特种双螺杆混合元件的流动模式

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1、特种双螺杆混合元件的流动模式摘要：已经研究过组合啮合性同向双螺杆挤出机中通过特殊混合元件的牛顿流体的流动行为。混合元件就是有沟槽的螺杆和齿轮啮合元件。出了压力流和拖曳流的特性以外，在设备中的停留时间的分布引起了特殊的关注。所获得的数据对于指导合适的混合元件的选择以及双螺杆挤出机流动仿真模型的确认是十分有用的。引言：为了描述双螺杆混合元件以及双螺杆元件和啮合块，实验数据非常重要。对于使用这些元件的啮合同向双螺杆挤出机，它给出了流动模型和流动行为的深层信息。到目前为止，没有出版过有关有沟槽的双螺杆混合元件的实验数据。在PPI的哈壳状的双螺杆

2、混合元件鉴别器中做过相应的实验工作，这个鉴别器与Werenr＆PfleidererZSK-30双螺杆挤出机的内部尺寸是一样的。测试的外形机构如下：·输送螺杆：1、20/202、42/42·螺杆混合元件1、SME（如图1a），与沿着螺棱开有左旋插槽的右旋螺杆一样2、ZME（如图1b），与沿着螺棱开有右旋插槽的左旋单导程的螺杆一样·涡轮机混合元件（齿轮混合器，如图1c）1、有左旋插槽和交叉沙眼水泡的吊环2、有右旋插槽和交叉沙眼水泡的吊环3、以上两者都有的KruppWerenr＆Pfleiderer提供所有的螺杆和混合元件。这个调查被分成两个

3、部分。第一部分包括拖曳流和压力流，评估混合元件的压力特性。第二部分即停留时间分布实验讨论所研究元件的轴向混合度。拖曳流和压力流挤出机中的净流量（Q）用拖曳流（QD）、压力流（QP）以及漏流（QL）的组合式来表示：Q=QD-QP-QL(1)拖曳流和压力流可以通过Bernhardt合适的描述如下：QD=AN(2)QP=B△P/μL(3)其中A和B是仅仅取决于螺杆和机筒几何形状的几何常数。如果漏流忽略不计，那么方程（1）可以写成：Q/N=A-B△P/μLN(4)对于双螺杆挤出机拖曳项（A）和压力项（B）的特点用相似的表达式来描述。在组合啮合同

4、向双螺杆挤出机基础上做的实验工作中，压力降△P是在变螺杆转速（N）、变流动速率（Q）并在全长L上测量的。利用这些数据，方程（4）可以描绘出实验图形。曲线的斜率描述了压力流常数，拖曳流常数通过曲线在y轴上的截距给出。停留时间分布为了便于停留时间分布实验的计算，引入一个常规化的停留时间分布方程如下所示：CI是在积累在时间TI（I=0,1,2,…，n）的示踪物的浓度，C（t）是示踪物的瞬时浓度。数据通过个体和累积两种形式绘图，有修改的截断误差。平均停留时间可以通过体积除以体积流率（Vfree/Q）来计算，或者通过实验的方法测定当运送50%的示

5、踪脉冲时所需要的时间。在图纸上，累积分布的斜率可以用来赋予一个贝克勒数通过一个参数逆流扩散模型来描述在停留时间分布中扩散的特点，尽管普遍认为逆流扩散不是实际的机理。实验工作拖曳流和压力流TSMEE机筒（L/D=13）的上半部分配备有有机玻璃，？？？？？？？？？？？两个非常敏感的压力仪表（WekslerInstruments0-100psi）安装在机筒上相距100mm的距离处。这两种牛顿测试流体是硅胶（道康宁硅胶200号流体，12.7Pa.s）或者是聚丁烯（美国石油公司第500号，140Pa.s），？？？？？？在螺杆的转速为30r/min

6、、50r/min以及60r/min，流动速率在30——300cc/min范围内压力变化通过在100mm测试范围内测量。停留时间分布以上讨论过的相同的螺杆装置被用在停留时间分布实验上。在压力仪表1旁边L=0的地方，在有机玻璃机筒的上部连接着一个注射器。在塑料机筒L=100mm的一边，出口被用来采集停留时间分布的样本。聚丁二烯（Indopol500），一种粘度为140Pa.s的牛顿流体，被用作为工艺介质。对于四种不同的螺杆元件（运送20/20，SME，ZME,左旋TME），停留时间分布实验是在变螺杆转速和变流动速率的条件下进行的（见表2）。

7、在100mm长度100%充满的条件下，在挤出机中建立稳定的流动。在测试部分的开始，于聚丁二烯中注射大约1cc的亚甲基蓝色示踪物的浓缩悬浊液（t<2sec.）。所有的污物杂质在15到60秒时间内收集在广口瓶样本中。在样本中加入环己烷以减小粘度并让分析变得更加简单。然后再样品中加入已知量的水。在水样品中萃取的示踪物的浓度由UV-分光仪测定。结果和讨论拖曳流和压力流对于所有的测试元件来说，在变流动速率和变螺杆转速条件下，流动速率的描述与长度L上测量的压力降相对应。图2描述了SME型螺杆元件流动速率对压力降的关系。对于三种不同的螺杆转速都得到了

8、很直的线段。对于运送20/20和42/42型螺杆元件来说，Q对△P有着相同的变化趋势。四种不同的TME型螺杆元件和ZME型螺杆元件一样，描述了一个更分散的模型，因为又很小的压力降。同样获得了其他螺杆元件的相