مقالات

آمیزه ­سازی با اکسترودرهای دوماردان همسوگرد: بهبود کارایی و بهره ­وری

دکتر مهرداد خدابنده لو

اکسترودرهای دوماردان همسوگرد با ماردان­های کاملا درگیر در هم، از ضرورت­های اولیه یک واحد آمیزه ­سازی پلیمرها می ­باشد. مدتی طولانی است که این اکسترودرها برای فرآیند مواد در صنایع شیمیایی و غذایی و اخیرا دارویی مورد استفاده قرار می­ گیرند. اگرچه از برگزاری مراسم پنجاه ­امین سالگرد تولید این اکسترودرها چند سالی می­ گذرد و بعنوان یک فناوری بالغ شناخته می­شود، اما این فناوری هم­چنان در حال پیشرفت و رسیدن به تکامل است.

در مقاله پیش رو به چند پیشرفت قابل توجه که در ۱۰ تا ۱۵ سال گذشته برای اکسترودرهای دوماردان همسوگرد اتفاق افتاده، پرداخته می­شود. این پیشرفت­ها شامل اعمال طراحی­هایی برای افزایش گشتاور، افزایش سرعت ماردان (دور بر دقیقه) همراه با افزایش گشتاور که موجب بهبود انعطاف در کاربری و افزایش بهره­وری شده است و در نهایت پیشرفت در فناوری­های مرتبط با خوراک­دهی مواد با چگالی کم، می­باشد.

 

مقدمه

مفاهیم اولیه اکسترودرهای دوماردان همسوگرد در اوایل دهه ۱۹۰۰ توسط Wuensche ]۱[ و Easton ]۲ و ۳[ بصورت اختراع ثبت و معرفی شد. طراحی همسوگردی برای این اکسترودرهای دوماردان که دارای قابلیت خود تمیزشوندگی هستند تحت عنوان مشخصه Erdmenger شناخته می­شود. طراحی اولیه و توسعه عناصر خودتمیز شونده در اختراعی با شماره ۸۶۱۶۶۸ و بنام W. Meskat و R. Erdmenger در سال ۱۹۵۲در آلمان به ثبت رسیده است. در آن زمان هدف از چنین طراحی­ اختلاط مایعات با گرانروی بالا مانند محصولات حاصل از واکنش­های بسپارش بود.

اختراع ثبت شده ­ای که در بالا بدان اشاره شد و تمامی اختراعات ثبت شده در این زمینه – با نام Erdmenger و یا یکی از همکارانش در شرکت Bayer– مفاهیم اولیه طراحی این دستگاه­ها را بنا نهاد و در اواخر دهه ۱۹۵۰ اکسترودر دوماردان ZSK توسط Werner و Pfleiderer بصورت تجاری به بازار عرضه شد و در طول بیش از ۵۰ سال پس از آن نیز نسخه ­های بیشتر و جدیدتری از آن معرفی گردید. قابلیت خود تمیز شوندگی از مشخصات کلیدی این محصولات در مقایسه با محصولات مشابه دیگر بود و این ویژگی احتمال ماندن مواد در طول اکسترودر و تخریب آن در طول فرآیند را به میزان زیادی کاهش می­دهد.

همان­طور که گفته شد، اهمیت کلی این اختراع، طراحی آن برای ایجاد قابلیت خودتمیز شوندگی می­باشد که منجر به خلق سامانه آمیزه ­سازی دوماردان غیرهمسوگردی شد که امروزه در صنایع پلاستیک، غذا و صنعت شیمی مورد استفاده قرار می­گیرد (به منظور کسب اطلاعات بیشتر مربوط به چگونگی پیشرفت­های اولیه این محصول لطفا به مقاله Andersen و همکارانش ]۴[ و همچنین کتاب White ]۵[ مراجعه شود).

از زمان توسعه اصول اولیه اکسترودرهای دوماردان همسوگرد، شاهد پیشرفت­های تدریجی در این فناوری بوده­ایم. برخی از این پیشرفت­ها عبارتند از: طراحی عناصر جدید و با هندسه جدید در ماردان این دستگاه­ها که توسط Bierdel ]۶[ انجام شده، افزایش حجم داخلی، توسعه شفت با هندسه جدید برای بهبود قابلیت انتقال قدرت و توسعه فرآیندهای جدید برای کاربری­ های مختلف این دستگاه ]۷[. با این­حال، ظهور تعاریف جدیدی مانند سرعت بالای ماردان (دور بر دقیقه) و گشتاور بالا، گام­های رو به جلو موثری برای این صنعت بشمار آمدند]۸[. این پیشرفت در اختراع US Patent با شماره ۶۰۴۲۲۶۰ توسط Heidemeyer و همکارانش در ۲۸ مارس سال ۲۰۰۰ به ثبت رسید.

 

 

فناوری گشتاور بالا و سرعت ماردان بالا (دور بر دقیقه) در اکسترودرهای دو ماردان همسوگرد

از زمان معرفی اولین اکسترودر گشتاور بالا و دور بر دقیقه بالا با نام ZSK MegaCompounder (Mc) در اواسط دهه ۹۰ پیشرفت­های جدید در زمینه فناوری انتقال قدرت (جعبه دنده، محور ماردان و نوع مواد سازنده این قطعات) به وقوع پیوست و موجب شد تا حدود ۵۰ درصد ظرفیت گشتاور این سامانه ­ها افزایش یابد.  اثرات این پیشرفت در انتقال قدرت موجب افزایش معنی­دار در بهره ­وری، بازدهی و قابلیت انعطاف سامانه­های آمیزه ­ساز شد. کلید موفقیت این فناوری افزایش گشتاور و افزایش سرعت ماردان بصورت توامان بود. یک سامانه که با دور بر دقیقه بالا کار می­کند، می­تواند انرژی کافی و اضافی به مواد تحت فرآیند اعمال کند. این مسئله در شکل ۱ نشان داده شده است. این شکل نشان می­دهد که متوسط آهنگ برش اعمال شده (انرژی ورودی) بصورت خطی با سرعت ماردان (دور بر دقیقه) در هر نسبتی از Do/Di (نسبت قطر خارجی به داخلی ماردان) افزایش می­یابد و بنابراین دمای تخلیه مواد به نسبت بالا می­رود. با این­حال از آنجا که معمولا این آمیزه­ سازها در حالت گرسنه مورد استفاده قرار می­گیرند، قابلیت انتقال قدرت بیشتر سبب می­شود تا آمیزه ­ساز بتواند در میزان پرشدگی (fill factor) بالاتری فرآیند را انجام دهد (در شکل ۲ میزان پرشدگی کم و زیاد مورد مقایسه قرار گرفته­ اند). این قابلیت افزایش در میزان پرشدگی اثر مثبتی بر روی کاهش دمای مواد تحت فرآیند دارد.

 

(ادامه دارد …)


متن کامل این مقاله ی کاربردی را می توانید در شماره ۱۶۸ام ماهنامه بسپار، شهریور ماه بخوانید.

(در صورت تمایل برای دریافت نسخه رایگان و یا اشتراک با شماره های ۷۷۵۲۳۵۵۳-۷۷۵۳۳۱۵۸ داخلی ۳ سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید.)

نمایش بیشتر

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا