The modular self-wiping co-rotating twin screw extruder (SWCOR) has become the most important of twin screw machines. Screw design is one of the most important factors in determining performance of screw extruder. The screw flight and screw channel geometry of SWCOR is determined by the screw diameter, centerline distance, helix angle, and flights number. The maximum allowable throughput rate on a twin screw extruder is determined by a combination of free volume and available specific torque. In this paper we designed geometrical parameters of extruder screw and presented optimal specific torque value in K=1.55, and then developed screw design program for the screw cutting by the use of JAVA API in the twin screw extruder.
밀기울의 물리화학적 변형을 유도하기 위하여 3가지 형태의 스크류 조합을 달리한 이축 압출성형 가공시 수반되는 시스템 변수(압출온도, 압출압력, 기계적에너지 소모율, 평균 체류시간)의 변화를 분석하였다. 스크류는 reverse screw element(RSE)를 바렐의 중앙부에 3, 4 및 5개를 조합한 형태를 사용하여 스크류의 회전속도 $280{\sim}380\;rpm$, 원료의 공급속도 $22{\sim}38\;kg/hr$, 원료의 수분함량 $17{\sim}33%$ 범위에서 압출성형을 실시하였다. 압출온도는 RSE의 갯수가 증가할수록 상승하였고, 원료의 공급량과 수분함량이 증가할수록 감소하였다. 압출압력은 원료의 충진율이 감소하면 낮아졌으며, RSE가 많을수록 압출온도가 상승함으로서 용융물질의 점도가 떨어져 압력이 감소하였다. 또 원료의 공급량이 증가하고 원료의 수분함량이 낮을수록 압출압력이 감소하였다. 기계적에너지 소모율(specific mechanical energy; SME)은 원료의 공급량과 수분함량이 증가할수록 감소하였으며, RSE의 갯수를 3개에서 5개로 조합하여 사용함에 따라서 SME가 증가하였다. 평균체류시간(RT)은 RSE를 4개 조합한 경우가 가장 길었고, die hole의 크기가 작을수록 RT도 증가하였다. 원료의 공급량이 증가함에 따라서 RT는 감소하였으며, 원료의 수분함량이 증가될수록 RSE가 3개인 경우에는 RT가 증가하였고 4개 및 5개인 경우는 감소하였다.
The aim of this study is to explore the possibility of incorporating supercritical carbon dioxide ($scCO_2$) into twin screw extrusion process for the production of polypropylene-clay nanocomposite (PPCN). The $CO_2$ is used as a reversible plasticizer which is expected to rapidly transport polymeric chains into the galleries of clay layers in its supercritical condition inside the extruder barrel and to expand the gallery spacings in its sub-critical state upon emerging from die. The structure and properties of the resulting PPCNs are characterized using wide-angle X-ray diffraction (WAXD), transmission electron microscopy (TEM), rheometry, thermogravimetry and mechanical testing. In the processing of the PPCNs with $scCO_2$, optimum $scCO_2$ concentration and screw speed which maximized the degree of intercalation of clay layers were observed. The WAXD result reveals that the PP/PP-g-MA/clay system treated with $scCO_2$ has more exfoliated structure than that without $scCO_2$ treatment, which is supported by TEM result. $scCO_2$ processing enhanced the thermal stability of PPCN hybrids. From the measurement of linear viscoelastic property, a solid-like behavior at low frequency was observed for the PPCNs with high concentration of PP-g-MA. The use of $scCO_2$ generally increased Young's modulus and tensile strength of PPCN hybrids.
The extrusion-cooking condition on Cordyceps pruinosa was designed using twin-screw extruder. Response surface methodology (RSM) was used to investigate extrusion-cooking using a central composition design with varying die temperature $(114-146^{\circ}C)$, feed moisture $(22-38\%)$, feed rate (4-14 ka/h) and screw speed (120-280 rpm). System parameters (die pressure and specific mechanical energy (SME)) and extrudate parameters (density and water solubility index (WSI)) were statically analyzed using RSH. Die pressure was significantly affected by temperature, moisture contents and feed rate. SM was affected by screw speed and feed rate. When die temperature is $130^{\circ}C$ and moisture content $25\%$, the optimum pressure is shown. SME is about 20 Wh/kg, when feed rate is $10\~12kg/min$ and screw speed $200\~250rpm$. WSI was affected by temperature and moisture contents. Density was not affected by any factor. WSI increases by $7\%$ from about $23\%$ to about $30\%$, as temperature is raised from $120^{\circ}C\;to\;140^{\circ}C$. The WSI of Cordyceps pruinosa pulverized after extruding (PE) is about $26.97\%$ higher than that of raw material and $10\%$ higher than that of pulverized after drying (PD). The content of unsaturated fatty acid were not significantly different in PD and PE. Anti-oxidative activity of PE was 1.67-2.2 times higher than that of PD in Cordyceps pruinosa using 1- dipheny1-2-picrylhydrazyl method (DPPH).
