ORANSAL BASINÇ REGÜLATÖRLERİ

1. Vakumlu Kurutma Nedir?

Vakumlu kurutma, malzemelerin vakum negatif basınç koşullarına yerleştirildiği ve uygun şekilde ısıtılarak negatif basınç altında kaynama noktasına ulaştırıldığı veya soğutularak malzemelerin katılaşmasının ardından erime noktası aracılığıyla kurutulduğu bir yöntemdir. Yaygın kurutucu türleri arasında tepsi, akışkan yataklı, püskürtmeli, döner ve vakumlu fırın kurutucuları bulunur.

Vakumlu kurutma süreci, bir vakum pompasına bağlı kapalı bir bölme içinde gerçekleştirilir. Vakumlu fırın, bölme içindeki nemi ve kurutulan ürünü azaltmak için sıcaklık ve vakum basıncı dengesini kullanır. Bu teknoloji; ısıya duyarlı, higroskopik veya toksik tozlar ve granüller için en yaygın laboratuvar, araştırma ve endüstriyel kurutma yöntemidir. Örneğin, ilaç, gıda işleme, plastik ve kimyasal işleme gibi sektörler yaygın olarak kurutulmuş tozları kullanır.

İnceli tozların vakumlu kurutulmasında karşılaşılan yaygın sorunlardan biri, hangi tip kurutma ekipmanı kullanılırsa kullanılsın, kuru tozun kurutucunun çeşitli yerlerinde veya vakum pompaları gibi akış aşağı proses ekipmanlarında topaklar veya katmanlar halinde birikmesidir. Bu durum, vakum pompasının normal çalışmasını ve servis ömrünü etkiler. Ayrıca, vakum pompasından dışarı atılan ince tozlar potansiyel olarak tehlikeli sorunlara yol açabilir.

Yakın zamanda bir vakumlu fırın üreticisi, mevcut teknolojiyi yükseltmek ve ince tozun kurutulması sürecindeki yukarıda belirtilen sorunları tamamen çözmek için teknik destek önlemleri talep etti. Bu makale, ilgili çözümleri detaylıca tanıtacaktır. Çözümün temelinde, fırının vakum derecesinde yavaş ve kontrollü bir değişim süreci sağlayarak, kontrollü tahliyeye ulaşılması yer almaktadır. Bu çözüm, basınç regülatörü uygulamalarında yeni bir yaklaşım sunmaktadır.

2. Vakumlu Kurutma Sorunu Nasıl Çözülür?

İnceli tozun tozlanma ve birikme olmadan vakumlu kurutma sürecinde iki temel önlem alınması gerekir:

1. Emisyon Kontrolü: Kutu içindeki su buharını gidermek için vakum kutusuna az miktarda kuru hava veya nitrojen (gaz yönetimi için oksijen regülatörü benzeri hassas sistemler kullanılır) beslenmesi ve aynı zamanda ısıtılması. Egzoz/emme yoluyla döngüsel yıkama, kurutma sürecini hızlandırmaya yardımcı olur. Ancak ince toz kurutulurken egzoz kontrol edilmezse, bu tozlar da dışarı atılabilir. Bu nedenle, egzoz akışını kontrol etmek için hassas ve kontrol edilebilir bir egzoz valfi kullanılır.
2. Vakum Kontrolü: Kurutma sürecindeki vakum derecesi değişimi hassas ve kontrol edilebilir olmalıdır. Özellikle kurutma süresi uzadıkça, olası toz oluşumunu ve kurutucu dışındaki havaya taşınmasını önlemek için vakum derecesindeki değişim yavaş olmalıdır.

Buradan, ince tozun vakumlu kurutulması problemini çözmenin anahtarının, vakum derecesinin programlı kontrolüne ulaşmak olduğu görülmektedir. Vakum derecesi kontrol programı, doğrusal değişim ve sabit kalma olmak üzere iki türü içerir ve kontrol programı keyfi olarak ayarlanabilir.

Vakum program kontrolü fikrine göre tasarlanan vakumlu fırın teknik dönüşüm planı Şekil 1’de gösterilmiştir. Tüm vakum kontrol sistemi esas olarak KaoLu’nun Oransal Akış Kontrol Valfi, vakum göstergesi, programlanabilir PID kontrolörü ve vakum pompasından oluşur. PID kontrolörü, ayarlanan prosedüre göre kutudaki vakum derecesi değişimine ulaşmak için KaoLu’nun Oransal Akış Kontrol Valfinin açılmasını otomatik olarak ayarlar.

İnceli toz kurutma sürecinin vakum derecesi kontrolünde anahtar nokta, vakum derecesinin belirli bir ayar oranına göre değişmesini sağlamaktır. Bu, fırındaki vakum derecesini atmosferik basınçtan (örneğin 10-20 dakika gibi uzun bir süre içinde) kademeli olarak istenen düşük basınca düşürecektir. Oran, birim zaman başına değişim miktarıdır; örneğin, 10 Torr/dakika eğimi, vakum derecesinin 1 dakika içinde kademeli olarak 10 Torr değiştiği anlamına gelir.

