Теория и практика экструзии полимеров

ИНТЕНСИВНОСТЬ ПРОЦЕССОВ СМЕШЕНИЯ В ДВУХШНЕКОВЫХ ЭКСТРУДЕРАХ

111>п математическом описании процесса смешения вдвухшне - |н|н.1 жструдерах возникает ряд трудностей, связанных в первую |" ч. со сложностью гидродинамики потока перерабатываемого Мяк риала в С-образных секциях и зазорах зацепления шнеков •1>| i другом и с материальным цилиндром. Сложная гидродина - •кн.1 создает не только неравномерное поле интенсивности сдви - tмо. in деформации расплава, но м определяет распределение вре - и. к пребывания частиц в экструдере. С некоторыми допущения­ми можно утверждать, что суммарное влияние перечисленных |м» трои может быть учтено одним — распределением времен "С кынания, так как распределение времен пребывания в конеч - ю. м i чете определяется гидродинамикой потока и, следовательно, ••т. т. милостью деформирования расплава.

И качестве одного из подходов при анализе процессов смеше­ния в двухшнсковых экструдерах, а также при оценке качества v м на выходе из них может быть использована одмопараметри - mi. ui диффузионная модель прямоточного аппарата. При ис-

и. ювании этой модели реальный двухшнековый экструдер

Иг к Iявляется в виде трубчатого аппарата, в котором имеет место и, и м» 1ыюс перемешивание в потоке текущей жидкости |55|.

Предполагая наличие в потоке жидкости идеального переме - >• 1111.111 и я в радиальном направлении, картину течения можно I» к гавить состоящей из потока идеального вытеснения, на ко - |м|>ып накладываются перемещения частиц с большей или мень - »■ и (но сравнению со средней скоростью потока идеального вы-

• пения) скоростью, возникающие вследствие сложной гидроди-

• •мики всего потока. Учет этого второго вида перемещения

частиц, по аналогии с диффузионными процессами, может Г>» выполнен введением диффузионного члена, описывающего щ дольное перемешивание через коэффициент продольного иереи шивания Dl и учитывающего неравномерность поля скорости Количественное описание процессов в однопараметричеа диффузионной модели достаточно легко выполняется анализ отклика модели на выходе из аппарата на ступенчатое или и! пульсное изменение концентрации индикатора на входе в н( [57|:

дСи _ уд С и

di

а/

(3.141

Уравнение (3.143) связывает дисперсию а2 функции pacnpej ления времен пребывания частиц в экструдере с критерием I lei Ре = v/./Pi, аналогичным диффузионному критерию Пекле (час называется критерием Боденштейна Во), который позволяет <» ределить коэффициенты продольного перемешивания 1){ и Ре влияющие на интенсивность процесса и качество смешен! Очевидно, что чем больше l)L (меньше Ре/), тем интенсивнее п( ремешивание в экструдере. Входящие в выражение PeL величин» линейной скорости v в направлении перемещения жидкости длины аппарата L Moiyr быть взяты как характерные для двухши ковых экструдеров, а именно — скорость идеального потока в] теснения и длина экструдера соответственно.

Изучение процессов перемешивания в двухшнсковых эка дерах со встречным и односторонним вращением шнеков, атака оценка качества смешения на выходе из экструдера произво! лись на вышеописанной установке (см. рис. 3.53) с использован) ем в качестве модельной жидкости глицерина вязкостью ц -9.31 ■ 10 1 Пас.

Методика эксперимента была аналогичной методике по изу нию распределения времен пребывания. Во избежание влияния процесс смешения входовых эффектов загрузка индикатора (м точной смеси «глицерин + алюминиевая пудра») осушествля.1 непосредственно в С-образную секцию канала через отверстие (см. рис. 3.53), а измерительное устройство располагалось в ме< схода материала со шнеков. Из табл. 3.1 видно, что размеры шн^ ков для обоих направлений вращения были выбраны таким o6j: зом, чтобы можно было получить различную степень зам к нуте секций винтового канала, варьируя величинами валковых и бо» вых зазоров зацепления. Коэффициент К, хотя и не учитьн сложную гидродинамику течения жидкости в зазорах зацеплен! однако позволяет оценить интенсивность массообмена между седними С-образными секциями винтовых каналов шнеков.

