مشکل نوسان دما
یک کنترل کننده دمای حمام آبکاری مس اسیدی روی 25 درجه تنظیم شده است. دمای واقعی حمام بین 23 تا 28 درجه با بازه زمانی 8 تا 12 دقیقه در نوسان است. حلقه PID به صورت محافظه کارانه تنظیم شده است. سوپاپ کنترل بخار اندازه مناسبی دارد. سنسور دما کالیبره شده است. با این حال، نوسان همچنان ادامه دارد و باعث ایجاد تغییرات در روشنایی و شکلپذیری رسوب در سراسر تغییر تولید میشود.
علت اصلی عدم تطابق اینرسی حرارتی بین مبدل حرارتی و سیستم کنترل است. یک کویل غوطه وری فولاد ضد زنگ با جرم بزرگ، گرمای قابل توجهی را در جرم فلزی خود ذخیره می کند. هنگامی که کنترل کننده گرما را صدا می کند، بخار وارد سیم پیچ می شود، اما جرم فلز بیشتر انرژی اولیه را جذب می کند. دمای حمام به آرامی پاسخ می دهد. کنترلر که هیچ پاسخی نمی بیند، شیر را بیشتر باز می کند. هنگامی که جرم فلز در نهایت به تعادل می رسد و گرما به داخل حمام جریان می یابد، دما بیش از حد افزایش می یابد. کنترل کننده دریچه را می بندد، اما فلز داغ همچنان گرمای ذخیره شده را آزاد می کند. چرخه تکرار می شود.
یک مبدل حرارتی PTFE دارای جرم حرارتی ناچیزی در مقایسه با یک معادل فلزی است. دیواره لوله فلوئوروپلیمر نازک، سبک و دارای حرارت مخصوص کم است. هنگامی که بخار وارد لوله ها می شود، گرما تقریباً بلافاصله به حمام منتقل می شود. هنگامی که بخار متوقف می شود، انتقال حرارت متوقف می شود. مبدل به سیگنال های کنترلی بدون تاخیر و بیش از حدی که اینرسی حرارتی بر سیستم های فلزی تحمیل می کند پاسخ می دهد.
مقایسه اینرسی حرارتی
اینرسی حرارتی حاصل ضرب جرم و ظرفیت گرمایی ویژه است. یک سیم پیچ غوطه وری از جنس استنلس استیل برای کارکرد 50 کیلو وات تقریباً 55 کیلوگرم با گرمای ویژه 0.5 kJ/kg·K وزن دارد. جرم حرارتی 27.5 kJ/K است. یک سیم پیچ PTFE برای همان وظیفه تقریباً 12 کیلوگرم با گرمای ویژه 1.0 kJ/kg·K وزن دارد. جرم حرارتی 12 kJ/K{11}}کمتر از نصف است.
مهمتر از جرم حرارتی کل، جرم در سمت فرآیند مقاومت حرارتی است. در یک سیم پیچ فلزی، تمام دیواره لوله از طرف بخار تا طرف فرآیند تقریباً در دمای یکنواخت قرار دارد. جرم کامل فلز در ذخیره سازی حرارتی و انتشار تاخیری شرکت می کند. در یک سیم پیچ PTFE، هدایت حرارتی پایین است. گرادیان دما در سراسر دیواره لوله تند است. فقط لایه بیرونی نازک دیواره لوله به سرعت به دمای حمام می رسد. لایه داخلی نزدیک به دمای بخار باقی می ماند. جرمی که در تأخیر انتشار گرما شرکت میکند کسری از کل جرم PTFE است.
