CN101435114B - 一种连续式物料混合、碎浆、调温一体化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续式物料混合、碎浆、调温一体化装置，包括一个卧式转动的内圆筒转子和固定的外圆筒，内圆筒转子外壁上设有交错对称分布，且与轴向线呈一定角度的锯齿形和平直形动刮板，固定的外圆筒内壁上设有与轴向呈一定角度且交错排列的定凸条。外圆筒的外壁设有温度控制部分。物料通过液体和固体喂料口喂入该装置，在旋转的内圆筒及其动刮板和固定的外圆筒及其定凸条和温度控制部分的相互和共同作用下实现物料的连续混合、碎浆、调温一体化。该装置尤其适用于溶液法纺丝原液制备过程中通过连续薄膜蒸发工序溶解形成高分子溶液之前，具有均一充分溶胀度，同时具有良好粘流态和铺膜性能的高分子预溶液的制备。

Description

一种连续式物料混合、碎浆、调温一体化装置

技术领域

本发明属化学纤维制造技术领域，涉及一种连续式物料混合、碎浆、调温一体化装置，尤其涉及应用于溶液法纺丝原液制备过程中通过连续薄膜蒸发工序溶解形成高分子溶液之前，为得到具有均一充分溶胀度，同时具有良好粘流态和铺膜性能的高分子预溶液所采用的一种连续混合、碎浆、调温一体化装置。

背景技术

在化学纤维制造工艺中，有熔融纺丝和溶液纺丝两种主要的纺丝方式。如涤纶、尼龙纤维是采用熔融纺丝方式生产的，该方式是在高于高分子熔点的适宜温度下使之熔融成为流动性的熔体，经挤压通过喷丝孔形成熔体细流，再经冷却固化和拉伸取向得到纤维。对于难以熔融的高分子，如腈纶、粘胶纤维则是采用溶液纺丝生产的，它是将高分子按照一定的固含量溶解在溶剂中形成溶液，经挤压通过喷丝孔形成溶体细流，再经脱出溶剂凝固和拉伸取向得到纤维。

近年来溶剂法纤维素纤维制造技术成为国内外开发的热点。它与粘胶纤维同样采用纤维素资源为原料，但不同的是直接用溶剂将纤维素溶解，因而生产过程更为环保，所得纤维集天然纤维素高分子的吸湿和合成纤维的高机械强度等优点于一身，具有广阔的发展前景。

在溶剂法纤维素纺丝原液制备过程中，由于纤维素原料浆粕对溶剂的吸收能力强且体积膨松，容易造成溶胀时吸收溶剂不均一，导致部分浆粕因未能吸收到足够溶剂而溶胀不良。另一方面，溶剂在较高浓度和温度条件下易使原料浆粕的表面发粘而影响溶剂向芯部的渗透，导致浆粕芯部溶胀不良。为避免上述问题发生，通过实验证实，可行的技术途径是溶胀时控制溶剂与非溶剂(如水)的比例与温度，使溶剂与浆粕充分混合、渗透，使浆粕得到均一溶胀，随后通过提高碎浆程度和温度，得到具有良好粘流态和铺膜性能的预溶液。预溶液经过薄膜蒸发装置脱去预定量的非溶剂(如水)，同时脱除气泡，得到均一溶解无气泡的溶液，再经预过滤和静态混合器混合得到可供纺丝的纺丝原液。

关于薄膜蒸发装置，早在1940年，瑞士苏黎士的Hans Mueller制作了第一台刮膜薄膜蒸发器样机，此后在欧洲发展成为了连续式刮膜薄膜蒸发器，并于1960年在干燥工程和高分子反应工程中开始应用，随之在化工、石油、染料、食品、医药以及废水处理中的蒸发、分馏、脱水、脱臭、冷却、结晶和化学反应方面广泛应用。1980年代末开始在溶剂法纤维素纺丝原液制备过程中应用(参见专利ZL89106762.0)，随后证实了其工业化的可行性，并陆续有不同结构和改进形式的报导(参见专利CN96190636.7、CN96191361.4)。

