Στον κόσμο της σύνθεσης και της εξώθησης υλικών, τα Διπλά-Screw Extruders είναι η καρδιά της παραγωγής. Η απόδοσή του υπαγορεύει άμεσα την ποιότητα ανάμειξης, την απόδοση παραγωγής και τις μηχανικές ιδιότητες του τελικού προϊόντος.
ΣτοJWELL, κατανοούμε ότι η επιλογή της σωστής τεχνολογίας-Συν-περιστροφήήΜετρητής-περιστροφή-είναι κρίσιμο για τη συγκεκριμένη εφαρμογή σας. Αν και η διαφορά μπορεί να φαίνεται να είναι απλώς η φορά περιστροφής, οι προσομοιώσεις μας Computational Fluid Dynamics (CFD) και οι δοκιμές πεδίου αποκαλύπτουν σημαντικές διακρίσεις στα χαρακτηριστικά επεξεργασίας, τις δυνατότητες ανάμειξης και την προσαρμοστικότητα του προϊόντος.
Αυτό το άρθρο αναλύει αυτές τις τεχνικές διαφορές για να σας βοηθήσει να λάβετε μια τεκμηριωμένη απόφαση για τη γραμμή παραγωγής σας.
Η θεμελιώδης διαφορά: Αρχή εργασίας
Η βασική διάκριση έγκειται στον τρόπο με τον οποίο οι βίδες αλληλεπιδρούν με το υλικό:
Συν-περιστρεφόμενοι εξωθητήρες διπλού κοχλία:
• Περιστροφή: Και οι δύο βίδες περιστρέφονται προς την ίδια κατεύθυνση.
• Μηχανισμός: Η ώθηση από τις πτήσεις του κοχλία υπερτίθεται. Το υλικό μεταφέρεται σε μια διαδρομή "∞" (εικόνα - οκτώ), δημιουργώντας ένα επιβεβλημένο εφέ μεταφοράς.
Συν-περιστρεφόμενη διπλή-λειτουργία ζευγαρώματος με βίδες
Μετρ-περιστρεφόμενοι εξωθητήρες διπλού κοχλία:
Περιστροφή: Οι βίδες περιστρέφονται προς αντίθετες κατευθύνσεις.
Μηχανισμός: Οι δυνάμεις ώθησης αντισταθμίζουν η μία την άλλη. Το υλικό ταξιδεύει σε τροχιά σχήματος "C"- εντός κλειστών θαλάμων, υφίσταται επαναλαμβανόμενη ανάμειξη και αντίδραση.
Λειτουργία ζευγαρώματος μετρητή-περιστρεφόμενης διπλής-βίδας
Ανάλυση Αποτελεσμάτων Προσομοίωσης: Πεδίο πίεσης
Με βάση τον χάρτη του νέφους πίεσης (Εικ. 3) και την καμπύλη διακύμανσης πίεσης (Εικ. 4), έγιναν οι ακόλουθες παρατηρήσεις:
• Συν-περιστρεφόμενη διπλή βίδα:Η πίεση εντός του καναλιού ροής παρουσιάζει ρυθμικές διακυμάνσεις. Αυτές οι διακυμάνσεις αντιστοιχούν στη θέση των πτήσεων των βιδών (όπως φαίνεται στο Σχήμα. 4). Δεδομένου ότι οι πτήσεις των βιδών είναι ανυψωμένες ράχες, το υλικό υφίσταται έντονες δυνάμεις συμπίεσης και διάτμησης καθώς περνά από πάνω τους, με αποτέλεσμα υψηλότερες κορυφές πίεσης στις θέσεις πτήσης.
• Αντίστροφη-περιστρεφόμενη διπλή βίδα:Η πίεση αρχικά αυξάνεται και στη συνέχεια μειώνεται κατά μήκος της κατεύθυνσης εξώθησης, που χαρακτηρίζεται από ένα σημαντικό εντοπισμένο φαινόμενο υψηλής-πίεσης στο μεσαίο τμήμα. Αυτή η υψηλή πίεση εμφανίζεται στη ζώνη εμπλοκής (αναφορά στο Σχήμα. 2). Η αντίθετη περιστροφή των βιδών αναγκάζει το υλικό να ρέει ανομοιόμορφα ή να μπλοκάρει, οδηγώντας σε συσσώρευση υλικού στο κέντρο, η οποία δημιουργεί αυτή την τοπική υψηλή πίεση.
