AT505450A1 - Dünnschichtbehandlungsapparat - Google Patents

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AT505450A1 AT0097207A AT9722007A AT505450A1 AT 505450 A1 AT505450 A1 AT 505450A1 AT 0097207 A AT0097207 A AT 0097207A AT 9722007 A AT9722007 A AT 9722007A AT 505450 A1 AT505450 A1 AT 505450A1
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Description

L397-7112 1 A 972/2007 Dünnschichtbehandlungsapparat
Diese Erfindung bezieht sich auf einen Dünnschichtbehandlungsapparat, der zur, Herstellung von Celluloselösungen in einem wässrigen organischen Lösungsmittel geeignet ist. Sie bezieht sich insbesondere, aber nicht ausschließlich, auf die Herstellung von Celluloselösungen zur Verwendung bei der Produktion einer Lyocellfaser.
Die Produktion einer Lyocellfaser ist ein wohlbekanntes Konzept. Im Wesentlichen wird Cellulose in Form von Zellstoff mit Wasser und einem organischen Lösungsmittel für Cellulose und einem Stabilisator vermischt. Unter der Wirkung von Hitze und reduziertem Druck wird ein Teil des Wassers abgedampft, um eine Celluloselösung im organischen Lösungsmittel herzustellen, welche zusätzlich die restliche Menge des Wassers enthält.
Diese Lösung wird dann zu einem Spinnverfahren geleitet, wobei die Lösung zu geformten Gegenständen, typischerweise Filamenten, gebildet wird, die Filamente werden daraufhin behandelt, um das wässrige organische Lösungsmittel herauszulösen, um die Cellulose auszufällen und um somit den geformten Cellulosegegenstand zu bilden.
Eine Stapelfaser ist ein Produkt, das in großem Umfang verwendet wird, und das Faserproduktionsverfahren muss solcherart sein, dass die Faser zu solchen Kosten hergestellt werden kann, dass sie im Vergleich zu konkurrierenden Cellulosefasern, wie z.B.
Baumwolle, oder Viskosefasern oder sogar Kunstfasern, wie.B. Polyesterfasern, wirtschaftlich rentabel wird.
Dies bedeutet, dass die wirtschaftlichen Bedingungen des Verfahrens solcherart sind, dass bei der Herstellung einer Lyocellfaser, insbesondere einer Lyocell-Stapelfaser, die Ausrüstung, die zur Herstellung der Lösung verwendet wird, auf einem solchen Niveau sein muss, dass Lösungsmengen von Zehntausenden Tonnen Lösung pro Jahr produziert werden können.
Die Notwendigkeit, die Faser in großem Umfang herzustellen, führte zur Einführung eines speziellen Verfahrens zur Herstellung der Celluloselösung. Bei einem alternativen Verfahren werden die Cellulose und das Wasser und/oder ein organisches Lösungsmittel in solchen Mengen vermischt, dass eine direkte Auflösung erzielt wird. Es ist jedoch äußerst schwierig, dies in großem Umfang durchzuführen. Bei dem anderen, nun kommerzialisierten Verfahren, auf das sich die vorliegende Erfindung bezieht, umfasst das Verfahren die Herstellung einer Vormischung von Cellulose, Stabilisator, überschüssigem Wasser und einem organischen Lösungsmittel, gefolgt von der Erhitzung und Verdampfung des
NACHGEREICHT ·· · ·· ·· 2 • · · · · ·· ·· ··· ·· ·· · überschüssigen Wassers, um das organische Lösungsmittel zu konzentrieren, um eine Auflösung der Cellulose zu ermöglichen.
Die bewährteste Form einer Ausrüstung, bei der festgestellt wurde, dass mit ihr die Lösung durch dieses kommerzialisierte Verfahren erhältlich ist, ist ein vertikal ausgerichteter Dünnschichtbehandlungsapparat, wie z.B. das von der Buss AG hergestellte Gerät, das unter der Handelsmarke Filmtruder erhältlich ist. In der EP 0 356 419 Bl ist ein Dünnschichtbehandlungsapparat in der Ausführung, auf welche die vorliegende Erfindung anwendbar ist, geoffenbart. In dieser Offenbarung wird die Vormischung über eine Einlassöffnung in den Dünnschichtbehandlungsapparat gepumpt und strömt durch den Dünnschichtbehandlungsapparat teilweise unter der Wirkung der Schwerkraft nach unten, wird jedoch hauptsächlich von Förderschaufeln an einem zentralen Rotor nach unten gedrückt. Die Innenfläche des Dünnschichtbehandlungsapparats wird erhitzt, und ein Vakuum wird angelegt, um überschüssiges Wasser abzudampfen. Dies erzeugt eine Lösung von Cellulose in einem wässrigen Lösungsmittel, welche über einen Ausgang aus dem Dünnschichtbehandlungsapparat herausgepumpt wird. Eine bevorzugte Form eines organischen Lösungsmittels ist N-Methylmorpholin-N-Oxid, üblicherweise abgekürzt mit NMMO.
