Устройство для окисления полиакрилонитрильных волокон при производстве углеродных волокон

Изобретение относится к оборудованию для производства химических волокон и касается устройства для окисления полиакрилонитрильных волокон при производстве углеродных волокон. Содержит корпус 1 со съемными торцевыми стенками 5, имеющими проходные окна 6 для входа и выхода обрабатываемых волокон 4, направляющие валы 20, расположенные за пределами корпуса 1. Внутри корпуса 1 размещена камера окисления 2 с каналами 3 для перемещения волокон, объединенными в несколько температурных зон 8. Каждая температурная зона 8 связана с, по меньшей мере, одним калорифером 15 и вентилятором 12. Температурные зоны 8 выполнены изолированными друг от друга, каждая из которых снабжена ресиверной полостью 9 и аспирационной полостью 10. Каждая ресиверная полость 9 соединена с нагнетающим каналом 11 вентилятора 12 посредством перфорированной стенки 13 и с каналами 3 для перемещения волокон с одной стороны камеры 2, а каждая аспирационная полость 10 соединена с каналами 3 для перемещения волокон с другой, противоположной стороны камеры 2, и с всасывающим каналом 14 калорифера 15. Устройство содержит средства для удаления отработанных газов из камеры окисления 2, которые соединены с нагнетающим каналом 11 вентилятора 12, и средства для обогащения окисляющей среды, соединенные с всасывающим каналом 14 калорифера 15. Средства для удаления отработанных газов и средства для обогащения окисляющей среды выполнены в виде патрубков 16, 18 с дросселями 17, 19. Изобретение обеспечивает повышение эффективности термообработки ПАН-волокон за счет равнозначности температур и скоростей газовых потоков, обтекаемющих волокна в каналах каждой температурной зоны камеры окисления. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к оборудованию для производства химических волокон, в частности к печи для непрерывной низкотемпературной обработки полиакрилонитрильных волокон при производстве углеродных волокон.

Из уровня техники известна камера для непрерывной температурной обработки длинномерного материала (ПАН-волокон), включающая корпус проходного типа с отверстиями на торцах для входа и выхода материала, направляющие валы, расположенные за пределами корпуса, перфорированные средства подачи обрабатывающей среды, размещенные в корпусе между осями отверстий для подачи материала, в которой средства подачи обрабатывающей среды выполнены в виде конусообразных коробов, установленных навстречу друг другу в направлении уменьшения сечения, а оси отверстий для подачи материала, между которыми размещен патрубок, за пределами корпуса выполнены пересекающимися. Камера снабжена герметизирующими перегородками, размещенными в корпусе между отверстиями для подачи материала (патент RU 2017867, МПК D01F 9/12, В29В 13/02, 15.08.1994).

Наличие герметизирующих перегородок в конструкции камеры позволяет, как заявлено в данном патенте, на разных участках камеры использовать различную обрабатывающую среду, которая повышает качество выходного материала. Однако в системе отсоса различные среды будут смешиваться, поскольку конусообразный короб отсоса забирает газ с двух сторон перегородки, при этом вторичное применение этих сред исключается, они будут утилизироваться. Следовательно, исключается возможность применения энергоэкономичной системы рециркуляции газов.

В известной конструкции камеры заявлена возможность на выбранном участке волокна осуществлять эффективную фильтрацию газа для подавления экзотермического эффекта. Однако и эта функция возможна только без применения системы рециркуляции газов, поскольку каждый нагнетающий конусообразный короб должен иметь индивидуальную регулировку расхода и температуры газовой среды. Такое конструктивное решение камеры для непрерывной температурной обработки исключает возможность создания равнозначных температур и скоростей газовых потоков на разных участках камеры. Рассмотренная камера энергетически неэффективна и приведет к удорожанию готового материала.

Известно устройство для окисления полиакрилонитрильных волокон, содержащее предкамеры с транспортирующими роликами, патрубками для отсоса газообразных продуктов пиролиза и штуцерами для подсоса свежего воздуха, камеру окисления, связанную посредством трубопроводов с вентилятором и электрокалорифером. Камера окисления снабжена щелевыми каналами для перемещения нитей и локализации газовых выделений. Каждый щелевой канал образован двумя плоскими пластинами, которые могут быть сопряжены с одной или с обоих торцов (патент RU 2042753, МПК D01F 9/14, 27.08.1995) - прототип.