We analyzed the non-Newtonian and non-isothermal flow with Carreau-Yasuda viscosity model in co-rotating and counter-rotating twin screw extruder systems. The mixing performances with respect to the screw speed, the screw pitch, and the rotating direction have been investigated. The dynamics of mixing was studied numerically by tracking the motions of particles. The extent of mixing was characterized in terms of the deformation rate, the residence time distribution, and the average strain. The results showed that the high screw speed decreases the residence time but increases the deformation rate. Small screw pitch increases the residence time. It is concluded that the high screw speed increases the dispersive mixing performance, while the small screw pitch increases the distributive mixing performance. Co-rotating screw extruder has the better conveying performance and the distributive mixing performance than counter-rotating screw extruder with the same screw speed and pitch. Co-rotating screw extruder developed faster transport velocity and it is advantageous the flow characteristics to the mixing that transfers polymer melt from one barrel to the other barrel.
옥수수에 5 $\mu$g/g의 FB$_1$을 인위적으로 첨가한 후 co-rotating mixing twin screw extruder를 사용하여 140, 160, 및 18$0^{\circ}C$에서 각각 screw speed를 80, 100 및 120rpm으로 조정하여 extrusion 처리하였다. Extrusion 처리에 의한 FB$_1$ 감소율은 약 41~45% 수준이었으며, 처리 조건에 따른 차이는 없었다. Glucose, fructose 및 sucrose를 각각 첨가한 옥수수를 14$0^{\circ}C$, 120 rpm에서 extrusion 처리하였을 때 glucose를 첨가한 옥수수에서의 FB$_1$ 감소율이 증가하였다. Glucose 함량의 증가에 따라 FB$_1$의 감소율도 증가하였으며, glucose가 2.5%, 5% 및 7.5% 존재할 때 extrusion 처리 옥수수에 잔존하는 FB$_1$은 각각 51%, 34% 및 19%수준이었다.
The objective of this experiment was to investigate the effect of extrusion of ginseng roots in twin screw extruder on susceptibility of ginseng starch toward hydrolysis by ${\alpha}-amylase$ BAN 480L (Novozyme, Denmark) and cellulase Celluclast 150L and saccharification by amyloglucosidase AMG-E (Novozyme, Denmark). The extrusion was conducted at 22% and 30% moisture contents of feed at screw speed 300 rpm. Barrel temperature at zone 1 was adjusted at $100^{\circ}C$ and $120^{\circ}C$. The results showed that extrusion process improved the ginseng ${\alpha}-amylase$ susceptibility as compared to traditionally dried ginseng (white and red ginseng). Reducing sugar of hydrolyzed extruded samples was 2,500% of its initial concentration, whereas the reducing sugar of hydrolyzed non-extruded sample was only 200% of its initial concentration. However, addition of cellulase during liquefaction lowered the saccharification yield of both non-extruded and extruded samples as well.
This research was conducted to determine a preliminary design parameters for the development of twin screw extruder using Booy's screw design method, and to analyze a extrusion process using Janssen's mathematical flow model. In processing process, the experimental mass flow rates of com flour and wheat flour were almost the same as theoretical values corrected by correction factors of 0.95 and 0.6 respectively. It was appeared that the mathematical model would be suitable to predict the conveying capacity.
Laboratary scale co-rotating twin-screw extruder(D=4mm, L/P=14)를 이용하여 쌀을 압출성형시켜 팽화 쌀 스넥으로 사용할 수 있는 extrudate를 제조하려고 시도하였다. 찹쌀가루를 원료로 하여 extrusion cooker의 screw speed를 200-360rpm으로 증가시키면, extrudate의 air cells 조직이 균일하게 개선되었으며, 원료의 수분함량은 적어도 17.5% 이하로 유지하는 것이 조직에 좋은 영향을 주었다. 찹쌀과 멥쌀의 powder와 grits를 원료로 사용했을 경우, extrudate의 객관적 및 관능적 텍스쳐는 powder가 grits보다 우수하였으며, 찹쌀과 멥쌀간의 차이는 현저하지 않았다. 그리고 extrudate를 기름에 튀기면 텍스쳐가 향상됨을 볼 수 있었다.
15% 비율로 가수한 corn grit 원료를 reverse element 수를 달리한 스크류 조합을 사용한 실험실용 동방향 회전 이축 압출성형기로 extrusion cooking할 때, 각 스크류 조합에서 원료 투입량($30{\sim}60\;kg/hr$), 스크류 회전속도($200{\sim}400\;rpm$) 및 die hole 수($2{\sim}4$개) 등의 process parameters 변화에 대한 system parameters(압출온도 및 압력, 기계적 에너지 소모율 및 평균체류시간)의 변화 양상을 다중회기분산 분석을 통하여 분석하였다. 원료 투입량이 증가할 수록, 압출온도, 기계적 에너지 소모율 및 평균체류시간이 감소하는 경향을 보인 반면에 알출압력은 증가하였다. 그리고, 스크류 회전속도가 증가할 수록, 압출온도, 기계적 에너지 소모율 및 압출압력이 증가하는 경향을 보였으나, 평균체류시간은 감소하였다. 그러나 die hole 수가 증가할 수록, 측정한 4가지 system parameters는 모두 감소하는 경향을 나타내었다. 이러한 경향은 reverse element의 수를 증가시킨 스크류 조합을 사용한 경우에 더욱 뚜렸이 나타나는 결과를 보여 주었다. 이상의 결과를 각 스크류 조합에서 각각의 system parameters와 process parameters를 독립변수로 하는 함수식으로 나타낼 수 있었고, 이 때 각 함수식의 상관관계는 0.90 이상 이었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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