Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРЕМИКСА НА ОСНОВЕ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ - Патент РФ 2125623
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРЕМИКСА НА ОСНОВЕ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРЕМИКСА НА ОСНОВЕ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРЕМИКСА НА ОСНОВЕ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к технологии получения целлюлозных волокон и пленок и предназначено для изготовления премиксов. Измельченный целлюлозный материал перемешивают в горизонтальной цилиндрической смесительной камере с водным раствором окиси амина при повышенной температуре. Камера имеет продольную ось с расположенными на некотором расстоянии друг от друга в осевом направлении перемешивающими элементами. Они вращаются вокруг продольной оси с частотой 40 - 80 об/мин. Наконечники элементов вращаются вокруг оси с окружной скоростью 4 - 6 м/с. В стенках камеры смонтирован по меньшей мере один размалывающий нож, вращающийся с частотой, превышающей частоту вращения элементов. Перемешивание осуществляют до образования дисперсии целлюлозы в растворе окиси амина. Фактически весь целлюлозный материал диспергирован в растворе, образуя однородный высококачественный прядильный раствор. 10 з.п. ф-лы, 7 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2125623
Класс(ы) патента: D01F2/02
Номер заявки: 95122573/04
Дата подачи заявки: 20.05.1994
Дата публикации: 27.01.1999
Заявитель(и): Кортолдс Файбес (Холдингс) Лимитед (GB)
Автор(ы): Гари Эдвард Джордж Грэй (GB); Майкл Колин Квигли (GB)
Патентообладатель(и): Кортолдс Файбес (Холдингс) Лимитед (GB)
Описание изобретения: Настоящее изобретение относится к способу изготовления смеси или премикса, который затем может быть превращен в прядильный раствор, пригодный для изготовления изделий из целлюлозы и который содержит целлюлозный материал, диспергированный в растворителе, в частности в окиси амина, например N-окиси третичного амина.
В патенте США 4416698, автор МакКорсли, который используется в данной заявке в качестве ссылки, описан способ изготовления целлюлозных нитей, заключающийся в формовании горячего, вязкого раствора целлюлозы, растворенной в растворителе из N-окиси третичного амина. Такой раствор обычно относится к прядильному раствору. Установлено, что при изготовлении прядильного раствора целлюлоза быстро растворяется и образует раствор в N-окиси третичного амина более однородного состава, если N-окись третичного амина, содержащая предпочтительное количество воды, и целлюлоза измельчаются на частицы одного заданного размера и затем одновременно загружаются в цилиндр экструдера, где они нагреваются до повышенной температуры. Обычно целлюлоза и N-окись третичного амина измельчаются в мельнице, имеющей сито с размером ячеек 0,5 мм, при этом целлюлоза измельчается без значительного уменьшения ее молекулярной массы. В экструдере смесь нагревается, чтобы растворить целлюлозу в смеси N-окись третичного амина-вода и образовать прядильный раствор перед его экструзией для изготовления волокна или пленки. В патенте МакКорсли подробно не описывается, каким образом целлюлоза должна быть растворена в растворе окиси амина, чтобы получить высококачественый прядильный раствор, в котором фактически вся целлюлоза растворена в окиси амина.
Изготовление прядильного раствора, представляющего собой раствор целлюлозы в окиси амина, описано также в патентах США 4211574, авторы МакКорсли и др. , 4142913, авторы МакКорсли и др. и 4144080, автор МакКорсли. Во всех этих патентах смесь, содержащая целлюлозу, приготовляется посредством набухания целлюлозных волокон в нерастворителе для целлюлозы, например в воде, и смешения целлюлозных волокон с окисью амина. Полученный продукт охлаждается до температуры окружающей среды, чтобы образовать твердый продукт из целлюлозы, диспергированной в окиси амина. Этот твердый продукт измельчается в крошку, которая подается в экструдер. Крошка в экструдере нагревается, так что целлюлоза растворяется в окиси амина и образует с ней раствор. Полученный таким образом прядильный раствор целлюлозы может быть экструдирован для изготовления изделия из целлюлозы.
Целью настоящего изобретения является создание способа изготовления высококачественного премикса, пригодного для получения прядильного раствора целлюлозы, которому может быть придана нужная форма для изготовления изделий из целлюлозы.
В соответствии с другой целью настоящего изобретения предлагается способ изготовления премикса, содержащего целлюлозу, заключающийся в перемешивании компонентов премикса в смесительной камере мешалки (смесителе).
В соответствии с настоящим изобретением способ изготовления премикса на основе целлюлозы отличается от известных тем, что измельченный целлюлозный материал и раствор окиси амина вводят в горизонтальную цилиндрическую смесительную камеру, имеющую продольную ось и расположенные на некотором расстоянии друг от друга перемешивающие элементы, вращаемые вокруг упомянутой оси, а также тем, что целлюлозный материал и раствор окиси амина смешивают в смесительной камере с помощью перемешивающих элементов, вращаемых вокруг продольной оси камеры с частотой 40 - 80 оборотов в минуту, чтобы образовать дисперсию целлюлозы в растворе окиси амина.
