水性万能胶张国强;龚少立;张学峰
【摘 要】反应型双螺杆挤出机与传统的反应器相比，具有停留时间分布窄、脱挥效果好、反应动力强、传热效果好、停留时间分布可控等优点。本文举例说明了反应型双螺杆挤出机在聚合物反应、脱挥领域的应用情况。
【期刊名称】《石油和化工设备》
【年(卷),期】可利霉素说明书软性电路板2012(000)011
【总页数】3页(P5-7)
【关键词】反应型双螺杆挤出机;脱挥;停留时间分布;传热;应用
【作 者】张国强;龚少立;张学峰
【作者单位】天华化工机械及自动化研究设计院,甘肃兰州730060;天华化工机械及自动化研究设计院,甘肃兰州730060;天华化工机械及自动化研究设计院,甘肃兰州730060
【正文语种】中 文
反应挤出（React Extruding）是指聚合物或可聚合单体在连续挤出过程中完成一系列化学反应的操作过程，是上世纪60年代后期兴起的一种新理论、新技术[1]。由于反应挤出可保证化学反应连续进行，能消除反应时的凝胶效应，且操作简单、经济易行，近年来越来越受到人们的重视。不断有新的化学反应采用反应挤出工艺，反应挤出技术也从理论研究转向工业应用并获得了巨大成功。本文将结合作者所在单位近年成功的反应挤出应用实例论述反应挤出技术与传统反应技术相比的优势和适用领域。
反应型挤出机主要指反应型双螺杆挤出机。与传统反应器相比，反应型双螺杆挤出机具有如下优势：
1.1 停留时间分布窄
反应体系在反应器中的停留时间分布越窄所得到的反应产物就越均一、纯净。由于反应型双螺杆挤出机具有的特点，从而保证了其内部反应体系较窄的停留时间分布：
（1）相互啮合且同向旋转的两根螺杆能够相互“刮擦”，具有良好的自清理功能，消除了反
应器中的死区；
（2）螺杆与螺杆、螺杆与机筒之间的间隙很小。通常螺杆之间的间隙小于2 mm，螺杆与机筒之间的间隙小于1 mm，因此反应体系中非受控的物料返流量很小。打火机设备
图1给出了传统的单釜反应器、串联釜式反应器、管式反应器的停留时间分布情况和转化率随时间变化的曲线[2]。从图1可以看出釜式反应器（不论是单釜还是串联釜）都存在停留时间分布宽、反应时间长的缺点。管式反应器虽然停留时间分布窄，但是由于其自身结构的局限，只能处理低黏度的反应体系，且反应过程常需要加高压。此外，由于管式反应器不具备自清理能力，反应过程中容易出现过度反应的现象。反应型双螺杆挤出机克服了传统反应器的这些缺点，具有较高的转化率和较短的反应时间，是一种高效反应器。
1.2 优良的脱挥效果
（1）反应型双螺杆挤出机采用饥饿式喂料，除阻尼段和计量挤出段物料全充满外，在挤出机的其他功能段物料基本都处于非充满状态。挤出机螺杆的积木式结构，便于在螺杆不同功能段采用输送效率不同的螺纹元件从而改变其物料的填充率。因此反应型双螺杆挤出机 中（尤其在脱挥口处）反应体系的比表面积比传统反应器大，有利于反应副产物和低分子挥发分的脱除。
（2）由于螺杆高速旋转，具有很强的剪切混合能力，使得反应型双螺杆挤出机中的物料具有极高的表面更新率，有利于挥发分的脱除。
（3）由于物料在挤出机连续反应且返流量很小，因此可以根据反应进行的程度和挥发分产生的时间及挥发量的大小在挤出机的不同位置设置一个或多个脱挥口。在采用抽真空脱挥的情况下，还可以根据脱挥口反应体系的黏度、温度及所要脱除的挥发分种类，在各真空脱挥口采用不同的真空度。这样既可以防止反应物被脱离反应体系（即通常所说的返料），又能根据工艺要求脱除不同的低分子挥发分，方便回收反应体系中的溶剂[1]。
1.3 反应动力强
由于反应型双螺杆挤出机具有良好的混合能力，反应器中反应体系具有较高的物料表面更新率和比表面积，使得反应型双螺杆挤出机具有很强的传质效果，能防止某一区域的反应物过于集中，产物浓度过高，从而促进反应正方向进行。又由于脱挥口的开设，能及时脱
除反应体系中产生的低分子副产物，降低了逆反应的反应动力，可加快正反应的反应速度，提高反应体系的转化率。
1.4 传热效果好