但是，在通过连续薄膜蒸发工序溶解形成溶液之前，需先制备出具有均一充分溶胀度，同时具有良好粘流态和铺膜性能的预溶液。预溶液具有良好粘流态和铺膜性能是十分必要的，否则会在刮膜过程中出现溶质和溶剂的固、液两相分离而分别离壁落下和沿壁流下，难以实现薄膜蒸发连续溶解，这已从实验中得到证实。因此，实现预溶液粘流态铺膜是薄膜蒸发连续原液制备技术与装置的关键点之一。如前所述，欲制得均一、充分溶胀的悬浮液，需控制溶剂与非溶剂(如水)的比例与温度，若溶剂浓度或温度过高，易导致溶胀不均一，甚至形成夹生白芯；反之欲得到具有良好粘流态和铺膜性能的预溶液，则希望溶剂浓度或温度高。关于如何制备具有均一充分溶胀度的纤维素悬浮液已有专利报导，而关于如何得到具有良好粘流态和铺膜性能的预溶液问题尚未有明确的提及和具体的披露。

关于纤维素悬浮液生产方法的专利报导如ZL94190805.4、ZL94192189.1、ZL95193688.3、ZL97191328.5等，其中ZL94190805.4中的悬浮液制备分混合、碎浆两步进行且为间歇式；ZL94192189.1和ZL97191328.5中悬浮液制备的混合、碎浆同步进行，为间歇式；ZL95193688.3中悬浮液制备为连续式，但所采用的装置仅起混合作用，须在混合前将纤维素原料浆粕粉碎至粒径≤4mm，并在实施例前的说明中提及了将出料口排出的悬浮液再进行随后的研磨加工(碎浆)，但是并没有能够得到具有良好粘流态和铺膜性能的预溶液。

有鉴于此特提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种连续式物料混合、碎浆、调温一体化装置，该装置应用于需要连续式物料混合、碎浆、调温加工的场合，尤其适用于纺丝原液制备过程中，通过薄膜蒸发工序溶解形成高分子溶液之前，具有均一充分溶胀度，同时具有良好粘流态和铺膜性能的高分子预溶液的制备。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：一种连续式物料混合、碎浆、调温一体化装置，包括一卧式固定的外圆筒和一设于外圆筒腔体内与其同轴且可转动的内圆筒转子，其特征在于：所述的可转动的内圆筒外壁上设有动刮板，所述的固定的外圆筒内壁上设有与动刮板对应以撕扯物料和碎浆的定凸条，其外壁上设有温度控制部分。

上述的连续式物料混合、碎浆、调温装置，其中，所述内圆筒上的动刮板至少分为锯齿形和平直形两种，为满足内圆筒转动时的动平衡要求而在内圆筒外壁上沿轴向呈对称设置。

上述的连续式物料混合、碎浆、调温装置，其中，所述外圆筒上定凸条为从外圆筒的内壁上凸出，沿轴向呈连续或交错排列的凸条，最好为交错排列，以加强物料推进过程中的混合效果。

上述的连续式物料混合、碎浆、调温装置，其中，所述内圆筒上的动刮板和外圆筒上的定凸条分别与轴向线呈α和β角度，α和β角度根据不同物料和工艺要求予以确定。其中，上述的动刮板和定凸条分别与同一轴向线成α或β角连续排列，即各动刮板和各定凸条可以分别在内圆筒和外圆筒展开图上各自与同一轴向线成α或β角，或分别在内圆筒和外圆筒圆周上沿一条与轴向线成α或β角的螺旋线间隔排列，即，内圆筒和外圆筒展开后为沿一条与轴向线成α或β角的斜线上间隔排列。

