distribuciÓn del tiempo de residencia, el flujo de masa y la mezcla en corrotaciÓn, extrusor de...
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DISTRIBUCIÓN DEL TIEMPO DE RESIDENCIA, EL FLUJO DE
MASA Y LA MEZCLA EN CORROTACIÓN, EXTRUSOR DE
DOBLE TORNILLO.
Ramos Llamoca Claudia, Ramos Rossi Andrea,
Sahuinco Umasi Mariela
EXPERIMENTAL La extrusora experimental fue un MPF- 50 APV -Baker corrotante extrusora de doble husillo con un alimentador de doble tornillo K -
tron.
material de alimentación fue de sémola de maíz con un contenido de humedad de 23 %, densidad de 1200 kg / m-3 para una
porosidad cero
Velocidad de tornillo 210 rpm
Velocidad de tornillo 326 rpm
Velocidad de tornillo 432 rpm
Flujo de masa 40
kg/h Dos T° de tambor
Flujo de masa 40
kg/h Dos T° de tambor
Flujo de masa 51
kg/h Dos T° de tambor
Flujo de masa 51
kg/h Dos T° de tambor
Flujo de masa 40
kg/h Dos T° de tambor
Flujo de masa 51
kg/h Dos T° de tambor
Una configuración de tornillo con 10 secciones se utilizó: un tornillo de transporte, y los discos de barril de la válvula, además de ocho secciones de los cuales el grado de relleno se había medido (Fig. 6)
Contenía cinco elementos diferentes: los tornillos de transporte, solo husillo, solo husillo de barrido automático, discos de barril de válvulas, y las paletas de amasado. Cada tornillo acaba en una abertura de la boquilla de 4 mm de diámetro.
La válvula de cilindro se encuentra al final de la quinta zona.
Se midieron las RTDs como se describe en Van Zuilichem et al. (988 a, b), véase la figura 7.
Figura 6. Geometría de los tornillos utilizados para los experimentos de RDT.
EXPERIMENTAL
Para medir la longitud de mezcla y para visualizar las interacciones de los flujos de fuga, una extrusora de doble tornillo de corrotación translúcido se hizo con iguales dimensiones.
Los datos producidos por todos los experimentos se manejan con un algoritmo de
regresión paso a paso, que es una técnica estadística para permitir una búsqueda,
entre un gran número de posibles soluciones, para la ecuación de regresión lineal
con el mejor ajuste posible (Mosteller y de Tukey 1985)
EXPERIMENTAL
Figura 7. Diagrama de bloques de la disposición para la medición de la distribución del tiempo de residencia.
RESULTADOS El análisis de Monte Carlo del error en las mediciones de RDT da un diferencial
estocástico de menos de 1 % para el tiempo de residencia promedio y los indicadores de anchura curva.
De acuerdo con la figura 8 los RTDs tienen una combinación de una anchura de pico y que no hace ningún tipo de curva del modelo de dispersión axial de Levenspiel. El indicador de ancho de curva con los 84% y 16% tiempos de residencia trazador sólo da una indicación de la anchura de la curva del pico.
Figura 8. Intervalos de tiempo una característica RTDs para la propagación curva.
El grado de llenado en la extrusora varió a lo largo de la longitud del cañón, como se ilustra en la figura 9 para una válvula de cañón abierto. Los grados medios de llenado en todas las secciones del tornillo se midieron mediante la ponderación de la materia alimenticia en estas secciones después de la extrusora se había detenido de repente.
El positivo de la válvula de cañón tuvo un fuerte efecto sobre el grado de llenado de las secciones 4 y 5, justo antes de la válvula de cañón.
La Figura 10 da el grado medio de relleno en la extrusora a diversas velocidades de alimentación y velocidades de los husillos de rotación cuando la válvula de cañón esta abierta.
Figura 10. Situación de una válvula de barril abierto.
RESULTADOS
Cuando la velocidad de rotación de los tornillos aumenta el grado de llenado disminuye para una velocidad de alimentación fija. Con un "alto" perfil de temperatura y una velocidad de rotación máxima (T = 432 rpm), el grado de llenado se encuentra para ser independiente de la velocidad de alimentación.