Die vom Dünnschichtbehandlungsapparat produzierte Celluloselösung kann zur Herstellung vieler Arten von Produkten verwendet werden. Das wichtigste Produkt, das aus dieser Celluloselösung hergestellt wird, ist die Cellulosefaser. Es können jedoch auch viele andere Cellulosematerialien, wie z.B. Filme oder Schwämme oder Schläuche, hergestellt werden.
Die EP 0 660 743 offenbart ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Celluloselösungen unter Verwendung eines Dünnschichtbehandlungsapparats. Dieses Dokument befasst sich insbesondere mit der Optimierung des Verfahrens der EP 0 356 419 in Hinblick auf den Ertrag an Lösung und den Energieverbrauch.
Eine weitere Abwandlung dieses bekannten Verfahrens ist in der WO 97/11973 geoffenbart.
Es muss beachtet werden, dass, während eine Erhöhung der Produktionskapazität zu der ständigen Aufgabe des Technikers gehört, insbesondere das Lyocellverfahren dem Scale-Up des Verfahrens einige massive Beschränkungen auferlegt. Der Grund dafür ist, dass die Beschaffenheit der im Dünnschichtbehandlungsapparat gebildeten Celluloselösung exotherm ist. Folglich ist es schwierig, die Produktionskapazität des Lyocellverfahrens zu steigern, ohne gleichzeitig mit der Gefahr exothermer Reaktionen infolge eines Temperaturanstiegs im System konfrontiert zu werden.
NACHGEREICHT ·· t· ·· 3 • · fl · f ♦ ·· ·· • · ·· ·
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Verwendung eines Dünnschichtbehandlungsapparats zur Herstellung von Celluloselösungen, insbesondere im kommerziellen Umfang, noch weiter zu verbessern. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung eines verbesserten Dünnschichtbehandlungsapparats, der zur Herstellung von Celluloselösungen verwendet werden kann.
In einem ersten Aspekt wird diese Aufgabe durch einen Dünnschichtbehandlungsapparat gemäß Ansprüch 1 erfüllt. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Dünnschichtapparats sind in den Unteransprüchen geoffenbart.
Der erfindungsgemäße Dünnschichtbehandlungsapparat umfasst einen Rotor, der mindestens einen zylinderförmigen Abschnitt aufweist, wobei mindestens ein Wischblatt am zylinderförmigen Abschnitt angeordnet ist und das Wischblatt mindestens zwei Zähne umfasst, wobei die Zähne mit Abstand voneinander angeordnet sind, wodurch sich eine Lücke bildet, und ist dadurch gekennzeichnet, dass das durchschnittliche Verhältnis V zwischen der Länge L eines Zahns und der Länge (G) der an den Zahn angrenzenden Lücke jeweils mehr als 2:1 beträgt. Überraschenderweise wurde festgestellt, dass die Produktionskapazität eines Dünnschichtbehandlungsapparats erheblich gesteigert werden kann, wenn das durchschnittliche Verhältnis V zwischen der Länge L der Zähne, die sich an den Blättern am Dünnschichtbehandlungsapparat befinden, und der Länge G der an die Zähne angrenzenden Lücken vergrößert wird.
Im Besonderen wurde festgestellt, dass es bei Verwendung des erfindungsgemäßen Dünnschichtbehandlungsapparats möglich ist, die Produktionskapazität zu steigern, gleichzeitig aber die Systemparameter, wie z.B. die Temperatur des Systems, auf einem akzeptablen Niveau hinsichtlich der Prozesssicherheit zu halten.
Die EP 0 660 743 Bl offenbart, dass die Zähne, die sich an den Blättern befinden (welche die Form von Streifen mit integrierten Zähnen haben können), 10 bis 40% der vertikalen Länge des Streifens ausmachen können. Dies ergibt ein Verhältnis V, das wesentlich niedriger als 2:1 ist. JLif 4 4 ·· • M ·· • ·· • • ·· · · t · ·· · · • • • · · ·· • · • • • · · • · • · • • • · · • · • · ·· ··· ·· ·· ·······
Es versteht sich, dass das Verhältnis V zwischen der Länge L der Zähne und der Länge G der jeweils angrenzenden Lücken nicht bei allen Zähnen bzw. angrenzenden Lücken, die am . erfindungsgemäßen Apparat angeordnet sind, unbedingt dasselbe ist.
Bei einer Ausführungsform kann das Verhältnis V bei allen am Apparat angeordneten Zähnen höher als 2:1 sein.
Bei anderen Ausführungsformen kann das Verhältnis V in manchen Bereichen des Apparats niedriger als 2:1 sein, während das Verhältnis V in anderen Bereichen wesentlich höher sein kann. Wichtig ist jedoch, dass der Durchschnittswert des Verhältnisses V, der aus allen am Apparat befindlichen Zähnen berechnet wird, höher als 2:1 ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt das durchschnittliche Verhältnis V mehr als 3:1, vorzugsweise 3,3:1. Wieder kann das Verhältnis V bei allen am Apparat angeordneten Zähnen mehr als 3:1, vorzugsweise 3,3:1, betragen.