上述的连续式物料混合、碎浆、调温装置，其中，所述物料在内圆筒的外壁和外圆筒的内壁之间，在内圆筒的动刮板和外圆筒壁及其定凸条相互作用下向前推进，内圆筒上的动刮板这样设计：在任一横断面上既有锯齿形动刮板，又有平直形动刮板，从而保证外圆筒内壁上的任何一点既有锯齿形动刮板刮过，又有平直形动刮板刮过，锯齿形和平直形动刮板从不同横断面看为交错排列。锯齿形动刮板与外圆筒上定凸条相配合，主要起对物料的撕扯和碎浆作用，平直形动刮板主要起沿轴向方向对物料的刮壁推进作用。

上述的连续式物料混合、碎浆、调温装置，其中，所述外圆筒的外壁附设有温度控制部分，可以控制物料前进过程中不同阶段的物料温度，以满足工艺要求。温控方式可以采用水或水蒸汽、导热油或其他种类热媒的循环加热/冷却或非循环加热温控，也可以采用直接电加热。采用温度分段控制，至少分为两段，分段控制可以为不同温度，也可以控制为同一温度。

上述的连续式物料混合、碎浆、调温装置，其中，所述内圆筒由一根与马达直接或间接相连接的转动轴所带动，转动轴轴两端设有轴承，转动轴轴与内圆筒之间通过刚性骨架固定连接。

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：在连续转动的内圆筒上动刮板与外圆筒内壁相互作用下实现过程连续化的同时，外圆筒内壁上定凸条的交错排列加强了物料推进过程中的混合效果；锯齿形动刮板与定凸条的设置及其相互作用使物料在连续混合推进的同时，在有溶剂存在的条件下受到“湿态”撕扯和碎浆，从而可以采用较大的物料喂料尺寸，避免了干态下机械粉碎易造成物料局部角质化而影响后续溶解效果的问题；通过控制外圆筒外壁的温度、外圆筒内壁和内圆筒外壁的间隙及内圆筒的旋转速度，可以实现物料推进过程中不同阶段温度的调节，由此实现了物料混合、碎浆、调温过程一体化，满足了物料状态的工艺要求，即，具有均一充分溶胀度，同时具有良好粘流态和铺膜性能的高分子预溶液。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

图1为本发明连续式物料混合、碎浆、调温一体化装置的整体结构示意图；

图2为外圆筒内壁的展开示意图；

图3为外圆筒剖视图；

图4为内圆筒结构示意图；

图5为图4中内圆筒A-A向视图；

图6为内圆筒外壁展开示意图。

图中：

1.外圆筒；2.内圆筒；3.定凸条；4.动刮板；5.热媒夹套；6.转动轴；7、8.轴承；9.马达；10.固体喂料口；11.液体喂料口；12.出料口；13.热媒进口；14.锯齿形动刮板；15.平直形动刮板。

具体实施方式

如图1至图6所示，本发明一种连续式物料混合、碎浆、调温一体化装置，包括一卧式固定的外圆筒1和一设于外圆筒1腔体内与其同轴且可转动的内圆筒2转子，所述内圆筒2由一根与马达9直接或间接相连接的转动轴6所带动，转动轴6两端设有轴承7、8，转动轴6与内圆筒2之间通过刚性骨架固定连接，所述的可转动的内圆筒2外壁上设有动刮板4，所述的固定的外圆筒1内壁上设有与动刮板4对应以撕扯物料和碎浆的定凸条3，外圆筒1外壁上设有温度控制部分，即，通过底部的热媒进口13控制温度，外圆筒1顶部设有物料投入口，分别为固体喂料口10和液体喂料口11，物料经过混合、碎浆、调温后的预溶液经底部的出料口12排出。

所述热媒进口13可以控制物料前进过程中不同阶段的物料温度，以满足工艺要求。温控方式可以采用水或水蒸汽、导热油或其他种类热媒的循环加热/冷却或非循环加热温控，也可以采用直接电加热，采用温度分段控制，至少分为两段，分段控制可以为不同温度，也可以控制为同一温度，每段由热媒夹套5固定，底部均设有热媒进口13。

