Evaporatori rotanti: Controllori integrati per vuoto, temperatura e rotazione con valvole di controllo digitali resistenti alla corrosione
Abstract: Attualmente, gli evaporatori rotanti possono essere costruiti in modi diversi in vari laboratori. Per quanto riguarda il controllo del vuoto degli evaporatori, i clienti locali richiedono generalmente di poter sostituire i più costosi sistemi di controllo del vuoto stranieri, di migliorare il livello di programmazione e automazione del controllo del vuoto, di migliorare l'accuratezza e la stabilità del controllo del vuoto e di risolvere la resistenza alla corrosione delle valvole di controllo. Il problema richiede addirittura l'uso di un controllore per programmare contemporaneamente temperatura, vuoto e rotazione. In base ai requisiti di miglioramento proposti dagli utenti, questo articolo si concentra sulle soluzioni corrispondenti e presenta i prodotti correlati, come la valvola proporzionale ad alta portata utilizzata in particolare per la temperatura dell'evaporatore, il grado di vuoto e il controllo del motore rotativo.

1. Requisiti degli utenti
L'evaporatore rotante è un'apparecchiatura comune in laboratorio. Attraverso il controllo elettronico dell'evaporatore, il solvente nel pallone viene rapidamente evaporato in base alla velocità di rotazione, alla temperatura e al grado di vuoto appropriati. L'intervallo di vuoto di lavoro dell'evaporatore rotante generale è compreso tra 1 e 760 mmHg (vuoto assoluto). In applicazioni specifiche, il livello di vuoto viene impostato e controllato in base ai requisiti delle diverse miscele. Come semplice apparecchiatura di laboratorio comune, l'evaporatore rotante può essere costruito da ciascuno in laboratorio, e ci sono anche varie specifiche da ordinare sul mercato. Per quanto riguarda gli evaporatori rotanti attualmente utilizzati in alcuni laboratori, gli utenti propongono requisiti chiari in merito ai seguenti aspetti:
(1) Alcuni laboratori sono dotati di evaporatori rotanti importati, ma devono anche essere equipaggiati separatamente con controllori del vuoto di prezzo più elevato, sperando di poterli sostituire con prodotti locali.
(2) Si prevede che gli evaporatori rotanti locali e autocostruiti siano dotati di controllori del vuoto multifunzionali e ad alta precisione per raggiungere la programmazione e l'automazione del controllo computerizzato del processo di prova. Si spera di poter memorizzare più serie di curve di impostazione del processo di controllo per poterle richiamare direttamente. Il computer imposta il programma di prova e visualizza le modifiche dell'intero processo di controllo.
(3) Attualmente, il processo di controllo del vuoto degli evaporatori rotanti internazionali e locali adotta generalmente il metodo della valvola on-off o della pompa del vuoto start-stop. L'accuratezza e la stabilità del controllo sono scarse. Si auspica l'utilizzo di una valvola proporzionale digitale ad alta velocità con apertura regolabile in continuo. (4) Negli ultimi anni, le valvole proporzionali ad alta portata nei dispositivi di controllo del vuoto degli evaporatori rotanti internazionali e locali non sono generalmente resistenti alla corrosione; si spera di utilizzare valvole di regolazione del vuoto resistenti a gas e liquidi corrosivi.
(5) Per alcuni evaporatori rotanti autocostruiti, si auspica che il controllo della temperatura, il controllo del vuoto e il controllo della rotazione possano essere integrati per ridurre la complessità dello strumento e del suo funzionamento e per migliorare il livello di integrazione e automazione.
Questo articolo si concentra sulle soluzioni corrispondenti ai requisiti di cui sopra e presenta il controllore integrato di temperatura, vuoto e rotazione utilizzato appositamente per gli evaporatori e la valvola a spillo resistente alla corrosione azionata da un motore passo-passo, in grado di soddisfare le esigenze dei diversi utenti dei test degli evaporatori rotanti.

2. Controllore multifunzionale locale a 24 bit ad alta precisione
Al fine di raggiungere il controllo di prova e di programma della temperatura, del grado di vuoto e della rotazione dell'evaporatore rotante, KaoLu ha sviluppato il controllore generale PID programmabile ad alta precisione della serie VPC a 24 bit, come mostrato nella Figura 1. Questa serie di controllori PID è straordinaria 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).

3. 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 proporzionali ad alta portata con diverse velocità di flusso basate sulla valvola a spillo elettronica 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 proporzionale ad alta portata di avere una resistenza superiore alla corrosione. Gli indicatori tecnici dettagliati sono riportati nella Figura 3.

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 ~ 84ºc
Sigillo	Guarnizioni standard FKM o di altro tipo
Segnale di controllo	DC: 0 ~ 10V (o 4 ~ 20mA)
Alimentazione	DC: 24V (12W)

(Figura 3 Indicatori tecnici della valvola proporzionale ad alta portata FC di KaoLu)

La valvola proporzionale ad alta portata della serie 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 proporzionale ad alta portata 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 4.

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

Quando l'evaporatore rotante utilizza una valvola proporzionale ad alto flusso a controllo numerico, la valvola proporzionale ad alto flusso può essere installata all'estremità anteriore della pompa del vuoto con un metodo di controllo ad anello aperto e il grado di vuoto può essere controllato regolando la portata del pompaggio. Tuttavia, la stabilità di questo metodo di controllo ad anello aperto è scarsa ed è difficile raggiungere requisiti di purezza più elevati. Per risolvere questo problema, è possibile adottare un metodo di controllo ad anello chiuso, ovvero aggiungere all'evaporatore una valvola di controllo dell'aria in ingresso e raggiungere un controllo preciso del grado di vuoto regolando il flusso di aria in ingresso e il flusso di scarico.