СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРЯДИЛЬНОГО РАСТВОРА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИМЕРНОГО ВОЛОКНА
METHOD AND APPARATUS FOR MANUFACTURING SPINNING SOLUTION FOR PRODUCTION OF POLYMERIC FIBER

Изобретение относится к способу изготовления прядильного раствора для производства полимерного волокна, в частности арамидного волокна, при котором полимер смешивают с растворителем, перемешивают, расплавляют, гомогенизируют и подвергают дегазации, а затем выгружают, а также к установке для осуществления этого способа.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Во многих случаях в частном и промышленном секторе сегодня требуются полимерные волокна. Например, это относится ко всем типам предметов одежды, армирующим волокнам, техническому текстилю, изнашивающимся накладкам, фильтрам и тому подобному. С этой целью соответствующий полимер, который преимущественно имеется в наличии в форме кусков или в форме порошка, перемешивают с растворителем, расплавляют, гомогенизируют, подвергают дегазации, а затем в еще вязкотекучем состоянии или в повторно расплавленном после промежуточной транспортировки состоянии подводят к фильерам, из которых его затем выдавливают под высоким давлением с образованием волокна.
Из US 5882563, например, известен способ изготовления волокон из поли-(п-фенилентерефталамида), в котором серную кислоту, охлажденную ниже своей точки коагуляции, в виде льда перемешивают с п-арамидом с получением смеси твердых веществ. Затем эту смесь твердых веществ снова нагревают и расплавляют, и эту жидкость выводят под давлением через фильеры. Нагревание этой смеси твердых веществ осуществляют в двух отдельных зонах, а именно в зоне расплавления и в зоне увеличения давления, при этом полимер, по меньшей мере в зоне расплавления, подвергают разминанию и перемешиванию.
ЗАДАЧА
Задачей настоящего изобретения является способ и установка указанного выше типа, которые обеспечивают продолжительное время пребывания продукта в установке при одновременном повышении скоростей сдвига в установке и максимально возможной гибкости, надежности процесса и уменьшении количества составных частей установки.
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ
Решение указанной задачи обеспечивается тем, что в качестве растворителя применяют жидкую серную кислоту и по меньшей мере перемешивание, гомогенизирование и дегазацию осуществляют в одно- или двухшнековом реакторе, предпочтительно непрерывного действия.
Таким образом, исключается требуемое до сих пор охлаждение серной кислоты ниже точки коагуляции, что существенно упрощает и удешевляет весь способ.
Кроме того, до сих пор, как правило, применяли одношнековые реакторы, которые, однако, имеют ограниченную скорость сдвига, а также ограничены в отношении приложения вращающего момента. В противоположность этому, при помощи двухшнекового реактора, например, типа CRP или CKR фирмы List, описанного в ЕР 0517068, могут быть достигнуты значительно лучшие результаты, прежде всего в отношении времени пребывания продукта в реакторе, большего объема реактора, свободной поверхности продукта и надежности системы. Прежде всего следует подчеркнуть, что три этапа процесса, а именно перемешивание, гомогенизирование и дегазация, осуществляют в одном реакторе. Лишь для предварительного смешивания при некоторых обстоятельствах может быть также предусмотрен отдельный смеситель.
Благодаря большой поверхности продукта осуществляют хорошую дегазацию и интенсивное обновление поверхности при вымешивании.
В двухшнековых месильных аппаратах оба шнека могут работать с одинаковыми или же с различными скоростями, благодаря чему скорость сдвига и перемешивание продукции существенно лучше, чем в одношнековом реакторе. Кроме того, в двухшнековом реакторе практически отсутствуют мертвые зоны, в которых могли бы образоваться отложения продукта, которые затем остаются в реакторе и могут привести к деструкции продукта.
Следующий признак настоящего изобретения относится, в частности, к последовательности подачи жидкой серной кислоты и порошка полимера. Установлено, что именно последовательность дозирования приводит к существенным улучшениям. Порошок полимера, который вводят сначала, можно существенно интенсивнее перемешивать с серной кислотой, вводимой позднее. Составные части порошка равномерно покрываются серной кислотой.
ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Дальнейшие преимущества, признаки и подробности изобретения вытекают из последующего описания предпочтительных вариантов выполнения со ссылками на чертежи, на которых изображено:
фиг.1 - изображение блок-схемы способа согласно изобретению изготовления прядильного раствора для производства полимерного волокна,
фиг.2 - изображение блок-схемы другого варианта выполнения способа согласно изобретению изготовления прядильного раствора для производства полимерного волокна,
фиг.3 - изображение блок-схемы следующего варианта выполнения установки для изготовления прядильного раствора для производства полимерного волокна.
Установка согласно изобретению для изготовления прядильного раствора для производства полимерного волокна содержит в качестве основной части двухшнековый месильный реактор 1, который описан, например, в ЕР 0517068. Этот месильный реактор 1 содержит два впускных патрубка 2 и 3, при этом впускной патрубок 3 используют для жидкой серной кислоты, а впускной патрубок 2 - для подачи полимера в форме порошка. В подводящий трубопровод для растворителя может быть также включен предварительный охладитель 12.
Далее, на реакторе показан колпак 4 для паров, через который при перемешивании и гомогенизировании продукции в месильном реакторе 1 можно удалять имеющиеся газы.
К месильному реактору 1 присоединено разгрузочное устройство 5. В данном варианте выполнения оно выполнено в виде двухшнекового разгрузочного устройства. С его помощью перемешанный продукт поступает из месильного реактора 1 в насос (не показан), который выдавливает перемешанный продукт через соответствующие фильеры для изготовления волокон.
Вариант выполнения устройства согласно изобретению в соответствии с фиг.2 отличается от варианта в соответствии с фиг.1 тем, что в смесителе 6 осуществляют предварительное смешивание полимера и серной кислоты перед реактором 1, а затем уже предварительно смешанный продукт, предпочтительно в дозированном количестве, подают в месильный реактор 1 через единственный впускной патрубок 11. Полимер и серную кислоту вводят в смеситель 6 через два дозирующих патрубка 7 и 8.
Вариант выполнения установки согласно изобретению в соответствии с фиг.3 отличается от варианта в соответствии с фиг.2 тем, что к месильному реактору 1 присоединено одношнековое разгрузочное устройство 5.1, ось 9 которого расположена соосно с месильным реактором 1. Благодаря этому создается давление между разгрузочным отверстием 10 и внутренней полостью месильного реактора 1, так что перемешанный продукт можно непрерывно выгружать из месильного реактора 1.
Настоящее изобретение имеет следующий принцип действия.
В показанном варианте выполнения согласно фиг.1, в месильный реактор 1 непрерывного действия, в частности в смесительную месильную машину фирмы List типа CRP или CKR, через впускные патрубки 2 и 3 вводят серную кислоту и порошок полимера, в частности п-полифенилтерефталамид (РРТА). Этот реактор снабжен двумя горизонтально расположенными шнеками, содержащими соответствующие месильные элементы, при этом как наружная оболочка, так и шнеки и, при необходимости, месильные элементы, выполнены с возможностью нагревания.
Порошок полимера, который входит в интенсивный контакт с растворителем, в данном случае с серной кислотой, высвобождает определенную энтальпию растворения. Это количество теплоты в сочетании с количеством теплоты, передаваемым контактным способом через стенки реактора и месильные шнеки, приводит к быстрому нагреванию и расплавлению смеси.
При этом одновременно осуществляют транспортировку вещества от впускных патрубков 2, 3 по направлению к разгрузочному устройству 5. Во время этой транспортировки, в свою очередь, осуществляют дегазацию перемешанного продукта, при этом газы удаляют через колпак 4 для паров. Тщательно перемешанный таким образом продукт затем выгружают при помощи разгрузочного устройства 5.
В варианте выполнения согласно фиг.2 осуществляют предварительное смешивание порошка полимера с серной кислотой. При этом оказалось, что при такой последовательности перемешивание порошка полимера и серной кислоты становится существенно более интенсивным. Лишь после этого уже предварительно перемешанный продукт вводят в реактор 1, где его гомогенизируют и подвергают дегазации. Разгрузку также осуществляют при помощи разгрузочного устройства 5, однако, как показано на фиг.3, можно также использовать одношнековое разгрузочное устройство 5.1.
Список обозначений
1 реактор
2 впускной патрубок
3 впускной патрубок
4 колпак для паров
5 разгрузочное устройство
6 смеситель
7 дозирующий патрубок
8 дозирующий патрубок
9 ось
10 разгрузочное отверстие
11 впускной патрубок
12 предварительный охладитель