المواد الحساسة للحرارة هي فئة من المواد التي تتغير خصائصها الفيزيائية بشكل كبير وبشكل غير مستمر مع درجة الحرارة. تتطلب العديد من الصناعات المختلفة معالجة تجفيف المواد الحساسة للحرارة، مثل تصنيع الإضافات المختلفة، وعلوم الحياة، وهندسة الأنسجة، والكروماتوغرافيا السائلة، وتوصيل الأدوية، والبحث والتطوير. تشمل المواد الحساسة للحرارة الأخرى الفواكه والخضروات والنباتات الأخرى.
الطريقة المثالية لتجفيف المواد الحساسة للحرارة و/أو الحساسة للأكسجين هي التجفيف بالفراغ، حيث أن لديها مزايا إزالة الرطوبة عند درجة حرارة منخفضة وتقليل تفاعلات الأكسدة المحتملة. بالإضافة إلى ذلك، يتمتع التجفيف بالفراغ أيضًا بميزة سرعة التجفيف الأسرع ويمكن إجراؤه في بيئة معالجة تفتقر إلى الأكسجين.
يجب إجراء تجفيف المواد الحساسة للحرارة في جهاز تجفيف بالفراغ. لتجنب إتلاف المنتجات، يجب التحكم بدقة في درجة الحرارة ودرجة الفراغ داخل جهاز التجفيف بالفراغ، ومن بينها التحكم في درجة الفراغ مهم بشكل خاص. وذلك لأنه في عملية التجفيف بالفراغ بناءً على مبدأ ضغط البخار المشبع، تحدد درجة الفراغ الحد الأعلى لدرجة حرارة تبخر الماء.
في الوقت الحاضر، بعض أفران التجفيف بالفراغ المستخدمة بشكل شائع مجهزة بالتحكم الرقمي في درجة الحرارة، ولكن معظمها يعتمد صمامات التحكم اليدوية بالفراغ. استجابة لطلبات بعض العملاء لتحديث وتحويل فرن التجفيف للتحكم تلقائيًا في درجة الفراغ، ستعرض هذه المقالة حلاً دقيقًا للتحكم في درجة الفراغ. يوضح الحل العديد من طرق التحكم المختلفة ويتضمن أيضًا حلولًا للتحكم المتزامن في درجة الحرارة ودرجة الفراغ لتلبية احتياجات التحكم الآلي في معدات التجفيف بالفراغ للعملاء المختلفين.
ثانيًا. الحل التقني
تأتي عمليات ومعدات التجفيف بالفراغ بأشكال مختلفة. بشكل عام، يمكن تصنيفها بشكل أساسي إلى الأنواع الثلاثة التالية:
(1) نوع التجويف المغلق.
(2) املأ بغاز خامل.
(3) حاويات ذات أحجام مختلفة.
طرق تنظيم الضغط للتجاويف المغلقة
بالنسبة لمعدات التجفيف بالفراغ ذات هيكل التجويف المغلق، يمكن تحقيق التحكم الدقيق في درجة الفراغ الداخلية لمعدات التجفيف مباشرة عن طريق التحكم في الضغط. يتم توصيل جهاز التحكم في الضغط المحدد فقط بالمكونات الموجودة على الجانب الأيمن من فرن التجفيف الأوسط (صمام الضغط الخلفي ومضخة التفريغ)، ويعتمد طريقة مقياس الفراغ الخارجي بالاشتراك مع وحدة تحكم PID لضبط درجة الفراغ.
من بينها، صمام الضغط الخلفي هو صمام ضغط خلفي من نوع الفراغ، والذي يتم تشغيله بواسطة صمام تناسبي كهربائي. يشكل مقياس الفراغ الخارجي ووحدة التحكم PID والصمام التناسبي الكهربائي دائرة تحكم مغلقة الحلقة، والتي من خلالها يمكن التحكم في درجة الفراغ داخل فرن التجفيف وفقًا لأي قيمة محددة، أو يمكن التحكم في منحنى درجة الفراغ وفقًا للبرنامج المحدد.
