WO2008035541A1

WO2008035541A1 - Appareil d'estimation de performance de volatilisation et procédé d'estimation de performance de volatilisation

Info

Publication number: WO2008035541A1
Application number: PCT/JP2007/066521
Authority: WO
Inventors: Seiji Takamoto; Shigeki Inoue; Hideki Tomiyama; Hiroaki Shintani; Kenji Inagawa
Original assignee: The Japan Steel Works, Ltd.
Priority date: 2006-09-19
Filing date: 2007-08-27
Publication date: 2008-03-27
Also published as: JPWO2008035541A1; ES2378405T3; CA2663956A1; EP2065161A1; ATE535875T1; TW200829421A; US8306799B2; US20100023306A1; TWI380894B; EP2065161B1; JP4778063B2; EP2065161A4

Description

明細書

脱揮性能予測装置、脱揮性能予測方法

技術分野

[0001] 本発明は、ニ軸スクリュ押出機での脱揮処理における脱揮性能の予測方法に関するものである。

背景技術

[0002] 従来、スクリュ式押出機の脱揮操作における脱揮性能予測方法として、以下の式（

1 )に示す Latinenのモデル式が一般的に活用されて!/、る。

Ln(C -C )/(C -C ) = K _io SL(DdN)^1/2/Q · · · (1)

0 L *

ここで Cは脱揮領域入口の（脱揮直前の)揮発性物質濃度 (ppm), Cは脱揮後の

0

揮発性物質濃度 (ppm), Cは脱揮が行なわれる圧力温度条件下の揮発性物質と非揮発性物質 (ポリマーやゴムなどの溶液)の気液平衡濃度 (ppm), Kは物質移動係数 , pは揮発性物質を含有した非揮発性物質の溶液密度 (kg/m³), Sは押出機スクリュフライトに直角な断面における揮発性物質を含有した非揮発性物質の溶液の境膜表面長さ (m), Lは脱揮領域の揮発性物質を含有した非揮発性物質の溶液の流路長さ（ m), Ddは揮発性物質を含有した非揮発性物質の溶液中における揮発性物質の拡散係数 (m²/s), Nはスクリュ回転速度 (s—¹), Qは全体処理量 (kg/s)である。

[0003] 図 16は、従来のニ軸スクリュ押出機の概略構成を示す図である。この Latinenのモデル式は、図 16に示すようなニ軸スクリュ押出機の脱揮領域で、スクリュの回転により更新された揮発性物質を含有した非揮発性物質の境膜 (暴露表面層）の総括面積と揮発性物質の非揮発性物質力の拡散速度との積、すなわち脱揮処理された揮発性物質を含有した非揮発性物質の重量と全体の揮発性物質を含有した非揮発性物質の重量の比率により、脱揮後の残存揮発性物質の濃度を予測するものである。

[0004] 図 16において、 100は加熱冷却可能なバレル、 200はスクリュ、 300はベント（分離した揮発性物質を除去する開口部）、 401および 402は混練スクリュ、 501および 5 02は揮発性物質を含有した非揮発性物質がバレル内に完全に充満した部分、 600 は揮発性物質を含有した非揮発性物質が非充満状態で流動して!/、る部分 (脱揮領域)を示す。

[0005] この Latinenのモデル式における C , C , C , p , Ddは，非揮発性物質，揮発性物

0 * L

質，または揮発性物質を含有した非揮発性物質溶液の特性因子であり、 N, Qは押出機の操作因子である。これら因子は、脱揮操作の環境や条件により変化する因子である。

[0006] また、この Latinenのモデル式における「SL(DdN)^1/2」は、「SL(Dd/(l/N))^1/2」と置換すること力 Sでき、単位時間あたりにバレルとスクリュに形成された揮発性物質を含有した非揮発性物質溶液の暴露表面層と考えることができる。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] しかし、ニ軸スクリュ押出機では、揮発性物質を含有した非揮発性物質の溶液が、スクリュ内で絶え間なく流動しており、脱揮領域でスクリュの回転によりバレルとスクリュに形成される溶液の形状および暴露表面層は、絶え間なく変化している。

[0008] この Latinenのモデル式では、溶液の流動挙動が考慮されておらず、表面更新挙動による脱揮性能を正確に予測することができない。

[0009] 本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、ニ軸スクリュ押出機での脱揮性能の予測において、適応性が高ぐより正確な脱揮性能予測を実現することのできる技体テを提供することを目白勺とする。