| پارامتر اینرسی حرارتی | کویل فولادی ضد زنگ (50 کیلو وات) | مبدل حرارتی PTFE (50 کیلو وات) |
|---|---|---|
| جرم کویل (کیلوگرم) | 55 | 12 |
| گرمای ویژه (kJ/kg·K) | 0.5 | 1.0 |
| جرم حرارتی کل (kJ/K) | 27.5 | 12 |
| جرم در{0}}دمای جانبی فرآیند هنگام گرم کردن- | 100% (دمای یکنواخت) | 30٪ (شیب حرارتی تند) |
| اینرسی حرارتی موثر برای پاسخ کنترل | 27.5 کیلوژول/کیلو | ~4 کیلوژول/کیلو |
| ثابت زمانی برای تحویل گرما پس از باز شدن شیر بخار | 15-30 ثانیه | 3-8 ثانیه |
| ثابت زمانی برای واپاشی گرما پس از بسته شدن شیر بخار | 20-40 ثانیه | 5-12 ثانیه |
تنظیم PID برای پاسخ اینرسی کم{{0}
یک حلقه کنترل تنظیم شده برای یک سیم پیچ فلزی با اینرسی بالا-از یک باند متناسب گسترده و زمان انتگرال طولانی برای جلوگیری از نوسان در اطراف سیستم پاسخ آهسته- استفاده می کند. هنگامی که پارامترهای PID یکسان بر روی مبدل PTFE با اینرسی کم-استفاده میشود، حلقه کمتر-میرا میشود. کنترل کننده خیلی آهسته پاسخ می دهد و مبدل سریع-پاسخ دهنده از الگوریتم کنترل پیشی می گیرد.
تنظیم مجدد مبدل PTFE شامل باریک کردن باند متناسب با 40-60٪، کوتاه کردن زمان انتگرال 30-50٪ و معرفی یک عبارت مشتق شده است که قبلاً غیرضروری بود. اصطلاح مشتق، افزایش سریع دما را پیشبینی میکند و قبل از وقوع بیش از حد، از شیر بخار خارج میشود. حلقه تنظیم شده دمای حمام را در ± 0.3 درجه از نقطه تنظیم نگه می دارد، در مقایسه با ± 2.5 درجه برای سیم پیچ فلزی با تنظیم اصلی خود.
فرآیند تنظیم باید در طول راه اندازی مبدل PTFE، با استفاده از تست پاسخ مرحله ای برای مشخص کردن پویایی سیستم انجام شود. پارامترهای PID بهعنوان پایهای برای نگهداری در آینده ثبت میشوند.
مزایای عملیاتی کنترل پایدار
کنترل دقیق دما به طور مستقیم خواص رسوب مس اسیدی را بهبود می بخشد. روشنایی رسوب، تسطیح و شکل پذیری همگی به دما- حساس هستند. حمامی که 2.5± درجه نوسان دارد، رسوباتی با ساختار دانه و خواص مکانیکی متغیر ایجاد می کند. اصطبل حمام در 0.3± درجه، رسوبات ثابتی را در طول دوره تولید ایجاد می کند.
کنترل پایدار همچنین مصرف مواد افزودنی را کاهش می دهد. دوره های بیش از حد دما، زمانی که حمام از نقطه تنظیم فراتر می رود، تجزیه روشن کننده را تسریع می کند. متوسط نرخ مصرف روشن کننده در یک کمپین برای یک حمام نوسانی بیشتر از یک حمام پایدار است، حتی اگر میانگین دما یکسان باشد. مبدل PTFE با حذف بیش از حد، عمر موثر هر افزودنی روشن کننده را افزایش می دهد.
خلاصه
کنترل دمای نامنظم در حمامهای مس اسیدی ناشی از عدم تطابق اینرسی حرارتی بین مبدلهای حرارتی فلزی با جرم بالا-و حلقه کنترل PID است. یک مبدل حرارتی PTFE این مشکل را از طریق جرم حرارتی کم و شیب شدید دما در سراسر دیواره لوله حل می کند، که با هم اینرسی حرارتی موثر را در مقایسه با فولاد ضد زنگ 6-7 کاهش می دهد.
تنظیم مجدد PID مناسب برای پاسخ PTFE با اینرسی کم- به پایداری دما در ± 0.3 درجه دست می یابد، در مقایسه با ±2.5 درجه برای یک سیم پیچ فلزی. پایداری بهبود یافته خواص رسوب ثابت و مصرف مواد افزودنی را کاهش می دهد.
پشتیبانی مهندسی برای اندازه مبدل حرارتی PTFE و بهینه سازی سیستم کنترل پس از ارائه حجم حمام، دمای عملیاتی، دامنه نوسان دمای فعلی و پارامترهای کنترل کننده موجود در دسترس است.