A menor velocidad del tornillo, el grado de llenado disminuye cuando aumenta el flujo de masa.
Este efecto de leva puede ver en la figura 3, donde un aumento de flujo de masa de 27% (40 a 51 kg / h) resulta en una disminución del 23% en el grado de relleno (53 a 41%).
Con el perfil de la baja temperatura, el grado de llenado aumenta a medida que aumenta la velocidad de alimentación específicos (por un incremento de la velocidad de avance o una disminución de la velocidad racional).
El efecto más importante que se encuentra es la reducción del grado de la velocidad de rotación de los tornillos. Esto también se describe en la Tabla 1 es un aumento del volumen atraco cuando el rete de alimentación específica es incremento por la disminución de la velocidad de rotación del tornillo.
RESULTADOS
RESULTADOS
Sólo las mediciones de Bounie para un extrusor con un tornillo de sección reservada dan otros resultados. Una posible explicación es que una mayor velocidad de rotación del tornillo aumenta la velocidad de cizallamiento y disminuye la viscosidad del material presente.
La eficiencia de los elementos geométricos incorporados en aumentar el grado de llenado se reduce ahora por las viscosidades más bajas.
Cuando la válvula de cañón está abierta, la propagación curva tiene un máximo en un
grado de 37 % de llenado. Cuando los aumentos de flujo de masa o cuando la velocidad
de rotación de los tornillos disminuye, la curva de propagación disminuye. Los
experimentos a una temperatura baja del cañón dieron como resultado sólo pequeñas
diferencias en su grado de llenado y la curva de propagación.
El tiempo de residencia promedio mínimo y aumentan cuando se cierra la válvula de
cañón (véase la figura 11) el grado de is13 relleno a 30 % mayor en comparación con una
válvula de cañón abierta. Perfil de temperatura, el grado de llenado puede disminuir
cuando aumenta el flujo de masa, lo que se demuestra en la figura 11 por las
mediciones a U = 218 rpm, o se mantiene constante, lo que queda demostrado por las
mediciones a U = 326 rpm. Con un perfil de baja temperatura, el grado de llenado
aumenta ligeramente cuando el tipo de alimentación aumenta.
RESULTADOS
Las mediciones fueron analizados por regresión paso
a paso, lo que resulta en las ecuaciones de regresión
para la disipación viscosa (W), la disipación viscosa
específica (E), y la anchura de la curva.
W = 1000 + (15.8 x 105 H) + 380U + (14.2 x 104Q)
(𝑟2 = 0.83)
E = (370 x 103) ̶ (105 x 104) + 44400 B
(𝑟2= 0.877)
La disipación viscosa específica es dependiente de la
velocidad de alimentación específica (I) y la posición
de la válvula de cañón (B). La válvula de cañón hace
que sea posible variar la disipación viscosa específica
con 60kj/kg durante la cocción por extrusión. El
tiempo de residencia medio depende de la posición
de la válvula de cañón. La tasa de primer golpe, la
velocidad del tornillo, y la temperatura del tambor
(Te):
RESULTADOS
Figura 11. Situación de una válvula de barril cerrado.
T=126 + 3.86B – 5.84U – 4130Q – 9.65 Te (𝑟2= 0.76)
H= (75 +3.6B – 5.7 U – 9.5Te) 10−5 (𝑟2= 0.79)
La anchura de la curva se encontró que era dependiente en el volumen atraco (H) y la velocidad de alimentación específica (I):
t92 𝑇 =1.53 + 137H – 1.17 I (𝑟2=0.94)
El ajuste del modelo numérico para la curva F se puede observar en la figura 12. Las desviaciones del modelo y las mediciones son pequeñas. De simulaciones del modelo se encontró que el porcentaje de flujo de tapón en las zonas de amasado aumenta con el volumen atraco (ver Fig. 13). En la figura 13, todas las simulaciones tienen el mismo coeficiente para el mezclado del contenido de la cámara y de los flujos de fuga.