Предпочтительно, чтобы окись амина содержала любую соответствующую окись третичного амина, которая совместима с водой. Предпочтительными окисям третичного амина являются циклические моно-N-окиси N-метиламинов, такие, как, например, N-окись N-метилморфолина, N-окись N-метилпиперидина, N-окись N-метилпирролидина, окись диметилциклогексиамина и т.д.
Предпочтительно, чтобы перемешивающими элементами были лемешные лопасти.
Предпочтительно процесс смешения заключается также во вращении размалывающих ножей, закрепленных в стенках смесительной камеры мешалки, со сравнительно высокой частотой, свыше 1500 об/мин. Предпочтительно несколько таких размалывающих ножей закрепляют в нижней половине стенок, образующих смесительную камеру, и вращают с частотой более 2500 об/мин, например 3000 об/мин. Использование размалывающих ножей, вращаемых вокруг осей, ортогональных оси вала смесительного средства, позволяет более эффективно смешивать целлюлозный материал с окисью амина. Было обнаружено, что при использовании такого смесителя получается высококачественный премикс, в котором фактически весь целлюлозный материал диспергирован в растворе окиси амина.
Предпочтительно вал смесительного средства вращается с частотой 60 - 80 об/мин, например 72 об/мин.
Предпочтительно содержимое смесительной камеры поддерживается при повышенной температуре более 65oC, например при температуре 80oC. Это достигается посредством изменения температуры раствора окиси амина до нужной температуры перед введением его в смесительную камеру. Кроме того, стенки смесительной камеры могут обогреваться, например, посредством циркуляции нагретой воды вокруг них, чтобы поддерживать температуру премикса.
Соответственно целлюлозный материал и раствор окиси амина перемешиваются по меньшей мере в течение четырех минут, например 6 - 8 минут, после введения всех компонентов в смеситель.
После смешения целлюлозного материала с окисью амина смешенный гомогенный премикс загружается в бункер, в котором он поддерживается в гомогенном состоянии.
В соответствии с другим аспектом изобретения предлагается способ изготовления премикса на основе целлюлозы, притязания на который изложены в п. 13 нижеприводимой формулы изобретения.
Ниже следует описание примера осуществления настоящего изобретения, которое ведется со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг. 1 схематично показана установка для приготовления смеси, содержащей по меньшей мере целлюлозу и растворитель для нее,
на фиг. 2a и 2b схематично показаны соответственно боковой вид и вид в поперечном разрезе фильтрующий втулки с частицами материала, отложенными на ее наружной стороне,
на фиг. 3a и 3b схематичные боковой вид и вид в поперечном разрезе соответственно фильтрующей втулки, на которых показано удаление частиц материала, ранее отложенных на ее наружной стороне,
на фиг. 4 - схематичный частичный вид, в увеличенном масштабе, аппарат для предварительного смешения, которым снабжена установка, показанная на фиг. 1,
на фиг. 5 - частичный разрез в увеличенном масштабе бункера для хранения смеси, которым снабжена установка, показанная на фиг. 1,
на фиг. 6 и 7 - соответственно схематичные частичный вид с торца и вид сверху в увеличенном масштабе части сдвоенного поршневого насоса, которым снабжена установка, показанная на фиг. 1.
На фиг. 1 схематично показана установка, обозначенная позицией 1, для приготовления смеси из целлюлозного материала, диспергированного в растворителе для целлюлозы. Установка 1 содержит первую группу рулонов 2, вторую группу рулонов 3, измельчитель 4 и соединенный с ним вентилятор 23, сепараторы 5a и 5b, фильтрующее устройство 6, аппараты для предварительного смешения 7a и 7b, бункеры 84 и 85 для хранения смеси и сдвоенные поршневые насосы 88 и 89.
Многослойное первое полотно целлюлозного материала 9 образуется посредством сматывания отдельных полотен с первой группы рулонов 2 с помощью нижней 8 и верхней 10 пар тянущих валков. При перемещении первого полотна 9 между парами тянущих валков 8 и 10 оно проходит между двумя направляющими пластинами 11, расположенными на некотором расстоянии одна от другой. Многослойное второе полотно 12 целлюлозного материала образуется посредством сматывания отдельных полотен со второй группы рулонов 3 с помощью нижней 13 и верхней 14 пар тянущих валков. Второе полотно направляется между парами тянущих валков 13 и 14 с помощью направляющих пластин 15, также расположенных на некотором расстоянии одна от другой. Пластины 11 и 15 располагаются соответственно между тянущими валками 8, 10 и 13, 14, чтобы направлять многослойные полотна 9 и 12 между ними без вмешательства оператора. Предпочтительно направляющие пластины 11 и 15 выполнены поворотными для обеспечения доступа к ним в случае их "забивания" во время работы установки.