課題を解決するための手段

[0010] 上述した課題を解決するため、本発明の一態様に係る脱揮性能予測装置は、二軸スクリュ押出機での溶液の脱揮処理における脱揮性能予測装置であって、揮発性物質を含有する非揮発性物質の溶液を搬送するスクリュ（200)上における脱揮処理の対象となる脱揮領域（600)に存在する該溶液の流動状態に関する情報を、該スタリュ溝における前記搬送方向上流側の溝面上に存在する溶液（700)と、スクリュ（200 )とバレル（100)の隙間に存在する溶液（800)と、該スクリュ溝における前記搬送方向下流側の溝面上に存在する溶液（900)との流動状態に基づいて算出する流動状態算出手段（101)と、前記スクリュ（200)上に存在する溶液の流動状態に基づいて算出される前記流動状態に関する情報に基づいて、前記脱揮処理における脱揮性能を予測する脱揮性能予測手段（102)とを備えてなることを特徴とするものである。

[0011] また、本発明に係る脱揮性能予測方法は、ニ軸スクリュ押出機での溶液の脱揮処理における脱揮性能予測方法であって、揮発性物質を含有する非揮発性物質の溶液を搬送するスクリュ（200)上における脱揮処理の対象となる脱揮領域（600)に存在する該溶液の流動状態に関する情報を、該スクリュ溝における前記搬送方向上流側の溝面上に存在する溶液（700)と、スクリュ（200)とバレル（100)の隙間に存在する溶液（800)と、該スクリュ溝における前記搬送方向下流側の溝面上に存在する溶液（900)との流動状態に基づいて算出し、前記スクリュ（200)上に存在する溶液の流動状態に基づいて算出される前記流動状態に関する情報に基づいて、前記脱揮処理における脱揮性能を予測することを特徴とするものである。

図面の簡単な説明

[0012] [図 1]本実施の形態による脱揮性能予測装置 Mについて説明するための機能ブロック図である。

[図 2]スクリュ 1ピース当たりの流路図である。

[図 3]スクリュ軸直角断面においてバレルとスクリュに形成される揮発性物質を含有した非揮発性物質溶液の充満状態図である。

[図 4]表面更新を考慮しない場合のスクリュ溝に存在する揮発性物質を含有した非揮発性物質溶液の充満状態をスクリュフライト直角断面から模式化した図である。

[図 5]スクリュフライト直角にお!/、てバレルとスクリュ溝に形成される揮発性物質を含有した非揮発性物質溶液の充満状態の分割図である。

[図 6]スクリュ溝における揮発性物質を含有した非揮発性物質溶液の流動状態の模式図である。

[図 7]バレルとスクリュの隙間（チップ部）における揮発性物質を含有した非揮発性物質溶液の形成および流動状態の模式図である。

[図 8]実験装置の概略構成を示す図である。

[図 9]実験に使用したスクリュ形状を示す図である。

[図 10]実験結果を示す図である。

[図 11]ポリエチレンと n—へキサンの気液平衡濃度図である。 [図 12]ポリエチレンと n—へキサンの気液平衡濃度の温度依存性図である。

[図 13]実施結果力 n—へキサンの拡散速度を変化させ算出した本予測式の左項と右項の相関関係図である。

[図 14]実施結果からポリマー溶液の充満形成効率を変化させ算出した本予測式の左項と右項の相関関係図である。

[図 15]本実施の形態による脱揮性能予測装置 Mにおける処理 (脱揮性能予測方法）の流れについて説明するためのフローチャートである。

[図 16]従来のニ軸スクリュ押出機の概略構成を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

[0013] 以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。本実施の形態による脱揮性能予測装置 Mは、図 16に示した構成と同様な構成を有する二軸スクリュ押出機に対して適用されるものであるため、以下本実施の形態では、上記従来技術にて述べた部分と同様な部分については同一符号を付し、説明は割愛する。

[0014] 図 1は、本実施の形態による脱揮性能予測装置 Mについて説明するための機能ブロック図である。同図に示すように、本実施の形態による脱揮性能予測装置 Mは、流動状態算出手段 101、脱揮性能予測手段 102、 CPU801および MEMORY802を備えており、ニ軸スクリュ押出機での溶液の脱揮処理における脱揮性能予測を行なう

〇

[0015] 流動状態算出手段 101は、揮発性物質を含有する非揮発性物質の溶液を搬送するスクリュ 200上における脱揮処理の対象となる脱揮領域 600に存在する該溶液の流動状態に関する情報を、該スクリュ溝における搬送方向上流側の溝面上に存在する溶液 700と、スクリュ 200とバレル 100の隙間に存在する溶液 800と、該スクリュ溝における搬送方向下流側の溝面上に存在する溶液 900との流動状態に基づいて算出する機能を有している。