RESULTADOS
Figura 13. Porcentaje de flujo de pistón en la zona de amasado.
En la figura 14 se dan los dos indicadores de anchura de la curva. Siguen la curva predicha por el modelo numérico. La mayor parte de las desviaciones están en el lado de la derecha de la curva y puede ser descrito por la asunción de una bifurcación en el F- curva logarítmica. Desde el F- curva logarítmica, se encontró que 0-6 % del material llega a través de un flujo separado con un tiempo medio de residencia más largo que el tiempo medio de residencia medido. El porcentaje promedio de todas las mediciones fue de aproximadamente 2,5 %.
La bifurcación en el F- curva logarítmica es en estos momentos el principal desviación del modelo numérico. Esta desviación no puede ser modelado por el supuesto de un flujo de masas independiente del tiempo como se describe en la introducción de las observaciones de Boissonnat. Cuando una pequeña cantidad de flujo de escape va directamente de nuevo al primer elemento geométrico y sin fugas, el modelo RTD da una línea recta en la F- curva logarítmica.
RESULTADOS
Se observa una bifurcación sólo cuando se cambian los coeficientes de mezcla de flujo de fuga y el contenido de la cámara después de un cierto tiempo, el contenido de flujo y la cámara de fugas de la mezcla con menos facilidad.
Las mediciones visuales en el extrusor modelo translúcido confirman que la mezcla en los elementos de amasado era en su mayoría de dispersión, mientras que la mezcla en la sección de tornillo justo antes de la hilera era más distributiva. La longitud de mezcla en la zona de tornillo justo antes de la boquilla aumenta cuando se eleva la velocidad de alimentación específica. En las zonas de amasado de la longitud de mezcla era casi independiente de la velocidad de alimentación específica. Las bifurcaciones también se observaron en los logarítmicas F- Corves de los experimentos modelo.
Figura 12. RTD de la cocción por extrusión de sémola de maíz.
RESULTADOS
Las condiciones de extrusión de las mediciones presentadas allí y los de Mosso et al.(1981) y Altomare y Ghossi (1986) no son totalmente comparables , pero muestran algunas similitudes en los sus resultados . En todas estas mediciones el grado de llenado aumenta cuando la velocidad de rotación del tornillo disminuye. En las mediciones de Altomare y Ghossi y la presentada aquí.
La forma de las curvas de IDT es independiente de la velocidad de alimentación en (107 °C) bajas temperaturas de barril. Mosso et al. y Altomare y Ghossi encuentra un aumento en el grado de relleno cuando se provoca el flujo de masa .
En las presentes mediciones del grado de relleno puede aumentar, disminuir, o permanecer constante cuando aumenta el flujo de masa. Dependiendo de la velocidad del tornillo, temperatura del cilindro y la posición de la válvula de cañón.
El tiempo promedio de residencia y el grado de llenado parecen depender de un gran número de variables. Lo que hace difícil predecir el grado de llenado, o para describir un comportamiento estándar de la RDT en un corrotatorio, extrusora de doble tornillo.
DISCUSIÓN Y CONCLUSIÓN
La Figura 15 compara dos e (t) curvas medidas con grados de relleno de 56 y 46 % con una curva de Altomare y Ghossi con un grado de relleno del 46 %. Las curvas con un grado de llenado del 46% son comparables para t ˃ T. las diferencias entre estas curvas antes del tiempo de residencia medio son de menor importancia para las propiedades de los reactores de la extrusora. Cuando en las presentes mediciones del grado de llenado aumenta a 56 %, la anchura de la curva aumenta considerablemente. Las anchuras de la curva de las mediciones de Altomare y Ghossi son independientes del grado de relleno.
La forma de la curva de RDT era dependiente principalmente de la velocidad de rotación, el flujo de masa, y el grado de relleno. Cuando la válvula de cañón está cerrada y el aumento de la anchura de la curva se corrigió para el aumento de la demora, la influencia de la válvula de cañón en la forma de la curva puede ser despreciada.