Διάγραμμα νέφους πίεσης στον δρομέα κατά τη διαδικασία εξώθησης
ιστορικό πίεσης
Ανάλυση Αποτελεσμάτων Προσομοίωσης: Πεδίο ρυθμού διάτμησης
Με βάση το περίγραμμα του ρυθμού διάτμησης (Εικ. 5) και την καμπύλη διακύμανσης (Εικ. 6), οι παρατηρήσεις είναι οι εξής:
• Γενική Συμπεριφορά (Και οι δύο τύποι):Και στις δύο διεργασίες συν-περιστροφής και αντίστροφης-περιστροφής, ο ρυθμός διάτμησης είναι σταθερά υψηλότερος στις πτήσεις του κοχλία και χαμηλότερος στα κανάλια βιδών. Αυτό συμβαίνει επειδή το διάκενο μεταξύ της πτήσης του κοχλία και του τοιχώματος της κάννης είναι ελάχιστη, επιταχύνοντας τη ροή του υλικού και προκαλώντας υψηλές δυνάμεις διάτμησης. Αντίθετα, το μεγαλύτερο διάκενο στα κανάλια των κοχλιών έχει ως αποτέλεσμα χαμηλότερους ρυθμούς διάτμησης.
• Αντίστροφη-περιστρεφόμενη διπλή βίδα:Αυτός ο τύπος εμφανίζει τοπικές αιχμές στο ρυθμό διάτμησης. Αυτό το φαινόμενο προκαλείται ειδικά από τη ροή διαρροής (συνήθως συμβαίνει μέσω των στενών ανοιγμάτων στην περιοχή εμπλοκής).
Γράφημα νέφους του ρυθμού διάτμησης κατά τη διαδικασία εξώθησης
Καμπύλη μεταβολής ρυθμού διάτμησης
Ανάλυση Απόδοσης Ανάμειξης Υλικών
Η ανάμειξη χωρίζεται σε δύο κύριες κατηγορίες: Διανεμητική και Διασπορική.
Διανεμητική ανάμειξη:Η διαδικασία ανακατανομής και επαναπροσανατολισμού υλικού για την επίτευξη ομοιογένειας.
Ανάμιξη διασποράς:Η διαδικασία μείωσης του μεγέθους των σωματιδίων υλικού μέσω δυνάμεων τάνυσης και διάτμησης.
Η μέθοδος Tracer Particle Method χρησιμοποιείται για ποσοτικοποίηση, αναλύοντας παραμέτρους τροχιάς όπως ο χρόνος παραμονής (RT), η κλίμακα διαχωρισμού και η μέγιστη διατμητική τάση για την αξιολόγηση των διαφορών ανάμειξης.
Axial Mixing Performance: Residence Time Distribution (RTD)
Η κατανομή χρόνου παραμονής (RTD) είναι μια κρίσιμη μέτρηση για την αξονική ανάμειξη, που περιγράφει τη στατιστική κατανομή του χρόνου που ξοδεύει το υλικό μέσα στον εξωθητή. Αντιπροσωπεύεται από συναρτήσεις πιθανότητας και πυκνότητας πιθανότητας.
Αθροιστική Κατανομή Χρόνου Παραμονής
Η αθροιστική καμπύλη κατανομής χρόνου παραμονής (Σχήμα{0}}) απεικονίζει τη αθροιστική πιθανότητα ρευστού ή υλικού να παραμένει μέσα στον εξωθητήρα.
Στο σύστημα συν-περιστρεφόμενου διπλού-βιδωτού συστήματος, τα σωματίδια ιχνηθέτη αρχίζουν να εξέρχονται από το κανάλι στο1.00 sκαι εξέλθετε πλήρως από54.82 s, δίνοντας ένα χρονικό διάστημα διαμονής53.82 s.
Στο σύστημα αντίθετης-περιστρεφόμενης διπλής-βίδας, τα σωματίδια ιχνηθέτη εξέρχονται πρώτα στο1.48 sκαι βγείτε τελείως από59.80 s, με αποτέλεσμα ένα χρονικό διάστημα διαμονής58.32 s.
Η αθροιστική καμπύλη της συν-περιστρεφόμενης διπλής-βίδας παραμένει πάνω από αυτή του μετρητή-περιστρεφόμενου συστήματος, υποδεικνύοντας υψηλότερο ποσοστό σωματιδίων που εξέρχονται από το κανάλι ανά πάσα στιγμή.
Σωρευτική κατανομή χρόνου παραμονής
Διανομή χρόνου διαμονής
Η καμπύλη πυκνότητας χρονικής πιθανότητας παραμονής-υποδεικνύει πόσο πιθανό είναι το υλικό να παραμείνει μέσα στον εξωθητή κατά τη διάρκεια διαφορετικών χρονικών διαστημάτων. Μια υψηλότερη πυκνότητα υποδηλώνει μεγαλύτερη πιθανότητα το υλικό να παραμείνει εντός του συγκεκριμένου χρονικού παραθύρου, ενώ μια χαμηλότερη πυκνότητα αντανακλά λιγότερες εμφανίσεις.
Σύμφωνα με τη συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας (Εικ. 8):
Τα περισσότερα σωματίδια στον εξωθητήρα συν-δίδυμης περιστροφής-βίδας πέφτουν1.00–1.99 s, ενώ στο μετρητή-περιστρεφόμενο σύστημα συγκεντρώνονται μέσα1.48–2.97 s. Η συν-περιστρεφόμενη καμπύλη μετατοπίζεται πιο αριστερά και δείχνει υψηλότερη κορυφή, υποδηλώνοντας ισχυρότερη απόδοση μεταφοράς. Αυτό πιθανότατα οφείλεται στην εξαναγκασμένη διαδρομή μεταφοράς "∞-σχήματος" που είναι χαρακτηριστικό των ομο-περιστρεφόμενων βιδών.
Αντίθετα, ο μετρητής-περιστρεφόμενος εξωθητήρας οδηγεί το υλικό κατά μήκος μιας τροχιάς "σχήματος C", όπου η επαναλαμβανόμενη ανάμειξη και{2}}επανκυκλοφορία εντός του θαλάμου C-παρατείνουν τον χρόνο παραμονής.
κατανομή χρόνου παραμονής
Απόδοση Διανεμητικής Ανάμειξης
Διανεμητικός Δείκτης
Ο δείκτης διανομής αντικατοπτρίζει τη ρεολογική συμπεριφορά και τα χαρακτηριστικά ροής του υλικού κατά την εξώθηση. Όπως φαίνεται στην καμπύλη κατανεμητικού δείκτη (Εικ. 9), ο εξωθητήρας μετρητή-περιστρεφόμενου διπλού-βιδώματος επιδεικνύει καλύτερη ομοιομορφία κατανομής σε σύγκριση με το συν-σύστημα περιστροφής.
Δείκτης διανομής
Κλίμακα διαχωρισμού
Η κλίμακα διαχωρισμού χαρακτηρίζει την πρόοδο της διανεμητικής ανάμειξης. Όπως φαίνεται στο Σχήμα. 10, η αρχική κλίμακα διαχωρισμού είναι μεγάλη επειδή οι δύο τύποι σωματιδίων εισέρχονται από αντίθετες πλευρές. Καθώς προχωρά η ανάμειξη, η κλίμακα διαχωρισμού μειώνεται λόγω της δράσης διασποράς που προκαλείται από τη βίδα, υποδεικνύοντας βαθύτερη επιφάνεια-επιπέδου ανάμειξης. Οι διακυμάνσεις που παρατηρούνται προκαλούνται από τη συσσώρευση σωματιδίων κατά τη ροή.
Η καμπύλη διαχωρισμού-κλίμακας του εξωθητήρα ομο-περιστρεφόμενης διπλής-βίδας παραμένει σταθερά κάτω από αυτή του συστήματος μετρητή-περιστροφής, καταδεικνύοντας την ισχυρότερη ικανότητα διανομής ανάμιξης.
Στη συν-διέλαση με διπλή-περιστροφή, και οι δύο βίδες περιστρέφονται προς την ίδια κατεύθυνση και δημιουργούν ισχυρή διάτμηση στη ζώνη εμπλοκής. Αυτό προωθεί τη συχνή ανταλλαγή υλικών μεταξύ των βιδών, παρέχοντας πιο ομοιόμορφη κατανομή ανάμειξης.