Как видно из фиг. 1, первая группа 2 имеет восемь рулонов, а вторая группа 3 четыре рулона. Рулоны целлюлозного материала поставляются конечным пользователям на основе вязкости жидкого продукта, полученного предопределенным способом из целлюлозного материала. Хотя целлюлозный материал в разных партиях поставляемых рулонов имеет разные вязкостные характеристики, конечный пользователь может выбрать рулоны, целлюлозный материал в которых имеет вязкостные характеристики в заранее выбранном диапазоне значений. Поскольку было обнаружено, что лучшее качество премикса на основе целлюлозы достигается посредством смешения целлюлозных материалов, имеющих высокое и низкое значения вязкостных характеристик, чтобы получить "смесь" целлюлозных материалов, имеющую желаемое промежуточное значение вязкостной характеристики, целлюлозный материал в первой группе рулонов 2 имеет вязкостную характеристику в диапазоне низких значений, а целлюлозный материал во второй группе рулонов 3 - вязкостную характеристику в диапазоне более высоких значений. Скорость перемещения полотен 9 и 12 к измельчителю 4 регулируется, чтобы получить смесь целлюлозного материала, имеющую желаемую вязкостную характеристику.
Для изготовления консистентного премикса важно точно регулировать количество целлюлозы, которое добавляется в аппараты для предварительного смешения 7a и 7b. Поскольку целлюлозный материал в рулонах содержит как целлюлозу, так и воду, необходимо определять содержание воды и массу абсолютно сухой целлюлозы в нем. В простейшей форме измельченный целлюлозный материал, разгружаемый из измельчителя 4, может быть взвешен с помощью весов (не показаны) перед тем, как его желаемое количество загружается в аппараты 7a и 7b. Если используется этот метод, то принимается, что целлюлозный материал в рулонах содержит заданный масс. процент целлюлозы и заданный масс. процент воды, например, 94 масс. процентов целлюлозы и 6 масс. процентов воды. Предпочтительно, однако, вычислять массу абсолютно сухого целлюлозного материала, когда он подается к измельчителю 4, с помощью датчиков 16 и 17, взаимодействующих соответственно с полотнами 9 и 12.
Каждый из датчиков 16, 17 содержит сканер, использующий бета-излучение для измерения массы на единицу площади многослойного полотна 9 или 12, и необязательно влагомер, использующий методы поглощения в СВЧ-диапазоне для измерения влагосодержания полотна 9 или 12. Если влагосодержание не измеряется, то считается, что каждое полотно содержит примерно 6 масс. процентов влаги и остальные 94 масс. процентов целлюлозы. На основе сигналов, пропорциональных массе на единицу площади каждого полотна 9, 12, ширине каждого полотна и влагосодержанию каждого полотна, может быть вычислено количество целлюлозного материала, подаваемого к измельчителю 4 и это значение используется для регулирования количества целлюлозы, загружаемой в каждый аппарат для предварительного смешения.
Предусмотрены также детекторы 18 и 19 для обнаружения нежелательного присутствия металла в полотнах 9 и 12. При обнаружении металла процесс может быть автоматически остановлен.
Многослойные первое и второе полотна целлюлозного материала 9 и 12 подаются в измельчитель 4, в котором они размалываются или разрезаются на частицы неправильной формы или хлопья. Измельчитель 4 снабжен вращающимися ножами 20, которые разрезают или разрывают целлюлозное полотно с минимальным сдавливанием его отрезанных кромок. Это желательно для того, чтобы измельченный целлюлозный материал позднее лучше набухал и смешивался с окисью амина и водой. Предпочтительным типом измельчителя является фреза, которая изготавливается фирмой Ульстер Энжиниринг и продается под торговой маркой "AZ 45 Спешл" фирмой Биркетт Катмастер Лимитед. Такой фрезой является ножевая фреза (типа 31 мм х 7 ножей) (type 31 mm х 7 hook). Ножи измельчителя 4 вращаются примерно с частотой 10 об/мин и разрезают целлюлозный материал на частицы неправильной формы или хлопья размером примерно от 1 до 20 см2, обычно примерно от 3 до 15 см2. Однако при измельчении целлюлозного материала с помощью ножей на сравнительно большие частицы или хлопья образуется также некоторое количество более мелких частиц целлюлозного материала или "целлюлозная пыль". Обычно при измельчении целлюлозного полотна до 99% его разрезается на большие частицы или хлопья и 1% превращается в пыль.