DISCUSIÓN Y CONCLUSIÓN
La válvula de cañón da una posibilidad de influir en la disipación viscosa específica, el grado de llenado, y el tiempo de residencia durante el proceso de cocción por extrusión. Cuando se cierra la válvula de cañón, el aumento en el grado de llenado y tiempo de residencia promedio es de 16-30 % el aumento de la disipación viscosa específica de 60kj/kg, observado después de cerrar la válvula de cañón, se ve sólo en velocidades de alimentación de 50 kg / h. cuando se eleva esta figura, la fluencia en el barril de la válvula disminuye.
Un co-rotación extrusor de doble tornillo provisto de una válvula de cañón hace posible una utilización eficaz del volumen de reacción disponible de una cierta combinación de tornillo por un mejor control del grado de relleno. Esto implica una longitud mínima de tornillo para un proceso de extrusión dada.
DISCUSIÓN Y CONCLUSIÓN
Figura 15. Curvas de RDT de extrusionadoras
Los experimentos con el modelo de la demostración translúcida que la anchura de la curva de RTD no deben ser utilizados como un indicador para la mezcla en los elementos de amasado. Cuando el flujo de pistón en los elementos de amasado aumenta, los aumentos de dispersión de mezcla, mientras que el ancho de la curva disminuye. Sólo en un diseño de tornillo sin elementos o zonas Drossel amasado es la curva de ancho de un indicador razonable de mezclado distributivo.
Se encontró un separación en dos de la flor con diferentes propiedades de mezcla. Una bifurcación se observó en varias curvas logarítmicas de RDT en un tiempo de aproximadamente 1,5 T. Después de este tiempo un promedio de 2,5 % del material todavía estaba presente en la extrusora. Esta es una cifra baja en comparación con la Boissonnat 30 % se encuentra en un extrusor de doble tornillo de co-rotación. El extrusor de doble tornillo de co-rotación examinado se puede comparar para este aspecto con el extrusor de doble tornillo contra-rotación investigado por Janssen y Smith (1978).
DISCUSIÓN Y CONCLUSIÓN
La separación en dos flujos se observó por lo tanto en contra-rotación extrusoras de doble tornillo y en extrusionadoras de diferentes tamaños Y marcas para aplicaciones alimentarias y no alimentarias.
las simulaciones numéricas de estas mediciones de RDT y experimentos con modelos indican que este sistema de flujo doble es causado por una disminución de la viscosidad del material presente. Esta disminución en la viscosidad es el resultado del resultado de las propiedades de aclarado por cizallamiento de la extrusión de material. Esto causa un flujo que no se mezcla fácilmente con el contenido de los elementos de tornillo.
El modelo numérico RTD nos permite describir un comportamiento estándar del flujo de masa de la corregulación y la contra-rotación extrusoras de doble tornillo.
DISCUSIÓN Y CONCLUSIÓN
NOMENCLATURA
B Posición de la válvula barril
D Grado de llenado
E Disipación viscosa (J).
E(t) Existir distribución por edades.
F(t) Distribución de la edad de salida acumulativa.
H Volumen atraco en la extrusora (m2).
I Velocidad de alimentación específica.
N Número de reactores de tanque agitado continuamente (CSTR).
Na Aparente número de cstrs
Pe Número Peclet.
Q Velocidad de alimentación (kg / s).
Qmax Flujo máximo teórico de masa (kg / s).
T Tiempo de residencia medio (s).
Te Temperatura del cañón Te = 0, la baja temperatura del tambor; Te = 1, Alta temperatura del cañón.
t Tiempos (s).
tx Tiempo en el que x% del trazador ha pasado el detector (s).
U Velocidad de rotación de los tornillos (s-1).
V Volumen de una cámara en forma de C (m3).
VTOT Volumen de todas las cámaras en forma de C (m3).
W Disipación viscosa específica (J / Kg).
z Número de plomo se inicia en un tornillo.
# Densidad específica de porosidad cero (Kg/m3).