BG61849B1

BG61849B1 - Предачно устройство

Info

Publication number: BG61849B1
Application number: BG100793A
Authority: BG
Inventors: Franz Schwenninger; Friedrich Ecker; Wilhelm Feilmair; Christoph Schrempf; Heinrich Firgo
Original assignee: Lenzing Ag
Priority date: 1994-12-22
Filing date: 1996-08-20
Publication date: 1998-07-31
Also published as: KR100430918B1; ATA902195A; CA2183627C; NO963481L; DE59502340D1; MY115450A; ZA9510655B; BR9506858A; ATE178665T1; EP0887444A1; RO114811B1; AU703733B2; PL181190B1; CN1146218A; UY24131A1; EP0832995A3; NO963480L; TR199501659A3; DE19581487D2; FI963270A

Description

Област на техниката

Изобретението се отнася до предачно устройство за провеждане на аминоксидния процес съгласно сухия/мокрия метод с предачна дюза, която има отвори за екструдиране на елементарни влакна, резервоар с течност за утаителна баня, групиращ елемент, предвиден в утаяващата баня за групиране на екструдираните елементарни влакна и въздушен процеп, който е дефиниран като разстояние между предачната дюза и повърхността на течността на утаителната баня.

Техниката на сухия/мокрия метод за формоване се състои най-общо в това, че предилната маса се екструдира през формовъчен инструмент, например предачна дюза, в среда, която не утаява предилната маса, например въздух или инертен газ, при което в случай на използване на предачна дюза се образуват елементарни влакна, които се ориентират в тази среда и след това се вкарват в утаителна течност, в която елементарните влакна коагулират.

Предшестващо състояние на техниката

Под аминоксиден метод се разбира найобщо получаването на целулозни формовани изделия при използване на третични аминоксиди. При него целулозата се разтваря в смес от третичен аминоксид и вода, разтворът се формова с някакъв формовъчен инструмент и се прекарва през водна утаителна баня, в която целулозата се утаява. Като аминоксид на първо място се използва N-метилморфолинN-оксид (NMMO). Други аминоксиди са описани например в ЕР-А- 0 553 070. Метод за получаване на формовъчни целулозни разтвори е известен например от ЕР-А- 0 356 419.

Провеждането на аминооксидния процес по сухия/мокрия метод за формоване е известно например от DE-A- 29 13 589.

От заявките WO 93/19230 и WO 95/ 04173 на заявителката е известен преимуществен начин на изпълнение на аминоксидния метод и устройство за получаване на целулозни влакна, според който разтвор на целулоза в третичен аминоксид се формова в топло състояние, след което се внася през газова среда (въздух) в утаяващата баня, за да се утаи съдържащата се целулоза. Топлият формован разтвор се охлажда преди да се внесе в утаяващата баня. Охлаждането се провежда непосредствено след формоването и се състои предимно в хоризонтално обдухване с въздух на целулозните формовани изделия. Методът съгласно изобретението позволява изпридане на целулозния разтвор с висока плътност на нишките, без да се стига до слепване на формованите нишки след излизане от предачната дюза.

Заявката DD-A- 218 121 се отнася също до сухия/мокрия формовъчен метод за получаване на целулозни влакна от целулозни разтвори в третични аминоксиди. И по този метод целулозният разтвор се формова и ориентира в един въздушен процеп, който представлява разстоянието между предачната дюза и повърхността на утаителната течност, и се вкарва във водна утаяваща баня. В DD-A- 218 121 се споменава, че въздушният процеп може да бъде скъсен без отрицателни последствия върху предилната сигурност, ако към целулозния разтвор преди формоване се добави полиалкиленетер. По-малкият въздушен процеп е за предпочитане, тъй като опасността от слепване на току-що екструдираните елементарни влакна се намалява.

В ЕР-А- 0 574 870 е описан един сух/мокър формовъчен метод за преработка на разтвори на целулоза в третични аминоксиди и е посочено предимството на един по-малък въздушен процеп. По данни на описанието на тази патентна заявка с този метод е възможно формоването да се изпълни при по-малък въздушен процеп и при по-голям брой предачни отвори на единица площ. Въпреки тези зададени величини, в процеса на формоване не трябва да се стига до слепване на елементарните влакна. Препоръчва се контактът на формованите елементарни влакна с утаителната течност да се извърши в предачна фуния. В успореден ток с елементарните влакна през тази предачна фуния се пропуска утаителна течност. Оста на предачната фуния е перпендикулярна на равнината на предачната дюза, а потокът на утаителната течност е ориентиран отгоре надолу и се получава най-общо чрез свободно падане на утаителната течност.