Измельченный целлюлозный материал, в том числе и целлюлозная пыль, разгружается через выпускное отверстие измельчителя 4 и подается по трубопроводу 21 круглого сечения к перепускному клапану 22. Целлюлозный материал перемещается потоком воздуха, создаваемым вентилятором 23, расположенным под выпускным отверстием измельчителя 4. Воздух засасывается в кожух вентилятора в направлении стрелки A через фильтр 24. Лопасти вентилятора имеют режущие кромки, которые дополнительно измельчают частицы целлюлозного материала, выходящие из измельчителя 4.
Процесс представляет собой периодический процесс и в зависимости от того, какая стадия его осуществляется, перепускной клапан 22 направляет измельченный целлюлозный материал из трубопровода 21 либо к сепаратору 5a по трубопроводу 25, либо к сепаратору 5b по трубопроводу 26. Сепараторы 5a и 5b имеют аналогичную конструкцию и поэтому ниже подробно описывается только сепаратор 5a.
Сепаратор 5a имеет входное отверстие 27, первое выходное отверстие 28, расположенное на одной горизонтальной прямой с входным отверстием 27, второе выходное отверстие 29, смещенное от этой горизонтальной прямой, и сито 30, расположенное между входным 27 и первым выходным 28 отверстиями под углом к горизонтальной прямой. При работе измельченный целлюлозный материал, включая и целлюлозную пыль, перемещается в потоке воздуха по трубопроводу 25 к входному отверстию 27 и от него к первому выходному отверстию 28 сепаратора. Размер ячеек сита 30 равен 2,54 мм, так что целлюлозная пыль с размером частиц до 2,54 мм и транспортирующий воздушный поток проходят через него к первому выходному отверстию 28 сепаратора. Частицы целлюлозного материала большего размера, которые не проходят через наклонно расположенное сито 30, отклоняются последним вниз и разгружаются через второе выходное отверстие 29 сепаратора. Целлюлозная пыль и транспортирующий воздушный поток, выходящие из первого выходного отверстия 28 сепаратора, подаются по трубопроводам 31 и 32 на вход фильтрующего устройства 6.
Фильтрующее устройство 6 предназначено для отделения целлюлозной пыли от транспортирующего потока воздуха. Предпочтительное фильтрующее устройство 6 содержит фильтр ДЖЕТЛАЙН V, изготовленный фирмой NEU Энжиниринг Лимитед, Воукинг, Суррей, Англия. Такой фильтр 6 имеет множество фильтрующих втулок 40 (см. фиг. 2a, 2b, 3a, 3b), расположенных вертикальными рядами, например двенадцать рядов по восемь втулок в каждом. Каждая фильтрующая втулка 40, представляющая собой игольчато-войлочную втулку (needle-felt sleeve), имеет квадратное поперечное сечение площадью немного меньше 1 м2, так что общая площадь поперечного сечения всех 96 втулок составляет примерно 100 м2. Каждая втулка закреплена на жесткой вертикальной раме 41, выполненной из антикоррозионной стальной проволоки. Фильтрующее устройство 6 работает под давлением выше атмосферного. Приточный воздух со взвешенной в нем целлюлозной пылью перемещается вверх и радиально внутрь через фильтрующую втулку 40 в направлении стрелок на фиг. 2a, при этом на наружной поверхности каждой втулки 40 образуется "лепешка" (осадок) целлюлозной пыли, а "чистый" воздух перемещается вверх через выпускную трубу Вентури 44. "Чистый" воздух выходит в месте 45 (см. фиг. 1) в направлении стрелки B.
"Лепешки" 42 целлюлозной пыли удаляются с фильтрующих втулок 40 посредством периодической подачи сжатого воздуха вниз через трубку Вентури 44, при этом каждый ряд фильтрующих втулок будет очищаться по очереди. Каждый процесс очистки заключается в нагнетании сжатого воздуха через канал 46, соединенный с трубопроводом для сжатого воздуха 47, в каждую фильтрующую втулку 40 через трубку Вентури 44, в результате чего направление воздушного потока через фильтрующую втулку мгновенно изменяется на противоположное и втулка резко раздувается, так что "лепешка" целлюлозной пыли сбрасывается с нее (см. фиг. 3a и 3b). Целлюлозная пыль, удаленная с фильтрующих втулок 40, падает в накопительный бункер 50, расположенный под фильтрующим устройством 6. Накопительный бункер 50 имеет четыре боковые стенки, которые сходятся внутрь и вниз к поворотному крану 51. Каждая из четырех наклонных боковых стенок бункера 50 снабжена нагнетательными соплами 52, которые периодически приводятся в действие, чтобы предотвратить накопление целлюлозной пыли на ней.
