双螺杆泵在PPC高粘物料输送方面的应用

摘要：针对聚碳酸亚丙酯（PPC）的性能特点，结合双螺杆泵的工作原理及结构特点，研究双螺杆泵在高粘气、固、液混合物料情况下的输送情况和应用情况，并结合本产品的工艺流程及工艺要求，分析采用双螺杆泵作为输送设备后产品性能的提高情况。

关键词：高粘物料、输送、双螺杆泵、工作原理、剪切、分子量。

中图分类号：TH3文献标识码： A

1.引言

聚碳酸亚丙酯（PPC）是由二氧化碳和环氧化物单体通过共聚合反应合成的一种新型脂肪族聚碳酸酯，具有良好的可生物降解性能，是一类极具发展前景的环境友好材料，正越来越受到世界各界人士的关注和重视。

本项目产品聚碳酸亚丙酯（PPC）属不结晶树脂，为粘稠糊状气、固、液混合物，易挥发，粘度200万cp以上，分子链柔性大，分子量分布很窄，为1.05～1.5之间，分子量可从几万到十几万。由于其特殊的物料特性及工艺要求，高粘度PPC在输送过程中必须采用剪切力小、自吸能力强、输送量大及出口压力高的设备来进行物料的输送。而双螺杆泵在同类输送设备中，能完全满足以上要求。本文结合作者工作实践，提出双螺杆泵工作原理、工作特点，及在代替其他输送设备（齿轮泵）在生产运用中工作情况，旨在说明此设备在PPC高粘物料输送过程中的低剪切、高可靠性等优点，更好地为安全生产服务。

2.输送原理及输送工艺情况

2.1.工作原理

双螺杆泵输送原理是通过泵体中主、从动螺杆的相互啮合，以及螺杆和泵体孔的配合，在泵体中形成一个个密封空腔，在螺杆转动时，这些密封空腔连续向前移动，推动密封腔中的液体物料到出口排出，实现输送的目的。本项目产品输送设备采用外置轴承的双螺杆泵，由双螺杆泵的输送原理可知，对于外置轴承的双螺杆泵，通过轴承定位，两根螺杆在衬套中互不接触，螺旋之间保持恒定的间隙（其间隙值由工况及泵本身规格决定），螺杆外圆与衬套内圆面也保持恒定的间隙不变。两根螺杆的传动由同步齿轮完成。齿轮箱中有独立的，与泵工作腔隔开。此种结构大大拓宽了双螺杆泵的使用范围，可输送大量的高粘介质（最高粘度可达3*106mm/s）。

2.2.输送工艺流程

图1.输送工艺流程图

如上图首先进入双螺杆泵的聚碳酸亚丙酯（PPC）物料储存于储罐内，储罐为常压，生产运行状态下，靠物料自身重力及双螺杆泵的较强自吸能力保证足够的供给量。然后通过双螺杆泵输送到下游工序，其中双螺杆泵与下游挤出机设备之间靠管道连接，之间管道较长，受现场条件及物料本身较高粘度制约，利用双螺杆泵运行过程中产生的较高出口压力输送到下游挤出设备，达到工艺连续运行的目的。

3.结构特点

双螺杆泵由于其恒定间隙的存在以及型线上的特点，其属于密封型容积泵，因此除了输送纯液体外，还可输送气体和液体的混合物，即汽液混合物的输送；双螺杆泵由于结构的独特设计，可以自吸而无须专门的自吸装置，而且由于轴向输送轴流速度较小而具备很强的吸上能力即很小的NPSHr值；双螺杆泵在输送过程中无剪切，无乳化作用，因此不会破坏分子链结构和工况流程中所形成的特定的流体性质，并且由于传动依靠同步齿轮，泵运转噪音低，振动小，工作平稳；双螺杆泵还可干转。由于运动部件在工作时互不接触，因此短时的干转不会破坏泵元件，这种特点给自动控制的流程提供了极大的方便。另外，正确的选用设备材料，双螺杆泵还可输送很多具有腐蚀性介质（酸、碱等性质）。

图2.双螺杆泵结构图

4.应用情况

本项目使用单位在聚碳酸亚丙酯（PPC）输送设备的选型上进行了多次试验，已成为生产工艺流程化的关键工艺及问题，先后使用过内啮合齿轮、凸轮泵及齿轮泵，出现了传动轴弯曲、实际输送流量与理论输送量相差大等问题。且此类型输送设备对物料产生的剪切力较大，破坏了物料的分子链结构，降低了产品的质量指标，影响产品品质。

针对聚碳酸亚丙酯（PPC）的特点，并结合双螺杆泵的输送原理及特点，采用双螺杆泵进行PPC物料的输送，经过多次试验，解决了生产中遇到的诸多难题。

难题1：利用双螺杆泵较强自吸能力，解决了上游工序为常压的情况下，高粘混合物料正常连续化供应难题，满足了生产过程中气、固、液混输问题；

难题2：因聚碳酸亚丙酯（PPC）混合物料具有一定腐蚀性，且易挥发，必须保证在密封环境下进行，利用双螺杆泵自身良好密封性及可输送腐蚀性介质的特点，解决了输送设备输送物料时易气化挥发的问题，减少物料损失，且不会因气体的挥发而造成环境污染；

难题3：受聚碳酸亚丙酯（PPC）自身性能影响，必须保证进入输送设备后物料的品质和性能不受到破坏，利用双螺杆泵在输送过程中无剪切、无乳化作用，不会破坏分子链结构和工况流程中所形成的特定的流体性质特点，保证了后续产品的品质（如下图3）。

现双螺杆泵已能满足生产需要，解决了因物料自身性能原因及工艺条件特殊要求所产生的所有问题，实现了生产的连续化运行，产品的品质得到进一步提高。

图3.双螺杆泵与齿轮泵相同工作情况下产品品质对比图

5.结语

随着双螺杆泵技术的日臻成熟，并以其卓越、特殊的设备特点，在用户使用中得到了广泛的好评。本文仅仅是抛砖引玉，总结作者工作中的一些实践经验，提出个人见解。双螺杆泵是聚碳酸亚丙酯（PPC）输送过程中的关键设备，PPC介质的特殊性以及工艺的特殊要求，有待于更多的科研人员和专业人士作深一步研究、探讨，更好地应用于聚碳酸亚丙酯树脂高分子塑料行业。

参考文献

[1]吴德荣 等《化工工艺设计手册》第四版

[2]李福天机械工业出版社《螺杆泵》 2010

[3]宋鹏飞 《二氧化碳共聚物的合成与性能研究》 2008