聚合物挤出过程停留时间分布的在线检测新方法
时间:2005-10-14
许忠斌 冯连芳** 王炉钢 张才亮
（浙江大学 化学工程联合国家重点实验室聚合反应工程分室，杭州 310027）
HU Guo Hua (胡国华)
Laboratory of chemical engineering sciences, CNRS-ENSIC-INPL 1 rue Grandville BP 451, 54001 Nancy, Franc
**通讯联系人：冯连芳, E-mail：fenglf@mail.hz.zj.cn
聚合物挤出过程停留时间分布(RTD)的在线检测越来越受到重视，文献[1][2]报道了基于不同性质示踪剂的多种RTD的在线检测方法，以及所采用的不同的检测装置。在分析各种RTD在线检测方法基础上，作者研制了一种聚合物停留时间分布在线测量装置，其测量原理为：由参比探测器监视紫外光源发射特定波长的紫外光，采用光纤探头的一部分光纤从光源输送入射光线，照射以定量间隔地加入示踪剂的被加工聚合物，被加工聚合物中的示踪剂受激发而产生相应特定波长的微光。光纤探头的另一部分光纤将产生的微光传输到微光探测器，由微光探测器接收微光信号，再经放大器及信号处理单元，由计算机采样，并实时显示停留时间分布模拟信号随时间变化曲线图。
本聚合物停留时间分布在线测量装置如图1所示：紫外光源依次与耦合器、光纤探头、微光探测器、放大器、信号处理单元、计算机相接，紫外光源依次与参比探测器、信号处理单元、计算机相接。本装置直接将光纤探头放入聚合物加工设备中，直接将光激发能传输到被加工的流体上，再检测随后的微光发射量，实现聚合物停留时间分布在线测量。将光纤探头安装于挤出线的任意位置，可进一步用于聚合物局部停留时间分布的在线直接测量。用微光测量可采用滤光器，不仅克服了光反射法遇到的困难，消除加工设备例如双螺杆挤出机的螺槽底部及螺棱表面反射光的影响；也便于探测信号的校准。
聚合物停留时间分布在线测量系统可靠性的评价包括以下三个方面：重现性、模拟微光信号和示踪剂浓度的线性关系、不同方法测量得到的RTD函数的一致性。图2为本装置在线测量TSE-35型双螺杆挤出机RTD的电压－时间曲线（喂料速率10.7kg/h，螺杆转速60rpm），三组重复性实验得到的曲线叠加得很好，表明良好的重现性。电压信号和聚合物中示踪剂浓度的关系如图3所示。可见，在实验的示踪剂浓度范围内，两者可以近似按线性关系处理。图4显示了离线取样分析和在线测量得到的TSE-35型双螺杆挤出机中的RTD曲线。喂料速率10.7kg/h、13.9kg/h，螺杆转速60rpm、90rpm，离线分析和在线测量得到的各组RTD曲线一致性良好。
采用微光在线检测新方法，实现聚合物挤出过程停留时间分布的在线测量，可进一步用于局部停留时间分布的在线直接测量。离线取样分析和在线测量实验得到的TSE-35型双螺杆挤出机中的RTD结果相吻合。
参考文献 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).
论文来源:2004年全国高分子材料科学与工程研讨会论文集
