Los materiales sensibles a la temperatura son una clase de materiales cuyas propiedades físicas cambian drásticamente y de forma discontinua con la temperatura. Muchas industrias diferentes requieren tratamiento de secado de materiales sensibles a la temperatura, como la fabricación de diversos aditivos, ciencias de la vida, ingeniería de tejidos, cromatografía líquida, administración de fármacos e investigación y desarrollo. Otros materiales sensibles a la temperatura incluyen frutas, verduras y otras plantas.
El método ideal para secar materiales sensibles al calor y/o al oxígeno es el secado al vacío, ya que tiene las ventajas de eliminar la humedad a una temperatura más baja y minimizar las posibles reacciones de oxidación. Además, el secado al vacío también tiene la ventaja de una mayor velocidad de secado y se puede llevar a cabo en un entorno de procesamiento deficiente en oxígeno.
El secado de materiales sensibles a la temperatura debe llevarse a cabo en un dispositivo de secado al vacío. Para evitar dañar los productos, la temperatura y el grado de vacío dentro del dispositivo de secado al vacío deben controlarse con precisión, entre los cuales el control del grado de vacío es particularmente importante. Esto se debe a que en el proceso de secado al vacío basado en el principio de la presión de vapor saturado, el nivel de grado de vacío determina el límite superior de la temperatura de evaporación del agua.
En la actualidad, algunos hornos de secado al vacío de uso común están equipados con control de temperatura digital, pero la mayoría de ellos adoptan válvulas de control de vacío manuales. En respuesta a las solicitudes de algunos clientes de actualizar y transformar el horno de secado para controlar automáticamente el grado de vacío, este artículo presentará una solución precisa de control del grado de vacío. La solución detalla varios métodos de control diferentes y también incluye soluciones para el control simultáneo de la temperatura y el grado de vacío para satisfacer las necesidades de control de automatización de equipos de secado al vacío para diferentes clientes.
II. Solución técnica
Los procesos y equipos de secado al vacío vienen en varias formas. En general, se pueden clasificar principalmente en los siguientes tres tipos:
(1) Tipo de cavidad sellada.
(2) Llenar con gas inerte.
(3) Contenedores de diferentes volúmenes.
Métodos de regulación de la presión para cavidades cerradas
Para equipos de secado al vacío con una estructura de cavidad cerrada, el control preciso del grado de vacío interno del equipo de secado se puede lograr directamente controlando la presión. El dispositivo de control de presión específico solo está conectado a los componentes del lado derecho del horno de secado central (válvula de contrapresión y bomba de vacío), y adopta un método de manómetro de vacío externo en combinación con un controlador PID para ajustar el grado de vacío.
Entre ellos, la válvula de contrapresión es una válvula de contrapresión de tipo vacío, que es accionada por una válvula proporcional eléctrica. El manómetro de vacío externo, el controlador PID y la válvula proporcional eléctrica forman un circuito de control de bucle cerrado, a través del cual el grado de vacío dentro del horno de secado se puede controlar de acuerdo con cualquier valor establecido, o la curva del grado de vacío se puede controlar de acuerdo con el programa establecido.
El método de regulación del flujo durante el proceso de inflado
Para algunos materiales sensibles al oxígeno, el secado al vacío a veces requiere la introducción de gas inerte para el desplazamiento del oxígeno. En este caso, el control del grado de vacío del horno de secado debe lograrse ajustando los caudales de entrada y salida de gas para alcanzar un equilibrio dinámico.
El caudal de entrada se regula mediante una válvula de aguja eléctrica, y el caudal de salida se puede ajustar mediante una válvula de contrapresión de vacío o una válvula de bola eléctrica. La regulación del flujo de entrada y salida de gas se logra a través de un bucle de bucle cerrado compuesto por un manómetro de vacío y un controlador PID de 2 canales. De manera similar, a partir de esto, el grado de vacío dentro del horno de secado se puede controlar de acuerdo con cualquier valor establecido, o la curva del grado de vacío se puede controlar de acuerdo con el programa establecido.
Método para válvulas reguladoras de presión de gran diámetro en cavidades de gran tamaño
Para cavidades de gran tamaño que requieren secado al vacío de una gran cantidad de productos, la clave para el control del grado de vacío es utilizar válvulas reguladoras de gran diámetro. Es decir, la válvula de contrapresión de vacío (o válvula de bola eléctrica y válvula de mariposa eléctrica) que se muestra en la Figura 1, todas necesitan un gran diámetro para lograr una alta velocidad de bombeo y un control rápido del grado de vacío. En la actualidad, varias tecnologías de válvulas de control de gran diámetro han madurado y existen productos estándar disponibles.
Método de control simultáneo para la temperatura y el grado de vacío
Para la gran mayoría de los equipos de secado al vacío, es necesario controlar tanto la temperatura como el grado de vacío simultáneamente. En la solución técnica propuesta en este documento, se adopta un controlador PID de 2 canales de alta precisión. Los dos canales se pueden utilizar respectivamente para controlar simultáneamente la temperatura y el grado de vacío, es decir, conectando el sensor de temperatura y el sensor de grado de vacío, se forman dos circuitos de bucle cerrado independientes para el control.
El controlador PID de dos canales no solo se puede conectar a la señal de voltaje de 0-10 V emitida por el sensor de grado de vacío, sino también a las señales de entrada de varios sensores de temperatura (termopares, resistencias de platino, termistores, etc.). Especialmente con la adopción de convertidores analógico-digital de 24 bits A/D y digital-analógico de 16 bits D/A, este controlador PID de dos canales puede lograr una precisión de control muy alta.
A través de la solución técnica anterior, los requisitos para el control automático de la temperatura y el grado de vacío durante el proceso de secado de materiales sensibles a la temperatura se pueden cumplir por completo, y se puede lograr una precisión de control muy alta (presión absoluta de 10 Pa a 0,1 MPa, precisión de control mejor que el 2%).