Решение проблемы высокоточной регулировки вакуума в процессе молекулярной дистилляции на коротких расстояниях.

1. Что такое молекулярная дистилляция?

Молекулярная дистилляция — это особая технология разделения жидкостей. Она отличается от традиционной дистилляции, основанной на принципе разделения по разнице температур кипения, и использует разницу в средней длине свободного пробега молекулярных движений различных веществ для достижения разделения. Когда жидкая смесь течет по нагревательной пластине и нагревается, легкие и тяжелые молекулы покидают поверхность жидкости и переходят в газовую фазу.

Поскольку свободные пути легких и тяжелых молекул различны, молекулы разных веществ будут перемещаться на разные расстояния после выхода с поверхности жидкости. Если правильно установить конденсационную пластину, легкие молекулы смогут достичь ее, сконденсироваться и вытесниться. В то же время тяжелые молекулы не смогут достичь конденсационной пластины и будут вытесняться в смешанную жидкость, тем самым достигая цели разделения веществ.

1. Диапазон вакуума в процессе молекулярной дистилляции обычно составляет 0,1–100 Па. Этот высокий диапазон вакуума предъявляет более высокие требования к скорости утечки газа в расходомере. Обычные расходомеры с трудом соответствуют этим требованиям, и для их измерения необходимы специальные высоковакуумные расходомеры.
2. Точность регулировки расходомера газа обычно высокая. Если требуется высокоточная регулировка расхода газа, следует использовать высококачественный и более прецизионный расходомер.
3. Как правило, скорость отклика газовых расходомеров относительно низкая, и время срабатывания от полного закрытия до полного открытия за 1 секунду затруднительно.
4. В большинстве установок молекулярной дистилляции в качестве датчиков вакуума обычно используютсяпропорциональный регулятор давления Kao Lu и термопарные манометры с низкой точностью.
5. Большинство ПИД-регуляторов для управления расходомерами газа имеют низкую точность, это 12-битные АЦП и ЦА-преобразователи, а 16-битные АЦП и ЦА-преобразователи используются редко. Точность ПИД-регулятора, определяющая степень вакуума при молекулярной дистилляции, является ключевым фактором точности управления.

В целях повышения чистоты дистилляции, учитывая проблемы, существующие в системах контроля степени вакуума газовых расходомеров в существующих установках молекулярной дистилляции, упомянутых выше, в данной статье предлагается решение для более точного контроля степени вакуума. Решение предполагает использование более прямого, точного и быстрого пропорционального регулятора давления для замены существующего газового массового расходомера.

В то же время мы будем использовать более точныйпропорциональный регулятор давления Kao Lu и 24-битный АЦП, 16-битный ЦАП-контроллер, что позволит достичь молекулярной дистилляции в процессе. Точность управления ±0,5% в зависимости от степени вакуума устанавливается произвольно и обеспечивает очень быструю реакцию на изменение степени вакуума, вызванное такими факторами, как температура, что эффективно гарантирует высокую точность и стабильность степени вакуума в процессе молекулярной дистилляции.

2. Как решить проблему?

Из приведенного выше анализа видно, что основными факторами, ограничивающими точность контроля степени вакуума в существующих процессах ближней молекулярной дистилляции, являются:

1. Точность регулировки и скорость отклика расходомера газа.
2. Точность измерений вакуумных датчиков.
3. Точность измерения и управления ПИД-регулятором.

Для решения вышеуказанных проблем в данной статье предлагается использовать три соответствующих заменяющих устройства, например,пропорциональный регулятор давления Kao Lu .

Как показано на примере пропорционального регулятора давления Kao Lu , для повышения чистоты дистилляции и достижения высокоточного контроля вакуума в решении используются следующие три устройства:

1. Вместо расходомера газа используется высокоскоростной пропорциональный регулятор давления.
   Основной принцип управления степенью вакуума при молекулярной дистилляции заключается в регулировании входящего и исходящего потоков дистиллятора и достижении динамического равновесия, поэтому ключевой технологией здесь является точная регулировка входящего потока воздуха. Хотя расходомер газа может регулировать входящий поток воздуха, в нем используется технология электромагнитных клапанов, которая имеет большой гистерезис и низкую скорость отклика, что влияет на точность управления степенью вакуума.
   
