D11型双螺杆高剪切湿法制粒机制粒性能模拟与评价

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2024.08.017

中国塑料 ›› 2024, Vol. 38 ›› Issue (8): 106-112.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2024.08.017

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D11型双螺杆高剪切湿法制粒机制粒性能模拟与评价

胡安, 毛元瑞, 周国发()

南昌大学资源与环境学院，南昌 330031

收稿日期:2023-11-27 出版日期:2024-08-26 发布日期:2024-08-19
通讯作者: 周国发（1962—），男，教授，从事聚合物成型技术与理论研究，ndzgf@163.com
E-mail:ndzgf@163.com
基金资助:
宜春市企业重大技术“揭榜挂帅”项目(ZQT20230522001)

Simulation and evaluation of granulation performance of D11 twin screw high shear wet granulator

HU An, MAO Yuanrui, ZHOU Guofa()

School of Resources & Environmental，Nanchang University，Nanchang 330031，China

Received:2023-11-27 Online:2024-08-26 Published:2024-08-19
Contact: ZHOU Guofa E-mail:ndzgf@163.com

摘要/Abstract

摘要：

基于双螺杆高剪切湿法制粒工艺与装备协同集成数字化虚拟样机仿真方法，模拟评价了D11小型双螺杆高剪切湿法制粒机的结构特征与螺杆尺度对制粒性能和关键质量属性的影响，构建了终点制粒关键质量属性⁃结构特征⁃螺杆尺度的协同耦合演化规律。研究结果表明：本文的D11小型双螺杆高剪切湿法制粒机能实现750~936 μm颗粒的制造，制粒收率最高可达到88.84 %。特征粒径d10、d50、d90、制粒收率与螺杆螺距预压缩比、螺杆尺度呈现正关联协同演化规律，而制粒粒径的一致性与螺杆螺距预压缩比、螺杆尺度呈现负关联协同演化规律。将螺杆螺距预压缩比提高至3.67，可使最大制粒粒径增至936 μm，粒径跨度降至0.49。提高螺杆螺距预压缩比，可提升D11小型双螺杆高剪切湿法制粒机的制粒性能和终点制粒的一致性，弥补螺杆尺度减小诱发其制粒特性劣化。

关键词: 双螺杆高剪切湿法制粒机, 制粒性能, 螺杆尺度, 结构, 模拟

Abstract:

Based on the digital virtual prototype simulation method of collaborative integration of twin screw high shear wet granulation process and equipment， influence of the structural characteristics and screw scale on the granulation performance and key quality attributes were simulated and evaluated for D11 small twin screw high shear wet granulator， and the synergistic coupling evolution law was constructed among the key quality attributes of endpoint granulation， structural features， screw scale. The research results indicated that the D11 small twin screw high shear wet granulator in this article can achieve the manufacturing of particle with diameter size of 750~936 μm，which can achieve the maximum granulation yield with 88.84 %. Moreover， the relation between the diameter sizes d10， d50， d90， granulation yield and screw pitch pre compression ratio， screw scale exhibit synergistic evolution law of a positive correlation，while the relation between the consistency of granulation particle size and screw pitch pre compression ratio and screw scale exhibits the synergistic evolution law of a negative correlation. Increasing the pre compression ratio of the screw pitch to 3.67 can increase the maximum particle size to 936 μm， Particle size span reduced to 0.49. Increasing the pre compression ratio of screw pitch can improve the granulation performance and consistency of endpoint granulation for D11 small twin screw high shear wet granulator， which can compensate for the deterioration of granulation characteristics caused by the reduction of screw scale.

Key words: twin screw high shear wet granulator, granulation performance, screw scale, structure, simulation

中图分类号:

TQ320.66⁺3

胡安, 毛元瑞, 周国发. D11型双螺杆高剪切湿法制粒机制粒性能模拟与评价[J]. 中国塑料, 2024, 38(8): 106-112.

HU An, MAO Yuanrui, ZHOU Guofa. Simulation and evaluation of granulation performance of D11 twin screw high shear wet granulator[J]. China Plastics, 2024, 38(8): 106-112.

图/表 20

图1 D11小型双螺杆高剪切湿法制粒机螺杆结构

Fig.1 Screw structure of the high shear wet granulator of D11 small twin screw

密度/

kg·m^-3

泊松比

剪切模量/Pa

恢复

系数

静摩擦

因数

滚动摩擦

因数

2×10⁶

表1 甘露醇粉体物性参数

Tab.1 Physical property of the mannitol powder

过程参数

名称

螺杆转速/

r·min^-1

粉体喂料速率/

kg·s^-1

螺杆直径/mm

原料粉体

材料

表 2 过程参数

Tab.2 Process parameters

黏附力强度（F₀）/N	表面能 $(Γ$ ）/J·m^-2	塑性比（λ_p=1- $k 1 k 2$ ）	幂指数（n）	黏附分支指数（χ）	剪切刚度乘数（ξ_tm）
-0.001	15	0.8	1.5	20	0.67

黏附力强度（F₀）/N	表面能 $(Γ$ ）/J·m^-2	塑性比（λ_p=1- $k 1 k 2$ ）	幂指数（n）	黏附分支指数（χ）	剪切刚度乘数（ξ_tm）
-0.001	15	0.8	1.5	20	0.67

表3 EEPA模型参数

Tab.3 EEPA model parameters

表3 EEPA模型参数

Tab.3 EEPA model parameters

图2 KE块的三维颗粒形貌

Fig.2 3D particle morphology of the KE element

图3 不同CR的制粒粒径分布

Fig.3 Particle size distribution of different CR

图4 累积质量分数⁃粒径分布曲线

Fig.4 Accumulated mass fraction⁃size distribution curves

图5 表征粒径与CR的关系

Fig.5 Relationship between characterization diameter and CR

图6 粒径跨度⁃CR曲线

Fig.6 Size span⁃CR curve

图7 制粒收率⁃CR曲线

Fig.7 Granulation yield⁃CR curve

图8 KE块内制粒三维形貌

Fig.8 3D particle morphology of the KE element

图9 不同螺杆尺度制粒粒径分布

Fig.9 Particle size distribution of the sample prepared at different screw scale

图10 累积质量分数⁃粒径分布曲线

Fig.10 Accumulated mass fraction⁃diameter distribution curves

图11 表征直径⁃螺杆尺度曲线

Fig.11 Characterization diameter⁃screw scale curves

图12 粒径跨度⁃螺杆尺度曲线

Fig.12 Size span⁃screw scale curves

图13 制粒收率⁃螺杆尺度曲线

Fig.13 Granulation⁃screw scale curve

图14 停留时间⁃螺杆尺度曲线

Fig.14 Residence time⁃screw scale curve

图15 螺杆尺度对粉体运动速度的影响

Fig.15 Effect of screw scale on powder motion velocity

图16 接触面塑性重叠量⁃螺杆尺度关联关系

Fig.16 Plastic overlap of contact surface⁃screw scale curve

图17 KE块高剪切区形成原理图

Fig.17 Schematic diagram of the formation of high shear zone in KE element

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