ستتناول هذه المقالة المعلومات الأساسية حول مضخات التفريغ المستخدمة في مجففات التجميد، مع التركيز على مبدأ عملها وتصنيفها.
I. مبدأ العمل
تتمثل الوظيفة الرئيسية لمضخة التفريغ في مجفف التجميد في سحب الهواء منه، مما يخلق بيئة منخفضة الضغط تسمح بتسامي الماء الموجود في المادة عند درجات حرارة منخفضة، وبالتالي تحقيق هدف التجفيف. يعتمد مبدأ عملها بشكل أساسي على عمليتي التخلخل والضغط للغازات. فعند سحب الغاز إلى مضخة التفريغ، ومع انخفاض الضغط، يزداد متوسط المسار الحر لجزيئات الغاز، وتقل التصادمات بينها، مما يؤدي تدريجياً إلى تخلخل الغاز. وعندما يصبح الغاز متخلخلاً إلى درجة معينة، يمكن طرده من المضخة عن طريق الضغط، وبالتالي الحفاظ على حالة التفريغ داخل مجفف التجميد.
II. أنواع مضخات التفريغ
بناءً على مبادئ عملها وخصائصها التركيبية، تُقسم مضخات التفريغ المستخدمة في مجففات التجميد بشكل رئيسي إلى مضخات تفريغ محكمة الإغلاق بالزيت ومضخات تفريغ غير محكمة الإغلاق بالزيت.
1. مضخات التفريغ المغلقة بالزيت
يوجد نوعان من مضخات التفريغ الميكانيكية المغلقة بالزيت: مضخات الريش الدوارة ومضخات الصمام المنزلق. تُعد مضخات الريش الدوارة الأكثر شيوعًا في مجففات التجميد. تُغلق أجزاؤها المختلفة وتُشحم بواسطة طبقة رقيقة من الزيت في زيت المضخة. ولتحسين مستوى التفريغ النهائي، تُوصل مضختان عادةً على التوالي لتشكيل مضخة ثنائية المراحل.
أثناء التشغيل، تضغط مضخات الريش الدوارة الغاز. إذا احتوى الغاز على كمية كبيرة من بخار الماء، فسيتكثف بخار الماء إلى قطرات صغيرة ويختلط بزيت المضخة، مما يُسبب استحلاب الزيت ويؤثر على كفاءة إحكام المضخة، وبالتالي يؤثر على مستوى التفريغ النهائي. لذلك، تُزود مضخات التفريغ المغلقة بالزيت بصمامات موازنة الغاز. تسمح هذه الصمامات للغاز المضغوط بالتواصل مع البيئة الخارجية قبل وصول عملية الضغط إلى نهايتها، مما يُقلل من نسبة الضغط وبالتالي يُقلل من كمية الماء الداخلة إلى زيت المضخة. يمكن ضبط درجة فتح صمام موازنة الغاز أو إغلاقه تمامًا. عند فتح صمام موازنة الغاز، ينخفض مستوى الفراغ النهائي لمضخة التفريغ، مما يزيد من استهلاك زيت المضخة.
2. مضخات التفريغ الخالية من الزيت
قد تُلوِّث مضخات التفريغ التي تستخدم وسيطًا عاملًا داخل حجرة المضخة نظام التفريغ نتيجة تبخر جزيئات هذا الوسيط وانتشارها فيه؛ وهذا غير مقبول في آلات صناعة الأدوية ذات المتطلبات الصارمة. أما المضخات الجافة، فتعمل بدون وسيط عامل.
تُعدّ وحدات المضخات الجافة أنظمة تفريغ نظيفة. لا تحتوي حجرة المضخة على زيت أو أي سوائل أخرى، مما يمنع تلوث محتويات الحاويات المُفرَّغة؛ كما أن منفذ العادم خالٍ من رذاذ الزيت، مما يمنع التلوث البيئي؛ وتتميز بقدرة عالية على إزالة الغازات القابلة للتكثيف مثل الكحول وبخار الماء؛ وتتميز بانخفاض تكاليف صيانتها، إذ لا تتطلب تزييتًا أو تغييرًا للزيت.