其中，所述外圆筒上定凸条3为从外圆筒1的内壁上凸出，沿轴向呈连续或交错排列的凸条，最好为交错排列，以加强物料推进过程中的混合效果；所述内圆筒上的动刮板4至少分为锯齿形动刮板14和平直形动刮板15两种，为了满足内圆筒4转动时的动平衡要求而在内圆筒4外壁上沿轴向呈对称设置动刮板4，上述内圆筒上的动刮板4和外圆筒上的定凸条3分别与轴向线呈α和β角度，α和β角度根据不同物料和工艺要求予以确定，上述的动刮板4和定凸条3分别与同一轴向线成α或β角连续排列，即各动刮板4和各定凸条3可以分别在内圆筒2和外圆筒1展开图上各自与同一轴向线成α或β角，或分别在内圆筒2和外圆筒1圆周上沿一条与轴向线成α或β角的螺旋线间隔排列，即，内圆筒2和外圆筒1展开后为沿一条与轴向线成α或β角的斜线上间隔排列。

物料在本发明内圆筒的外壁和外圆筒的内壁之间，在内圆筒的动刮板4和外圆筒壁及其定凸条3相互作用下向前推进，内圆筒上的动刮板4这样设计：在任一横断面上，即任一剖开的内圆筒外壁圆周上既有锯齿形动刮板14，又有平直形动刮板15，从而保证外圆筒1内壁上的任何一点既有锯齿形动刮板14刮过，又有平直形动刮板15刮过，锯齿形动刮板14和平直形动刮板15从不同横断面看为交错排列，锯齿形动刮板14与外圆筒上定凸条3相配合，主要起对物料的撕扯和碎浆作用，平直形动刮板15主要起沿轴向方向对物料的刮壁推进作用。

实施例1

采用图1所示其有效换热面积0.86米²，长径比6.2/1的连续式物料混合、碎浆、调温一体化装置，从液体喂料口11喂入温度65℃，含有80％质量NMMO即N-甲基-N-氧化吗啉的水溶液，从固体喂料口10喂入尺寸5×15mm，含水6％质量，经上述80％NMMO水溶液65℃条件下浸渍、压榨后的纤维素浆粕，浆粕聚合度为700，80％NMMO水溶液与含水6％的纤维素浆粕的总质量比为9∶1，浸渍、压榨后压出的80％NMMO水溶液从液体喂料口计量喂入。外圆筒壁的温度第一段控制为70℃，第二段控制为80℃。转子的转速为1022r.p.m。从该装置出料口12排出的纤维素预溶液经输送装置喂入固定刮板式薄膜蒸发机中，薄膜蒸发机的热媒夹套温度控制为105℃，固定刮板的末端线速度为4m/s，未抽真空条件下从薄膜蒸发机下部出料处观察，所得预溶液具有良好的粘流性，铺膜均匀，出料一致，溶胀充分均匀，外观呈泥糊状，手感无夹生白芯，说明纤维素预溶液的制备达到了预定要求。

实施例2

采用图1所示其有效换热面积0.86米²，长径比6.2/1的连续式物料混合、碎浆、调温一体化装置，从液体喂料口11喂入温度75℃，含有96.5％质量[BMIM]⁺Cl^-即氯化1-丁基-3-甲基咪唑鎓离子液体的水溶液，从固体喂料口10喂入尺寸5×15mm，含水6％质量，经上述96.5％离子液体水溶液75℃条件下浸渍、压榨后的纤维素浆粕，浆粕聚合度为700，96.5％离子液体水溶液与含水6％的纤维素浆粕的总质量比为89∶11，浸渍、压榨后压出的96.5％离子液体水溶液从液体喂料口计量喂入。外圆筒壁的温度第一段控制为80℃，第二段控制为95℃。转子的转速为1022r.p.m。从该装置出料口12排出的纤维素预溶液经输送装置喂入固定刮板式薄膜蒸发机中，薄膜蒸发机的热媒夹套温度控制为120℃，固定刮板末端的线速度为4m/s，未抽真空条件下从薄膜蒸发机下部出料处观察，所得预溶液具有良好的粘流性，铺膜均匀，出料一致，溶胀充分均匀，外观呈泥糊状，手感无夹生白芯，说明纤维素预溶液的制备达到了预定要求。

