Analysis of screw configuration for a large ϕ 380 twin⁃screw extrusion granulation unit using flow balance algorithm

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.11.019

Abstract

Abstract:

This paper reports a screw configuration analysis algorithm designed for large⁃scale twin⁃screw extrusion systems. By leveraging a performance database of screw elements， the algorithm identifies material conveying characteristics to determine the filling state within the extruder. Based on this filling state， it evaluates key operational metrics under specified processing conditions， including： filling degree and pressure distribution， shear⁃induced plastication capability， material backpressure and torque load， drive power consumption， and specific mechanical energy input. The algorithm is applied to analyze a typical screw configuration used in a ϕ380 mm twin⁃screw extrusion granulation unit for polyethylene. The findings provide a robust theoretical foundation for the systematic development and optimization of screw configuration analysis in large⁃scale extrusion processes.

Key words: twin?screw, screw configuration analysis, distribution of the filled rate, distribution of pressure

CLC Number:

TQ320.66⁺2

BI Chao, ZHAO Chong, WU Mingjun, JI Yao, TENG Zurong, ZUO Shibo, YIN Deju. Analysis of screw configuration for a large ϕ 380 twin⁃screw extrusion granulation unit using flow balance algorithm[J]. China Plastics, 2025, 39(11): 125-130.

Figures/Tables 12

Fig.1. Screw combination analysis process

Fig.2. 380 twin screw granulation unit screw and barrel combination

Fig.3. Pressure distribution（n=220 r/min，Q=60 t/h，Psout=2~10 MPa）

Fig.4. Fill distribution（n=220 r/min，Q=60 t/h，Psout=2 MPa和10 MPa）

Fig.5. Residence time distribution（n=220 r/min，Psout=3 MPa，Q=40~80 t/h）

Fig.6. Horizontal distribution of shear stress（n=220 r/min，Psout=3 MPa，Q=40 t/h和80t/h）

Fig.7. Cumulative shear history distribution（n=220 r/min，Psout=3 MPa，Q=40 t/h和80t/h）

Fig.8. Radial force distribution of the left screw（n=220 r/min，Q=60 t/h，Psout=2 MPa和10 MPa）

Fig.9. Axial force distribution of the left screw（n=220 r/min，Q=60 t/h，Psout=2 MPa和10 MPa）

Fig.10. Left screw torque distribution（n=220 r/min，Q=60 t/h，Psout=2 MPa和10 MPa）

Fig.11. The impact of conveying capacity and screw outlet back pressure on total power

Fig.12. The impact of conveying capacity and screw outlet back pressure compared with energy consumption

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