雙螺桿擠出機停留時間分布的在線測定
時間:2005-10-14
王爐鋼 馮連芳** 許忠斌 李廣贊
（浙江大學化學工程聯(lián)合國家重點實驗室聚合反應工程分室，杭州 310027）
HU Guo Hua (胡國華)
Laboratory of chemical engineering sciences, CNRS-ENSIC-INPL 1 rue Grandville BP 451, 54001 Nancy, France
** 通訊聯(lián)系人：馮連芳, E-mail：fenglf@mail.hz.zj.cn
停留時間分布（RTD）對聚合物的擠出過程具有重要意義，RTD影響產(chǎn)品的混合程度、降解程度、化學反應的效率以及最終產(chǎn)品的質(zhì)量。雙螺桿擠出機（TSE）RTD的實驗測定通常采用脈沖法，示蹤劑濃度的檢測可以是離線或在線方法。在線方法具有實時、連續(xù)的特點，能反映RTD的細微特征。
本文采用一套熒光檢測裝置在線測定了同向TSE（35A）聚苯乙烯體系擠出過程的RTD，如圖1所示。熒光檢測裝置的探頭插入口模，與內(nèi)壁齊平，另一端連接光纖。紫外（UV）光源的激發(fā)光通過光纖和探頭照射在含有熒光性示蹤劑的聚合物流體激發(fā)產(chǎn)生熒光，熒光仍通過原探頭和光纖傳送至光電轉(zhuǎn)換裝置和計算機進行信號的處理和記錄。
實驗發(fā)現(xiàn)，在其它條件相同的情況下，示蹤劑用量的多少對測得的RTD有顯著影響，如圖2所示。這是因為探頭直接與聚合物流體接觸，存在示蹤劑的粘附。所以避免粘附對測定結(jié)果的準確性很重要。有文獻[1]提出將擠出物拉條冷卻后在口模外測定，探頭不與擠出物直接接觸，雖然避免了粘附，但需要增加輔助設備，也不能用于局部RTD的在線測定。進一步的實驗表明，通過減少示蹤劑的用量使得在線測定結(jié)果盡可能真實地反映RTD是可行的。在低示蹤劑濃度下，設法提高熒光檢測裝置的靈敏度，能檢測到足夠強而穩(wěn)定的信號。
圖3a和3b顯示了螺桿轉(zhuǎn)速N和喂料速率Q對TSE的RTD的影響。螺桿轉(zhuǎn)速和喂料速率對平均停留時間和無因次方差的影響，見表1。由表1可知，在研究范圍內(nèi)，恒定喂料速率時，平均停留時間隨螺桿轉(zhuǎn)速的增加而減小，軸向混合強度隨螺桿轉(zhuǎn)速的增加而有稍微增強，這可能是因為擠出機中的漏流隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加而增加；恒定螺桿轉(zhuǎn)速時，平均停留時間隨喂料速率的增加而減小，軸向混合強度和喂料速率不存在單調(diào)的增減關系。
采用熒光檢測裝置在線測定了同向TSE（35A）聚苯乙烯體系擠出過程的RTD。實驗通過減少示蹤劑的用量，并提高裝置的靈敏度，使得測定結(jié)果盡可能真實地反映了RTD。實驗還研究了螺桿轉(zhuǎn)速和喂料速率對TSE的RTD的影響。
參考文獻 [1] Hu G.H. and Kadri I.,On-Line Measurement of the Residence Time Distribution in Screw Extruders, Polym.Eng.Sci., 1999,39:930
論文來源:2004年全國高分子材料科學與工程研討會論文集