При открывании поворотного крана 51 и включении вентилятора 55 целлюлозная пыль по трубопроводу 56 поступает к перепускному клапану 57. В зависимости от того, какая часть установки находится в работе, перепускной клапан 57 направляет поток целлюлозной пыли либо к циклонному сепаратору 59a по трубопроводу 58a, либо к циклонному сепаратору 59b по трубопроводу 58b. Допустим, что перепускной клапан 57 направляет целлюлозную пыль и перемещающий ее поток воздуха в циклонный сепаратор 59a, в этом случае целлюлозная пыль выходит из последнего и перемещается по трубопроводу 60 к T-образному трубопроводу 62, который соединен со вторым выходным отверстием 29 сепаратора 5a. В трубопроводе 60 установлен поворотный кран 61, а в трубопроводе 62, рядом с его входным концом, поворотный кран 63. Когда поворотные краны 61 и 63 открываются, целлюлозная пыль, перемещаемая по трубопроводу 60, воссоединяется с частицами целлюлозного материала большего размера, отделенными в сепараторе 5a. Воздух, выходящий из циклонного сепаратора 59a, направляется назад по трубопроводу 70 в фильтрующее устройство 6 для дополнительного удаления из него целлюлозной пыли, которая еще может находиться в нем.
Сепаратор 5b приводится в действие, когда перепускной клапан 22 направляет измельченный целлюлозный материал и транспортирующий его поток воздуха в трубопровод 26. Целлюлозная пыль разгружается через первое выходное отверстие сепаратора 5b и подается по трубопроводу 72 и 32 к фильтрующему устройству 6. С помощью перепускного клапана 57 целлюлозная пыль от фильтрующего устройства 6 направляется по трубопроводу 58b в циклонный сепаратор 59b, из которого она разгружается и перемещается по трубопроводу 74 для воссоединения с более крупными частицами целлюлозного материала, отделенными в сепараторе 5b и выходящими из него через трубопровод 75. Целлюлозная пыль воссоединяется с более крупными частицами при открывании поворотных кранов 76 и 77.
Приблизительно 453 кГ древесной целлюлозы обрабатывается за каждый цикл и в течение каждого часа осуществляются четыре цикла. Таким образом, каждый час обрабатывается приблизительно 1812 кГ древесной целлюлозы, при этом приблизительно 1%, т.е. 18,12 кГ, целлюлозной пыли воссоединяется с частицами измельченного целлюлозного материала большего размера. Без применения фильтрующего устройства 6 это количество целлюлозной пыли было бы "потеряно" для процесса.
В зависимости от того, какая часть установки находится в работе, измельченный целлюлозный материал и целлюлозная пыль от трубопровода 62 и 75 подается на вход 80 или 81 соответственно аппарата 7a или 7b для предварительного смешения. Каждый из входов 80, 81 обычно обогревается с помощью рубашки 82 (см. фиг. 4), через которую циркулирует горячая вода, имеющая температуру, например, 49oC. Горячая вода подводится по трубе 82a и отводится по трубе 82b.
Поскольку аппараты для предварительного смешения 7a и 7b имеют аналогичную конструкцию, ниже подробно описывается только аппарат 7a. Аппарат 7a имеет четыре дополнительных входа 83 (на фиг. 4 показан только один вход), через которые в него вводится водный раствор окиси третичного амина, содержащий 78 масс. процентов окиси амина и 22 масс. процентов воды. Предпочтительной окисью третичного амина является N-окись N-метил-морфолина. До введения раствора окиси амина в аппарат его температура поддерживается на желаемом уровне - примерно 82oC, например 80oC. Количество раствора окиси амина, вводимое в аппарат 7a, тщательно регулируется с помощью расходомера и поворотного крана 83c, установленного в питающей линии 83d, чтобы получить смесь, содержащую примерно 13 весовых частей целлюлозного материала и 87 весовых частей окиси амина и воды. Обычно при каждом цикле в аппарат для предварительного смешения 7a загружается примерно 3624 кГ раствора окиси амина и примерно 543, 6 кГ измельченного целлюлозного материала.
В каждый аппарат обычно загружается также стабилизатор, такой, как порошкообразный пропилгаллат, который смешивается с другими материалами. Стабилизатор добавляется для того, чтобы предотвратить или уменьшить разложение окиси амина и расщепление целлюлозы. Стабилизатор добавляется к измельченному целлюлозному материалу непосредственно до того, как последний вводится в аппарат для предварительного смешения. На этой стадии могут быть введены другие добавки. Примерами таких добавок являются матирующие вещества, например двуокись титана, модификаторы вязкости и пигменты.
