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 10 تا 15 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 1900 توسط Wuensche ]1[ و Easton ]2 و 3[ 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 861668 و بنام W. Meskat و R. Erdmenger در سال 1952در 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 1950 اکسترودر دوماردان ZSK توسط Werner و Pfleiderer بصورت تجاری به بازار عرضه شد و در طول بیش از 50 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 ]4[ و همچنین کتاب White ]5[ 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 ]6[ 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 ]7[. 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]8[. این پیشرفت در اختراع US Patent با شماره 6042260 توسط Heidemeyer و همکارانش در 28 مارس سال 2000 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 90 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 50 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 1 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 2 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 168ام ماهنامه بسپار، شهریور ماه بخوانید.
(در صورت تمایل برای دریافت نسخه رایگان و یا اشتراک با شماره های 77523553-77533158 داخلی 3 سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید.)
