聚合物擠出過程停留時間分布的在線檢測新方法
時間:2005-10-14
許忠斌 馮連芳** 王爐鋼 張才亮
（浙江大學 化學工程聯(lián)合國家重點實驗室聚合反應(yīng)工程分室，杭州 310027）
HU Guo Hua (胡國華)
Laboratory of chemical engineering sciences, CNRS-ENSIC-INPL 1 rue Grandville BP 451, 54001 Nancy, Franc
**通訊聯(lián)系人：馮連芳, E-mail：[email protected]
聚合物擠出過程停留時間分布(RTD)的在線檢測越來越受到重視，文獻[1][2]報道了基于不同性質(zhì)示蹤劑的多種RTD的在線檢測方法，以及所采用的不同的檢測裝置。在分析各種RTD在線檢測方法基礎(chǔ)上，作者研制了一種聚合物停留時間分布在線測量裝置，其測量原理為：由參比探測器監(jiān)視紫外光源發(fā)射特定波長的紫外光，采用光纖探頭的一部分光纖從光源輸送入射光線，照射以定量間隔地加入示蹤劑的被加工聚合物，被加工聚合物中的示蹤劑受激發(fā)而產(chǎn)生相應(yīng)特定波長的微光。光纖探頭的另一部分光纖將產(chǎn)生的微光傳輸?shù)轿⒐馓綔y器，由微光探測器接收微光信號，再經(jīng)放大器及信號處理單元，由計算機采樣，并實時顯示停留時間分布模擬信號隨時間變化曲線圖。
本聚合物停留時間分布在線測量裝置如圖1所示：紫外光源依次與耦合器、光纖探頭、微光探測器、放大器、信號處理單元、計算機相接，紫外光源依次與參比探測器、信號處理單元、計算機相接。本裝置直接將光纖探頭放入聚合物加工設(shè)備中，直接將光激發(fā)能傳輸?shù)奖患庸さ牧黧w上，再檢測隨后的微光發(fā)射量，實現(xiàn)聚合物停留時間分布在線測量。將光纖探頭安裝于擠出線的任意位置，可進一步用于聚合物局部停留時間分布的在線直接測量。用微光測量可采用濾光器，不僅克服了光反射法遇到的困難，消除加工設(shè)備例如雙螺桿擠出機的螺槽底部及螺棱表面反射光的影響；也便于探測信號的校準。
聚合物停留時間分布在線測量系統(tǒng)可靠性的評價包括以下三個方面：重現(xiàn)性、模擬微光信號和示蹤劑濃度的線性關(guān)系、不同方法測量得到的RTD函數(shù)的一致性。圖2為本裝置在線測量TSE-35型雙螺桿擠出機RTD的電壓－時間曲線（喂料速率10.7kg/h，螺桿轉(zhuǎn)速60rpm），三組重復性實驗得到的曲線疊加得很好，表明良好的重現(xiàn)性。電壓信號和聚合物中示蹤劑濃度的關(guān)系如圖3所示。可見，在實驗的示蹤劑濃度范圍內(nèi)，兩者可以近似按線性關(guān)系處理。圖4顯示了離線取樣分析和在線測量得到的TSE-35型雙螺桿擠出機中的RTD曲線。喂料速率10.7kg/h、13.9kg/h，螺桿轉(zhuǎn)速60rpm、90rpm，離線分析和在線測量得到的各組RTD曲線一致性良好。
采用微光在線檢測新方法，實現(xiàn)聚合物擠出過程停留時間分布的在線測量，可進一步用于局部停留時間分布的在線直接測量。離線取樣分析和在線測量實驗得到的TSE-35型雙螺桿擠出機中的RTD結(jié)果相吻合。
參考文獻 1. G.H.Hu and I.Kadi. On-Line Measurement of the Residence Time Distribution in Screw Extruders, Polym.Eng.Sci.,39,930(1999).
2. T.J.A.Melo and S.V.Canevarolo. An Optical Device To Measure In-line Residence Time Distribution Curves During Extruders,Polym.Eng.Sci.,42,170(2002).
論文來源:2004年全國高分子材料科學與工程研討會論文集
