反应型双螺杆挤出机的特点及应用.pdf

第1期论文广场反应型双螺杆挤出机的特点及应用张国强,龚少立,张学峰(天华化工机械及自动化研究设计院,甘肃兰州730060)摘要反应型双螺杆挤出机与传统的反应器相比,具有停留时间分布窄、脱辉效果好、反应动力强、传热效果好、停留时间分布可控等优点。本文举例说明了反应型双螺杆挤出机在聚合物反应、脱挥领城的应用情况关键词反应型双螺杄挤出机;脱挥;停留时间分布;传热;应用反应挤出( React Extruding)是指聚合物或可器(不论是单釜还是串联釜)都存在停留时间分聚合单体在连续挤出过程中完成一系列化学反应布宽、反应时间长的缺点。管式反应器虽然停留的操作过程,是上世纪60年代后期兴起的一种新时间分布窄,但是由于其自身结构的局限,只能理论、新技术。由于反应挤出可保证化学反应处理低黏度的反应体系,且反应过程常需要加高连续进行,能消除反应时的凝胶效应,且操作简压。此外,由于管式反应器不具备自清理能力,单、经济易行,近年来越来越受到人们的重视反应过程中容易出现过度反应的现象。反应型双不断有新的化学反应采用反应挤出工艺,反应挤螺杅挤出机克服了传统反应器的这些缺点,具有出技术也从理论研究转向业应用并获得了巨大较高的转化率和较短的反应时间,是一种高效反成功。本文将结合作者所在单位近年成功的反应应器。挤出应用实例论述反应挤出技术与传统反应技术Residence time相比的优势和适用领域。distributionsintegral curves1001反应型挤出机的优势%反应型挤出机主要指反应型双螺杄挤出机。与传统反应器相比,反应型双螺杄挤出机具有如0下优势1.1停留时间分布窄%反应体系在反应器中的停留时间分布越窄所得到的反应产物就越均一、纯净。由于反应型双螺杄挤出机具有的特点,从而保证了其内部反应体系较窄的停留时间分布%(1)相互啮合且同向旋转的两根螺杄能够相互“刮擦”,具有良好的自清理功能,消除了反0应器中的死区%2)螺杄与螺杆、螺杄与机筒之间的间隙很小。通常螺杄之间的间隙小于2mm,螺杆与机筒之间的间隙小于1mm,因此反应体系中非受控的物料返流量很小图1各种反应器停留时间分布图图1给出了传统的单釜反应器、串联釜式反应器、管式反应器的停留时间分布情况和转化率随时间变化的曲线。从图1可以看出釜式反应介:张国强(1981-),男,新奎电人,学土,工程师。从事双螺杆挤出工艺及设备开发工作。石油和化工设备6-论文广场2012年第15卷1.2优良的脱挥效果望的停留时间分布和剪切曲线。有两种基本的螺(1)反应型双螺杆挤出机采用饥饿式喂料,杆元件一输送元件、捏合元件。输送元件有不同除阻尼段和计量挤出段物料全充满外,在挤出机的螺距,以便于在固定的螺杆转速下,能够改变的其他功能段物料基本都处于非充满状态。挤出加料量和停留时间;反向输送元件可以提供10%机螺杆的积木式结构,便于在螺杆不同功能段采的逆向料流,可限制物料流动,增大填充量。用输送效率不同的螺纹元件从而改变其物料的填捏合元件主要用于增强剪切,提高物料的分散混充率。因此反应型双螺杆挤出机中(尤其在脱挥合程度。不同捏合元件的组合可以实现不同长度口处)反应体系的比表面积比传统反应器大,有的捏合段和向前、向后或中性的交错角度,借助利于反应副产物和低分子挥发分的脱除。捏合段可以完成物料的混合和扩散。输送部件上(2)由于螺杄高速旋转,具有很强的剪切混连续变化的螺旋图形在捏合段上间断交错排列。合能力,使得反应型双螺杄挤出机中的物料具有由于保持有啮合曲线,捏合元件也具有自清理功极高的表面更新率,有利于挥发分的脱除。能(3)由于物料在挤出机连续反应且返流量图2给出了螺杆组合对停留时间分布的影响。很小,因此可以根据反应进行的程度和挥发分T所示曲线的螺杆组合采用了正向输送元件和棱生的时间及挥发量的大小在挤出机的不同位置设宽较大、交错角较小的向前捏合块,因此不但具置一个或多个脱挥口。在采用抽真空脱挥的情况有很强的正向输送能力而且能有效地减少物料返下,还可以根据脱挥口反应体系的黏度、温度及流,故其停留时间分布最窄。T2所示曲线的螺杆所要脱除的挥发分种类,在各真空脱挥口采用不组合全部采用正向输送元件,由于缺少了起密封同的真空度。这样既可以防止反应物被脱离反应作用的宽螺棱向前捏合块,所以其停留时间分布体系(即通常所说的返料),又能根据工艺要求较第一种螺杆组合宽。T所示曲线的螺杆组合采脱除不同的低分子挥发分,方便回收反应体系中用了正向输送元件和反向输送元件组合的模式,的溶剂。提高了反应器中物料的填充率,增加了物料的返流量,因此也具有最宽的停留时间分布。1.3反应动力强由于反应型双螺杄挤出机具有良好的混合能力,反应器中反应体系具有较高的物料表面更新率和比表面积,使得反应型双螺杄挤出机具有很RIGIHIHANDEPT了强的传质效果,能防止某一区域的反应物过于集1300AIXNI EI、 MFNS中,产物浓度过高,从而促进反应正方向进行。又由于脱挥口的开设,能及时脱除反应体系中产110生的低分子副产物,降低了逆反应的反应动力,可加快正反应的反应速度,提高反应体系的转化率?001.4传热效果好众所周知,传统反应器传热效率较低,因而难以进行放热量大的反应。反应型双螺杆挤出机z之R【下 CFT HA1N较好地解决了这一难题。经过特殊设计的反应型fr SIAK ERH)同向双螺杄挤出机的换热效率可达400500kcalKNE)IM, FI KMFNTTm2hrC,甚至更高,且基本不受反应体系黏度的影响。因此反应型双螺杄挤出机能有效地避免高黏度反应体系的过度反应、爆聚和产物热解等现象时间(rnin)1.5停留时间及停留时间分布可控制图2螺杆组合对停留时间分布的影响双螺杄挤出机螺杄的积木式设计可以获得期