Аппарат для предварительного смешения 7a имеет смесительную камеру с расположенным в ней горизонтальным валом 65, на котором закреплены лопасти 65a, радиально проходящие от него. Лопастями 65a являются лемешные лопасти, которые выполняют роль мешалок и обычно закреплены в разных осевых плоскостях горизонтального вала. Горизонтальный вал 65 приводится во вращение с помощью электродвигателя, расположенного снаружи аппарата. Вал вращается сравнительно медленно, примерно с частотой 72 об/мин. В стенках смесительной камеры аппарата 7a закреплены четыре рафинера или размалывающих ножа 67 (из них на фиг. 4 показан только один), которые расположены на одной прямой на некотором расстоянии друг от друга. Каждый рафинер или размалывающий нож приводится во вращение с помощью электродвигателя 67a, расположенного снаружи аппарата. Каждый размалывающий нож вращается сравнительно быстро, с частотой примерно 3000 об/мин, и ось 68 его вращения перпендикулярна оси вращения лопастей 65a, которые вращаются с окружной скоростью 4-6 м/сек, предпочтительно 5-5,5 м/сек. Быстро вращающиеся размалывающие ножи 67 предназначены для измельчения больших частиц целлюлозного материала после их набухания в растворе окиси амина. Медленно вращающиеся лопасти 65a предназначены для смешения введенных компонентов, чтобы облегчить диспергирование целлюлозы в растворе окиси амина. Совместное действие медленно вращающихся лопастей 65a и быстро вращающихся размалывающих ножей 67 позволяет получить однородную смесь целлюлозного материала, диспергированного в окиси амина и воде. Элементы 65c, 67b и 83e, показанные на фиг. 4, образуют часть электронной вычислительной системы для управления всем процессом и, в частности, соответственно электродвигателем 65b, электродвигателями 67a и расходомером, расположенным перед краном 83c.
Наружный кожух каждого аппарата для предварительного смешения, образующий стенки смесительной камеры, имеет обогревательные рубашки 69, в которых циркулирует горячая вода, обычно имеющая температуру около 82oC, например 80oC, чтобы поддержать повышенную температуру содержимого каждой смесительной камеры на уровне примерно 82oC, например на уровне 80oC. Горячая вода подводится по трубе 69a и отводится через трубу 69b для повторного использования. Каждая операция смешения обычно осуществляется примерно за 21 минуту. В аппарат для предварительного смешения сначала загружается в течение примерно 5 минут раствор окиси амина, а затем загружается в течение примерно 10 минут измельченный целлюлозный материал и пропилгаллат. После этого осуществляют смешение по меньшей мере в течение четырех минут, обычно примерно в течение 6 минут, при повышенной температуре около 82oC, например 80oC, чтобы получить высококачественную смесь, в которой целлюлозный материал расщепляется на отдельные волокна, по существу равномерно диспергированные в окиси третичного амина. Результатом этого является премикс, имеющий сравнительно высокое содержание целлюлозы, примерно 13%. После этого премикс под действием тепла и давления может быть превращен в вязкий прядильный раствор, в котором целлюлоза растворена в растворе окиси амина. Полученный таким образом прядильный раствор в дальнейшем используется для изготовления изделий на основе целлюлозы. Было обнаружено, что предпочтительным рафинером является рафинер модели RT 3000, изготовленный фирмой Уинкворт Машинери Лимитед, Сволоуфилд, Ниер Рединг, Беркшир, Соединенное королевство.
Аппараты для предварительного смешения 7a и 7b имеют перекрываемые нижние выпускные отверстия 82a и 82b, которые соединены соответственно с загрузочными отверстиями 83a и 83b вертикальных бункеров 84 и 85 для хранения смеси. Разгрузочные отверстия 86 и 87 бункеров 84, 85 соединены с входными сторонами соответственно поршневых насосов 88 и 89. Трубопроводы 90 и 91 на выходной стороне соответственно насосов 88 и 89 соединены со станцией для изготовления прядильного раствора (не показана). В зависимости от того, какая часть установки находится в работе, смесь поступает либо от аппарата 7a через бункер 84 к поршневому насосу 88, который по трубопроводу 90 перемещает смесь к станции для изготовления прядильного раствора, либо от аппарата 7b через бункер 85 к поршневому насосу 89, который по трубопроводу 91 также перемещает смесь к станции для изготовления прядильного раствора.
Бункеры 84 и 85 предназначены для поддержания соответствующей консистенции и вязкости однородной смеси, полученной в аппаратах 7a и 7b. Поскольку бункеры 84, 85 имеют аналогичную конструкцию и поршневые насосы 88, 89 имеют аналогичную конструкцию, ниже подробно описываются только бункер 84 и поршневой насос 88.