В известном устройстве в процессе окисления в щелевых каналах транспортируются нити, изолированные от прямого воздействия циркулирующей окислительной среды. При этом как нагрев нитей для обеспечения протекания окислительной реакции, так и унос экзотермического тепла от нитей осуществляется по цепочке: вентилятор → электрокалорифер → поток нагретой окислительной среды → стенки щелевых каналов → окислительная среда в щелевых каналах → обрабатываемые нити. Эта система по передаче тепла, ввиду длинной цепочки теплопередачи, обладает высокой инерционностью. При отборе экзотермического тепла такая температурная цепочка неэффективна. Так, при поступлении в систему управления сигнала о перегреве нитей, электрокалорифер получит команду на понижение температуры, затем начнет понижаться температура окислительной среды, затем начнет понижаться температура стенок щелевых каналов, затем начнет понижаться температура окислительной среды в щелевых каналах и, наконец, пониженная температура достигнет обрабатываемых нитей. На практике на печах окисления, имеющих высокую инерционность системы по передаче тепла, имеют место случаи, когда нити вовремя не охлаждаются и самовозгораются, случаются пожары в рабочих камерах. В конструкции устройства не предусмотрены средства организованной подачи окислительной среды - воздуха - в щелевые каналы. В предкамеры поступает воздух с нормальной температурой +20°С и в щелевые каналы этот воздух увлекается движущимися нитями. Но нити по мере окисления изменяют свои геометрические размеры, следовательно, и количество холодного воздуха, поступающего в щелевые каналы, с каждым проходом изменятся, нет стабильной окислительной среды. Процесс окисления будет неустойчив. Рассмотренное устройство для применения способа окисления полиакрилонитрильных нитей технически небезопасно и не обеспечит стабильное и эффективное протекание реакции окисления.

Техническим результатом при использовании заявленного изобретения является повышение эффективности термообработки полиакрилонирильных волокон (ПАН-волокон) за счет обеспечения стабильной окислительной среды, а именно равнозначности температур и скоростей газовых потоков, обтекающих нити в каналах каждой температурной зоны камеры окисления.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для окисления полиакрилонитрильных волокон при производстве углеродных волокон содержит корпус со съемными торцевыми стенками, имеющими проходные окна для входа и выхода обрабатываемых волокон, направляющие валы, расположенные за пределами корпуса, внутри которого размещена камера окисления с каналами для перемещения волокон, объединенными в несколько температурных зон, каждая из которых связана с, по меньшей мере, одним калорифером и вентилятором, а также средства для удаления отработанных газов из камеры окисления и средства для обогащения окисляющей среды, при этом температурные зоны выполнены изолированными друг от друга, каждая из которых снабжена ресиверной полостью и аспирационной полостью, причем каждая ресиверная полость соединена с нагнетающим каналом вентилятора посредством перфорированной стенки и с каналами для перемещения волокон с одной стороны камеры, а каждая аспирационная полость соединена с каналами для перемещения волокон с другой, противоположной стороны камеры, и с всасывающим каналом калорифера, при этом средства для удаления отработанных газов из камеры окисления соединены с нагнетающим каналом вентилятора, а средства для обогащения окисляющей среды соединены с всасывающим каналом калорифера.

Кроме того, указанный выше технический результат достигается тем, что средства для удаления отработанных газов и средства для обогащения окисляющей среды выполнены в виде патрубков с дросселями.

Заявленное изобретение иллюстрируется чертежами, где:

на фиг. 1 изображен продольный разрез четырехзонного устройства окисления ПАН-волокон при производстве углеродных волокон, общий вид;

на фиг. 2 изображено то же, разрез А-А на фиг. 1;

на фиг. 3 изображено то же, разрез А-А с двухсторонним нагнетанием окисляющей среды.

Устройство для окисления ПАН-волокон (фиг. 1-3) содержит корпус 1. Внутри корпуса 1 размещена камера окисления 2 с каналами 3 для перемещения обрабатываемых волокон 4. Корпус 1 имеет торцевые съемные стенки 5, в которых выполнены щелевые проходные окна 6 для входа и выхода обрабатываемых волокон 4. Щелевые проходные окна 6 оснащены затворами 7, препятствующими проходу отработанных газов в пространство цеха и наоборот, цеховой атмосферы в камеру окисления 2. Каналы 3 для перемещения волокон 4 выполнены изолированными друг от друга с образованием температурных зон 8. Каждая температурная зона 8 снабжена с одной стороны камеры ресиверной полостью 9, а с другой стороны камеры - аспирационной полостью 10.

Каждая ресиверная полость 9 соединена с нагнетающим каналом 11 вентилятора 12 через перфорированную стенку аэродинамического сопротивления 13 и с каналами 3 для перемещения волокон 4 соответствующей температурной зоны 8 с одной стороны камеры 2.

Каждая аспирационная полость 10 соединена с каналами 3 соответствующей температурной зоны 8 с другой, противоположной стороны камеры 2, и с всасывающим каналом 14 калорифера 15.

Каждый нагнетающий канал 11 вентилятора 12 соединен с газоотводным патрубком 16, оснащенным дросселем концентрации газов 17. Каждый всасывающий канал 14 соединен с приточным патрубком разряжения 18, оснащенным вакуумирующим дросселем 19. За пределами корпуса 1 расположены направляющие валы 20 для транспортирования обрабатываемых волокон 4 в камеру окисления 2.

Устройство для окисления ПАН-волокон при производстве углеродных волокон работает следующим образом.

ПАН-волокна 4 протягивают по каналам 3 камеры окисления 2, входя и выходя из корпуса 1 через щелевидные проходные окна 6. За пределами корпуса 1 волокна меняют направление движения, огибая направляющие валы 20. При движении через каналы 3 ПАН-волокна 4 обдувают окисляющей средой, поступающей из ресиверной полости 9. При этом температура и скорость газовых потоков во всех каналах 3 температурной зоны 8 будет равнозначной. Это обусловлено тем, что в ресиверной полости 9 создается однородная по температуре и плотности окислительная среда повышенного давления относительно пространства в каналах 3. Создание такой среды достигается равноплотным потоком газов, проходящих через перфорированную стенку аэродинамического сопротивления 13 от нагнетающего канала 11 вентилятора 12. Давление газов в ресиверной полости 9 будет выше, чем давление в каналах 3, за счет повышенной скорости газовых потоков в каналах 3 относительно скорости движения газов в ресиверной полости 9. При увеличении скорости потока в трубопроводе давление в нем уменьшается. Это явление аэродинамики используется в заявленном изобретении для создания равнозначных по скорости газовых потоков в каналах 3 камеры окисления 2.

Для удаления отработанных газов из камеры окисления 2 к нагнетающему каналу 11 вентилятора 12 присоединен газоотводный патрубок 16, оснащенный дросселем концентрации газов 17. Для обогащения окисляющей среды кислородом всасывающий канал 14 калорифера 15 соединен с приточным патрубком разряжения 18. Патрубок разряжения 18 оснащен вакуумирующим дросселем 19. Уменьшение подачи свежего воздуха обеспечивает уменьшение давления в системе газоснабжения камеры окисления 2. При этом возрастает эффективность работы затворов 7.

Заявленное устройство может иметь два конструктивных исполнения в зависимости от требуемой производительности. Одно исполнение выполнено с односторонним нагнетанием окисляющей среды в температурные зоны и второе с двухсторонним нагнетанием окисляющей среды.

Предложенная конструкция устройства обеспечивает эффективный устойчивый процесс обработки полиакрилонитрильных нитей. Это достигается посредством создания равнозначных условий по составу, скорости и температуре газовых потоков в каналах каждой температурной зоны для протекания реакции окисления.

