浅析溶剂法纤维素纤维技术发展现状(2)

2020-05-13 08:24

蒸发设备。

溶剂法纤维素生产,从公布的专利文献到先有已建成的中试及大生产装置,采用的溶解工艺路线有螺杆法、推进捏合法(LIST釜)及薄膜蒸发器法;而纺丝则为干湿法;溶剂回收则主要是多效蒸发。

一浆粥制备设备:溶剂法纤维素纤维在纤维的制胶(溶解)前,纤维与溶剂要进行很好的混合,溶剂应充分均匀的渗透到纤维内部,制备出能适应下道工序要求的物料。因此,根据工艺特点选择混合、传热性能良好,满足各点工艺恒定(平推流)、自清洁无逗留、不返料、无死点等工艺特性需求的捏合设备,该类设备有连续和间歇两类,目前,里奥、兰精等均采用瑞士LIST捏合设备作为浆粥釜。

瑞士LIST公司是世界上做捏合设备最好的企业之一。其单轴(DTB)、同向双轴(CRP)及反向双轴(ORP)适用于各种高分子聚合物的聚合反应,LIST反应器主要具有如下特点: 1)、配有强劲的搅拌功率,保证对各种粘度的物料都能提供充分和均匀的混合,可处理粘度高达40’000 Pa·s的物料;

2)、带有夹套的壳体、空心的搅拌桨桨叶和轴都能通过导热介质进行加热或冷却。因此,反应器单位体积的传热面积大,能更有效地传递热量、精确地控制反应温度;

3)、安装在搅拌桨顶端的刮刀使反应器具有自除垢功能,从而保证了设备中无死角、无粘壁现象,并提高了传热系数;

4)、物料表面更新速率高,提高了传质速率,加快低分子组分的脱除; 5)、反应器可连续操作,轴向返混小,流动状况接近平推流;

6)、设备容积大(最大有效容积可达1万立升),可完成需要停留时间长的慢过程,也可实现多个单元操作(如混合、反应、脱气和干燥)在一台设备中同时进行,节省了空间、能耗和设备投资。

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二、溶解设备:

1、 螺杆:目前,采用螺杆法工艺路线生产纤维素纤维的只有韩国科学研究院与韩国晓星株

式会社合作开发的双螺杆溶解工艺。因螺杆的脱挥能力差,混合效果不好,纤维即使在粉碎为细小颗粒状态下,纤维也不能得到很好的浸润,因此,白芯问题、均匀性问题、凝胶粒子问题无法避免,加之,螺杆存在进料及空间有限,脱挥能力差,所得产品和能力均低。国内浙江林科院及纺科院均采用螺杆做过溶解实验,效果均不理想。 2、LIST釜:

尽管LIST反应器具备很多的优点,但对于采用溶剂溶解纤维素而言,却非最理想的溶解设备,因为其传热传质及长停留时间等方面均不如薄膜蒸发器。但对于溶解前工段的纤维与溶剂的混合浸渍及膨润却是非常理想的设备,并可实现生产的连续化。

3、薄膜蒸发器:薄膜蒸发器是一种高效的脱挥浓缩设备。由于介质在薄膜蒸发器以膜的形式接受热量,加之真空抽吸,使被处理介质能在非常短的时间内脱挥浓缩。对于难脱挥介质而言,薄膜蒸发器是一种非常有效的处理设备,而且几乎不受物料粘度的影响。高粘度物料中的易挥发物质在真空及膜的条件下也能迅速逸出表面而实现脱挥,并且,从设备结构上说,薄膜蒸发器较之其他的换热设备有更大的脱挥空间和相对大的传热面积。因此,兰精公司、ONE-A公司在工业化大生产上均采用了薄膜蒸发器作为溶解设备。

三、胶液过滤:粘胶的过滤目前基本采用可反洗的KK滤机,目前已有多家企业生产该过滤装置,其过滤单元为金属烧结网,反洗采用新鲜粘胶作为反洗液。介绍KK滤机的文献资料比比皆是,不赘述;再有就是在适用于热塑性聚合物,如PET、PA、PE、等过滤使用的熔体过滤器,如CPF双室过滤器。其反洗采用蒸汽、空气等介质,经水解热解氧化等处理后再对滤芯进行后清洗。

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以上两种过滤器对于溶剂法纤维素纤维胶液的过滤来说并不是特别适合。其主要问题是:KK滤机过滤单元所能承受的压力较低,其次,反洗用胶量大,对粘胶生产而言,其废胶的成本较为低廉,加之后续的废胶回用,KK滤机在粘胶行业得到广泛应用。但对于溶剂昂贵的NMMO而言,废胶量大则成本提升大,且溶剂法纤维素纤维溶液的粘度较高,所需过滤压力较大,最重要的是,溶剂法溶液需维持100度左右的温度,过滤器需配备加热单元,现行KK滤机并不适合;对于常规熔体过滤器,虽然承受压力可以满足,也具备加热单元,但反洗周期长,废胶量大,并且反洗工艺不适于易燃易爆及热敏性介质。因此,溶剂法纤维素胶液的过滤装置的基本要求应是:过滤量大,容积小,承压高,具备加热单元,切换迅捷,反洗时间短而高效的过滤装置。目前,国外已有多家企业可生产该类过滤器,这些企业有的已在国内设立办事机构,国内也有企业对此能提供解决方案。

四、纺丝设备:化纤生产中,无论是融熔纺丝还是溶液纺丝,无论是长丝还是短纤,纺丝机都是非常重要的专业设备,对于不同流变性和理化性质以及产品要求的纤维,其纺丝机的结构是非常重要一环。溶剂法纤维素纤维目前纺丝技术是采用干喷湿纺法,胶液经计量过滤后由喷头喷出,纺丝原液细流在气-液界面张力的作用下,使其离开喷丝孔后呈圆柱形,形成初级的表皮层,表皮结构非常光洁。该方法工艺简单,易于控制,成本相对较低;另外,该方法纺速较高,提高了生产效率,而且所制得的丝条表面光滑,溶剂残留量大大降低,提高了初生纤维的质均化程度,力学性能优异。目前采用干湿法纺丝的有PE、PAN、PPTA、PMTA、LYOCELL等。干湿法纺丝是近代发展起来的新型纺丝工艺,其设备尚在不断的完善之中。国外溶剂法纤维素纤维纺丝的干湿法纺丝机均有定型设备,目前国内在碳纤维原丝生产、芳纶生产中所用的干湿法纺丝机与溶剂法纤维素纤维生产用干湿法纺丝机原理基本一致。国内各大纺织机械厂均具备开发溶剂法纤维素纤维干湿法纺丝机生产技术,如邯郸纺机、经纬纺织机械等。干喷湿纺纺丝机设有凝固浴槽和溶剂收集槽,凝固浴设置在中部,下部为

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溶剂收集槽,机板后设溢流槽,溢流槽与收集槽互通。凝固浴槽沿纵向布置有梯形导丝槽,凝固浴由凝固浴槽壁与导丝槽间的进口进入导丝槽外围,并漫过梯形导丝槽顶部顺导丝斜板流至下部溶剂收集槽,凝固浴与胶液细流在导丝斜口接触并随凝固浴进入溶剂收集槽区域,并被定位于墙板上的导丝机构导出集束后送水洗槽。

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