[0016] 脱揮性能予測手段 102は、スクリュ 200上に存在する溶液の流動状態に基づいて算出される流動状態に関する情報に基づいて、脱揮処理における脱揮性能を予測する機能を有して!/、る。なお、脱揮性能予測手段 102における脱揮性能の予測方法の詳細については後述する。 [0017] CPU801は、脱揮性能予測装置 Mにおける各種処理を行なう役割を有しており、また MEMORY802に格納されているプログラムを実行することにより種々の機能を実現する役割も有している。 MEMORY802は、例えば ROMや RAM等から構成されており、脱揮性能予測装置 Mにおいて利用される種々の情報やプログラムを格納する役割を有している。

[0018] 脱揮領域において、揮発性物質を含有した非揮発性物質溶液は、スクリュ溝を非充満状態で流動してレ、る。揮発性物質を含有した非揮発性物質溶液のフライトに沿つた流路長さは、図 2に示すように完全に嚙合った二軸スクリュのスクリュ 1ピース当たりの流路 Lを次式から求め、図 16に示す脱揮領域を構成しているスクリュのポリマー

1

流路を総括したものである。

L =(3/4 + 2B)C/n · · · (2)

1

B = (90- cos^_1(W/D))/360 · · · (3)

ここで、 ηはスクリュフライト条数、 Dはシリンダ内径 (m)、 Wは 2軸の軸間距離 (m)、 Hはスクリュ溝深さ (m)、 Θはスクリュフライトの螺旋角度 (deg.)である。

[0019] スクリュ軸に直角な断面にて溶液の流動状態を考えると、 2条フライトスクリュの場合

、図 3に示すように、溶液は 3箇所に分割され流動していることになる。

[0020] 図 4は、表面更新を考慮しない場合のスクリュ溝に存在する揮発性物質を含有した非揮発性物質溶液の充満状態をスクリュフライトに直交する断面から模式化したものである。スクリュ溝に存在する揮発性物質を含有した非揮発性物質の溶液の充満状態は、スクリュ溝に存在する流動形態の違う以下の 3つの形状から形成されて!/、る。

(1)スクリュ溝における搬送方向上流側の溝面 (溶液が充満している部分）上に存在する溶液の形状

(2)スクリュとバレルの隙間（チップ部）に形成される薄膜形状

(3)スクリュ溝における溶液が充満して!/、な!/ヽ部分に形成される薄膜形状

[0021] これら 3つの形状を図 5のように分割して、それぞれの表面更新効率を考慮した次式にすることにより、脱揮性能予測手段 102は、暴露表面積をより明確化した脱揮性能を予測することができる。 Ln(C -C )/(C -C ) = ( (2n- l) p S L(DdN)^1/2 + β Κ p S L (DdN)^1/2 + γ p S L(DdN

0 * L * 1 1 2 2 2 3 3

)^1/2)/Q · ' · ( 5)

ここで、 Lを脱揮領域 (600)における揮発性物質を含有する非揮発性物質 (ポリマ一やゴムなどの溶液)溶液の流路長さ (m)、 Lを脱揮領域のスクリュ軸方向における長さ、 Cを脱揮領域入口における揮発性物質濃度 (ppm)、 Cを脱揮が行なわれる圧力

0

温度条件下の揮発性物質と非揮発性物質の気液平衡濃度 (ppm)、 Cを脱揮後の揮し

発性物質濃度 (ppm)、 Kを脱揮領域で滞留する時間内に表面更新流で形成される暴

1

露表面の長さと表面更新を考慮しない形状における暴露表面長さとの比率 (表面更新効率 1)、 Kをバレル（100)とスクリュ（200)の隙間の平均流速により暴露表面が更新される時間と脱揮領域で滞留する時間との比率 (表面更新効率 2)、 Kをスクリュ

3 嚙合部における周速により暴露表面が更新される時間と脱揮領域で滞留する時間との比率 (表面更新効率 3)、 pを揮発性物質を含有する非揮発性物質の溶液密度 (kg /m³)、 Sをスクリュ溝に充満している揮発性物質を含有する非揮発性物質溶液の充

1

満率を考慮し且つ表面更新を考慮しない形状における暴露表面長さ (m)、 Sをバレル内表面長さ (m)、 Sをスクリュ溝における溶液が充満していない部分の長さ (m)、 Ddを

3

揮発性物質を含有した非揮発性物質の溶液中における揮発性物質の拡散係数 (m²/ s)、 Nをスクリュ回転速度 (s— 、 nをスクリュフライト条数、 βをバレル（100)とスクリュ（2 00)の隙間（チップ部）に形成される溶液の薄膜の形成効率、 _Ίをスクリュ溝における溶液が充満して!/、な!/、部分に形成される溶液の薄膜の形成効率、 Qを全体処理量 (k g/s)とする。