Определение эффективности перемешивания с помощью к[ терия Пекле Pql производилось путем анализа кривой отклика cj стемы на импульсное изменение концентрации индикатора

w»mih и жсгрудср и в различных точках по длине шнека. С этой п. ю и канал шнека вводилось определенное (~4 см3) количество

i. ночной смеси с индикатором. Продолжительность введения ин-

IIO. нора в момент времени /о не превышала 2—3 с. Вид кривых он пн л подтвердил возможность описания процесса с использо - .1Н1Ц. м диффузионной модели (см. рис. 3.55).

11ч расчета критерия Пекле PeL было использовано уравнение

a2=^(Pci-Ue‘Pet)' (3.144)

юром безразмерная дисперсия о2 кривой отклика на импуль-

• и... возмущение на входе определяется как 1581

= ' fl I.

(3.145)

'Цмук, 1=1v 7 /=|

Мид использованного уравнения (3.145) определяется гранич - ... in условиями на входе и выходе из экструдера |57). Проведен­ии. исследования зависимости критерия PcL от различных пара - М 1|юи процесса экструзии показали, что величина Рс/ не зависит и и прости вращения шнеков, давления в головке и производи - п. носки экструдера в диапазоне (O, l+O,5)0nm рабочей характе - |щ. тки машины (рис. 3.59). В го же время величина 1*0/. оказа - шнейно зависящей от длины зоны перемешивания при вра-

III. мин шнеков в одном направлении (шнеки I и 2, табл. 3.1) и и. ншейно — при встречном вращении (шнек 7, рис. 3.60). Г1ри - . и и последнем случае с увеличением длины зоны перемешива­ние происходит замедление роста критерия Ре*..

>ксмсримснты показали, что для любой пары шнеков отноше - .|и« шнейной скорости v потока идеального вытеснения в осевом ни 11 p. I плени и к коэффициенту продольного перемешивания /)/. не цинк ит от параметров процесса экструзии. Это объясняется тем, ни в критерий Ре/, в качестве характерной линейной скорости | быть подставлена скорость V. Так как величина v характе­ра iwr скорость перемещения материала в осевом направлении к нмчолу из экструдера, а 1){ — интенсивность перемешивания - и Iкости, можно сделать вывод, что соотношение процессов пе-

I - .лишения материала и его перемешивания не зависит от пара - •I. ipon процесса экструзии.

I 1я двухшнсковых экструдеров с односторонним вращением " ков эксперименты показали линейное изменение давления но | nine шнеков (рис. 3.39 и рис. 3.40). Это хорошо согласуется с ли - ". иным изменением критерия Ре^ подлине экструдера (рис. 3.60, ...т ки / и 2, табл. 3.1). При линейном изменении давления по пиис экструдера перепад давления между секциями постоянен.

Ре,

о

о

Шне

к J*? 7

о

О

1 Писк

Nfe 1

amf

20

IS

16

0.075 0.15 0.225 0.3 0,375 0.45

Частота вращения шнскоп /V, с 1 а

Шнек № 7

N - 0,417 с 1 0

о

*L

22

21

25

35 45 52

Давление п головке р - 10 . МПа о

л

д

Шнек. V? 2

А

/V 0,333 с*1

Ре

16 17 18 20 22 24 26 30

Давление к головке р - I01. МПа

«

Рис. 3.59. Инвариантность критерия Ре/ относительно час­тоты вращения шнеков N (а) и давления в головке />(«, «). Номера шнеков — но табл. 3.1

следовательно, постоянна интенсивность смешения и величин;! Реь характеризующая степень смешения, должна быть также лц] нейна в зависимости от пути перемещения секции.

Для экструдера со встречным вращением шнеков наблюдал< нелинейное изменение давления по длине экструдера (см. ри<

3. 39 и 3.40), причем наиболее интенсивное увеличение давлен! происходило на выходе из экструдера. Это явление приводит к тому, что критерий Ре^нелинеен подлине зоны перемешивание к тому же наблюдается уменьшение скорости его роста на выхо/ (рис. 3.60, кривая для шнека 7). Это объясняется тем, что рост ве­личины критерия Ре^ по длине зоны перемешивания меньше ci снижения вследствие увеличения коэффициента продольного пе<| ремешивания Dt, который возрастает к выходу из экструдера счет повышения градиента давления.

