Способ и установка для изготовления прядильного раствора для производства полимерного волокна

Изобретение относится к способу и установке для изготовления прядильного раствора для производства полимерного волокна, в частности волокна из п-арамида. Согласно способу полимер смешивают с растворителем, перемешивают, расплавляют, гомогенизируют и подвергают дегазации, а затем выгружают. В качестве растворителя применяют жидкую серную кислоту, и по меньшей мере перемешивание, гомогенизирование и дегазацию осуществляют в одно- или двухшнековом месильном реакторе, предпочтительно непрерывного действия. Изобретение позволяет упростить и удешевить способ получения прядильного раствора. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

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

1. Способ изготовления прядильного раствора для производства полимерного волокна, в частности волокна из п-арамида, при котором полимер смешивают с растворителем, перемешивают, расплавляют, гомогенизируют и подвергают дегазации, а затем выгружают, отличающийся тем, что в качестве растворителя применяют жидкую серную кислоту, и по меньшей мере перемешивание, гомогенизирование и дегазацию осуществляют в одно- или двухшнековом месильном реакторе (1) предпочтительно непрерывного действия.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку полимера и серной кислоты осуществляют под вакуумом.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что серную кислоту предварительно смешивают с полимером в смесителе (6), а затем подают в дозированном количестве в месильный реактор (1).

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что энтальпию растворения смеси одновременно используют для нагревания продукта.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют равномерную дегазацию по всей длине зоны вымешивания.

6. Установка для реализации способа по меньшей мере по одному из пп.1-5, отличающаяся тем, что одно- или двухшнековый месильный реактор (1) содержит впускной патрубок (11) для смеси полимера и серной кислоты или два отдельных впускных патрубка (2, 3) для полимера и для серной кислоты, и одно- или двухшнековый месильный реактор содержит один, соответственно, два месильных шнека для гомогенизирования и дегазации продукта.

7. Установка по п.6, отличающаяся тем, что в двухшнековом месильном реакторе (1) оба шнека вращаются синхронно.

8. Установка по п.6 или 7, отличающаяся тем, что перед месильным реактором (1) установлен смеситель (6).

9. Установка по п.6, отличающаяся тем, что к месильному реактору (1) присоединено одно- или двухшнековое разгрузочное устройство (5) предпочтительно с регулируемой частотой вращения.

10. Установка по п.6, отличающаяся тем, что к месильному реактору (1) присоединено одношнековое разгрузочное устройство (5.1), ось (9) вращения которого проходит параллельно оси месильного реактора (1), а его шнек жестко соединен с одним из двух месильных шнеков.