[0022] 図 4に示す流動形態の違う 3つの形状を、図 5のように分割して考える。

[0023] ( 1 )スクリュ溝における搬送方向上流側の溝面上に存在する溶液の形状

スクリュ溝内の揮発性物質を含有した非揮発性物質溶液の流動状態を図 6に示すように単純化した場合、スクリュの回転速度に伴いスクリュのフライトに沿って流れる速度と、スクリュフライトに垂直に流れる速度に分割される。そして、スクリュフライトに沿つて流れる速度が推進流速 F(m/s)とし、揮発性物質を含有した非揮発性物質溶液の脱揮領域における滞留時間を決める。

一方、垂直に流れる速度を表面更新流速 E(m/s)と考え、脱揮領域を滞留する時間内に表面更新流で形成される暴露表面の長さを導出する。この長さとスクリュ溝に充満している溶液の充満率を考慮し、表面更新を考慮しない形状における暴露表面長さ S (m)との比率を表面更新効率 Kとし次式とする。

1 1

=(EL/F)/S ···½)

1 1

E=wDNsin6/2 · · · (7)

F= DNCOS 6 /2 · · · (8)

ここで、 Lは脱揮領域の揮発性物質を含有した非揮発性物質溶液の流路長さ (m)、 Dはシリンダ内径 (m)、 Nはスクリュ回転速度 (s— 、 Θはスクリュフライトの螺旋角度 (deg. )でめる。

[0024] (2)スクリュとバレルの隙間に存在する溶液の形状

スクリュ 200とバレル 100の隙間に存在する溶液 800の薄膜は、図 7に示すように、スクリュフライトのチップ部における平均周速度 G(m/s)に影響を受け、チップ部の平均流速によりポリマー溶液の薄膜は更新される。チップ部の平均流速で更新する時間と脱揮領域を滞留する時間の比率を表面更新効率 Kとし次式とする。

=(L/F)/(S /2G) ·'·(9)

S = 2 π D(360 2cos^_1(W/D))/360 ··· (10)

G = nwDN/2 ··· (11)

ここで、 Lは脱揮領域の揮発性物質を含有した非揮発性物質溶液の流路長さ (m)、 Fはスクリュフライトに沿って流れる溶液の推進流速 (m )、 Sはバレル内表面長さ (m) 、 Dはシリンダ内径 (m)、 Wは 2軸の軸間距離 (m)、 nはスクリュフライト条数、 Nはスクリュ回転速度 (s— である。

[0025] (3)スクリュ溝における搬送方向下流側の溝面上に存在する溶液の形状

スクリュの溝底に形成した薄膜もスクリュフライトの周速度の影響を受けニ軸スクリュの嚙合レ、部分で更新される。スクリュ嚙合!/、部の周速 I(m/s)で更新する時間と脱揮領域を滞留する時間の比率を表面更新効率 Kとし次式とする。

3

=(L/F)/(S /1) ---(12)

ここで、 Lは脱揮領域の揮発性物質を含有した非揮発性物質溶液の流路長さ (m)、 Fはスクリュフライトに沿って流れる推進流速 (m/s), Sはスクリュ溝底部の揮発性物質を含有した非揮発性物質溶液の非充満部の総括長さ (m)、 nはスクリュフライト条数、 D はシリンダ内径 (m)、 Nはスクリュ回転速度 (s— である。

[0026] 実験装置を図 8に示す。揮発性物質を含む実験用模擬材を調合するためにメルタ一用押出機を上段に設置し、下段に脱揮実験のための脱揮用ニ軸スクリュ押出機を配置した。メルタ一用押出機では、ポリマーペレットを定量供給フィーダ一 170で供給後に溶融し、揮発性物質となる溶媒をプランジャーポンプ 180で定量供給後、十分に溶解分散させる。このように調合されたポリマー溶液を脱揮用押出機 160に供糸 pし/し。

[0027] 脱揮用二軸押出機 160は、（株）日本製鋼所製、嚙合い型同方向回転式二軸スクリュ押出機 (ΤΕΧ65 α Π)で、ベント口は 1箇所設置されている。図 9に実験に使用したスクリュ

形状を示す。脱揮領域の長さが L/Dで約 10.5の No.1スクリュと、約 14の Νο·2スクリュの 2つの形状にて比較検討を実施した。両スクリュ形状とも脱揮領域は 2条フライトで構成されている。

[0028] 実験原料として、ポリマーは低密度ポリエチレン (LDPE : MI = 2/ペレット形状）、揮発性物質に n—へキサンを使用し、ポリマー溶液中の n—へキサン濃度が 0.3 wt%、ポリマー溶液温度が 190 °Cになるようメルタ一押出機 150で調合し脱揮用二軸スクリュ押出機 160に供給した。ポリマー溶液温度は、メルタ一用押出機と脱揮用二軸スクリュ押出機を繋ぐポリマー配管に設置している熱電対式の樹脂温度計 2000で測定した。

