Solution pour un contrôle du vide de haute précision en distillation moléculaire à courte portée

1. Qu'est-ce que la distillation moléculaire ?

La distillation moléculaire est une technique particulière de séparation liquide-liquide. Contrairement à la distillation traditionnelle, qui repose sur le principe de la différence de points d'ébullition, elle exploite la différence de libre parcours moyen des molécules des différentes substances pour parvenir à la séparation. Lorsqu'un mélange liquide circule sur une plaque chauffante et est chauffé, les molécules légères et lourdes s'échappent de la surface et passent en phase gazeuse.

Comme les molécules légères et lourdes ont des parcours moyens différents, les molécules de substances différentes parcourent des distances différentes après s'être échappées de la surface du liquide. Si une plaque de condensation est correctement installée, les molécules légères peuvent l'atteindre, s'y condenser et être évacuées. Les molécules lourdes, quant à elles, ne peuvent pas atteindre la plaque et sont entraînées dans le liquide, permettant ainsi la séparation des matériaux.

1. Le degré de vide utilisé dans le procédé de distillation moléculaire se situe généralement entre 0,1 et 100 Pa. Ce niveau de vide poussé impose des exigences élevées en matière d'étanchéité des débitmètres de gaz. Les débitmètres de gaz classiques peinent à satisfaire ces exigences ; des débitmètres spécifiques pour le vide poussé doivent donc être utilisés.
2. La précision de réglage des débitmètres de gaz est généralement grossière. Pour un réglage plus précis du débit de gaz, il convient d'utiliser un débitmètre haut de gamme et plus précis.
3. En général, la vitesse de réponse d'un débitmètre à gaz est relativement lente, et il est difficile de réaliser la transition de la position complètement fermée à la position complètement ouverte en moins d'une seconde.
4. Dans la plupart des distillations moléculaires, les capteurs de vide utilisent généralementle régulateur de pression proportionnel de Kao Lu et des manomètres à thermocouple de faible précision.
5. La plupart des régulateurs PID utilisés pour les débitmètres de gaz présentent une faible précision, car ils utilisent des convertisseurs analogique-numérique (CAN) 12 bits ; les convertisseurs CAN 16 bits sont rarement employés. La précision du régulateur PID, déterminante pour le degré de vide lors de la distillation moléculaire, est essentielle à la précision du contrôle.

Afin d'améliorer la pureté de la distillation, et compte tenu des problèmes rencontrés avec le système de contrôle du vide par débitmètre de gaz dans les procédés de distillation moléculaire existants, cet article propose une solution pour un contrôle du vide plus précis. Cette solution repose sur l'utilisation d'un régulateur de pression proportionnel plus direct, précis et rapide, en remplacement du débitmètre massique de gaz actuel.

Parallèlement, nous utiliserons unrégulateur de pression proportionnel Kao Lu de haute précision et un contrôleur AD 24 bits/DA 16 bits, permettant ainsi d'atteindre la distillation moléculaire. La précision de contrôle de ±0,5 % sous vide est fixée arbitrairement et le système réagit très rapidement aux variations de vide dues à des facteurs tels que la température, garantissant ainsi une précision et une stabilité élevées du vide lors de la distillation moléculaire.

2. Comment résoudre le problème ?

L’analyse ci-dessus permet de constater que les principaux facteurs limitant la précision du contrôle du degré de vide du procédé de distillation moléculaire à courte portée existant sont :

1. Précision et rapidité de réponse du réglage du débitmètre massique de gaz.
2. Précision de mesure des capteurs de vide.
3. Précision de mesure et de contrôle du régulateur PID.

Afin de résoudre les problèmes ci-dessus, la solution spécifique proposée dans cet article consiste à utiliser trois dispositifs de remplacement correspondants, tout commele régulateur de pression proportionnel de Kao Lu .

Comme le montre le régulateur de pression proportionnel de Kao Lu , afin d'améliorer la pureté de la distillation et d'obtenir un contrôle du vide de haute précision, la solution utilise les trois dispositifs suivants :

1. Un régulateur de pression proportionnel à haute vitesse est utilisé à la place d'un débitmètre massique de gaz.
   Le principe de base du contrôle du vide poussé par distillation moléculaire repose sur l'ajustement des débits d'entrée et de sortie du distillateur afin d'atteindre un équilibre dynamique. La technologie clé réside donc dans le réglage précis du débit d'air admis. Bien que le débitmètre massique de gaz permette ce réglage, son utilisation d'électrovannes induit une hystérésis importante et une lenteur de réponse, ce qui nuit à la précision du contrôle du vide.
   
