多螺杆复合 | 8分钟读

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关于这个关键主题的文献很少,而且已发表的大部分文献都是理论性的。这里’提供一些实用指南,以帮助您更好地了解过程并改善操作。
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脱七星彩分是从聚合物熔体或溶液中除去未反应的单体,溶剂,水,溶解的气体或其他不希望的七星彩性污染物的过程。它是一种传热过程,由热力学变量和扩散变量共同驱动,而机器的设计会影响这两个参数。它是通过使七星彩性成分过热,然后使熔体或溶液经受快速减压而驱动的。

单螺杆或多螺杆挤出机,或任何数量的常规或可商购的汽提装置,例如刮膜蒸发器,已用于脱七星彩分。选择主要取决于要汽提的聚合物的性质,七星彩物的浓度以及产品所需的其他加工作用。

尽管脱七星彩分具有重要的商业意义,但有关该主题的文献很少。仅发表了四篇文章,虽然技术文献的表现要好一些,但是大多数处理本质上都是理论性强的,与螺丝设计,混合,形态等主题相比,其数量很少。

但是,可以在专利文献中找到有关脱七星彩分的设计信息的宝贵资源。在螺丝和通风口设计,非螺丝设备,脱七星彩分工艺,通风口填充物等方面有大量专利和应用程序,这些筛选条件将有助于更好地理解该技术。

本专栏旨在作为该主题的一般指南,以帮助您更好地理解该过程,并可能改善您自己的操作。讨论将严格集中在单螺杆和多螺杆设备上。通过关注一些基本设计和操作参数并优化条件既可以保护产品,又可以减少残留,可以使脱七星彩分变得神秘。

脱七星彩分区的要素 

无论是在单螺杆挤出机还是多螺杆挤出机中,典型的脱七星彩分区都包括部分填充的螺杆的一部分,该部分隔离在填充有熔体的两个部分之间。填充区域通常由非泵浦元素创建—既可以是混料机,水泡,也可以是挤出机本身的模具或出口。图1显示了具有多个排气孔和相关密封元件的双螺杆设计。 图2显示了典型的排气双螺杆挤出机中的密封件,螺杆元件以及相关的压力曲线。在这种情况下,第二个通风口用于添加饲料,但脱七星彩分的设计相似。 

了解脱七星彩分FIG 1 此处显示的是密封,抽吸和脱七星彩份螺杆部分的元素。 (来源:NFM焊接)

后密封或上游密封是通过螺杆中的中性或反向混合元素,泡罩,圆柱体或其他限制装置形成的,从而使空气无法从挤出机的后部进入脱七星彩分(DV)区。中性或反向元件会迫使螺钉在该密封处完全充满,并且 在密封件上游的螺钉旋转几圈时,产生压力以泵送至密封件上。这样可以将DV区的真空与进料口或挤出机的其他区隔离。

下游或前部密封以类似的方式建立,并且通常在简单的双螺杆操作或单螺杆挤出机的情况下,挤出机通过模具的排出用作该密封。再次的目的是防止真空吸引下游的螺杆元件并破坏通风口的性能。根据挤出机的类型,其长度和功能区,上游密封件可以从挤出机的熔融区进料,也可以来自其他混合,共混或排气操作。下游密封件可以是模具本身,也可以排入机器的另一个排气孔或掺入添加剂的部分。

下游密封件的设计比上游密封件的设计要复杂得多,因为如果限制点太紧或太靠近排气孔的下游面,则通量太高,或螺杆速度太低,则填充部分一根或多根螺钉会倒在通风孔的下面,并泛滥到通风孔中,最终阻塞出口和通往蒸汽排放系统的管道。

对于双螺杆挤出机,螺杆速度的变化会改变密封的稳定性。

重要的是,操作员必须了解通风口将如何应对运行条件的变化。对于双螺杆挤出机,螺杆速度的变化会改变密封的稳定性。螺丝速度的提高将缩短前后密封件后面的填充长度,使它们更容易发生故障。螺丝速度的降低将导致每个密封件后面的填充长度变长。对于下游密封件,这存在聚合物倒流到排气口的风险。