[0029] 脱揮条件は、処理量 Qを 150, 250 kg/hに変化させる 2水準、処理量 150 kg/hの場合 Q/Nを 0.75, 1.00, 1.50に変化させる 3水準、処理量 250 kg/hの場合 Q/Nを 1.00, 1 .50に変化させる 2水準とし合計 5水準とした。バレル温度は全体的に 200 °Cに保温し、真空度は 4 X 10— ³ MPaに制御した。脱揮用押出機先端に配備したダイヤフラム式圧力計 220で押出機から押出されるポリマー溶液の圧力測定を実施し、また、押出機力、ら吐出されたポリマー溶液の温度を、熱電対式のハンディータイプの温度計で測定した。吐出したポリマー溶液をサンプリングし、ガスクロマトグラフ法により揮発性物質の濃度を測定した。

[0030] 実験結果を図 10に示す。図 10の実験結果から本予測式の適応性を確認した。

Ln(C -C )/(C -C ) = ( (2η— 1) ρ S L(DdN)^1/2+ /3 S L (DdN)^1/2+ γ S L(DdN

0 * L * 1 1 2 2 2 3 3

)^1/2)/Q · ' · (5)

[0031] まず、本予測式の左項について、 Cとじは実験結果から分かる。 Cについて、ポリ

0

エチレンと η—へキサンのヘンリー定数 H(MPa)から次式より図 11に示す平衡濃度図を求め、さらに，真空度 4 X 10— ³ MPa時のポリマー溶液温度に対する平衡濃度を算出し、図 12にまとめた。

C =P/H （14)

ここで， Pは脱揮領域での真空度 (MPa)である。

[0032] また、輸送中のポリマーの昇温は僅かであるため、脱揮領域におけるポリマー溶液温度は吐出樹脂温度と同等と仮定し、各条件における平衡濃度を求めた。

[0033] 次に、本予測式の右項につ!/、て、脱揮領域を形成してレ、るスクリュ構成から非充満部となる各スクリュのポリマー流路を求め総括し、脱揮領域のポリマー溶液流路長さ L とした。一方、 Lについては、バレル 100とスクリュ 200の隙間に形成されたポリマー溶液形状なので、スクリュ 200のポリマー溶液流路に起因するものではないため，脱揮領域のスクリュ軸方向における長さとした。

[0034] 揮発性物質が少な!/、ためポリマー溶液の密度 ρは、ポリエチレンの溶融密度 750kg /m を使用した。

[0035] ポリマー溶液の粘度差による薄膜形成状態を考えると、一般に，ポリマー溶液の粘度が低い場合、バレルとスクリュの隙間、およびスクリュ間の隙間に完全にポリマー溶液の薄膜が形成されていることが予測される。しかし、粘度が高い場合、バレルとスクリュの隙間、およびスクリュ間の隙間にどの程度ポリマー溶液の薄膜が形成されるか明確ではない。そこで、以下の 2つ手法により本予測式の評価を行なった。

[0036] (a)バレルとスクリュの隙間，およびスクリュ間の隙間に完全に薄膜が形成される場合

(ポリマー溶液の粘度が低く，充満効率 /3 , γが 1となる場合）

ポリマーからの揮発性物質の拡散係数は、一般的に 10— ⁸ 10— ¹² m²/sと考えられているため、揮発性物質の拡散係数 Ddを 1 X 10— ⁸, 5 X 10— ⁹, 1 X 10— ⁹ m²/sとし、実験結果を本予測式により計算し、本予測式の左項と右項の関係を図 13に示した。

[0037] 図 13から、揮発性物質の拡散係数 Ddの違いにより、左項と右項の値には差が出ているが、比例関係にあることが分かる。

[0038] また、揮発性物質の拡散係数 Ddが 1 X 10— ⁹ m²/sの場合、左項と右項の値がほぼ一致する結果となった。

[0039] 粘度が低い n へキサンポリエチレン系では、拡散係数 Ddを 1 X 10— ⁹ m²/sとすることが妥当であることが判明した。

[0040] (b)バレルとスクリュの隙間，およびスクリュ間の隙間に部分的に薄膜が形成される場合 (ポリマー溶液粘度が高く，充満効率 /3 , γが変化する場合）

上記（a)で求めた粘度が低い η へキサンポリエチレン系の拡散係数 Ddを 1 X 10 — ⁹ m²/sを使用すると、充満効率を低下させることで本予測式の左項と右項の値がかけ離れることは明確である。そこで，拡散係数 Ddを一般的な拡散係数の上限値 I X 10— ⁸ m²/sとし，ポリマー溶液充満効率 /3を 0.1 , 0.5, 1として、本予測式の左項と右項の関係を図 14に示した。

