反应型双螺杆挤出机的特点及应用.docx
反响型双螺杆挤出机的特点及应用张国强;龚少立;张学峰【摘 要】反响型双螺杆挤出机与传统的反响器相比，具有停留时间分布窄、脱挥效果好、反响动力强、传热效果好、停留时间分布可控等优点。本文举例说明白反响型双螺杆挤出机在聚合物反响、脱挥领域的应用状况。【期刊名称】石油和化工设备【年(卷),期】2023(000)011【总页数】3 页(P5-7)【关键词】反响型双螺杆挤出机;脱挥;停留时间分布;传热;应用【作 者】张国强;龚少立;张学峰【作者单位】天华化工机械及自动化争论设计院,甘肃兰州 730060;天华化工机械及自动化争论设计院,甘肃兰州 730060;天华化工机械及自动化争论设计院,甘肃兰州 730060【正文语种】中 文反响挤出React Extruding是指聚合物或可聚合单体在连续挤出过程中完成一系列化学反响的操作过程，是上世纪 60 年月后期兴起的一种理论、技术1。由于反响挤出可保证化学反响连续进展，能消退反响时的凝胶效应，且操作简洁、经济易行，近年来越来越受到人们的重视。不断有的化学反响承受反响挤出工艺， 反响挤出技术也从理论争论转向工业应用并获得了巨大成功。本文将结合作者所在 单位近年成功的反响挤出应用实例论述反响挤出技术与传统反响技术相比的优势和适用领域。反响型挤出机主要指反响型双螺杆挤出机。与传统反响器相比，反响型双螺杆挤出机具有如下优势：1.1 停留时间分布窄反响体系在反响器中的停留时间分布越窄所得到的反响产物就越均一、纯洁。由于 反响型双螺杆挤出机具有的特点，从而保证了其内部反响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杆能够相互“刮擦”，具有良好的自清理功能， 消退了反响器中的死区；（2） 螺杆与螺杆、螺杆与机筒之间的间隙很小。通常螺杆之间的间隙小于 2 mm，螺杆与机筒之间的间隙小于 1 mm，因此反响体系中非受控的物料返流量很小。图 1 给出了传统的单釜反响器、串联釜式反响器、管式反响器的停留时间分布状况和转化率随时间变化的曲线2。从图 1 可以看出釜式反响器不管是单釜还是串联釜都存在停留时间分布宽、反响时间长的缺点。管式反响器虽然停留时间分布窄，但是由于其自身构造的局限，只能处理低黏度的反响体系，且反响过程常需要加高压。此外，由于管式反响器不具备自清理力量，反响过程中简洁消灭过度反响的现象。反响型双螺杆挤出机抑制了传统反响器的这些缺点，具有较高的转化率和较短的反响时间，是一种高效反响器。1.2 优良的脱挥效果（1） 反响型双螺杆挤出机承受饥饿式喂料，除阻尼段和计量挤出段物料全布满外， 在挤出机的其他功能段物料根本都处于非布满状态。挤出机螺杆的积木式构造，便于在螺杆不同功能段承受输送效率不同的螺纹元件从而转变其物料的填充率。因此反响型双螺杆挤出机中尤其在脱挥口处反响体系的比外表积比传统反响器大， 有利于反响副产物和低分子挥发分的脱除。（2） 由于螺杆高速旋转，具有很强的剪切混合力量，使得反响型双螺杆挤出机中的物料具有极高的外表更率，有利于挥发分的脱除。（3） 由于物料在挤出机连续反响且返流量很小，因此可以依据反响进展的程度和挥发分产生的时间及挥发量的大小在挤出机的不同位置设置一个或多个脱挥口。在承受抽真空脱挥的状况下，还可以依据脱挥口反响体系的黏度、温度及所要脱除的挥发分种类，在各真空脱挥口承受不同的真空度。这样既可以防止反响物被脱离反响体系即通常所说的返料，又能依据工艺要求脱除不同的低分子挥发分，便利回收反响体系中的溶剂1。1.3 反响动力强由于反响型双螺杆挤出机具有良好的混合力量，反响器中反响体系具有较高的物料 外表更率和比外表积，使得反响型双螺杆挤出机具有很强的传质效果，能防止某 一区域的反响物过于集中，产物浓度过高，从而促进反响正方向进展。