脱挥型双螺杆挤出机螺杆组合构型对脱挥效果的影响.pdf

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1、第38卷第5期化工机械539脱挥型双螺杆挤出机螺杆组合构型对脱挥效果的影响曹中+娄晓呜贾朝阳何振鹏(天华化工机械及自动化研究设计院)摘要通过脱挥理论的分析得出螺杆组合影响脱挥效果的原因，从传质面积、停留时闻和剪切速率3个方面对纯螺纹元件组合和带开槽元件组合进行了比较，并在实验中比较了脱挥段分别设置两种组合的脱样效果．结果表明：螺杆组合对脱挥效果的影响十分明显．在脱挥段设王带有开槽螺纹元件的组合比设置纯螺纹元件组合脱挥效果更好。关键词双螺杆挤出机脱挥理论螺杆组合构型脱挥效果中图分类号TQ05l9+3文献标识码A文章编号025445094(2叭1)05-05394)5脱挥型双

2、螺杆挤出机自诞生以来便在聚合物脱挥领域得到广泛的应用。近年来，随着聚合物新材料的不断涌现，同向啮合脱挥挤出机因其具有优异的分散混合和分布混合能力、优良的自清洁效果、较窄的停留时间分布、良好的排气性能以及较高的生产能力等优点，在反应和脱挥领域得到了越来越多的应用，同向啮合脱挥挤出机的螺杆一般采用积木式设计，可以灵活设置不同的组合构型以满足各种不同物料的挤出工艺要求。正常工作时，挤出机通过螺杆来完成物料的混炼、塑化及脱挥等功能，组合不同则物料在挤出机内的流场、停留时间以及受到的拉伸剪切作用等都会不同，因此不同的螺杆组合构型会有不同的加工效果。笔者主要分析脱挥段的螺杆组合构型对

3、聚合物溶液脱挥效果的影响，从而为同向啮合脱挥挤出机在脱挥领域中的应用提供了参考。1脱挥过程的理论分析1．1传质面积对脱挥效果的影响脱挥属于物质传递操作。聚合物溶液中挥发物组分的分子必先扩散到液一气界面，然后通过外力被脱除，经冷凝后回收。所有的脱挥过程(不考虑所用设备的复杂性)均能用图1来表示⋯。图1脱挥过程示意图图l中，m表示质量流率；m为挥发组分的质量分数。根据界面迁移通量可表达出挥发组分的质量流率m。前。．即界面法线方向单位面积的挥发组分流率：∞‘m。=K。S，(1)Ⅳs。=s，+E。()．S2式中K。——质量传递系数；S。——总界面面积；s，——熔体表面的界面积；S

4、。。——气泡的界面积。由以上分析可知，传质面积的大小直接影响脱挥的效果，能提供更大的传质面积的组合将更有利于脱挥效率的提高。·曹中，男，1982年IO月生，在读硕士研究生。甘肃省兰州市，730060。化工机械2011正1．2停留时间及停留时间分布对脱挥效果的影响在其它工艺条件保持不变的情况下，物料在脱挥段停留的时间越长，则有越多的时间来脱除挥发分，因此在脱挥段的螺杆组合应该尽量延长物料在脱挥段的停留时间。另外，停留时间分布宽度可以反映物料的轴向混合能力，轴向混合能力好则物料的返混效果好，这样更有利于把物料内部的气泡带到液一气界面，加快挥发分的脱除。所以从理论上讲，脱挥段的

5、螺杆组合应该为脱挥提供足够的脱挥时间和良好的返混效果。1．3剪切速率对脱挥效果的影响在聚合物熔体沸腾一发泡机理的研究中，LeeST和BiesenbergerJA指出单位体积上形成的起泡数量会随毛细管数线性增加，毛细管数表示气泡上的层流诱导剪切力与表面张力的比值”。：c．=竽(3)式中R——通用气体常数；肛——熔体黏度；，——表面张力；i——剪切速率。对同一种聚合物熔体脱挥，式(3)中的熔体黏度和表面张力可认为是定值，那么毛细管数就仅取决于剪切速率，剪切速率越大，形成的气泡数量就越多。在剪切流动中，对流将挥发物液体带入气泡表面，气泡变形增加了质量传递。FavelukisM等

6、”1在理论上和实践中证实了质量传递会随着剪切速率的增加而增强。同时，溶解速率da／dt为：芈。一堕!!二!!!Dmi·n(4)dtP式中o——气泡的当量半径；r——绝对温度；ci一界面的气体浓度；c-远离界面的气体浓度；P——气泡压力；D——扩散率：i——剪切速率。显然，溶解速率随剪切速率的1／2次方增加，同样气泡的当量半径也随剪切速率的增强而增大，说明增强剪切速率有利于脱挥过程中气泡的增长。分析以上理论可知，在脱挥过程中，气泡的形成和增长都随剪切速率的增强而增强，说明能提供更强剪切速率的组合将更有利于提高脱挥效率。2螺杆组合构型的比较2．1传质面积的比较在以往的螺杆组合

7、设计中，脱挥段一般排列大导程螺纹元件”16’，本次实验用开槽的螺纹元件来与之进行比较。在脱挥过程中，通过脱挥口的视镜观察物料在脱挥段螺杆中的输送情况发现：在合适的转速下进行脱挥操作时，物料在元件中的分布是有明显区别的。脱挥段为纯螺纹元件时，物料仅集中在螺纹的推力面上，分布区域会随着填充度的增加而扩大；脱挥段排列开槽螺纹元件时，由于物料可以从开槽部位产生漏流，所以在螺棱的两侧都有物料，基本上布满了整个螺杆表面，明显增加了物料的分布面积。两种螺杆组合在脱挥操作中物料分布情况如图2所示。甄稍蕊蒜a纯螺纹元件b带开槽螺纹元件图2两种螺