[0041] 図 14から、ポリマー溶融充満効率 β力以上では、左項と右項の値の差は大きく、ポリマー溶液充満効率 /3力 1〜0.5であれば比較的左項と右項の値が一致する結果となった。

[0042] このことは，粘度が高い場合，薄膜形成状態が実際には 5割以下であることを示唆している。

[0043] これら結果より、本予測式は、ポリマーからの揮発性物質の拡散係数やポリマー溶液の粘度による充満効率を考慮すれば適応性が高いものと考えられる。

[0044] 続!/、て、脱揮性能予測手段 102における脱揮性能の予測方法の詳細につ!/、て説明する。

[0045] 本実施の形態による脱揮性能予測装置 Mにおける脱揮性能予測手段 102での脱揮性能の予測とは、脱揮能力の予測 (すなわち、脱揮後の非揮発性物質溶液に残存する揮発性物質の濃度 Cの予測）に相当するものである。

し

[0046] 具体的に、脱揮性能予測手段 102では、以下の（a)〜（e)の因子、

(a)揮発性物質，非揮発性物質、揮発性物質を含有した非揮発性物質溶液の特性因子： C , C , Dd, p

0

(b)スクリュおよびバレルの形状因子： L, L , n

(c)ニ軸スクリュ押出機における運転条件: N, Q

(d)上記（b)および（c)における合同因子： Κ , Κ , K

1 2 3

(e)上記（a) （c)における合同因子（すなわち、運転条件におけるスクリュとバレルの間に形成される原料溶液の形成状態および流動状態）： S , S , S , /3 , γ

1 2 3

を式（5)に対して、「原料の入口条件」，「原料特性」，「スクリュ形状 (寸法）」，「バレル構成 (寸法） Jおよび「運転条件」として代入することにより、脱揮後の揮発性物質濃度 C (出口条件）（二軸スクリュ押出機での脱揮処理における脱揮性能に相当）を予測する。

[0047] 図 15は、本実施の形態による脱揮性能予測装置 Mにおける処理 (脱揮性能予測方法）の流れについて説明するためのフローチャートである。

[0048] 流動状態算出部 101は、揮発性物質を含有する非揮発性物質の溶液を搬送するスクリュ 200上における脱揮処理の対象となる脱揮領域 600に存在する該溶液の流動状態に関する情報を、該スクリュ溝における搬送方向上流側の溝面上に存在する溶液 700と、スクリュ 200とバレル 100の隙間に存在する溶液 800と、該スクリュ溝における搬送方向下流側の溝面上に存在する溶液 900との流動状態に基づいて算出する (流動状態算出ステップ）（S101

[0049] 脱揮性能予測手段 102は、スクリュ 200上に存在する溶液の流動状態に基づいて算出される流動状態に関する情報に基づいて、脱揮処理における脱揮性能を予測する (脱揮性能予測ステップ）（S102

[0050] なお、具体的には、 Lを脱揮領域（600)における揮発性物質を含有する非揮発性物質溶液の流路長さ、 Lを脱揮領域のスクリュ軸方向における長さ、 Cを脱揮領域入

2 0

口における揮発性物質濃度、 Cを脱揮が行なわれる圧力温度条件下の揮発性物質と非揮発性物質の気液平衡濃度、 Cを脱揮後の揮発性物質濃度、 Kを脱揮領域で

1

滞留する時間内に表面更新流で形成される暴露表面の長さと表面更新を考慮しない形状における暴露表面長さとの比率、 Kをバレル（100)とスクリュ（200)の隙間の平均流速により暴露表面が更新される時間と脱揮領域で滞留する時間との比率、 K をスクリュ嚙合部における周速により暴露表面が更新される時間と脱揮領域で滞留する時間との比率、 pを揮発性物質を含有する非揮発性物質の溶液密度、 Sをスク

1 リュ溝に充満している揮発性物質を含有する非揮発性物質溶液の充満率を考慮し且つ表面更新を考慮しない形状における暴露表面長さ、 sをバレル内表面長さ、

2 s 3 をスクリュ溝における溶液が充満してレ、なレ、部分の総括長さ、 Ddを揮発性物質を含有した非揮発性物質の溶液中における揮発性物質の拡散係数、 Nをスクリュ回転速度、 nをスクリュフライト条数、 /3をバレル（100)とスクリュ（200)の隙間に形成される溶液の薄膜の形成効率、 Ίをスクリュ溝における溶液が充満してレ、なレ、部分に形成される溶液の薄膜の形成効率、 Qを全体処理量とするとき、