Бункер 84, показанный схематично на фиг. 5, расположен вертикально и имеет цилиндрическую верхнюю часть 84a и нижнюю часть 84b в виде усеченного конуса. С наружной стороны верхней и нижней частей 84a, 84b по их периметру расположены обогревающие трубы 84c для перемещения горячей воды вокруг стенок бункера, чтобы поддерживать повышенную температуру его содержимого на уровне около 82oC, например на уровне 80oC. Горячая вода подводится через патрубки 84h и 84i и отводится через патрубки 84j и 84k. Внутри бункера 84 вертикально расположен центральный вал 84d, на котором закреплены рычаги 84e, радиально проходящие от него. Рычаги 84e расположены на некотором расстоянии друг от друга по длине вала. Вал вращается сравнительно медленно со скоростью 2-10 об/мин, например со скоростью 8 об/мин. Вал 84d установлен в верхнем подшипнике (не показан), нижнем подшипнике 84g и промежуточном подшипнике, который прикреплен к радиальным рычагам 84p. На наружных концах смежных по вертикали пар рычагов 84e закреплена общая мешалка 84f, при этом на фиг. 5 показаны четыре такие мешалки 84f. Мешалки 84f расположены рядом со стенками бункера 84 и при работе перемешивают премикс, находящийся в его верхней 84a и нижней 84b частях. На фиг. 5 показана только половина, в количественном отношении, рычагов 84e и мешалок 84f, т.к. другая половина рычагов и мешалок (не показаны) расположена с правой стороны бункера 84. Каждый рычаг на правой стороне бункера расположен на одной прямой с соответствующим рычагом 84e на левой его стороне. Рычаги 84e, несущие верхнюю мешалку 84f, расположенную в верхней части 84a бункера, выравнены (т.е. расположены в одной вертикальной плоскости) с рычагами 84e, несущими верхнюю мешалку 84f, расположенную в нижней части 84b бункера. Рычаги 84e, несущие нижнюю мешалку 84f, расположенную в верхней части 84a, и рычаги 84e, несущие нижнюю мешалку 84f, расположенную в нижней части 84b, также расположены в одной вертикальной плоскости, которая смещена, например, на 90o от вертикальной плоскости, содержащей упомянутые первые пары рычагов 84e. Понятно, что на схематичной фиг. 5 этого не видно.
Премикс, загруженный в бункер 84, может сохраняться в нем в пригодном вязком состоянии при точной повышенной температуре в течение желаемого периода времени, например в течение нескольких часов. Сравнительно медленно вращающиеся мешалки 84f сохраняют целлюлозу диспергированной в растворе окиси амина, так что смесь остается в гомогенном состоянии. Поэтому премикс может сохраняться в пригодном состоянии в течение периода времени перед его транспортировкой к станции для изготовления прядильного раствора, что содействует обеспечению необходимой степени управления производственным процессом. Таким образом, бункер 84 позволяет прерывать процесс и может "поглощать" любые остановки на предыдущих стадиях процесса, вызванные, например, поломками установки или т.п., без необходимости удаления уже смешанного премикса.
Поршневым насосом 88 является сдвоенный, так называемый "бетононанос" с гидравлическим приводом. Предпочтительным бетононасосом является насос типа KSP 17 HD EL, изготовленный фирмой Швинн ГмбХ. Было обнаружено, что такой насос 88 особенно пригоден для транспортирования премикса к станции для изготовления прядильного раствора без потери гомогенности премикса. При работе премикс разгружается при открывании крана 95 через выпускное отверстие бункера 84 и подается к входу 96 (см. фиг. 6 и 7) насоса 88. При ходе всасывания одного из поршней сдвоенного поршневого насоса премикс разгружается через выпускное отверстие бункера и затягивается в один из двух цилиндров 97, 98 насоса 88. При последующем переднем ходе нагнетания поршня премикс, ранее затянутый в цилиндр, выталкивается вперед через раздаточную трубу 99 и перемещается по трубопроводу 90. Раздаточная труба 99 закреплена на поворотном валу 100 и под действием гидроцилиндра 105 поворачивается между положением, показанным на фиг. 7 сплошной линией, в котором цилиндр 98 сообщается с трубопроводом 90, и положением, показанным на фиг. 7 пунктирными линиями, в котором цилиндр 97 сообщается с трубопроводом 90. В качестве альтернативы, поток премикса из цилиндров 97, 98 может управляться с помощью тарельчатых клапанов. На фиг. 6 отверстием 101 (показано пунктирными линиями) является входное отверстие трубопровода 90, а отверстиями 102 и 103 - концы соответственно цилиндров 97 и 98. Работа раздаточной трубы 99 и остальной части насоса 88 более подробно описана в патенте США 4.373.875, автор Швинг, который используется в данной заявке в качестве ссылки. Было обнаружено, что поршневой насос 88 является прочным и оказывает положительное воздействие при перемещении целлюлозного премикса. Сравнительно медленно возвратно-поступательно перемещающиеся поршни по существу не "выдавливают" и не отделяют окись амина от целлюлозы и не разрушают последнюю. В основном это является результатом того, что большая часть кинетической энергии перемещающихся поршней используется для транспортирования премикса. Более того, насос действует как дозирующий насос. Поскольку объем каждого цилиндра насоса известен и каждый цилиндр заполняется премиксом при ходе всасывания поршня, количество разгружаемого премикса при каждом ходе нагнетания поршня может быть точно определено. Поэтому количество премикса, перемещаемого за период времени, может точно дозироваться посредством управления скоростью перемещения поршней. Насос является сравнительно надежным в работе, не вызывает отделения целлюлозы от окиси амина и точно дозирует премикс. Премикс содержит примерно 13 масс. процентов целлюлозы. Поршневой насос надежно и эффективно перекачивает такой премикс.