Αντίθετα, η αντίθετη-περιστρεφόμενη εξώθηση διατηρεί το μεγαλύτερο μέρος του υλικού εντός του θαλάμου σχήματος C-. Μόνο ένα μικρό τμήμα εισέρχεται στην περιοχή του διακένου όπου συμβαίνει διάτμηση και επιμήκυνση. Ο υψηλότερος βαθμός περιβλήματος μειώνει την ακανόνιστη ροή αλλά και μειώνει τη συνολική ομοιομορφία ανάμειξης.
Απόδοση ανάμειξης διασποράς
Η ανάμειξη διασποράς ορίζεται από τη σταδιακή μείωση του μεγέθους των σωματιδίων, που οφείλεται κυρίως σε τάσεις διάτμησης και επιμήκυνσης. Η μέγιστη διατμητική τάση που αντιμετωπίζουν τα σωματίδια ιχνηθέτη αντανακλά την ένταση της διαδικασίας διασποράς. Ένα υψηλότερο ποσοστό σωματιδίων που υποβάλλονται σε υψηλή διάτμηση υποδηλώνει ισχυρότερη ικανότητα διασποράς.
Όπως φαίνεται στο Σχήμα. 11, η αντίθετη-περιστρεφόμενη διπλή-βίδα παρουσιάζει υψηλότερη καμπύλη πιθανότητας, υποδηλώνοντας ότι εκθέτει περισσότερα σωματίδια σε υψηλά επίπεδα διάτμησης.
Πιθανότητα μέγιστης διατμητικής τάσης
Το Σχήμα. 12 δείχνει την πυκνότητα πιθανότητας της μέγιστης διατμητικής τάσης, όπου η κορυφή δείχνει το επίπεδο τάσης που αντιμετωπίζουν πιο συχνά τα σωματίδια.
Τα χαρακτηριστικά της καμπύλης και για τα δύο συστήματα επιβεβαιώνουν ότι η αντίθετη-περιστρεφόμενη διπλή-βίδα παρέχει ισχυρότερες δυνάμεις διάτμησης και επιμήκυνσης, με αποτέλεσμα ανώτερη ανάμειξη διασποράς σε σύγκριση με το σχέδιο συν-περιστροφής.
Ανάλυση δοκιμής πρόσκρουσης εφελκυσμού
Τα Σχήματα. 13 και 14 συνοψίζουν τα αποτελέσματα των δοκιμών εφελκυσμού και κρούσης.
Το υλικό που εξωθείται από τη συν-δίδυμη-βίδα παρουσιάζει ελαφρώς υψηλότερη αντοχή σε εφελκυσμό και επιμήκυνση στο σπάσιμο.
Αντίθετα, δείγματα από το μετρητή-περιστρεφόμενο σύστημα παρουσιάζουν οριακά υψηλότερη απορρόφηση ενέργειας κρούσης και αντοχή κρούσης.
Δεδομένα δοκιμής εφελκυσμού
Δεδομένα δοκιμής κρούσης
Πλεονεκτήματα των Co-περιστρεφόμενων διπλών-βιδωτών εξωθητών:
Πιο σταθερό πεδίο ροής, ειδικά όσον αφορά τον έλεγχο της πίεσης.
Ισχυρή κατανομή-συνδυάζοντας την απόδοση με υψηλή ομοιομορφία υλικού.
Συντομότερος χρόνος παραμονής και υψηλότερη απόδοση μεταφοράς, ιδανικό για ευαίσθητες στη θερμότητα σκευάσματα-και ελαχιστοποίηση της θερμικής υποβάθμισης.
Τα εξωθητικά παρουσιάζουν καλύτερες ιδιότητες εφελκυσμού.
Πλεονεκτήματα των μετρητών-περιστρεφόμενων διπλών-βιδωτών εξωθητών:
Δυνατότητα δημιουργίας-υψηλότερης πίεσης (με προσοχή στις τοπικές κορυφές πίεσης).
Ισχυρότερα εφέ διάτμησης και τάνυσης, παρέχοντας ανώτερη ανάμειξη διασποράς.
Μεγαλύτερη και ευρύτερη κατανομή-χρόνου παραμονής, κατάλληλη για διαδικασίες που απαιτούν εκτεταμένο χρόνο αντίδρασης ή ανάμειξης.
Τα προϊόντα εξώθησης παρουσιάζουν υψηλότερη αντοχή σε κρούση και χαμηλότερο ιξώδες τήξης λόγω της πιο εκτεταμένης σχάσης της αλυσίδας.