Ln(C -C )/(C -C ) = ( (2η— 1) ρ S L(DdN)^1/2+ /3 S L (DdN)^1/2+ γ S L(DdN

0 * L * 1 1 2 2 2 3 3

)^1/2)/Q · ' · (5)

に基づ!/、て、脱揮処理における脱揮性能を予測する。

[0051] なお、ここでのスクリュ溝における搬送方向上流側の溝面上に存在する溶液 700の流動状態、スクリュ 200とバレル 100の隙間に存在する溶液 800の流動状態、スクリュ溝における搬送方向下流側の溝面上に存在する溶液 900の流動状態については

、上述の式 ½)〜式（13)と同様の式を用いて算出する。

[0052] 上述の脱揮性能予測装置 Μでの処理における各ステップは、 MEMORY802に格納されている脱揮性能予測プログラムを CPU801に実行させることにより実現されるものである。

[0053] このように、本実施の形態によれば、 Latinenのモデル式を活用したスクリュ式押出機の脱揮性能予測における課題を解決するために、揮発性物質を含有した非揮発性物質溶液が輸送スクリュにより非充満状態で輸送されているとき、バレルとスクリュに形成される揮発性物質を含有した非揮発性物質溶液の流動挙動を考慮し、単位時間あたりのバレルとスクリュ溝に存在する溶液の充満形成状態を、スクリュフライト直角断面で流動形態の違う 3つの形状に分類した新しいモデルを構築し、それぞれの流動形態を検討し新しく表面更新効率を導入した、より適応性の高い脱揮性能予測方法を提供することができる。

[0054] 本発明を特定の態様により詳細に説明した力 S、本発明の精神および範囲を逸脱しないかぎり、様々な変更および改質がなされ得ることは、当業者には自明であろう。産業上の利用可能性

以上に詳述したように本発明によれば、ニ軸スクリュ押出機での脱揮性能の予測において、適応性が高ぐより正確な脱揮性能予測を実現することのできる技術を提供すること力 S可倉となる。

Claims

請求の範囲

[1] ニ軸スクリュ押出機での溶液の脱揮処理における脱揮性能予測装置であって、揮発性物質を含有する非揮発性物質の溶液を搬送するスクリュ（200)上における脱揮処理の対象となる脱揮領域（600)に存在する該溶液の流動状態に関する情報を、該スクリュ溝における前記搬送方向上流側の溝面上に存在する溶液（700)と、スクリュ（200)とバレル（100)の隙間に存在する溶液（800)と、該スクリュ溝における前記搬送方向下流側の溝面上に存在する溶液（900)との流動状態に基づいて算出する流動状態算出手段（101)と、

前記スクリュ（200)上に存在する溶液の流動状態に基づいて算出される前記流動状態に関する情報に基づいて、前記脱揮処理における脱揮性能を予測する脱揮性能予測手段（102)と

を備えてなる脱揮性能予測装置。

[2] 請求項 1に記載の脱揮性能予測装置にお!/、て、

前記脱揮性能予測手段（102)は、

Lを脱揮領域 (600)における揮発性物質を含有する非揮発性物質溶液の流路長さ、 Lを脱揮領域のスクリュ軸方向における長さ、 Cを脱揮領域入口における揮発性

2 0

物質濃度、 cを脱揮が行なわれる圧力温度条件下の揮発性物質と非揮発性物質の気液平衡濃度、 Cを脱揮後の揮発性物質濃度、 Kを脱揮領域で滞留する時間内に

1

表面更新流で形成される暴露表面の長さと表面更新を考慮しない形状における暴露表面長さとの比率、をバレル（100)とスクリュ（200)の隙間の平均流速により暴露表面が更新される時間と脱揮領域で滞留する時間との比率、をスクリュ嚙合部に

3

おける周速により暴露表面が更新される時間と脱揮領域で滞留する時間との比率、 Pを揮発性物質を含有する非揮発性物質の溶液密度、 Sをスクリュ溝に充満してい

1

る揮発性物質を含有する非揮発性物質溶液の充満率を考慮し且つ表面更新を考慮しない形状における暴露表面長さ、 sをバレル内表面長さ、

2 sをスクリュ溝における前

3

記溶液が充満して!/、な!/、部分の総括長さ、 Ddを揮発性物質を含有した非揮発性物質の溶液中における揮発性物質の拡散係数、 Nをスクリュ回転速度、 nをスクリュフライト条数、 0をバレル（100)とスクリュ（200)の隙間に形成される溶液の薄膜の形成効率、 Ίをスクリュ溝における前記溶液が充満していない部分に形成される溶液の薄膜の形成効率、 Qを全体処理量とするとき、