طريقة تنظيم التدفق أثناء عملية النفخ
بالنسبة لبعض المواد الحساسة للأكسجين، يتطلب التجفيف بالفراغ في بعض الأحيان إدخال غاز خامل لإزاحة الأكسجين. في هذه الحالة، يجب تحقيق التحكم في درجة الفراغ في فرن التجفيف عن طريق ضبط معدلات تدفق الغاز الداخل والخارج للوصول إلى توازن ديناميكي.
يتم تنظيم معدل التدفق الداخل بواسطة صمام إبرة كهربائي، ويمكن تعديل معدل التدفق الخارج بواسطة صمام ضغط خلفي بالفراغ أو صمام كرة كهربائي. يتم تحقيق تنظيم تدفق الغاز الداخل والخارج من خلال حلقة مغلقة الحلقة تتكون من مقياس فراغ ووحدة تحكم PID ثنائية القناة. وبالمثل، من هذا، يمكن التحكم في درجة الفراغ داخل فرن التجفيف وفقًا لأي قيمة محددة، أو يمكن التحكم في منحنى درجة الفراغ وفقًا للبرنامج المحدد.
طريقة صمامات تنظيم الضغط ذات القطر الكبير في التجاويف كبيرة الحجم
بالنسبة للتجاويف كبيرة الحجم التي تتطلب التجفيف بالفراغ لعدد كبير من المنتجات، فإن مفتاح التحكم في درجة الفراغ هو استخدام صمامات تنظيم ذات قطر كبير. أي أن صمام الضغط الخلفي بالفراغ (أو صمام الكرة الكهربائي وصمام الفراشة الكهربائي) الموضح في الشكل 1 يحتاج جميعها إلى قطر كبير لتحقيق سرعة ضخ عالية والتحكم السريع في درجة الفراغ. في الوقت الحاضر، نضجت تقنيات صمامات التحكم ذات القطر الكبير المختلفة وهناك منتجات قياسية متاحة.
طريقة التحكم المتزامن في درجة الحرارة ودرجة الفراغ
بالنسبة للغالبية العظمى من معدات التجفيف بالفراغ، من الضروري التحكم في كل من درجة الحرارة ودرجة الفراغ في وقت واحد. في الحل التقني المقترح في هذه الورقة، يتم اعتماد وحدة تحكم PID عالية الدقة ثنائية القناة. يمكن استخدام القناتين على التوالي للتحكم في درجة الحرارة ودرجة الفراغ في وقت واحد، أي عن طريق توصيل مستشعر درجة الحرارة ومستشعر درجة الفراغ، يتم تشكيل دائرتين مستقلتين مغلقة الحلقة للتحكم.
لا يمكن توصيل وحدة التحكم PID ثنائية القناة فقط بإشارة الجهد 0-10 فولت التي يتم إخراجها بواسطة مستشعر درجة الفراغ، ولكن أيضًا بإشارات الإدخال لمستشعرات درجة الحرارة المختلفة (الازدواج الحراري، مقاومات البلاتين، الثرمستورات، إلخ). خاصة مع اعتماد محولات تناظرية إلى رقمية 24 بت ومحولات رقمية إلى تناظرية 16 بت، يمكن لوحدة التحكم PID ثنائية القناة هذه تحقيق دقة تحكم عالية جدًا.
من خلال الحل التقني المذكور أعلاه، يمكن تلبية متطلبات التحكم التلقائي في درجة الحرارة ودرجة الفراغ أثناء عملية تجفيف المواد الحساسة للحرارة بالكامل، ويمكن تحقيق دقة تحكم عالية جدًا (الضغط المطلق 10 باسكال إلى 0.1 ميجا باسكال، دقة التحكم أفضل من 2٪).