Controllo preciso di vuoto, temperatura e velocità di rotazione durante l'essiccazione a microonde sotto vuoto (VMD)
Abstract: Se si considerano le attuali tecnologie locali di essiccazione sottovuoto a microonde e le relative attrezzature, gli svantaggi sono rappresentati dalla semplicità delle apparecchiature di controllo, dallo scarso effetto di controllo del grado di vuoto e dalla bassa qualità del prodotto. Questo articolo propone le soluzioni corrispondenti e l'integrazione dell'essiccazione a microonde sottovuoto utilizzando la valvola di controllo del flusso proporzionale pneumatico della serie FC. Vengono introdotti il grado di vuoto, la temperatura e il regolatore di velocità del tipo e la valvola di controllo del flusso proporzionale pneumatico resistente alla corrosione, azionata da un motore passo-passo per la regolazione del flusso di gas, che può controllare con precisione il processo di essiccazione a microonde sotto vuoto.

1. Domanda
L'essiccazione a microonde sottovuoto è un nuovo tipo di tecnologia di applicazione dell'energia a microonde che combina la tecnologia di riscaldamento a microonde e la tecnologia del vuoto. Nel processo di essiccazione dei materiali, l'intervallo di temperatura di essiccazione è generalmente 30~60℃ e l'intervallo di grado di vuoto è generalmente 0,01~95kPa, con i vantaggi di un'elevata resa di essiccazione, buona qualità, basso costo di lavorazione e basso consumo energetico. Inoltre, quando l'essiccazione avviene a bassa temperatura e a bassa pressione, la concentrazione di ossigeno è bassa e la reazione di ossidazione del materiale essiccato viene indebolita e rallentata, garantendo così il sapore, l'aspetto e il colore del materiale, ed è facile essiccare materiali sensibili al calore, in particolare per gli estratti della medicina tradizionale cinese, gli alimenti a base di carne, le materie prime chimiche, l'essiccazione a bassa temperatura di frutta e prodotti agricoli presenta vantaggi unici.
La tecnologia di essiccazione a microonde sottovuoto utilizza il principio dell'abbassamento del punto di ebollizione dell'acqua a bassa pressione e combina le caratteristiche di rapidità, omogeneità e basso consumo energetico del riscaldamento a microonde. Il grado di vuoto, la temperatura e la velocità di rotazione sono i tre parametri di controllo fondamentali nell'applicazione della tecnologia di essiccazione a microonde sottovuoto. Nell'attuale applicazione locale della tecnologia di essiccazione a microonde sottovuoto, si riscontrano in genere problemi quali apparecchiature di controllo approssimative, scarso effetto di controllo del grado di vuoto e bassa qualità del prodotto, che si riflettono principalmente nei seguenti aspetti:
(1) Per materiali diversi, il grado di vuoto, la temperatura e la velocità di rotazione richiesti nel processo di essiccazione sono completamente diversi. L'intervallo di variazione del grado di vuoto è molto ampio, ad esempio da 0,01kPa a 95kPa, pertanto è necessario disporre di una misurazione accurata e di un grado di vuoto in un ampio intervallo. Per i diversi gradi di vuoto sono necessari diversi metodi di controllo.
(2) La variazione del grado di vuoto avrà un forte impatto sulla temperatura di evaporazione e la variazione della temperatura dopo il riscaldamento a microonde causerà un rapido aumento del grado di vuoto. Il grado di vuoto e la temperatura sono un insieme di variabili che si influenzano a vicenda. Per garantire la qualità del prodotto, è necessario che il controllo del grado di vuoto abbia un tempo di risposta rapido, in modo che il grado di vuoto nel processo di essiccazione sia sempre costante e non influenzato dalle variazioni di temperatura, e che il tasso di fluttuazione del grado di vuoto dopo l'omeostasi sia ridotto. Gli esperimenti hanno dimostrato che l'uso di una valvola di controllo del flusso proporzionale pneumatico può raggiungere l'effetto desiderato.
(3) Oltre alla necessità di controllare contemporaneamente il grado di vuoto e la temperatura (potenza di riscaldamento a microonde), per garantire la stabilità dei materiali riscaldati a microonde è necessario selezionare e controllare la velocità di rotazione.
(4) Poiché materiali diversi richiedono parametri di controllo PID e parametri di processo diversi, è necessario che il controllore disponga di funzioni di memorizzazione multiprogramma e multiparametro, facili da richiamare in qualsiasi momento durante il processo, in modo da migliorare il livello di automazione dell'intero processo di essiccazione.