Изтеглянето, съответно ориентирането на прясно екструдираните елементарни влакна се постига съгласно заявката ЕР-А-0 574 870 така, че елементарните влакна се ускоря2 ват до скоростта на изтегляне от утаителната течност, която тече през предачната фуния.

Това известно предачно устройство има недостатъка, че тръбата на предачната фуния, благодарение на относително тесния си диаметър, поставя горна граница на преминаващия сноп елементарни влакна по отношение на общото сечение, която граница е незадоволително ниска за промишлено провеждане на метода. Така според опита на заявителката на настоящото изобретение при диаметър от 6 mm, какъвто е даден като пример в ЕР-А-0 574 870, през фунията може да се прекара сноп от максимум 100 елементарни влакна, тъй като там трябва да преминава и утаителна течност. Това от друга страна означава, че при използване на подобна предачна фуния може да се използва предачна дюза с максимум 100 предачни отвора.

Ако от друга страна се използва широка предачна дюза с десетки хиляди отвора, каквато е описана например от заявителката в АТ-В 397.392, то тогава тръбата на фунията трябва да бъде съответно по-голяма, през която обаче трябва да изтича и да циркулира много повече утаителна течност. Това пропускане на голямо количество утаителна течност води до турбулентни течения в утаяващата баня, което пречи на сухия/мокър предачен метод.

В GB-A- 1 017 855 е описано устройство за сухо/мокро изпридане на синтетични полимери. И тук се препоръчва използването на предачна фуния, през която да преминава утаителна течност в паралелен поток с екструдираните влакна. Предачната дюза се намира на около 0.5 cm над повърхността на утаяващата баня.

Техническа същност на изобретението

Задача на изобретението е да се създаде устройство, с което да може апаратурно просто да се осъществи аминоксидният процес съгласно сухия/мокър метод при добра предивност (висока предилна сигурност), при което под добра предивност трябва да се разбира възможно високо, максимално достижимо крайно изтегляне (т.е. най-малък възможен тигър) преди скъсване на нишката. Друга мярка за предивността е продължителността на предене, без да възникват дефекти на предене, които да изискват техническа помощ. Освен това даже при използване на предачни дюзи с голяма плътност на отворите трябва да се предотвратява слепване на прясно екструдираните елементарни влакна във въздушния процеп и да се постига възможно постоянен титър (малки отклонения на тигъра).

Предачното устройство за провеждане на аминоксидния процес съгласно сухия/мокрия метод включва предачна дюза, която има предачни отвори за екструзия на елементарни влакна, насочвани към приспособление за обдухавне, чрез което екструдираните елементарни влакна могат да се охлаждат, непосредствено след като са излезли от предачните отвори ,след което по пътя на влакната са разположени резервоар с утаителна течност, групиращ елемент, който е предвиден в утаяващия разтвор аз гурпиране на екструдираните елементарни влакна, и въздушен процеп, който се дефинира като разстояние между предачната дюза и повърхността на утаителната течност. Съгласно изобретението групиращият елемент се намира на такова разстояние от предачната дюза, че ъгълът (а), който елементарните влакна сключват с перепндикуляра към повърхността на утаителната течност, е максимално 45° и е изпълнено съотношението

0.1 +0.005.1 < 0.7.d_o.(h-l)/h където d₀ е разстоянието (mm) между съседни предачни отвори на предачната дюза, h е разстоянието (mm) между групиращия елемент и предачната дюза и 1 е въздушният процеп (mm), при което

0.4 mm < d₀ <: 2 mm и 0 mm < 1 < 60 mm.

Задачата на изобретението може да се реши, като използваното предачно устройство се конструира така, че горните две условия (ъгълът да е максимално 45°, както и гореспоменатите неравенства) да се изпълняват. При използване на предачни дюзи с висока плътност на отворите е необходимо екструдираните елементарни влакна да се охлаждат непосредствено след предачните отвори. На специалиста това охлаждане е вече известно от нивото на техниката (виж.напр.WO 95/04173 на заявителката).