   В предлагаемом решении используется высокоскоростнойпропорциональный регулятор давления, представляющий собой чисто механический игольчатый клапан, приводимый в движение высокоскоростным шаговым двигателем. Значительно уменьшая погрешность гистерезиса, он также сокращает общее время отклика до 800 микросекунд, а малый шаг позволяет быстро и точно регулировать клапан. Для управления приводом требуется только аналоговое напряжение 0-10 В, а общая конструкция проста и надежна.Пропорциональные регуляторы давления различных спецификаций обладают разными возможностями регулировки расхода газа, что позволяет регулировать вакуум в дистилляторах различного объема. Одновременно с этим для повышения коррозионной стойкости могут использоваться уплотнения из перфторированной резины FFKM.
2. Вместо термопарного манометра используйтепропорциональный регулятор давления Kao Lu.
   Точность измерения пленочного емкостного манометра значительно выше, чем упропорционального регулятора давления и термопарного манометра Kao Lu , и может достигать ±0,25% при любой степени вакуума. Таким образом, для диапазона измерения вакуума от 0,001 до 1 мбар (0,1-100 Па) в короткоходовом дистилляторе можно напрямую выбрать пленочный емкостной манометр на 1 Торр, что позволит охватить весь диапазон измерения вакуума.
   
   Если вам необходимо обеспечить точность измерений в диапазоне 0,1–1 Па, вы также можете добавить пленочный емкостной манометр на 0,1 Торр. Таким образом, два пленочных емкостных манометра с разными диапазонами измерений смогут обеспечить точные измерения во всем диапазоне вакуума.
3. Вместо обычного прецизионного ПИД-регулятора используйте сверхточный вакуумный контроллер.
   В любой системе управления с обратной связью и ПИД-регулятором, независимо от точности датчиков и исполнительных механизмов, точность конечного управления должна гарантироваться точностью контроллера. Поэтому в решении используется сверхточный ПИД-регулятор для вакуумных систем. Этот сверхточный ПИД-регулятор для вакуумных систем имеет 24-битный АЦП и 16-битный ДА и использует операции с плавающей запятой двойной точности для достижения минимального процентного отклонения выходного сигнала в 0,01%.

Это промышленный ПИД-регулятор с самым высоким техническим показателем в мире. Использование этого вакуумного контроллера позволяет в полной мере использовать преимущества точности привода пропорционального регулятора давления и тонкопленочного емкостного вакуумного датчика. В этой серии контроллеров представлены различные модели: одноканальные и двухканальные. Одноканальный контроллер — это программируемый ПИД-регулятор, его отличительной особенностью является возможность автоматического переключения между двумя вакуумметрами с разными диапазонами для достижения полного автоматического управления. Двухканальный контроллер — это контроллер с фиксированной точкой, и два канала могут независимо управлять степенью вакуума и температурой.

3. Заключение

Новая система управления вакуумом оптимизирует процесс контроля степени вакуума в процессе молекулярной дистилляции ближнего действия и вносит следующие три улучшения в систему контроля степени вакуума:

1. Вместо расходомеров газа используются пропорциональные регуляторы давления для повышения точности приводов регулирования потока всасываемого воздуха.
2. Пропорциональный регулятор давления компании Kao Lu используется для повышения точности измерения вакуума.
3. Вакуумный контроллер используется для замены традиционного ПИД-регулятора, что повышает точность ПИД-регулирования и расширяет функциональные возможности управления, позволяя осуществлять автоматическое переключение двух датчиков и одновременное управление двумя параметрами процесса.

Вкратце, благодаря вышеуказанным усовершенствованиям, уровень контроля степени вакуума в процессе молекулярной дистилляции ближнего действия может быть значительно улучшен. Многочисленные оценочные испытания и практические применения доказали, что данное решение является очень зрелым и позволяет легко достигать точности ±0,5% в полном диапазоне вакуума. При использованиипропорционального регулятора давления Kao Lu точность контроля может быть дополнительно увеличена до ±0,1%.

Для получения более подробной информации, пожалуйста, посетите наш веб-сайт.