2. Schema di controllo dell'essiccazione sottovuoto a microonde
Il grado di vuoto, la temperatura e la velocità del piatto rotante devono essere controllati con precisione nel processo di essiccazione a microonde sottovuoto. Attualmente, gli schemi di controllo comunemente utilizzati a Taiwan sono generalmente relativamente semplici. Lo schema migliorato qui proposto è illustrato nella Figura 1.

Nel sistema di controllo del grado di vuoto illustrato nella Figura 1, viene adottato un metodo diverso dal precedente metodo di controllo del grado di vuoto, ovvero viene aggiunto un canale di aspirazione dell'aria alla camera del vuoto e viene utilizzata una valvola a spillo elettrica a controllo numerico, o la cosiddetta valvola pneumatica di controllo del flusso, e un controllore multicanale ad alta precisione con velocità di risposta elevata. Questo programma presenta due caratteristiche eccezionali:
(1) Può raggiungere un controllo preciso del grado di vuoto nell'intervallo 0,01~95kPa, con un tasso di fluttuazione inferiore a ±1%. L'implementazione specifica prevede che quando il grado di vuoto è inferiore a 10torr, il controllo adotta la modalità a monte. Quando il grado di vuoto è superiore a 10torr, il controllo adotta la modalità a valle. Allo stesso tempo, le valvole e i controlli a risposta rapida garantiscono che le variazioni di temperatura abbiano un effetto minimo sul vuoto.
(2) Dotato di un controllore PID integrato a 2 canali, in grado di controllare simultaneamente il grado di vuoto, la temperatura e la velocità della piattaforma girevole. 2 canali indipendenti sono utilizzati per la misurazione, il controllo e la visualizzazione del vuoto e della temperatura, mentre il canale di uscita dell'allarme può essere utilizzato per controllare la velocità della piattaforma girevole o l'arresto del motore rotante.

3. Controllore multifunzionale ad alta precisione a 24 bit
Per ottenere un controllo preciso del grado di vuoto, della temperatura e della velocità di rotazione nell'essiccazione a microonde sottovuoto, KaoLu ha sviluppato la serie FC di controllori universali PID programmabili ad alta precisione a 24 bit, come mostrato nella Figura 2. Questa serie di controllori è molto utile ed economica. Questa serie di controllori PID è molto utile e conveniente.

I principali indicatori di prestazione dei controllori della serie VPC sono i seguenti:
(1) Precisione: A/D a 24 bit, D/A a 16 bit.
(2) Velocità massima di campionamento: 50 ms.
(3) Vari parametri di ingresso: 47 segnali di ingresso (termocoppia, resistenza termica, tensione CC) possono essere collegati a vari sensori di temperatura e di vuoto per la misurazione, la visualizzazione e il controllo.
(4) Varie forme di uscita: segnale analogico a 16 bit, relè da 2 A (250 V CA), relè a stato solido da 22 V/20 mA, SCR da 3 A/250 V CA.
(5) Multicanale: uscita indipendente a 1 o 2 canali. 2 canali possono raggiungere la misurazione e il controllo simultanei della temperatura e del grado di vuoto, mentre il canale di uscita dell'allarme può essere utilizzato per controllare l'avvio e l'arresto del motore rotante.
(6) Multifunzione: controllo avanti, indietro, avanti e indietro bidirezionale, controllo del riscaldamento/raffreddamento.
(7) Controllo del programma PID: L'algoritmo PID migliorato supporta il controllo differenziale PV e l'anticipo differenziale. Può memorizzare 20 gruppi di PID e supportare 20 curve di programma (50 segmenti ciascuna).
(8) Comunicazione: RS485 a due fili, protocollo di comunicazione standard MODBUS RTU.
(9) Modalità di visualizzazione: sala digitale e LCD IPS TFT a colori.
(10) Software: Il funzionamento del controllore e l'acquisizione e la memorizzazione dei dati possono essere raggiunti attraverso il software del computer.
(11) Dimensioni: 96×96×87 mm (dimensioni del foro 92×92 mm).