Една предпочитана конструкция на пре3 дачното устройство съгласно изобретението се характеризира с това, че групиращият елемент е оформен като направляващ елемент, който не само групира елементарните влакна, а и ги направлява.

Оказа се, че е благоприятно направляващият елемент да е така конструиран, че да е неподвижен при насочване на елементарните влакна. Съгласно тази форма на изпълнение като направляващ елемент не се предвижда въртяща се ролка или валяк.

По този начин скъсани елементарни влакна няма да се омотават върху направляващия елемент, това улеснява провеждането на аминоксидния процес.

Една друга предпочитана конструкция на предачното устройство съгласно изобретението се характеризира с това, че ъгълът α не превишава 20°. Оказва се, че за преднината сигурност при сухия/мокър метод от решаващо значение е ъгълът на изтегляне а във въздушен процеп да е възможно малък и предимно да не превишава 20°. По този начин се намалява до минимум опасността от слепване на елементарните влакна в пространството между предачната дюза и повърхността на утаяващата баня и предилната сигурност се повишава.

Изобретението се отнася и до предачно устройство за провеждане на аминоксидния процес съгласно сухия/мокрия метод, включващо предачна дюза, която има предачни отвори за екструзия на елементарни влакна, насочвани към приспособление за обдухване, чрез което екструдираните елементарни влакна могат да се охлаждат, непосредствено след като са излезли от предачните отвори, след което по пътя на влакната са разположени резервоар, с утаителна течност, направляващ елемент, който е предвиден в утаяващия разтвор за насочване за екструдираните елементарни влакна, и въздушен процеп, който се дефинира като разстояние между предачната дюза и повърхността на утаителната течност. Съгласно изобретението направляващият елемент е така конструиран, че да не се върти при насочване на елементарните влакна.

Друга целесъобразна конструкция на предачното устройство съгласно изобретението се състои в това, че предачната дюза има едно ротационно симетрично тяло на дюза, което в центъра си има приспособление за подаване на охлаждащия газ, приспособление за пода ване на целулозния разтвор, както и пръстеновидна предачна наставка с предачни отвори и отражателен диск за насочване на потока от охлаждащ газ върху елементарните влакна, които се екструдират от предачните отвори, така че потокът от охлаждащ газ да пада до голяма степен перпендикулярно върху елементарните влакна.

По този начин може да се преде с висока плътност на отворите и същевременно ефективно да се предотврати слепване на прясно екструдираните елементарни влакна във въздушния процеп.

Охлаждане на пръстеновиден сноп от елементарни влакна чрез обдухване с въздух е известно WO 95/04173 на заявителката.

Една друга предпочитана форма на изпълнение на предачното устройство съгласно изобретението се състои в това, че резервоарът, в който се съдържа утаяващият разтвор, е свързан с повдигащ механизъм, с помощта на който резервоарът може да се приближава или отдалечава от предачната дюза във вертикално направление, с което се променя разстоянието 1, и че разстоянието h остава постоянно въпреки това движение.

Описание на приложените фигури

На фигури 1,2 и 3 се показват в общ схематичен вид сухия/мокър процес на предене заедно с важните величини съгласно изобретението.

На фигура 1 с позиция 1 е означен резервоар за утаителната течност, като повърхността на утаителната течност е обозначена с 1а. При процеса на предене през предачната дюза 3 се екструдира предилна маса и екструдираните елементарни влакна 4,5 се изтеглят през въздушния процес 1 в утаителната течност, където коагулират. При направляващия елемент 2, който представлява невъртящ се цилиндричен прът, коагулиралите елементарни влакна се групират, променят посоката си и се изтеглят под наклон нагоре. Като въздушен процеп се дефинира разстоянието между долната страна на предачната дюза 3 и повърхността на утаителната течност. Г оре дефинираният ъгъл, който елементарните влакна сключват с перпендикуляра към повърхността на утаителната течност, е обозначен с α .

Позиция 4 означава елементарно влак4 но, което идва от предачен отвор, който се намира на външния край на пръстена, образуван от отворите в предачната дюза 3. е радиусът (mm) на окръжността, която ограничава навън пръстена, образуван от предачните отвори. С d₀ е обозначено разстоянието на този отвор към съседния отвор 5, при което се има предвид разстоянието между съответните центрове на два съседни предачни отвора, h е разстоянието на направляващия елемент 2 до предачната дюза 7, a I е въздушния процеп.