本发明在连续转动的内圆筒上动刮板与外圆筒内壁相互作用下实现过程连续化的同时，外圆筒内壁上定凸条的交错排列加强了物料推进过程中的混合效果；锯齿形动刮板与定凸条的设置及其相互作用使物料在连续混合推进的同时，在有溶剂存在的条件下受到“湿态”撕扯和碎浆，从而可以采用较大的物料喂料尺寸，避免了干态下机械粉碎易造成物料局部角质化而影响后续溶解效果的问题；通过控制外圆筒外壁的温度、外圆筒内壁和内圆筒外壁的问隙及内圆筒的旋转速度，可以实现物料推进过程中不同阶段温度的调节，由此实现了物料混合、碎浆、调温过程一体化，满足了物料状态的工艺要求，即，具有均一充分溶胀度，同时具有良好粘流态和铺膜性能的高分子预溶液。

Claims (7)

1.一种连续式物料混合、碎浆、调温一体化装置，包括一卧式固定的外圆筒和一设于外圆筒腔体内与其同轴且可转动的内圆筒转子，其特征在于：所述的可转动的内圆筒外壁上设有动刮板，所述的固定的外圆筒内壁上设有与动刮板对应以撕扯物料和碎浆的定凸条，其外壁上设有温度控制部分；所述的内圆筒上的动刮板至少包括锯齿形和平直形两种，其在内圆筒外壁上沿轴向呈对称设置以使得内圆筒转动时平衡；任一剖开的内圆筒外壁圆周上既有锯齿形动刮板，又有平直形动刮板，以使得外圆筒内壁上的任何一点既有锯齿形动刮板刮过，又有平直形动刮板刮过，锯齿形和平直形动刮板为交错排列；锯齿形动刮板与外圆筒上定凸条相配合以对物料撕扯和碎浆，平直形动刮板沿轴向方向刮壁推进物料。

2.根据权利要求书1所述的一种连续式物料混合、碎浆、调温一体化装置，其特征在于：所述的外圆筒上定凸条为从外圆筒的内壁上凸出，沿轴向呈连续或交错排列的凸条。

3.根据权利要求书2所述的一种连续式物料混合、碎浆、调温一体化装置，其特征在于：所述的外圆筒上定凸条为能够加强物料推进过程中混合效果的交错排列方式。

4.根据权利要求书1或2或3所述的一种连续式物料混合、碎浆、调温一体化装置，其特征在于：所述内圆筒上的动刮板和外圆筒上的定凸条分别与轴向线呈α和β角度，其中，α和β角度根据不同物料和工艺要求予以确定。

5.根据权利要求书4所述的一种连续式物料混合、碎浆、调温一体化装置，其特征在于：所述的动刮板和定凸条分别与同一轴向线成α或β角连续排列，或分别在内圆筒和外圆筒圆周上沿一条与轴向线成α或β角的螺旋线间隔排列。

6.根据权利要求书1所述的一种连续式物料混合、碎浆、调温一体化装置，其特征在于：所述的外圆筒外壁上设有控制物料前进过程中不同阶段物料温度的温度控制部分，其温控方式采用热媒的循环加热/冷却或非循环加热温控，也可以采用直接电加热，温控方式还采用温度分段控制，至少分为两段，分段控制可以为不同温度，也可以控制为同一温度。

7.根据权利要求书1所述的一种连续式物料混合、碎浆、调温一体化装置，其特征在于：所述的内圆筒由一根与马达直接或间接相连接的转动轴带动，转动轴两端设有轴承，转动轴与内圆筒之间通过刚性骨架固定连接。

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