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微波真空干燥（MVD）真空度、溫度和速度的精確控制
閱讀：528 發(fā)布時間：2022-8-9
真空微波干燥是微波加熱技術(shù)與真空技術(shù)相結(jié)合的一種新型微波能源應(yīng)用技術(shù)。它具有微波加熱干燥和真空干燥的優(yōu)點，克服了傳統(tǒng)真空干燥溫度高、時間長、能耗大的缺點。在材料干燥過程中，干燥溫度范圍一般為30~60℃，真空范圍一般為0.01~95kPa，干燥產(chǎn)量高，質(zhì)量好，加工成本低，能耗低，同時通過溫度和真空度控制可以精確控制水分等優(yōu)點。此外，在低溫低壓下干燥時，氧含量低，干燥材料的氧化反應(yīng)減弱減慢，保證了材料的風(fēng)味、外觀和顏色，易于干燥熱敏材料，特別是中藥提取物提取物、肉類食品、化學(xué)原料、水果和農(nóng)產(chǎn)品的低溫干燥，具有的優(yōu)勢。
由于真空微波干燥技術(shù)采用低壓水沸點低的原理，結(jié)合微波加熱快、均勻、能耗低的特點，真空溫度、溫度和速度是真空微波干燥技術(shù)應(yīng)用中的三個關(guān)鍵控制參數(shù)。目前，控制設(shè)備粗糙、真空控制效果差、產(chǎn)品質(zhì)量差，主要體現(xiàn)在以下方面：
?。?）對于不同物料，干燥過程中所需的真空度、溫度和轉(zhuǎn)速*不同，真空度的變化范圍非常寬泛，如從0.01kPa至95kPa，因此，需要在寬范圍內(nèi)準(zhǔn)確測量和控制真空度，對于不同的真空度，需要不同的控制方法。
?。?）真空度的變化會嚴(yán)重影響蒸發(fā)溫度，微波加熱后的溫度變化會導(dǎo)致真空度的快速升高。真空度和溫度是一組相互影響的變量。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，真空度控制需要響應(yīng)速度快，使干燥過程中的真空度始終恒定，不受溫度變化的影響，恒定后的真空度波動率較小。
（3）除了控制真空度和溫度(微波加熱功率)外，還需要選擇和控制旋轉(zhuǎn)速度，以確保微波加熱材料的均勻性。
?。?）因為不同物料需要不同的PID控制參數(shù)和工藝參數(shù)，要求控制器具有多程序和多參數(shù)存儲功能，便于在使用過程中隨時調(diào)用，提高整個干燥過程的自動化水平。
本文將針對上述問題提出相應(yīng)的解決方案，介紹可用于真空微波干燥的集成真空溫度、溫度和速度控制器，介紹步進電機驅(qū)動的耐腐蝕數(shù)控針閥和電動球閥，可以精確控制真空微波干燥過程。
在真空微波干燥過程中，需要精確控制真空度、溫度和轉(zhuǎn)盤速度。目前，我國常用的控制方案普遍簡單。
在真空度控制系統(tǒng)中，采用了與以往真空度控制不同的方法，即在真空腔上增加了一路進氣通道，采用了響應(yīng)速度快的數(shù)控針閥、電動球閥和高精度多通道控制器。該方案具有以下兩個突出特點：
(1)真空度為0.01~95kPa范圍內(nèi)的精確控制小于±波動率1%。具體實施真空度小于10torr控制采用上游模式，即全電動球閥后調(diào)整數(shù)控針閥；真空度大于10torr時間控制采用下游模式，即開啟恒定數(shù)控針閥后調(diào)節(jié)電動球閥。同時，快速響應(yīng)型閥門和控制器能保證溫度變化對真空度的影響最小。
(2)2通道集成PID控制器可以同時控制真空度、溫度和轉(zhuǎn)盤速度。測量、控制和顯示真空度和溫度的兩個獨立通道，報警輸出通道可用于控制轉(zhuǎn)盤速度或旋轉(zhuǎn)電機啟動和停止。
為了實現(xiàn)真空微波干燥中真空度、溫度和速度的精確控制，我們已經(jīng)開發(fā)出來了VPC-2021系列24高精度可編程PID如圖2所示，通用控制器系列PID控制器功能強大，性價比高。
VPC-2021系列控制器的主要性能指標(biāo)如下：
(1)精度:24位A/D，16位D/A。
(2)采樣速度:50ms。
(3)多種輸入?yún)?shù):47種輸入信號(熱電偶、熱電阻、直流電壓)，可連接各種溫度和真空度傳感器進行測量、顯示和控制。
(4)多種輸出形式:16位模擬信號 、2A (250V AC)繼電器、22V/20mA固態(tài)繼電器，3A/250VAC可控硅。
(5)多通道:獨立1或2通道輸出。2通道可同時測量和控制溫度和真空，報警輸出通道可用于控制旋轉(zhuǎn)電機。
(6)多功能:正反、正反雙向控制、加熱/制冷控制。
（7）PID程序控制：改進型PID算法，支持PV先控制微分和微分?？纱鎯?0組分組PID，支持20條程序曲線(每條50段)。
(8)通信:兩線制RS485，標(biāo)準(zhǔn)MODBUSRTU 通訊協(xié)議。
(9)顯示方式:數(shù)碼館和IPS TFT真彩液晶。
(10)軟件:控制器的操作和數(shù)據(jù)采集存儲可以通過軟件計算機實現(xiàn)。
(11)外觀尺寸:96×96×87mm(開孔尺寸92×92mm)。
為了實現(xiàn)真空度控制過程中的高精度調(diào)節(jié)，我們開發(fā)了一系列不同流量的電子針閥，如圖3所示。該系列數(shù)控針閥的磁滯遠(yuǎn)小于電磁閥，并在1秒內(nèi)有高速響應(yīng)，特別是氟橡膠（FKM）密封技術(shù)使閥門具有的耐腐蝕性。
NCNV系列數(shù)控針閥配備步進電機驅(qū)動電路模塊，為數(shù)控針閥提供所需的電源和控制信號，并將直流信號轉(zhuǎn)換為雙極步進電機的步進控制 RS485 直接控制串口通信，規(guī)格尺寸如圖5所示。
在真空微波干燥中使用數(shù)控針閥時，也可以通過開環(huán)控制將針閥安裝在真空泵前端，而不是電動球閥，通過調(diào)節(jié)抽氣流量來控制真空度。但是，這種開環(huán)控制方法的穩(wěn)定性較差，難以滿足較高的穩(wěn)定性要求。因此，一般建議在圖1中采用閉環(huán)控制方法，即在真空腔上增加一路進氣控制閥，通過調(diào)整進氣流量和排氣流量，實現(xiàn)真空度的精確控制
與傳統(tǒng)電動球閥不同，LCV-DS該系列電動球閥具有以下突出特點：
(1)響應(yīng)速度小于7秒，特殊定制可將響應(yīng)速度提高到1秒以內(nèi)。
(2)密封性能好，保護等級好IP67可用于低壓和真空范圍內(nèi)的氣流調(diào)節(jié)。
(3)銅加不銹鋼齒輪設(shè)計，精度高，輸出扭矩大。
(4)外形小，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝簡單，適合設(shè)備小型化。
(5)運行電流低，可用電池供電。
(6)壽命長達(dá)7萬次至10萬次。