1. Устройство для окисления полиакрилонитрильных волокон при производстве углеродных волокон, содержащее корпус со съемными торцевыми стенками, имеющими проходные окна для входа и выхода обрабатываемых волокон, направляющие валы, расположенные за пределами корпуса, внутри которого размещена камера окисления с каналами для перемещения волокон, объединенными в несколько температурных зон, каждая из которых связана с, по меньшей мере, одним калорифером и вентилятором, а также средства для удаления отработанных газов из камеры окисления и средства для обогащения окисляющей среды, при этом температурные зоны выполнены изолированными друг от друга, каждая из которых снабжена ресиверной полостью и аспирационной полостью, причем каждая ресиверная полость соединена с нагнетающим каналом вентилятора посредством перфорированной стенки и с каналами для перемещения волокон с одной стороны камеры, а каждая аспирационная полость соединена с каналами для перемещения волокон с другой, противоположной стороны камеры, и с всасывающим каналом калорифера, при этом средства для удаления отработанных газов из камеры окисления соединены с нагнетающим каналом вентилятора, а средства для обогащения окисляющей среды соединены с всасывающим каналом калорифера.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что средства для удаления отработанных газов и средства для обогащения окисляющей среды выполнены в виде патрубков с дросселями.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области химии и касается способа окислительной стабилизации волокон из полиакрилонитрила (ПАН), наполненных углеродными наночастицами. Сформированные волокна подвергают термообработке в воздушной среде при нагреве.

Изобретение относится к производству высокопрочных углеродных жгутов, применяемых для производства высококачественных композитов и касается способа связывания волокнистого полиакрилонитрильного(ПАН) материала при проведении стадий получения из него углеродного волокна.

Изобретение относится к области химии и касается способа окислительной стабилизации волокон из полиакрилонитрила(ПАН), наполненных углеродными нанотрубками. Сформированные волокна подвергают термообработке в воздушной среде при нагреве с сохранением постоянной длины.

Изобретение относится к технологии получения полиакрилонитрильных волокон, предназначенных для производства углеродных волокон, а также к производству углеродных волокон.

Изобретение относится к производству огнестойких синтетических волокон, в частности к волокнам на основе окисленного полиакрилонитрила. .

Изобретение относится к оборудованию для производства углеродных волокон, в частности к стадии низкотемпературной обработки, с использованием в качестве сырья полиакрилонитрильных ПАН волокон.
Изобретение относится к области получения высокопрочных углеродных волокон, преимущественно изготавливаемых из органического исходного материала (предшественника), в частности к способу стабилизации углеродсодержащего волокна и способу получения углеродного волокна.

Изобретение относится к технологии получения высокомодульных углеродных волокон из среднепрочных волокон на основе полиакрилонитрильных жгутиков и может быть использовано для производства высококачественных композитов.
Изобретение относится к технологии получения высокомодульных углеродных волокон из полиакрилонитрильных жгутов, применяемых для производства высококачественных композитов.
Изобретение относится к технологии получения высокопрочных, высокомодульных углеродных волокон. .

Изобретение относится к герметизирующим затворам проходных печей. Герметизирующий затвор содержит корпус 1 с фланцем 2 для крепления к рабочей камере 3 печи и продольным прямоугольным проходным каналом 4.

Изобретение относится к упрочнению углеродных волокон (УВ), используемых для получения композиционных материалов. Способ упрочнения углеродных волокон включает термообработку с протягиванием волокон через зону нагрева.

Изобретение относится к нанотехнологии. Сначала смешивают полимер с катализатором и растворителем до получения однородного раствора.

Изобретение относится к получению углеродных нанотрубчатых волокон, имеющих низкое удельное сопротивление. Волокна получают способом мокрого прядения, содержащим стадии подачи прядильного раствора, содержащего углеродные нанотрубки к фильере, экструдирования прядильного раствора через по меньшей мере одно прядильное отверстие в фильере с формованием спряденных углеродных нанотрубчатых волокон, коагулирования спряденных углеродных нанотрубчатых волокон в коагуляционной среде с формованием коагулированных углеродных нанотрубчатых волокон, в котором углеродные нанотрубчатые волокна вытягивают со степенью вытяжки выше 1,0 и в котором углеродные нанотрубки имеют длину по меньшей мере 0,5 мкм.
Изобретение относится к химической технологии волокнистых материалов и касается способа получения волокон из углеродных нанотрубок, которые могут быть использованы для получения высокопрочных, высокомодульных, электропроводящих композиционных материалов специального назначения.

Изобретение относится к химической промышленности и нанотехнологии и может быть использовано при изготовлении композитов и волокон для дисплеев, противообледенительных контуров, газонепроницаемых композитов и экранов.

