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影響產品的混合程度、降解程度、化學反應的效率以及最終產品的質量。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，與內壁齊平，另一端連接光纖。紫外（UV）光源的激發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產生熒光，熒光仍通過原探頭和光纖傳送至光電轉換裝置和計算機進行信號的處理和記錄。
實驗發現，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定的信號。
圖3a和3b顯示了螺桿轉速N和喂料速率Q對TSE的RTD的影響。螺桿轉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，恒定喂料速率時，平均停留時間隨螺桿轉速的增加而減小，軸向混合強度隨螺桿轉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速的增加而增加；恒定螺桿轉速時，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，使得測定結果盡可能真實地反映了RTD。實驗還研究了螺桿轉速和喂料速率對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
