被施用于基底(3)的表面且包含可蒸发液体的流体膜(F)的装置，包括：

用于在传送表面(6)沿传送方向(T)传送所述基底(3)的传送装置(5)；

在所述基底(3)的对侧提供且具有加热表面(G)的热源(13)，其设置在基底表面对侧0.1-15.0mm的距离(δ_G)处；和

用于沿所述热源(13)的方向除去已蒸发液体(F)的装置(14)。

17.根据权利要求16所述的装置，其中提供附加热源，用于加热所述传送表面(6)。

18.根据权利要求16或17所述的装置，其中提供第一控制装置，用于控制由所述加热表面(G)产生的第一温度T_G作为所述流体膜(F)的界面温度T_I的函数。

19.根据权利要求16至18中任一项所述的装置，其中提供第二控制装置，用于控制所述传送表面(6)的第二温度T_H作为所述界面温度T_I的函数。

20.根据权利要求16至19中任一项所述的装置，其中所述第一温度T_G和所述第二温度T_H之间的温度差通过所述第一和/或第二控制装置进行控制，使得沿所述传送方向(T)形成预定的温度差分布。

21.根据权利要求16至20中任一项所述的装置，其中提供用于以非可燃气体、优选氮气或二氧化碳气氛吹扫包围所述传送装置(5)的壳体(1)的装置。

22.根据权利要求16至21中任一项所述的装置，其中面向所述基底(3)的加热表面(G)设置在基底表面对侧0.2mm至5.0mm的距离(δ_G)处。

23.根据权利要求16至22中任一项所述的装置，其中将流经热源的流体用作所述热源(13)，使得已蒸发的液体可通过所述热源(13)被除去。

24.根据权利要求16至23中任一项所述的装置，其中所述热源(13)为电加热源。

25.根据权利要求16至24中任一项所述的装置，其中所述热源(13)为换热器。

26.根据权利要求16至25中任一项所述的装置，其中所述传送装置包含可转动辊(5)，所述可转动辊(5)的侧表面形成所述传送表面(6)。

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