Премикс от насосов 88, 89 подается по трубопроводам 90, 91 к станции для изготовления прядильного раствора, которому в дальнейшем придается форма для изготовления изделия из целлюлозы, такого как волокно, нить, стержень, трубка, пластина или пленка. В трубопроводах 90 и 91 установлены соответственно вентили 92a и 92b. С трубопроводами 90 и 91 соединены рециркуляционные трубы 93a и 93b, через которые выходные отверстия насосов 88, 89 соединяются с входными отверстиями бункеров 84 и 85. Трубы 93a и 93b соединены с трубопроводами 90, 91 в точке, расположенной перед вентилями 92a, 92b, и снабжены соответственно поворотными кранами 94a и 94b. При закрывании вентилей 92a, 92b и открывании кранов 94a, 94b премикс может перекачиваться по замкнутым контурам, содержащими бункеры 84 и 85, без подачи его к станции для изготовления прядильного раствора. Поэтому в случае закупоривания трубопроводов 90, 91 в местах, расположенных за вентилями 92a и 92b соответственно, последние могут быть закрыты, так что смесь может быть возвращена назад в бункеры.
В описываемой установке большинство трубопроводов теплоизолировано. В частности, питающие линии 83d и 96a для горячей воды и питающие линии (не показаны), соединенные с впускными патрубками 84h и 84i, имеют теплоизоляцию, так же как и линии, соединяющие выходные отверстия 82a и 82b аппаратов для предварительного смешения с входными отверстиями 83a и 83b бункеров соответственно. Трубопроводы 90 и 91 также имеют теплоизоляцию.
Хотя в заявке не показано и подробно не описано, стадии подачи полотна от рулонов бумаги к измельчителю, подачи измельченной массы к аппаратам для предварительного смешения, включая и восстановление (утилизацию) мелких частиц, отделенных от измельченной массы, добавления желаемого количества компонентов премикса в аппараты для предварительного смешения, смешивания компонентов в этих аппаратах, перемешивания образованного премикса в бункерах и перекачивания премикса к станции изготовления прядильного раствора предпочтительно управляются с помощью компьютера (ЭВМ).
Настоящее изобретение найдет применение в текстильной промышленности для изготовления изделий из целлюлозы.
Формула изобретения: 1. Способ изготовления премикса на основе целлюлозы, включающий перемешивание измельченного целлюлозного материала с водным раствором окиси амина при повышенной температуре, отличающийся тем, что перемешивание осуществляют в горизонтальной цилиндрической смесительной камере, имеющей продольную ось с расположенными на некотором расстоянии друг от друга в осевом направлении перемешивающими элементами, вращающимися вокруг продольной оси с частотой 40-80 об/мин, имеющими наконечники, вращающиеся вокруг упомянутой продольной оси с окружной скоростью 4-6 м/с, и по меньшей мере один размалывающий нож, смонтированный в стенках смесительной камеры, вращающийся с частотой, превышающей частоту вращения перемешивающих элементов для образования дисперсии целлюлозы в растворе окиси амина.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что раствор окиси амина вводят в смесительную камеру при повышенной температуре 60 - 80oC.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что перемешивание осуществляют при вращении размалывающего ножа с частотой более 1500 об/мин.
4. Способ по пп.1-3, отличающийся тем, что перемешивание осуществляют при вращении по меньшей мере одного размалывающего ножа с частотой более 2500 об/мин.
5. Способ по пп.1-4, отличающийся тем, что перемешивание осуществляют при вращении по меньшей мере одного размалывающего ножа вокруг по меньшей мере одной оси, расположенной под прямым углом к продольной оси.
6. Способ по пп.1-5, отличающийся тем, что перемешивание осуществляют при вращении перемешивающих элементов вокруг продольной оси с частотой по меньшей мере 60 об/мин.
7. Способ по пп.1-6, отличающийся тем, что содержимое смесительной камеры поддерживают при повышенной температуре свыше 65oC.
8. Способ по п.7, отличающийся тем, что раствор окиси амина нагревают до его введения в смесительную камеру.
9. Способ по пп.1-8, отличающийся тем, что целлюлозный материал и раствор окиси амина нагревают внутри смесительной камеры посредством нагревания ее стенок за счет циркуляции нагретой воды вокруг них.
10. Способ по пп.1-9, отличающийся тем, что целлюлозный материал и раствор окиси амина перемешивают в смесительной камере в течение по меньшей мере 4 мин.
11. Способ по пп.1-10, отличающийся тем, что перемешивание осуществляют при вращении наконечников перемешивающих элементов с окружной скоростью 5,0-5,5 м/с.