Изобретение относится к окислительной печи для окислительной обработки волокон, прежде всего для изготовления углеродных волокон. Окислительная печь содержит корпус, который за исключением проходных областей для углеводородных волокон является газонепроницаемым, технологическую камеру, находящуюся во внутреннем пространстве корпуса, устройство подачи горячего воздуха в технологическую камеру, обводные ролики, которые обрамляют технологическую камеру и проводят волокна через технологическую камеру, лежащими рядом зигзагообразно в форме ковра, причем волоконный ковер образует между противолежащими обводными роликами одну плоскость.

Изобретение относится к нанотехнологии. Углеродное нановолокно с внешним диаметром 50-300 нм содержит внешнюю оболочку из аморфного углерода и сердцевину из более чем 1, но не более чем 20 отдельных одностенных или двустенных углеродных нанотрубок.

Изобретение относится к технологии получения углеродных волокон в виде нитей, жгутов и касается углеродного высокомодульного волокна с модифицированной поверхностью для армирования композитов и способа ее модификации.

Изобретение относится к химической технологии волокон и касается способа прядения волокон из графеновых лент. Способ прядения волокон из графеновых лент начинается с развертывания углеродных нанотрубок с образованием графеновых лент, очистки и высушивания графеновых лент, и с последующим растворением графеновых лент в подходящем растворителе, предпочтительно суперкислоте, с образованием прядильного раствора.

Изобретение относится к химической технологии волокнистых материалов, а именно к способам и методам получения углеродных волокнистых материалов путем термохимической обработки волокнистых гидратцеллюлозных (ГЦ-)материалов и к способам выбора ГЦ-волокон в качестве исходного сырья для производства углеродных волокнистых материалов. Способ селекционной оценки ГЦ-волокон как прекурсора при получении углеродных волокон, включающий нагревание гидратцеллюлозных волокон, исследование их термохимического превращения в углеродные волокна и определение физико-механических свойств, отличающийся тем, что испытуемые ГЦ-волокна подвергают дериватографическому анализу в сопоставлении с аналогичным анализом ГЦ-образца волокна - эталона, а по результатам сопоставительной оценки полученных данных проводят отбор испытуемых ГЦ-волокон, наиболее близких эталонному ГЦ-волокну по ходу пиролиза, затем отобранное ГЦ-волокно тестируют на процесс термохимического превращения в углеродное волокно по технологии получения эталонного образца и корректируют режим технологии получения углеродного волокна испытуемого волокна. Изобретение обеспечивает высокую эффективность селекционной оценки ГЦ-волокон как прекурсора углеродных волокон и оптимизацию технологического процесса при производстве углеродных волокон на основе нового гидратцеллюлозного сырья. 1 ил., 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к оборудованию для производства химических волокон и касается устройства для окисления полиакрилонитрильных волокон при производстве углеродных волокон. Содержит корпус 1 со съемными торцевыми стенками 5, имеющими проходные окна 6 для входа и выхода обрабатываемых волокон 4, направляющие валы 20, расположенные за пределами корпуса 1. Внутри корпуса 1 размещена камера окисления 2 с каналами 3 для перемещения волокон, объединенными в несколько температурных зон 8. Каждая температурная зона 8 связана с, по меньшей мере, одним калорифером 15 и вентилятором 12. Температурные зоны 8 выполнены изолированными друг от друга, каждая из которых снабжена ресиверной полостью 9 и аспирационной полостью 10. Каждая ресиверная полость 9 соединена с нагнетающим каналом 11 вентилятора 12 посредством перфорированной стенки 13 и с каналами 3 для перемещения волокон с одной стороны камеры 2, а каждая аспирационная полость 10 соединена с каналами 3 для перемещения волокон с другой, противоположной стороны камеры 2, и с всасывающим каналом 14 калорифера 15. Устройство содержит средства для удаления отработанных газов из камеры окисления 2, которые соединены с нагнетающим каналом 11 вентилятора 12, и средства для обогащения окисляющей среды, соединенные с всасывающим каналом 14 калорифера 15. Средства для удаления отработанных газов и средства для обогащения окисляющей среды выполнены в виде патрубков 16, 18 с дросселями 17, 19. Изобретение обеспечивает повышение эффективности термообработки ПАН-волокон за счет равнозначности температур и скоростей газовых потоков, обтекаемющих волокна в каналах каждой температурной зоны камеры окисления. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх