Spoločné{0}}rotovanie vs. Protiprúdové-rotujúce dvojité-závitovkové extrudéry: Ako veľmi ovplyvňujú smery rotácie výkon?

Vo svete spájania a vytláčania materiálov sú jadrom výroby dvojzávitovkové{0}}skrutkové extrudéry. Jeho výkon priamo určuje kvalitu miešania, efektivitu výroby a mechanické vlastnosti konečného produktu.

oJWELL, chápeme, že výber správnej technológie-Spoločné{0}}rotovaniealeboPočítadlo sa otáča--je rozhodujúce pre vašu konkrétnu aplikáciu. Aj keď sa môže zdať, že rozdiel je len v smere rotácie, naše simulácie CFD (Computational Fluid Dynamics) a testy v teréne odhaľujú významné rozdiely v charakteristikách spracovania, možnostiach miešania a prispôsobivosti produktu.

Tento článok rozoberá tieto technické rozdiely, aby vám pomohol urobiť informované rozhodnutie pre vašu výrobnú linku.

Hlavný rozdiel spočíva v tom, ako skrutky interagujú s materiálom:

Spolu{0}}rotujúce dvojzávitovkové extrudéry:

• Rotácia: Obidve skrutky sa otáčajú rovnakým smerom.

• Mechanizmus: Ťah zo závitoviek je superponovaný. Materiál sa prepravuje po dráhe "∞" (obrázok - osem), čím sa vytvára vynútený dopravný efekt.

Režim spájania-dvojitých{1}}skrutiek

Proti{0}}rotačné dvojzávitovkové extrudéry:

Rotácia: Skrutky sa otáčajú v opačných smeroch.

Mechanizmus: Ťahové sily sa navzájom kompenzujú. Materiál sa pohybuje po trajektórii v tvare "C"- v uzavretých komorách, pričom dochádza k opakovanému miešaniu a reakcii.

Režim párovania proti{0}}dvojitých{1}}skrutiek

Na základe mapy tlakového oblaku (obr.{0}}) a krivky zmeny tlaku (obr.{1}}) boli urobené nasledujúce pozorovania:

• Spolu{0}}rotujúca dvojskrutka:Tlak v prietokovom kanáli vykazuje rytmické kolísanie. Tieto výkyvy zodpovedajú polohe závitoviek (ako je vidieť na obr. . 4). Pretože lopatky skrutiek sú vyvýšené hrebene, materiál pri prechode cez ne podlieha intenzívnej kompresii a šmykovým silám, čo vedie k vyšším tlakovým špičkám v miestach unášania.

• Proti{0}}otočná dvojskrutka:Tlak spočiatku stúpa a potom klesá v smere vytláčania, čo sa vyznačuje výrazným lokalizovaným vysokotlakovým-javom v strednej časti. Tento vysoký tlak sa vyskytuje v zóne záberu (pozri obrázok . 2). Opačná rotácia skrutiek spôsobuje, že materiál prúdi nerovnomerne alebo sa blokuje, čo vedie k hromadeniu materiálu v strede, čo vytvára tento lokalizovaný vysoký tlak.

Diagram tlakového mraku v bežci počas procesu extrúzie

históriu tlaku

Na základe obrysu šmykovej rýchlosti (obr.{0}}) a krivky variácie (obr.{1}}) sú pozorovania nasledovné:

• Všeobecné správanie (oba typy):Pri procesoch spoločného{0}}otáčania aj protismerného{1}otáčania je šmyková rýchlosť konzistentne vyššia na lopatkách skrutiek a nižšia v kanáloch skrutiek. K tomu dochádza, pretože vôľa medzi závitom skrutky a stenou hlavne je minimálna, čo urýchľuje tok materiálu a vyvoláva vysoké šmykové sily. Naproti tomu väčšia medzera v skrutkových kanáloch vedie k nižším šmykovým rýchlostiam.

• Proti{0}}otočná dvojskrutka:Tento typ vykazuje lokalizované špičky v šmykovej rýchlosti. Tento jav je špecificky spôsobený únikovým tokom (typicky sa vyskytujúcim cez tesné vôle v oblasti záberu).

Oblačný graf šmykovej rýchlosti počas procesu extrúzie

Krivka zmeny šmykovej rýchlosti

Miešanie je rozdelené do dvoch základných kategórií: distribučné a disperzné.

Distribučné miešanie:Proces materiálového prerozdeľovania a preorientovania na dosiahnutie homogenity.

Disperzné miešanie:Proces zmenšovania veľkosti častíc materiálu prostredníctvom naťahovacích a strihových síl.

Metóda Tracer Particle Method sa používa na kvantifikáciu, analýzu parametrov trajektórie, ako je doba zotrvania (RT), separačná mierka a maximálne šmykové napätie na vyhodnotenie rozdielov v miešaní.

Výkon axiálneho miešania: Distribúcia času pobytu (RTD)

Distribúcia času zotrvania (RTD) je kritická metrika pre axiálne miešanie, ktorá popisuje štatistické rozloženie času, ktorý materiál strávi v extrudéri. Predstavujú ju funkcie pravdepodobnosti a hustoty pravdepodobnosti.

Krivka kumulatívnej distribúcie času zotrvania (obr.{0}}) znázorňuje kumulatívnu pravdepodobnosť, že tekutina alebo materiál zostane vo vnútri extrudéra.

V systéme spolu{0}}dvojitých{1}závitoviek začínajú častice indikátora opúšťať kanál v1.00 sa úplne odísť54.82 ss uvedením časového rozpätia53.82 s.

V proti{0}}rotačnom dvojzávitovkovom{1}}systéme stopovacie častice najskôr opúšťajú1.48 sa úplne odísť59.80 s, čo má za následok časové rozpätie58.32 s.

Kumulatívna krivka súbežnej{0}}dvojitej{1}závitovky zostáva nad krivkou proti{2}}rotujúceho systému, čo naznačuje vyšší podiel častíc opúšťajúcich kanál v akomkoľvek danom čase.

Kumulatívne rozdelenie času pobytu

Krivka hustoty pravdepodobnosti{0}}času pobytu ilustruje, aká je pravdepodobnosť, že materiál zostane vo vnútri extrudéra počas rôznych časových intervalov. Vyššia hustota indikuje väčšiu pravdepodobnosť, že materiál zostane v danom časovom okne, zatiaľ čo nižšia hustota odráža menej výskytov.

Podľa funkcie hustoty pravdepodobnosti (obr.{0}}):

Väčšina častíc v spolu{0}}rotujúcom dvojzávitovkovom- extrudéri spadá dovnútra1.00–1.99 s, zatiaľ čo v proti{0}}rotačnom systéme sa koncentrujú vnútri1.48–2.97 s. Krivka spoločného otáčania sa posúva ďalej doľava a vykazuje vyšší vrchol, čo naznačuje silnejší prenosový výkon. Je to pravdepodobne kvôli vynútenej „∞-tvarovanej“ transportnej dráhe charakteristickej pre spoločne rotujúce skrutky.

Naproti tomu proti{0}}rotačný extrudér poháňa materiál po trajektórii v tvare "C-", kde opakované miešanie a re{2}}cirkulácia v C-komore predlžuje čas zotrvania.

rozdelenie času pobytu

Distribučný index

Distribučný index odráža reologické správanie a tokové charakteristiky materiálu počas extrúzie. Ako je znázornené na krivke distribučného indexu (obr. . 9), proti{2}}dvojitý{3}}závitovkový extrudér s protibežným otáčaním vykazuje lepšiu rovnomernosť distribúcie v porovnaní so spoločným-systémom.

Distribučný index

Separačná mierka

Separačná stupnica charakterizuje postup distribučného miešania. Ako je znázornené na obrázku . 10, počiatočná miera separácie je veľká, pretože dva typy častíc vstupujú z opačných strán. Ako postupuje miešanie, miera separácie sa zmenšuje v dôsledku disperzného pôsobenia-vyvolaného skrutkou, čo naznačuje hlbšie miešanie na-úrovni. Pozorované výkyvy sú spôsobené agregáciou častíc počas prúdenia.

Separačná-krivka stupnice spolu{1}}dvojitého{2}}závitovkového extrudéra zostáva konzistentne pod krivkou proti{3}}rotačného systému, čo dokazuje jeho silnejšiu distribučnú schopnosť miešania.

Pri ko-rotujúcom dvojzávitovkovom vytláčaní{1}} sa obe skrutky otáčajú rovnakým smerom a vytvárajú silný šmyk v oblasti záberu. To podporuje častú výmenu materiálu medzi závitovkami a poskytuje rovnomernejšie distribučné miešanie.

Naproti tomu proti{0}}rotujúce vytláčanie zadržiava väčšinu materiálu v komore v tvare C-. Len malá časť vstupuje do oblasti medzery, kde dochádza k šmyku a predĺženiu. Vyšší stupeň uzavretia znižuje nepravidelný prietok, ale tiež znižuje celkovú rovnomernosť miešania.

Výkon disperzného miešania

Disperzné miešanie je definované progresívnym zmenšovaním veľkosti častíc, poháňaným hlavne šmykovým a predlžovacím napätím. Maximálne šmykové napätie, ktorému sú častice indikátora vystavené, odráža intenzitu disperzného procesu. Vyšší podiel častíc vystavených vysokému šmyku indikuje silnejšiu disperznú schopnosť.

Ako je znázornené na obr. 11, proti-otáčajúca sa dvojitá-závitovka vykazuje vyššiu krivku pravdepodobnosti, čo naznačuje, že vystavuje viac častíc zvýšenému šmyku.

Pravdepodobnosť maximálneho šmykového napätia

Obr. 12 znázorňuje hustotu pravdepodobnosti maximálneho šmykového napätia, kde vrchol označuje úroveň napätia, ktorú častice najčastejšie zažívajú.

Charakteristiky krivky pre oba systémy potvrdzujú, že proti{0}}dvojitá{1}závitovka, ktorá sa otáča proti sebe, poskytuje silnejšie šmykové a predlžovacie sily, čo má za následok vynikajúce disperzné miešanie v porovnaní so spolu{2}}rotujúcim dizajnom.

Obrázky. 13 a 14 zhŕňajú výsledky skúšok ťahom a nárazom.

Materiál vytlačený spolu{0}}rotujúcou dvojitou{1}závitovkou vykazuje mierne vyššiu pevnosť v ťahu a predĺženie pri pretrhnutí.
Naopak, vzorky z proti{0}}rotačného systému vykazujú mierne vyššiu absorpciu nárazovej energie a nárazovú silu.

Údaje o skúške ťahom

Údaje z nárazového testu

Výhody spolu{0}}rotujúcich dvojitých{1}}závitovkových extrudérov:

Stabilnejšie prietokové pole, najmä z hľadiska regulácie tlaku.

Silný distribučný-výkon miešania s vysokou rovnomernosťou materiálu.

Kratší čas zotrvania a vyššia účinnosť dopravy, ideálne pre prípravky citlivé na teplo{0}} a minimalizujúce tepelnú degradáciu.

Extrudáty vykazujú lepšie ťahové vlastnosti.

Výhody proti{0}}rotujúcich dvojitých{1}}závitovkových extrudérov:

Schopnosť budovania vyššieho tlaku- (s dôrazom na lokalizované tlakové špičky).

Silnejšie strihové a napínacie účinky poskytujúce vynikajúce disperzné miešanie.

Dlhšia a širšia distribúcia{0}}času zotrvania, vhodná pre procesy vyžadujúce dlhší čas reakcie alebo miešania.

Extrudáty vykazujú vyššiu rázovú pevnosť a nižšiu viskozitu taveniny v dôsledku rozsiahlejšieho štiepenia reťaze.