Съгласно описаната във фигура 1 форма на изпълнение резервоарът 1 е поставен върху повдигащ механизъм (не е представен), с помощта на който се премества вертикално и така големината на въздушния процеп 1 може да се променя по един прост начин.

Особено благоприятно се оказва, направляващият елемент 2 да не се закрепва към резервоара 1, а да се предвиди резервоарът 1 да може да се движи и същевременно разстоянието 4 да остава константно. По този прост начин може да се променя въздушният процеп 1 при постоянно разстояние h. Това означава съществено опростяване на нещата при настройване на предачното устройство съгласно изобретението. Фигурите 2 и 3 показват такива форми на изпълнение на предачното устройство съгласно изобретението.

Фигура 2 показва по същество предачното устройство от фигура 1, при което еднаквите части са обозначени с еднакви символи. Невъртящият се направляващ елемент 2 е свързан посредством твърдо рамо с неподвижна част 7, която не е свързана с резервоара, така че при вдигане и спускане на резервоара 1 частта 7 не се движи. Последната може да бъде например стена. На фигура 2 са показани две положения на резервоара 1, като по-ниското положение е обозначено с прекъсната линия. Механизмът за повдигане и спускане на резервоара 1 не е показан. От фигура 2 се вижда ясно, че чрез повдигане и спускане на резервоара 1 въздушният процеп се скъсява, съответно удължава, като при това разстоянието h остава непроменено.

Фигура 3 показва още една форма на изпълнение на предачното устройство съгласно изобретението. При тази форма на изпълнение направляващият елемент 2 е закотвен посредством неподвижно рамо 9 към дъното 8. Рамото 9 излиза през съответния отвор 11 на резервоара 1. За да не изтича течност от ре зервоара 1. се предвижда уплътнение 10, което просто се нагъва, когато резервоарът 1 се спуска с механизъм, който не показан.

Примери за изпълнение на изобретението

Със следващите примери 1,2,3 и 4 изобретението се описва по-подробно, при което примерите 1 и 2 документират влиянието на ъгъла α върху предивността на целулозния разтвор. Примерът 4 документира преимущественото действие на невъртящ се насочващ механизъм върху предивността.

Пример 1. Използва се предачно устройство, което по същество съответства на фигура 1, при което като групиращ елемент се използва предачна фуния съгласно ЕР-А- 0 574 870. Като предачна дюза се използва тази, която е описана в WO 95/041*3.

Тази предварително известна предачна дюза (брой на отворите - 3960, диаметър на отворите - ЮОцт, външен диаметър на дюзата (най-външният ред отвори) d_t - 145 mm) включва ротационно симетрично тяло на дюза, имащо в своя център механизъм за подаване на охладителен газ. механизъм за подаване на целулозни разтвори (13.5% целулоза, температура 120°С), пръстеновидна предачна наставка от благороден метал с предачни отвори, която в напречно сечение има форма на вана, и отражателен диск за насочване на потока от охладителен газ към целулозните елементарни влакна, които се екструдират от предачните отвори (изтласкване 0.025 g/min), така че потокът от охладителен газ да пада по същество перпендикулярно върху екструдираните целулозни елементарни влакна. Предачните отвори в предачната наставка са по същество еднакво отдалечени едни от други (разстояние от отвор до отвор d₀ - 1000 μ). Въздушният процеп има дължина 15 mm. Въздухът във въздушния процеп показва температурата от 24.5°С и влажност от 4.5 g вода/kg въздух.

Проведоха се няколко предачни опита, като при постоянен въздушен процеп 1 разстоянието h между точката на групиране на фунията (преход от цилиндричната тръба към същинската фуния) и повърхността на предачната дюза варира така, че съотношението

0.1 + 0.005.1 < 0.7.d₀.(h-l)/h (при 1 = 15 и d₀ = 1000) да се изпълнява.

При всеки опит се измерва крайното изтегляне, това е максималната скорост на изтегляне на елементарните влакна при скъсване на влакното. Резултатите са представени в таблица 1.