又由于脱挥 口的开设，能准时脱除反响体系中产生的低分子副产物，降低了逆反响的反响动力， 可加快正反响的反响速度，提高反响体系的转化率。1.4 传热效果好众所周知，传统反响器传热效率较低，因而难以进展放热量大的反响。反响型双螺杆挤出机较好地解决了这一难题。经过特别设计的反响型同向双螺杆挤出机的换热效率可达 400500 kcal/ m2hr，甚至更高，且根本不受反响体系黏度的影响3。因此反响型双螺杆挤出机能有效地避开高黏度反响体系的过度反响、爆聚和产物热解等现象。1.5 停留时间及停留时间分布可掌握双螺杆挤出机螺杆的积木式设计可以获得期望的停留时间分布和剪切曲线。有两种根本的螺杆元件输送元件、捏合元件。输送元件有不同的螺距，以便于在固定的螺杆转速下，能够转变加料量和停留时间；反向输送元件可以供给 100%的逆向料流，可限制物料流淌，增大填充量。捏合元件主要用于增加剪切，提高物料的分散混合程度。不同捏合元件的组合可以实现不同长度的捏合段和向前、向后或中性的穿插角度，借助捏合段可以完成物料的混合和集中。输送部件上连续变化的螺旋 图形在捏合段上连续穿插排列。由于保持有啮合曲线，捏合元件也具有自清理功能。图 2 给出了螺杆组合对停留时间分布的影响。T1 所示曲线的螺杆组合承受了正向输送元件和棱宽较大、穿插角较小的向前捏合块，因此不但具有很强的正向输送力量而且能有效地削减物料返流，故其停留时间分布最窄。T2 所示曲线的螺杆组合全部承受正向输送元件，由于缺少了起密封作用的宽螺棱向前捏合块，所以其停留时间分布较第一种螺杆组合宽。T3 所示曲线的螺杆组合承受了正向输送元件和反向输送元件组合的模式，提高了反响器中物料的填充率，增加了物料的返流量，因此也具有最宽的停留时间分布4。尽管与传统反响器相比，反响型双螺杆挤出机具有上述独特的优势，但它并非万能， 也具有适应的反响类型。2.1 反响时间和转化率受传质传热速率和反响物浓度掌握承受反响型双螺杆挤出机时，在保证传热良好的状况下，通过提高引发剂和活化剂的浓度可以快速连续地完成尼龙的阴离子聚合反响。通过反响挤出得到了分子量大于 25000 的尼龙产品。由于挤出机材质、设计、加工及组装等方面的限制，单台反响型双螺杆挤出机的长径比不能无限长，因而难以满足反响时间超过 30 min 的反响。出于设备投资等方面的缘由，反响时间较长的反响也很少承受串联式的反响器构造。2.2 高黏度反响体系的反响如聚碳酸亚丙酯聚合脱挥反响挤出系统，其中的反响型双螺杆挤出机不但能将预聚体中的溶剂脱除回收，而且当反响物的分子量提高、黏度增大后仍能保证良好的传质传热效果，使反响的进程可控从而避开发生爆聚。2.3 有低分子副产物产生的反响反响型双螺杆挤出机可准时不断地移出反响体系中低分子副产物，提高正向反响的反响动力，提高反响速度和反响的转化率。如聚碳酸酯缩聚反响，当参加平均分子 量为 9000 左右的预聚体后，反响体系在反响型双螺杆挤出机中连续反响 15 min， 期间连续不断地脱除副产物 H2O，提高了反响转化率，最终得到了平均分子量为30000 的 PC 产物。反响型双螺杆挤出机作为一种连续高效的反响器，具有很多独特的优势。但目前由于诸多方面的缘由，反响型双螺杆挤出机适用的反响体系还很少。为了拓宽反响型双螺杆挤出机的应用领域，需要从事反响工艺争论的单位与从事双螺杆反响挤出设备研发的单位严密合作，针对不同的工艺要求，开发设备、工艺，促进反响挤出技术的推广。【相关文献】1 马里诺赞索斯(美). 反响挤出原理与实践M.北京：化学工业出版社，1999，71-72.2 陈卫丰，严海标，柯清泉，郦华兴. 聚合物反响挤出加工技术及其应用J.塑料科技，2023， 143(3)：23-25.3 李兴田，邵桂敏. 尼龙 6 的双螺杆反响挤出工艺J.化学工业与工程技术，2023，21(5：16- 17.4 吴京，殷敬华. 热塑性聚合物的反响挤出与双螺杆挤出机J.塑料，2023，32(1)：31-38.