众所周知，传统反应器传热效率较低，因而难以进行放热量大的反应。反应型双螺杆挤出机较好地解决了这一难题。经过特殊设计的反应型同向双螺杆挤出机的换热效率可达400～500 kcal/ m2•hr•℃，甚至更高，且基本不受反应体系黏度的影响[3]。因此反应型双螺杆挤出机能有效地避免高黏度反应体系的过度反应、爆聚和产物热解等现象。
1.5 停留时间及停留时间分布可控制
双螺杆挤出机螺杆的积木式设计可以获得期望的停留时间分布和剪切曲线。有两种基本的螺杆元件—输送元件、捏合元件。输送元件有不同的螺距，以便于在固定的螺杆转速下，能够改变加料量和停留时间；反向输送元件可以提供100%的逆向料流，可限制物料流动，增大填充量。捏合元件主要用于增强剪切，提高物料的分散混合程度。不同捏合元件的组合可以实现不同长度的捏合段和向前、向后或中性的交错角度，借助捏合段可以完成物料
的混合和扩散。输送部件上连续变化的螺旋图形在捏合段上间断交错排列。由于保持有啮合曲线，捏合元件也具有自清理功能。
图2给出了螺杆组合对停留时间分布的影响。T1所示曲线的螺杆组合采用了正向输送元件和棱宽较大、交错角较小的向前捏合块，因此不但具有很强的正向输送能力而且能有效地减少物料返流，故其停留时间分布最窄。T2所示曲线的螺杆组合全部采用正向输送元件，由于缺少了起密封作用的宽螺棱向前捏合块，所以其停留时间分布较第一种螺杆组合宽。T3所示曲线的螺杆组合采用了正向输送元件和反向输送元件组合的模式，提高了反应器中物料的填充率，增加了物料的返流量，因此也具有最宽的停留时间分布[4]。
尽管与传统反应器相比，反应型双螺杆挤出机具有上述独特的优势，但它并非万能，也具有适应的反应类型。
2.1 反应时间和转化率受传质传热速率和反应物浓度控制
采用反应型双螺杆挤出机时，在保证传热良好的情况下，通过提高引发剂和活化剂的浓度可以快速连续地完成尼龙的阴离子聚合反应。通过反应挤出得到了分子量大于25000的尼龙产品。
由于挤出机材质、设计、加工及组装等方面的限制，单台反应型双螺杆挤出机的长径比不能无限长，因而难以满足反应时间超过30 min的反应。出于设备投资等方面的原因，反应时间较长的反应也很少采用串联式的反应器结构。
2.2 高黏度反应体系的反应
如聚碳酸亚丙酯聚合脱挥反应挤出系统，其中的反应型双螺杆挤出机不但能将预聚体中的溶剂脱除回收，而且当反应物的分子量提高、黏度增大后仍能保证良好的传质传热效果，使反应的进程可控从而避免发生爆聚。音频信号分配器
2.3 有低分子副产物产生的反应
反应型双螺杆挤出机可及时不断地移出反应体系中低分子副产物，提高正向反应的反应动力，提高反应速度和反应的转化率。如聚碳酸酯缩聚反应，当加入平均分子量为9000左右的预聚体后，反应体系在反应型双螺杆挤出机中连续反应15 min，期间连续不断地脱除副产物H2O，提高了反应转化率，最终得到了平均分子量为30000的PC产物。
反应型双螺杆挤出机作为一种连续高效的反应器，具有许多独特的优势。但目前由于诸多
方面的原因，反应型双螺杆挤出机适用的反应体系还很少。为了拓宽反应型双螺杆挤出机的应用领域，需要从事反应工艺研究的单位与从事双螺杆反应挤出设备研发的单位紧密合作，针对不同的工艺要求，开发新设备、新工艺，促进反应挤出技术的推广。
【相关文献】
[1] 马里诺•赞索斯(美). 反应挤出—原理与实践[M].北京：化学工业出版社，1999，71-72.
保压阀[2] 陈卫丰，严海标，柯清泉，郦华兴. 聚合物反应挤出加工技术及其应用[J].塑料科技，2001，143(3)：23-25.
[3] 李兴田，邵桂敏. 尼龙6的双螺杆反应挤出工艺[J].化学工业与工程技术，2000，21(5）：16-17.
[4] 吴京，殷敬华. 热塑性聚合物的反应挤出与双螺杆挤出机[J].塑料，2003，32(1)：31-38.
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