Таблица 1

h (mm)	Ъгъл а	Крайно изтегля не (m/min)
240	16.8°	43
190	20.9°	42
140	27.4°	42
90	38.8°	41
70	46.0°	29
40	61.1°	0

От таблица 1 може да се види, че до ъгъл от около 40° не се наблюдава намаляване на скоростта на крайното изтегляне, а заедно с това и влошаване на предивността. След ъгъл от 45° максималната скорост на крайно изтегляне намалява значително. При ъгъл от около 61° разтворът вече не може да се преде.

Пример 2. Използва се предачно устройство, съответстващо на фиг.2, а като предачна дюза се използва отново тази, която е описана схематично в WO 95/04173 (брой на отворите - 28392, диаметър на отворите - 100 μπι, външен диаметър на дюзата (най-външният ред от отвори^ - 155 mm, разстояние от отвор до отвор d_o-5OO μπι).

Използваният целулозен разтвор съдържа 13.5% целулоза и има температура от 120°С. Изтласкването възлиза на 0.025 g/min. Въздушният процеп 1 има дължина от 20 mm. Въздухът във въздушния процеп е с температура 12°С и съдържание на влага от 5g вода/kg въздух.

Елементарните влакна променят посоката си от цилиндричния, невъртяш се прът 2 и се изтеглят под наклон нагоре. При постоянен въздушен процеп 1 отново варира разстоянието h и подобно на пример 1 се опредетя максималната скорост на крайното изтегляне, както и ъгълът а. Резултатите са представени в таблица 2.

Таблица 2.

h(mm)	Ъгъл а	Крайно изтегляне (m/min)
345	13°	18
165	25°	18
115	34°	18
75	46°	4

Както се вижда от таблица 2, при една промяна на ъгъла а от 13° до 34° максималната скорост на крайното изтегляне не намалява. Ако обаче ъгълът се увеличи до 46°, скоростта на крайното изтегляне намалява, т.е. предивността драстично намалява. При по-нататъшно намаляване на разстоянието h (а с това увеличение на ъгъла а ) разтворът не може повече да се преде.

Пример 3. Използва се същото предачно устройство, каквото е описано в пример 2, но въздушният процеп 1 е настроен постоянно на 30 mm.

Отново разстоянието h варира. Въз основа на възникващите дефекти на предене (скъсване на елементарни влакна, екстремно слепване на елементарни влакна) се характеризира предилната сигурност на разтвора при зададените условия.

Висока предилна сигурност съществува тогава, когато в интервал от повече от 15 min практически не възникват дефекти. Ако в интервал от 15 min или преди това се натрупват предвидени дефекти, преденето в промишлен мащаб е възможно само при постоянна техническа помощ.

Предилната сигурност се характеризира чрез данни за време, като в следващата таблица “по-голямо от 15 min” означава добра предивност (практически без предилни дефекти в продължение на 15 min). “По-малко от 10 min означава, че още след 10 min” от началото на предене са се появили масивни предилни дефекти ,които налагат прекъсването му.

Таблица 3.

h(mm)	Ъгъл а	Предилна сигурност
345	13°	> 15 min
165	25°	> 15 min
115	34°	> 15 min
100	38°	10-15 min
85	42°	< 10 min

От таблица 3 се вижда, че при разстояние h от 115 mm е дадена добра предивност. Ако се избере по-малко h, вече не се изпълнява съставеното съгласно изобретението съотношение и предивността се влошава драстично. Такъв е случаят при последните два опита. Това влошаване на предивността се по6 явява в настоящия пример вече при един ъгъл а под 45°.

Пример 4. В една пилотна инсталация за получаване на целулозни влакна по аминоксидния метод са изследвани видът и начинът на промяна на посоката на елементарните влакна в утаяващата баня при предачното устройство съгласно изобретението.

Тестувани са ротационно симетрични, въртящи се направляващи елементи с най-различни изпълнения, ролки със стъклени пръчки, които имат гладка или ръбеста повърхност). При тези опити винаги се установява, че щом направляващият елемент се върти около собствената си ос, много бързо се стига до омотаване на елементарните влакна около направляващата ролка. Причината за намотаванията очевидно се състои в това, че понякога в утаяващата баня стават отделни скъсвания на нишки, които се захващат от въртящата се направляваща ролка, увличат се от направляващата ролка и с увличането на други елементарни влакна се стига до все по-големи намотавания. При това изпредените елементарни влакна се повреждат, тъй като намотаните на ролката влакна трябва да се отстраняват механично, което води до влошаване на крайния продукт.

Установи се, че при използване на направляваща ролка, която може да се върти, процесът на предене трябва да се прекъсне след по-малко от 30 min, за да се отстранят намотаните на ролката влакна.

Ако при запазване на останалите параметри въртенето на направляващия елемент се спре, например като се монтира на неподвижен лагер, не се получават на практика повече намотавания. Установи се, че по този начин може да се постигне непрекъснат процес на предене в продължение на много часове. Затова трябва да се избягва използването на направляващ елемент, който може да се върти. За да се осъществи бездефектен процес е необходимо, по възможност всички направляващи елементи да се изработват като невъртящи се.

Claims

1. Предачно устройство за провеждане на аминоксидния процес съгласно сухия/мокрия метод, включващо предачна дюза, която има предачни отвори за екструзия на елементарни влакна, насочвани към приспособление за обдухване, чрез което екструдираните елементарни влакна могат да се охлаждат, непосредствено след като са излезли от предачните отвори, и разположени след него по пътя на влакната резервоар с утаителна течност, в която е предвиден групиращ елемент за групиране на екструдираните елементарни влакна, и въздушен процеп, който се дефинира като разстояние между предачната дюза и повърхността на утаителната течност, характеризиращо се с това, че групиращият елемент (2) се намира на такова разстояние от предачната дюза (3), че ъгълът (а), който елементарните влакна сключват с перпендикуляра към повърхността на утаителната течност, е максимално 45° и е изпълнено съотношението

0.1 + 0.005.1 < 0.7. d₀.(h-l)/h където d₀ е разстоянието (mm) между съседни предачни отвори на предачната дюза (3), h е разстоянието (mm) между групиращия елемент (2) и предачната дюза (3), и 1 е въздушния процеп (mm), при което 0.4 mm < d₀ < 2 mm и 0 mm < 1 < 60 mm.

2. Предачно устройство съгласно претенция 1, характеризиращо се с това, че групиращият елемент (2) е оформен като направляващ елемент (2), който не само групира елементарните влакна (4;5), а и ги направлява.

3. Предачно устройство съгласно претенция 2, характеризиращо се с това, че направляващият елемент (2) е така конструиран, че да не се върти при насочване на елементарните влакна (4,5).

4. Предачно устройство съгласно една от претенциите 1 до 3, характеризиращо се с това, че ъгълът а е максимално 20°.

5. Предачно устройство за провеждане на аминоксидния процес съгласно сухия/мокрия метод, включващо предачна дюза, която има предачни отвори за екструзия на елементарни влакна, насочвани към приспособление за обдухване, чрез което екструдираните елементарни влакна могат да се охлаждат, непосредствено след като са излезли от предачните отвори, след което са разположени по пътя на влакната резервоар с утаителна течност и направляващ елемент, който е предвиден в утаяващия разтвор за насочване на екструдираните елементарни влакна, както и въздушен процеп, който се дефинира като разстояние меж7 ду предачната дюза и повърхността на утаителната течност, характеризиращо се с това, че направляващият елемент (2) е така конструиран, че е неподвижен при насочване на елементарните влакна (4,5).

6. Предачно устройство съгласно една от претенциите 1 до 5, характеризиращо се с това, че предачната дюза (3) включва ротационно симетрично тяло на дюза, което в центъра си има приспособление за подаване на охлаждащ газ, както и приспособление за подаване на целулозния разтвор, една пръстеновидна предачна наставка с предачни отвори и отражателен диск за насочване на потока от охлаждащ газ върху елементарните влакна, които се екструдират през предачните отвори, така че потокът от охлаждащ газ да пада до голяма степен перпендикулярно върху елементарните влакна (4,5).

5 7. Предачно устройство съгласно една от претенциите 1 до 6, характеризиращо се с това, че резервоарът (1), в който се съдържа утаителната течност, е свързан с повдигащ механизъм, с помощта на който резервоарът (1) може да се приближава или отдалечава от предачната дюза (3) във вертикално направление, с което се променя разстоянието 1, и че разстоянието h остава постоянно въпреки това движение.