چگونه CO_۲ را در خط تولید ورق XPS خود کنترل کنیم

برای درک بهتر نکات ظریف هر واحد از کل سیستم، از توضیح نمودار جریان خود شروع می‌کنیم. نمودار زیر PID واقعی نیست؛ فقط طرحی ساده است که به شما کمک می‌کند ببینید ما CO₂ را چگونه کنترل می‌کنیم. PID واقعی بسیار پیچیده‌تر از این است و ده‌ها شیر و برخی متعلقات دیگر را در بر می‌گیرد.

CO₂ صنعتی معمولاً با تانکرهایی حمل می‌شود که ده‌ها تن CO₂ مایع جابه‌جا می‌کنند. سپس CO₂ در یک مخزن بزرگ با عایق خلأ ذخیره می‌شود که ظرفیت آن عموماً حدود ۲۵ تن است. دمای CO₂ داخل مخزن حدود منفی ۲۰ درجهٔ سانتی‌گراد و فشار آن بین ۱٫۶–۲٫۰ مگاپاسکال است. وقتی تغییر دمای محیط فشار را بالا می‌برد، مخزن مقداری CO₂ تخلیه می‌کند تا خود را خنک کند.

همان‌طور که می‌دانید کار با مایع بسیار آسان‌تر از گاز است. بنابراین می‌کوشیم CO₂ را در تمام فرایند به حالت مایع نگه داریم. چون CO₂ به دلیل فشار بخار بالا به‌شدت مستعد تبخیر است، باید میان فشار و دما تعادل برقرار کنیم.

این اساس کارکرد سیستم ما است.

ما از یک پمپ تقویت فشار استفاده کردیم که CO₂ مایع را از مخزن CO₂ به مخزن میانی منتقل می‌کند. دیوارهٔ مخزن میانی ژاکت‌دار طراحی شده است و به این ترتیب دمای آن را می‌توان با کنترل‌کنندهٔ دمای آب تنظیم کرد.

فاصله را کوتاه نگه دارید

نکته‌ای که باید در اینجا به آن اشاره کنم این است که فاصلهٔ مخزن CO₂ تا مخزن میانی باید تا حد ممکن کوتاه باشد. چون CO₂ تمایل به تبخیر دارد، هرچه فاصله بیشتر باشد، خطر تبخیر بیشتر است.

برای این منظور توصیه می‌شود پمپ تقویت فشار زیر مخزن CO₂ نصب شود. با این حال، تبخیر هنوز گاهی رخ می‌دهد.

وقتی پمپ تقویت فشار نمی‌تواند پمپاژ کند

وقتی پمپ تقویت فشار نمی‌تواند CO₂ را به‌درستی پمپاژ کند، احتمالاً تبخیر رخ داده است. شیر تخلیه برای همین وضعیت طراحی شده است؛ آن را باز کنید و CO₂ تبخیرشده را بیرون بدهید تا دمای سر پمپ تقویت فشار پایین بیاید.

این کار باید با دقت بسیار انجام شود، زیرا اگر شیر تخلیه بیش از حد باز شود، CO₂ به‌راحتی به یخ خشک تبدیل می‌شود که لوله را مسدود می‌کند و ذوب شدن آن زمان بسیار زیادی می‌برد.

ظرفیت پمپ و لوله‌کشی

برای جلوگیری از چنین وضعیتی، ظرفیت پمپ تقویت فشار باید ده برابر پمپ دوزینگ باشد تا لازم نباشد پمپ تقویت فشار همیشه کار کند و فقط به‌صورت دوره‌ای کار کند.

افزون بر این، لولهٔ تخلیهٔ بلندتر توصیه می‌شود که از یخ‌زدگی لولهٔ ورودی پمپ تقویت فشار بر اثر یخ خشک جلوگیری می‌کند. همچنین لوله‌کشی عایق‌دار در کل سیستم به یکنواختی انتقال CO₂ کمک می‌کند و در مصرف انرژی هم صرفه‌جویی می‌کند.

هدف مخزن میانی این است که CO₂ را در دمای معینی (حدود ۲۵ درجهٔ سانتی‌گراد) نگه دارد تا فشار کل سیستم پایدار و به اندازهٔ کافی بالا (۶٫۵–۷ مگاپاسکال) بماند. این دو شرط، ثبات خواص فیزیکی CO₂ را تضمین می‌کنند و CO₂ را برای دوزینگ دقیق به اکسترودر دوماردون آماده می‌سازند. همان‌طور که پیش‌تر گفتم، چگالی CO₂ با تغییر دما تغییر می‌کند.

هشدار سطح در ۷۰٪ حجم

بالاترین سطح هشدار CO₂ در مخزن میانی نباید از ۷۰٪ حجم کل مخزن میانی بیشتر باشد تا برای هر رویداد احتمالی آماده باشید؛ مثلاً قطع برق در تابستان در برخی مناطق گرم که ممکن است دمای محیط مخزن میانی را بالا ببرد. در این صورت ممکن است CO₂ به حالت فوق‌بحرانی برسد که رفتار آن دشوارتر کنترل و پیش‌بینی می‌شود. در نتیجه حجم CO₂ به‌شدت افزایش می‌یابد و اگر فضای خالی کافی نباشد، ممکن است مخزن میانی در معرض خطر قرار گیرد.

