响应曲面法优化啮合同向双螺杆挤出机固体输送段主机功率消耗和固体输送量的研究(Ⅱ).pdf

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1、48工程塑料应用2011年，第39卷。第6期响应曲面法优化啮合同向双螺杆挤出机固体输送段主机功率消耗和固体输送量的研究(Ⅱ)袁捷朝张雅琴罗兵伊大龙任峰(北京化工大学机电工程学院，北京100029)摘要采用响应曲面法(RSM)中Box—Behnken方法设计实验并分析，建立了啮合同向双螺杆挤出机固体输送段，单导程螺纹元件粉料输送的功率消耗和固体输送量的多因素二次多项式数学模型。探讨了主要因素对功率和输送量的影响及其交互作用。验证了模型的有效性，模型所预测的功率消耗和输送量与实验得到的数据误差小于10％。利用实验所得功率和固体输送量的回归方程，可实现对啮合同向双螺杆挤出机固体输送段功

2、率消耗和固体输送量的预测和优化，提高能效，节约能源。关键词啮合同向双螺杆挤出机固体输送粉料输送功率消耗固体输送量响应曲面法面对日益增长的能源需求和地球上各种能源的综合前人对啮合同向双螺杆挤出机固体输送段迅速消耗，在工业生产和13常生活中节约能源和提机理和功率消耗的研究及实验结果，笔者选定螺杆高能源利用率已经成为世界共识。在工业生产中，转速、螺杆当量填充率、螺纹元件的平均螺旋升角作希望以最少的能源消耗，创造最多的产量。为对粉料输送的主机功耗和输送量有影响的主要参双螺杆挤出机自问世以来，在聚合物加工工业数进行研究。同时，为了在定性基础上实现定量研中的应用已经十分广泛。而其中的啮合型同

3、向双螺究，使数学模型更接近实际值，笔者使用响应曲面法杆挤出机更是以其灵活的积木式组合设计，优异的中的Box—Behnken方法设计实验并分析各因素对分散及分布混合能力，优良的自清洁效果，较窄的啮合同向双螺杆挤出机固体输送段功率消耗和固体停留时间分布，良好的排气性能和较高的生产能力输送量的影响，在研究的基础上对影响因子进行优等优点，被广泛用于聚合物配混包括共混改性、填化，为降低功率消耗，提高输送能力提供依据。充、纤维增强及合金化和反应挤出包括单体聚合或1物料与设备聚合物反应型改性等领域⋯。1．1主要物料与单螺杆挤出机的挤出过程相比，啮合同向双聚丙烯(PP)粉料：物料松密度0．46g

4、／mL，堆砌螺杆挤出机的基础过程要复杂得多，因为影响这一角29．06。，北京燕山石化公司。过程的因素多，如加料量、螺杆构型、物料特性、操作1．2主要仪器及设备条件等。笔者应用响应曲面法对双螺杆挤出机双螺杆挤出机：LSM30／34型，德国Lestritz公的固体输送段单导程元件的粒料输送问题进行了研司；究，得到了多因素的固体输送量和主机功耗的二次台式干燥箱：DG／200—002型，重庆试验设备回归方程，并实现了对固体输送段固体输送量和主厂；机功耗的预测。天平：上海东方衡器厂。目前对于固体输送段中粉料的输送研究还比较1．3实验步骤少，有的大多也是定性的分析，定量分析的内容不实验装置如

5、图1所示，先将物料干燥，对每种物足，张沛等利用啮合同向双螺杆实验挤出机，对料进行加料量标定。挤出机AB段即为挤出机的固挤出过程中不同操作条件下粉料在螺纹元件中的输体输送段，其长度为IOD(D为螺杆外径)，可以置换送特点、输送机理和输送能力进行了实验研究，对不不同螺旋升角的螺纹元件。实验过程中，按照设定同导程的螺纹元件组合在计量和溢流加料时的输送值调节螺杆转速，进行计量加料，逐渐增大加料量，能力进行了分析。基于笔者前期对于粒料的研究方得到溢流前的加料量即为该种工况下的当量填充率法，拟用响应曲面法进行啮合同向双螺杆挤出机固100％的加料量。根据质量守恒定律，在未达到溢流体输送段输送单

6、导程元件粉料输送的主机功耗和输送量的研究。收稿13期：2011—04—07袁捷朝，等：响应曲面法优化啮合同向双螺杆挤出机固体输送段主机功率消耗和固体输送量的研究(1I)49时，输送量即为加料量。变换不同升角的螺纹元件、(1)主机功耗的多元二次模型的建立和回归分主机转速、螺杆填充率和加料量，得到不同工况下的析输送量和功率消耗并记录，该实验均在常温下进行，表2Box—Behnken实验设计内容机筒不加热。螺杆转速／当量填充螺旋升角／主机功输送量／r·min一率／％(。)蛊／Wg-min一加料IZl11O70l72l1．3392641308035347．23347511O8026283

7、．5O34271107035273．194381固体输送段螺纹元件1108026283．503427图1实验装置简图13O8017274．1313172响应曲面实验设计1108026283．5034272．1因素及水平的选取909026219．3054271309026353．324523实验所用因素的取值范围：主机转速为9O～l1O90172l1．339341130r／rain，当量填充率70％一90％，螺纹元件螺旋11O9035262．885492升角17。～35。，其中，当