Müşterilerimizden birinin kuru toz süreci için, yaklaşık -150 Torr/dakika bir basınç düşürme hızı seçtiler. 750 Torr’da başlayacak ve basınç yaklaşık bir dakika sonra 600 Torr’a düşecekti. Ardından bir sonraki dakikada 450 Torr’a düşecek ve bu şekilde ayarlanan hedef basınca ulaşana kadar devam edecekti. Hedef basınca ulaşıldıktan sonra, hedef basınçta otomatik sabit kontrol de sürdürülebilir. Bu otomatik vakum kontrol yöntemi ile yüksek hassasiyet elde edilir.

İnceli toz kurutma süreci için bu vakum derecesi kontrol sistemi aşağıdaki özelliklere sahiptir:

• Sıradan ince toz kurutma süreçleri, nihai vakum derecesi konusunda çok yüksek gereksinimlere sahip değildir ve vakum derecesi aralığı genellikle sadece 10 Torr ~ 1 atmosfer basıncı aralığındadır. Bu durumda, vakum derecesi kontrol sisteminin sadece gerekli basınç aralığını kapsayan bir vakum göstergesi ile donatılması yeterlidir.
• Şayet daha yüksek bir vakum derecesinde kurutma yapılması isteniyorsa (örneğin 0.1 Torr ~ 1 atmosfer basıncı aralığı), Şekil 1’de gösterildiği gibi, kontrol sisteminin tam ölçekli vakum derecesinin hassas ölçüm ve kontrolüne ulaşmak için iki vakum göstergesi ile donatılması gerekir. Bu, 100 bar oransal regülatör gibi yüksek basınç sistemlerinin aksine, çok düşük basınç aralıklarını yönetmeyi gerektirir.
• Kullanılan vakum derecesi kontrolörü, yüksek hassasiyetli çift kanallı bir kontrolördür ve her kanal bağımsız PID otomatik kontrol işlevine sahiptir. Her kanal 24-bit AD ve 16-bit DA’dır, çift hassasiyetli kayan nokta işlemi ve minimum çıkış yüzdesi %0.01’dir. Kontrolör, uzaktan çalıştırılabilen ve test eğrilerini saklayıp görüntüleyebilen ölçüm ve kontrol yazılımı ile donatılmış, RS485 iletişim ve standart MODBUS protokolüne sahiptir. Bu özellikler, Lanny Regülatör veya Krones oransal regülatör gibi sistemlerin kullandığı endüstriyel standartlara uygundur.
• Şekil 1’de gösterilen vakum derecesi kontrol sisteminde, hava giriş ve çıkışına sırasıyla KaoLu’nun Oransal Akış Kontrol Valfi takılmıştır ve kontrolör, vakum derecesinin hassas kontrolüne ulaşmak için Oransal Akış Kontrol Valfinin açıklığını otomatik olarak ayarlar. Düşük basınç aralığının vakum derecesi kontrol sürecinde, akış aşağı tahliyeden sorumlu oransal valf genellikle sürekli tam açık olacak şekilde ayarlanır.
• Vakum derecesi kontrolü, Oransal Akış Kontrol Valfi aracılığıyla hava giriş akışının ayarlanmasıyla sağlanır. Yüksek basınç aralığının vakum derecesi kontrol sürecinde, akış yukarı hava girişinden sorumlu oransal valf belirli bir açıklığa ayarlanır ve sabit tutulur, vakum kontrolüne ulaşmak için egzoz akışı akış aşağı oransal valf aracılığıyla ayarlanır.

Ayrıca, burada kullanılan KaoLu’nun Oransal Akış Kontrol Valflerinin tamamı yüksek hızlı valflerdir ve tamamen kapalı durumdan tamamen açık duruma geçiş süresi 1 saniyeden azdır. Bu hızlı tepki süresi, dinamik vakum derecesi kontrolü için çok uygundur. Bu hız, lazer kesim uygulamalarında gaz akışını kontrol eden sistemlerdeki gereksinimlere benzerdir. 0~10V veya 4~20mA analog sinyallerle doğrudan sürülebilirler ve düşük vakum kaçak oranına sahiptirler. Bu, özellikle yüksek vakum gerektiren kapalı ekipmanlar için ideal bir özelliktir.

3. Sonuç

Özetle, bu makalede açıklanan programlanabilir vakum derecesi kontrol çözümü, teknolojik olarak son derece olgundur. Çok sayıda deney sonrasında, bu çözümün fizibilitesi ve güvenilirliği doğrulanmıştır. Vakum derecesi kontrol doğruluğu kolaylıkla %±1 içinde elde edilebilir, bu da vakumlu fırında ince tozun kurutulmasından kaynaklanan toz ve kirlilik sorununu tamamen çözebilir. Bu çözüm, Sidel oransal regülatör gibi endüstriyel sistemlerin gerektirdiği hassasiyete ulaşarak, birçok diğer vakum ekipmanı ve sürecinde de uygulanmıştır.