چرا ۲۵ درجهٔ سانتی‌گراد

پیش از ورود CO₂ به مخزن میانی، آن را گرم می‌کنیم تا دمای CO₂ در مخزن میانی در مقدار موردنظر بماند. این دما معمولاً ۲۵ درجهٔ سانتی‌گراد است. در این دما فشار مخزن میانی حدود ۶٫۵ مگاپاسکال است.

چرا این دما انتخاب شده است؟ در چین، ۱۰ مگاپاسکال مرز میان مخازن تحت فشار متوسط و مخازن پرفشار است. مخزن پرفشار به گواهینامه‌های پیچیده‌تری نیاز دارد و گران‌تر است. بنابراین فشار طراحی ۷ مگاپاسکال، مخزن میانی را در ردهٔ فشار متوسط نگه می‌دارد.

CO₂ پس از عبور از مخزن میانی وارد یک مخزن خنک‌کن دیگر می‌شود که دمای آن را به ۱۰ درجهٔ سانتی‌گراد پایین می‌آورد. اکنون شرایط ۶٫۵ مگاپاسکال و ۱۰ درجهٔ سانتی‌گراد، CO₂ را به مایع خالص تبدیل می‌کند؛ و هرچه سهم فاز مایع بیشتر باشد، دوزینگ آسان‌تر است. CO₂ در این حالت را می‌توان به‌راحتی به اکسترودر اول (اکسترودر دوماردون) دوز کرد.

نکته‌ای که باید به آن توجه کرد این است که سر پمپ باید با چیلر خنک شود. سرهای پمپ هنگام کار مقداری گرما تولید می‌کنند که می‌تواند CO₂ مایع را تبخیر کند و فرایند را دچار مشکل کند.

حتی وقتی همهٔ نکات بالا رعایت شده باشد، باز هم نمی‌توان تضمین کرد که CO₂ به‌درستی کنترل شود. اگر در هر بخشی از لوله‌کشی CO₂ تبخیرشده محبوس شود، این سیستم درست کار نمی‌کند.

کاری که باید انجام دهید این است که شیر تخلیه را با دقت فراوان باز کنید تا یخ خشک زیادی تشکیل نشود. نصب شیر تخلیه پیش از شیر تزریق اکیداً توصیه می‌شود. وقتی دیدید دود سفید (ذرات ریز یخ خشک) بیرون می‌آید، کار تمام است؛ کافی است شیر را ببندید. اکنون CO₂ به‌درستی کار می‌کند.

این روش ما برای کنترل سیستم CO₂ است و حاصل در نظر گرفتن هم‌زمان ساخت چین بودن، صرفهٔ اقتصادی، قابلیت اطمینان و کاربردی بودن است. روش‌های دیگری هم هستند که CO₂ را به‌خوبی کنترل می‌کنند؛ برای نمونه، LINDE PRESUS و بستهٔ DSD نیز می‌توانند CO₂ را با دقت کنترل کنند. فقط سیستم ما بر پایهٔ شرایط ساخت چین طراحی شده است.

پمپ پیستونی یا پمپ دیافراگمی

بر اساس تجربهٔ طولانی ما، پمپ‌های پیستونی ساخت چین در کار با CO₂ هیچ مشکلی ندارند. عیب پمپ پیستونی این است که خطر نشتی در نمونه‌های ساخت چین با گذشت زمان بیشتر از پمپ دیافراگمی است. اما CO₂ غیرسمی و غیرقابل‌اشتعال است و نگرانی دربارهٔ این خطر منطقی نیست. افزون بر این، قطعات آب‌بندی بسیار ارزان و در دسترس‌اند و تعویض آن‌ها را می‌توان به‌صورت روال در برنامهٔ نگهداری گنجاند.

با این حال، عوامل فوم‌زای قابل‌اشتعال مانند HFC152a، اتانول، DME، ایزوبوتان و غیره بهتر است با پمپ دیافراگمی کنترل شوند.

سیستم CO₂ در آزمایشگاه اکستروژن فوم ما

آزمایشگاه اکستروژن فوم ما از سیستم دیگری استفاده می‌کند که مقادیر کم CO₂ را به‌خوبی کنترل می‌کند، اما فعلاً فقط برای استفادهٔ آزمایشگاهی است. این سیستم CO₂ را تا منفی ۲۰ درجهٔ سانتی‌گراد خنک می‌کند تا با فشار اندک به حالت مایع خالص درآید. این سیستم معمولاً با یک سیلندر CO₂ کار می‌کند که فقط ده‌ها کیلوگرم CO₂ در خود دارد. این سیستم نسبتاً ارزان است و کار با آن آسان است.

در مجموع، بهتر است CO₂ را در تمام فرایند انتقال و کنترل به حالت مایع خالص نگه دارید.

دربارهٔ خطی که «خط تولید ورق XPS با CO₂ فوق‌بحرانی» نامیده می‌شود، این نام از آنجا می‌آید که CO₂ هنگام تزریق به سیلندر، جایی که دما حدود ۲۰۰ درجهٔ سانتی‌گراد است، به حالت فوق‌بحرانی درمی‌آید. این نام هیچ ربطی به فرایند انتقال و کنترل CO₂ ندارد.