单元或整理操作

脱七星彩分在塑料工艺中有些独特,因为它既可以用作从溶液中分离出聚合物熔体的单元操作,也可以用作从聚合物中去除微量污染物的精加工步骤,否则可能会对产品造成伤害或造成污染。对公众的风险。
作为单元操作,当反应未完全完成时,脱七星彩分是将聚合物与溶剂或单体分离的有效方法。对于其聚合是高度放热的一系列聚合物(链聚合,例如丙烯酸和苯乙烯),在溶剂或单体本身中进行聚合提供了控制放热的方便方法。通常,这些反应在搅拌釜反应器中进行至40-60%完成,然后进行汽提和循环操作,在该操作中,将单体或溶剂除去并回收并循环回搅拌釜反应器中。

了解脱七星彩分 FIG 2 典型的排气双螺杆挤出机中的密封件,螺杆元件以及相关的压力曲线。 在这种情况下,第二个通风口用于添加饲料,但脱七星彩分的设计相似。 (来源:莱斯特里茨挤出)

通常将混合物滴入多口脱七星彩分的挤出机或快速装置的组合中,然后加入挤出机。典型的机器将配备两个,三个或四个排气孔,这些排气孔会依次将溶剂浓度降至接近零。

如图1所示,反应器将物料(在本例中为糖浆)送入双螺杆挤出机,该双螺杆挤出机沿机器长度方向设有四个通风口。螺杆挤出机相对于其他汽提装置的显着优点之一是,螺杆在每个脱七星彩分区之后连续且均匀地重新加热聚合物。 

通风机的一个良好经验法则是,每个通风口可使七星彩物的浓度降低一个数量级。例如,三重通风机可以轻松将50%的固体进料降至残留量少于0.1%。

推动低残留

在挤出机(或注塑机)的出口处或出口附近几乎总是采用脱七星彩分,以减少或消除熔体中残留的任何残留物。将残差降低到百分之几百以下的水平并不少见。

减少成品聚合物和塑料中七星彩物的驱动因素有几个季度。首先也是最重要的是,残留的溶剂,单体或其他七星彩性污染物通常会对最终制品的物理性能,物理外观,稳定性或老化性能产生不利影响。残留的七星彩物将改变成品的颜色和/或可能对紫外线稳定性和长期强度产生不利影响。

合规性—工业或政府的—通常会决定塑料中残留污染物的含量,特别是对于食品和饮料,医疗或人接触应用而言。通常,成品聚合物中任何种类的残留物越少,产品越安全和耐用。

排气机器的一个好的经验法则是,每个排气孔都能将七星彩物的浓度降低一个数量级。

与链聚合反应(其中脱七星彩分可能是单元操作的一部分)相反,对于逐步增长的聚合反应(尼龙,PET等),热失控的风险较小,将采用脱七星彩分作用除去剩余的单体以及聚合过程本身留下的其他小分子。

从理论上讲,将聚合物熔体中的七星彩性残留物完全汽提是可能的。在最低限度上有两个实际限制。一种是针对某些类型的聚合物(例如链聚合类型),这些聚合物会因过度加热和停留时间而解压缩或解聚。设计良好的真空排气孔和螺杆设计在全真空下运行是完全有可能的,只是看到由于解压缩或解聚速率超过脱七星彩分速率而导致的残留七星彩物增加。尽管这是令人沮丧的经历,但是有多种方法可以使汽提速率最大化,而不会给熔体造成不适当的热历史。

另一个实际的局限性是过度的剪切应力和温度对聚合物造成的损害。在推动脱七星彩分性能时,可能会出现不良的颜色,断链,分支反应和其他形式的降解。最终,在残留量和聚合物损坏之间需要权衡。

脱七星彩分是用于聚合物生产以及在某些情况下注塑的有价值的单元操作和完成步骤。它用作分离和纯化聚合物的手段。

脱七星彩分将不会从聚合物熔体中除去非七星彩性污染物。具有高沸点和/或低蒸气压的较大分子,例如二聚体和三聚体,将不会通过脱七星彩分而提取,而必须通过提取或反应过程除去。污染物的沸点越高,熔融温度和表面积再生速率就越高,剥离这些材料所必需的分压就越低。

在下一部分中,我们’将集中于控制脱七星彩分的机器设计参数和热力学变量,以及有助于良好脱七星彩分性能的实际问题。 

关于作者:Rob Jerman 已经开发了用于脱七星彩分,混合和配合以及反应系统的双螺杆挤出系统,已有30多年的历史,并且在含氟聚合物的产品和工艺开发方面拥有丰富的经验。他拥有自己的咨询公司,挤出技术与创新。联系 [email protected]

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