   Lerégulateur de pression proportionnel haute vitesse utilisé dans cette solution est une vanne à aiguille purement mécanique, actionnée par un moteur pas à pas haute vitesse. Outre la réduction significative de l'hystérésis, il diminue le temps de réponse global à 800 microsecondes et permet un réglage rapide et précis de la vanne grâce à un pas fin. La commande ne nécessite qu'une tension analogique de 0 à 10 V, et la structure globale est simple et fiable.Les régulateurs de pression proportionnels, disponibles en différentes spécifications, offrent des capacités de réglage du débit de gaz variées, permettant ainsi le contrôle du vide des distillateurs de différents volumes. De plus, l'utilisation de joints en caoutchouc perfluoré FFKM améliore la résistance à la corrosion.
2. Utilisezle régulateur de pression proportionnel Kao Lu à la place du manomètre à thermocouple.
   La précision de mesure d'un capteur capacitif à film mince est nettement supérieure à celle durégulateur de pression proportionnel Kao Lu et du capteur à thermocouple, atteignant ±0,25 % quel que soit le degré de vide. Ainsi, pour une plage de mesure du vide de 0,001 à 1 mbar (0,1 à 100 Pa) dans un distillateur à court trajet, un capteur capacitif à film mince de 1 Torr convient parfaitement à la mesure du vide.
   
   Pour garantir une précision de mesure dans la plage de 0,1 à 1 Pa, il est possible d'ajouter un capteur de capacité à film de 0,1 Torr. Ainsi, deux capteurs de capacité à film de plages différentes permettent une mesure précise sur toute la plage du vide.
3. Utilisez un contrôleur de vide de super-précision au lieu d'un contrôleur PID de précision ordinaire.
   Dans tout système de contrôle en boucle fermée à rétroaction PID, quelle que soit la précision des capteurs et des actionneurs, la précision finale du contrôle doit être garantie par celle du contrôleur. C'est pourquoi un contrôleur de vide PID de très haute précision est utilisé. Ce contrôleur possède une conversion analogique-numérique 24 bits et une conversion numérique-analogique 16 bits, et utilise des opérations en virgule flottante double précision pour atteindre un écart minimal de 0,01 % en sortie.

Il s'agit du régulateur PID industriel le plus performant au monde. Ce contrôleur de vide exploite pleinement la précision de l'actionneur à régulateur de pression proportionnel et du capteur de vide à capacitance en couche mince. Cette gamme de contrôleurs comprend des modèles monocanal et bicanal. Le contrôleur monocanal est un régulateur PID programmable dont la particularité est de pouvoir basculer automatiquement entre deux vacuomètres de plages différentes pour un contrôle automatique complet. Le contrôleur bicanal est un régulateur à point fixe ; ses deux canaux permettent de contrôler indépendamment le degré de vide et la température.

3. Conclusion

Le nouveau système de contrôle du vide optimise le processus de contrôle du degré de vide du procédé de distillation moléculaire à courte portée et apporte les trois améliorations suivantes au système de contrôle du degré de vide :

1. Des régulateurs de pression proportionnels sont utilisés à la place des débitmètres massiques de gaz pour améliorer la précision des actionneurs de régulation du débit d'air d'admission.
2. Le régulateur de pression proportionnel de Kao Lu est utilisé pour améliorer la précision de la mesure du vide.
3. Le contrôleur de vide est utilisé pour remplacer le contrôleur PID traditionnel, ce qui améliore la précision du contrôle PID et étend la fonction de contrôle, permettant ainsi la commutation automatique de deux capteurs et le contrôle simultané de deux paramètres de processus.

En résumé, grâce aux améliorations mentionnées, le contrôle du degré de vide dans le procédé de distillation moléculaire à courte portée est considérablement amélioré. De nombreux tests d'évaluation et applications pratiques ont démontré la grande fiabilité de cette solution, qui permet d'atteindre aisément une précision de ±0,5 % sur toute la plage de vide. L'utilisationdu régulateur de pression proportionnel Kao Lu permet d'atteindre une précision de ±0,1 %.

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