4. Il motore passo-passo aziona la valvola a spillo ad alta velocità resistente alla corrosione
Per raggiungere una regolazione di alta precisione nel processo di controllo del grado di vuoto, KaoLu ha sviluppato una serie di valvole pneumatiche proporzionali di controllo del flusso con diverse portate, basate sulla valvola ad ago che utilizza motori passo-passo, come mostrato nella Figura 2. L'isteresi magnetica di questa serie è molto più piccola rispetto alle valvole a solenoide e ha una risposta ad alta velocità entro 1 secondo. In particolare, l'uso della tecnologia di tenuta FKM consente alla valvola di avere una resistenza superiore alla corrosione. Gli indicatori tecnici dettagliati sono riportati nella Figura 4.

Modello	FC-20	FC-120	FC-300	FC-1000
Tipo di valvola	Valvola ad ago
Diametro della deriva della bobina	0,9 mm	2,25 mm	2,75 mm	4,10 mm
Attuatore	Controllo del motore passo-passo bipolare
Tempo di risposta	0,8sec (da aperto a chiuso)
Dimensione standard	G1/8"			G3/8"
Fluido	Gas inerte e liquido
Materiali di contatto	Acciaio inox
Intervallo di pressione	-1 ~ 7bar			-1 ~ 5bar
Flusso massimo	50L/min @7bar	240L/min @7bar	290L/min @7bar	600L/min @7bar

 

Linearità	±2%	±0,1 ~ 1%	±0,2 ~ 5%	±11%
Ripetibilità (Fondo scala)	±0,1%
Risoluzione del flusso (lunghezza del passo)	0,1L/min	0,1 ~ 0,2L/min	0,2 ~ 0,75L/min	1L/min
Risoluzione dello spostamento (lunghezza del passo)	12,7um		25,4um
Intervallo di temperatura operativa	0 ~ 84°c
Sigillo	Guarnizioni standard FKM o di altro tipo
Segnale di controllo	DC: 0 ~ 10V (o 4 ~ 20mA)
Alimentazione	DC: 24V (12W)

(Figura 4 Indicatori tecnici della valvola a spillo elettronica FC di KaoLu)

Per ulteriori informazioni, visitare il sito https://www.genndih.com/proportional-flow-control-valve/mid-flow-proportional-valve-0-130L-min.html

La valvola di controllo della portata proporzionale FC è dotata di un modulo di circuito di azionamento del motore passo-passo, che fornisce l'alimentazione e il segnale di controllo necessari per la valvola di controllo della portata proporzionale FC e converte il segnale CC in controllo passo-passo del motore passo-passo bipolare; può inoltre fornire il controllo diretto RS485 della comunicazione seriale. Le sue specifiche e dimensioni sono riportate nella Figura 5.

Quando si utilizza una valvola di controllo del flusso proporzionale pneumatica nell'essiccazione a microonde sotto vuoto, il metodo di controllo ad anello aperto può essere utilizzato anche per installare una valvola a spillo all'estremità anteriore della pompa del vuoto al posto della valvola a sfera elettrica e il grado di vuoto può essere controllato regolando il flusso di pompaggio, ma la stabilità di questo metodo di controllo ad anello aperto è scarsa. È difficile raggiungere requisiti di stabilità più elevati. Pertanto, si raccomanda generalmente di utilizzare il metodo di controllo ad anello chiuso illustrato nella Figura 1, ovvero di aggiungere una valvola di controllo dell'aria di aspirazione alla camera del vuoto e di ottenere un controllo preciso del grado di vuoto regolando contemporaneamente il flusso di aspirazione e di scarico dell'aria.