Ln(C -C )/(C -C ) = ( (2η— 1) ρ S L(DdN)^1/2+ /3 S L (DdN)^1/2+ γ S L(DdN

0 * L * 1 1 2 2 2 3 3

)^1/2)/Q

に基づ!/、て、前記脱揮処理における脱揮性能を予測する脱揮性能予測装置。

[3] 請求項 2に記載の脱揮性能予測装置にお!/、て、

前記流動状態算出手段（101)は、

Fをスクリュフライトに沿って流れる前記溶液の推進流速、 Eを表面更新流の流速、 Θをスクリュフライトの螺旋角度とするとき、

該スクリュ溝における前記搬送方向上流側の溝面上に存在する溶液（700)の流動状態を、

=(EL/F)/S

F= π ΟΝ( )3 θ /2

に基づいて算出する脱揮性能予測装置。

[4] 請求項 2に記載の脱揮性能予測装置にお!/、て、

前記流動状態算出手段（101)は、

Fをスクリュフライトに沿って流れる前記溶液の推進流速、 Gをスクリュチップ部の平均周速度、 Wを 2軸の軸間距離とするとき、

スクリュ（200)とバレル（100)の隙間に存在する溶液（800)の流動状態を、

=(L/F)/(S /2G)

S =2 π D(360-2cos^_1(W/D))/360

0 = η π ΟΝ/2

に基づいて算出する脱揮性能予測装置。

[5] 請求項 2に記載の脱揮性能予測装置にお!/、て、

前記流動状態算出手段（101)は、

Fをフライトに沿って流れる推進流速、 Iをスクリュ嚙合い部の周速とするとき、前記スクリュ溝における前記搬送方向下流側の溝面上に存在する溶液（900)の流動状態を、

=(L/F)/(S /I)

3 に基づいて算出する脱揮性能予測装置。

[6] ニ軸スクリュ押出機での溶液の脱揮処理における脱揮性能予測方法であって、揮発性物質を含有する非揮発性物質の溶液を搬送するスクリュ（200)上における脱揮処理の対象となる脱揮領域（600)に存在する該溶液の流動状態に関する情報を、該スクリュ溝における前記搬送方向上流側の溝面上に存在する溶液（700)と、スクリュ（200)とバレル（100)の隙間に存在する溶液（800)と、該スクリュ溝における前記搬送方向下流側の溝面上に存在する溶液（900)との流動状態に基づいて算出し前記スクリュ（200)上に存在する溶液の流動状態に基づいて算出される前記流動状態に関する情報に基づいて、前記脱揮処理における脱揮性能を予測する脱揮性能予測方法。

[7] 請求項 6に記載の脱揮性能予測方法にお!/、て、

2 0

物質濃度、 cを脱揮が行なわれる圧力温度条件下の揮発性物質と非揮発性物質の気液平衡濃度、 Cを脱揮後の揮発性物質濃度、 Κを脱揮領域で滞留する時間内に

1

3

おける周速により暴露表面が更新される時間と脱揮領域で滞留する時間との比率、 Ρを揮発性物質を含有する非揮発性物質の溶液密度、 Sをスクリュ溝に充満してい

1

る揮発性物質を含有する非揮発性物質溶液の充満率を考慮し且つ表面更新を考慮しない形状における暴露表面長さ、 sをバレル内表面長さ、 sをスクリュ溝における前

2 3

記溶液が充満して!/、な!/、部分の総括長さ、 Ddを揮発性物質を含有した非揮発性物質の溶液中における揮発性物質の拡散係数、 Nをスクリュ回転速度、 nをスクリュフライト条数、 /3をバレル（100)とスクリュ（200)の隙間に形成される溶液の薄膜の形成効率、 Ίをスクリュ溝における前記溶液が充満していない部分に形成される溶液の薄膜の形成効率、 Qを全体処理量とするとき、

Ln(C -C )/(C -C ) = ( (2η— 1) ρ S L(DdN)^1/2+ /3 S L (DdN)^1/2+ γ S L(DdN

0 * L * 1 1 2 2 2 3 3

)^1/2)/Q

に基づ!/、て、前記脱揮処理における脱揮性能を予測する脱揮性能予測方法。

[8] 請求項 7に記載の脱揮性能予測方法にお!/、て、

=(EL/F)/S

F= π ΟΝ( )3 θ /2

に基づいて算出する脱揮性能予測方法。

[9] 請求項 7に記載の脱揮性能予測方法にお!/、て、

=(L/F)/(S /2G)

S =2 π D(360-2cos^_1(W/D))/360

0 = η π ΟΝ/2

に基づいて算出する脱揮性能予測方法。

[10] 請求項 7に記載の脱揮性能予測方法にお!/、て、

=(L/F)/(S /1) に基づいて算出する脱揮性能予測方法。