На процесс смешения в двухшнсковых экструдерах больш< влияние оказывает степень замкнутости К отдельных С-образж секций. Представленная на рис. 3.61 зависимость величины кри!

• • |м» I IV/ от коэффициента К. нм шнеков с односторонним и н* ци мным вращением (шнеки / г. I п| одностороннего и 7— lit I in встречного вращения,

P'L ' 20

16

12

0 0.04 0.0Х 0,12 0,16 0,20

Длина зовы перемешивании /., м

Рис. 3.60. Зависимость критерия Ре/, от длины зоны перемешивания L

■ •in U) показывает значи-

• • и. нпе уменьшение Ре/, с увс - шчгиием К, т. е. с уменьшени - » |. u-пени замкнутости секций.

Ип « нм «ано с тем, что с возрас - ншием величины валковых и Впюш. i зазоров зацепления •нмр. м га ют потоки утечек из « Hiipaiiibix секций, что улуч­ши I условия смешения как за фм« I юнолнительного измене - in. травления течения жид-

*•.. hi гак и за счет деформации жидкости с большей интенсивно-

• и. щ в шорах зацепления.

( Невидно, имеются два предельных значения Ре/-, соответству - не максимальной степени замкнутости (Рс/1ахнри К-*0) и ми-

• HIM. I п. ной ( Рс/П1Л — при /Г-*!), когда двухшнековый экструдер нм I е I быть представлен в виде двух параллельно работающих од - гковых экструдеров. Зависимость Ре^ от степени замкнутое-

• в » екций тесно связана с таким важным параметром рабочей ха­ри ц-ристики экструдера, как угол наклона прямой зависимости

производительности экструдера Q от давления р на выходе, т. dQ/dp (ранее было показано, что величина dQ/dp характерна} интенсивность потока утечек из отдельных С-образных сект винтовых каналов). Проведенные исследования показали раэли ную интенсивность перемешивания, при прочих равных условии* в двухшнсковых экструдерах с односторонним и встречным и шением шнеков, которая в указанных случаях определяется pai личной гидродинамикой потоков в зазорах зацепления шнек Даже при одинаковой степени замкнутости С-образных сект (см. рис. 3.61), несмотря на примерно равные величины потом утечек, интенсивность смешения весьма различна. Это связано спецификой зацепления шнеков, а именно: при односторонне их вращении на входе в валковый и боковой зазоры создается б лес интенсивная циркуляция жидкости и реализуется большая д формация сдвига при одновременно большем времени пребы ния материала в экструдере.

Теория и практика экструзии полимеров

Причины перейти на инженерные пластики

За последние десятилетия появилось множество полимерных материалов. Физические, механические свойства ряда из них настолько хороши, что они активно используются как альтернатива металлу. Особым спросом пользуются так называемые инженерные пластики. Полипропилен, …

СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ РУКАВНЫХ ПЛЕНОК

Системы охлаждения экструзионных агрегатов для производ­ства рукавных пленок должны обеспечивать: — заданную интенсивность охлаждения с целыо получения ка­чественного изделия при заданной производительности экструдера; — заданную структуру пленки; — равномерность охлаждения …

РАСЧЕТ ПРОЦЕССА НАМОТКИ ПЛЕНКИ

При расчете процесса намотки пленки задают длину полотна или массу готового продукта. Если расчет рулона проводят по мас­се, то часто бывает необходимо исходя из диаметра рулона оце­нить толщину намотанной пленки. …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Партнеры МСД

Контакты для заказов оборудования:

Внимание! На этом сайте большинство материалов - техническая литература в помощь предпринимателю. Так же большинство производственного оборудования сегодня не актуально. Уточнить можно по почте: Эл. почта: msd@msd.com.ua

+38 050 512 1194 Александр
- телефон для консультаций и заказов спец.оборудования, дробилок, уловителей, дражираторов, гереторных насосов и инженерных решений.