Die Länge L der Zähne kann jeweils 40 bis 200 mm und bevorzugt 90 bis 110 mm betragen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsfonn des erfindungsgemäßen Dünnschichtbehandlungsapparats bildet zumindest ein Teil der Zähne einen Winkel α gegen die Vertikale, der mehr als 0° beträgt, wobei der mittlere Winkel am aller Zähne weniger als 14° beträgt.
Es ist bekamt, dass insbesondere zum Zwecke der Herstellung von Celluloselösungen zumindest ein Teil der an einem Dünnschichtbehandlungsapparat angeordneten Zähne geneigt sein kam und somit einen Winkel α gegen die Vertikale bildet, der mehr als 0° beträgt, um das durch den Apparat transportierte Material nach unten zu drücken.
Es wurde nun überraschenderweise festgestellt, dass, wem der mittlere Winkel Om aller Zähne weniger als 14° beträgt, die Produktionskapazität eines Dünnschichtbehandlungs-apparats erheblich gesteigert werden kam, ohne gleichzeitig die Grenzen des Verfahrens hinsichtlich der Prozesssicherheit zu überschreiten.
Unter dem Begriff “mittlerer Winkel” ist der Durchschnittswert aller Winkel α, die von allen Zähnen gegen die Vertikale gebildet werden, zu verstehen.
NACHQEREIOHT 5
Bei einer Ausführungsform können alle Zähne des Dünnschichtbehandlungsapparats geneigt sein, und somit betragen alle Winkel <x mehr als 0°.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist nur ein Teil der Zähne geneigt. Dies bedeutet, dass ein Teil der Zähne einen Winkel gegen die Vertikale bildet, der 0° beträgt, während der Rest der Zähne einen Winkel gegen die Vertikale bildet, der mehr als 0° beträgt. Der mittlere Winkel (½ ist dann wieder der Durchschnittswert aller Winkel a. Wenn zum Beispiel fünfzig Prozent der Zähne nicht geneigt sind (a = 0°) und die anderen fünfzig Prozent der Zähne gegen die Vertikale in einem Winkel von 26° geneigt sind, ist der mittlere Winkel a™ der Durchschnittswert, d.h. 13°.
Der mittlere Winkel otm beträgt vorzugsweise weniger als 11°, bevorzugt 10°.
Bei wiederum einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der erfindungsgemäße Dünnschichtbehandlungsapparat dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (T) des Wischblatts bzw. der Zähne mehr als 5 mm beträgt. Überraschenderweise wurde festgestellt, dass die Produktionskapazität eines Dünnschichtbehandlungsapparats bei Verwendung von Blättern und/oder Zähnen mit einer Mindestdicke (T) von mehr als 5 mm erheblich gesteigert werden kann, ohne gleichzeitig die Grenzen des Verfahrens hinsichtlich der Prozesssicherheit zu überschreiten.
Unter der Dicke T ist die Dicke der Stirnfläche der Blätter und/oder der Zähne zu verstehen. Die Stirnfläche ist jene Fläche des Blatts, die mit dem zu behandelnden Material in Kontakt steht und die das Material über die Innenfläche des Dünnschichtbehandlungsapparats verteilt und transportiert.
Die Dicke T kann mehr als 11 mm, vorzugsweise 17 mm bis 55 mm, am meisten bevorzugt 22 mm betragen.
Der erfindungsgemäße Dünnschichtbehandlungsapparat ist besonders geeignet für die Herstellung einer formbaren Celluloselösung in einem wässrigen tertiären Aminoxid aus einer Suspension von Cellulose im wässrigen tertiären Aminoxid.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand der Beispiele und Figuren näher erläutert.
nachqerbohtI 6 ·· • · • ·· ·· · • ·· • · • ·· ·· · · • · • · • ·· • · • · • · • • · • · ·· ··· ·· ♦ · ··· ····
Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht eines Systems gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 2 ist eine Stimansicht des oberen Teils des Rotors des in Fig. 1 gezeigten Systems.
Fig. 3 ist eine detailliertere Ansicht einer Verbindung zwischen Blatt und Rotor.
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht der Anordnung der Fig. 3.
Fig. 5 ist eine Ansicht eines Teils des Rotors eines Dünnschichtbehandlungsapparats gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 6 ist eine schematische Draufsicht, die eine beispielhafte Form eines Rotorblatts eines Dünnschichtbehandlungsapparats gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Fig. 7 ist ein Diagramm, das den Einfluss des Verhältnisses V der Zähne der Blätter auf die spezifische Leistung eines Dünnschichtbehandlungsapparats zeigt.
Fig. 8 ist ein Diagramm, das den Einfluss des mittleren Winkels a™ auf die spezifische Leistung eines Dünnschichtbehandlungsapparats zeigt.
Fig. 9 ist ein Diagramm, das den Einfluss der Dicke T der Blätter auf die spezifische Leistung eines Dünnschichtbehandlungsapparats zeigt.
Bezugnehmend auf Fig. 1 zeigt diese in schematischer Weise ein System zur Durchführung des Verfahrens zum Bilden einer Celluloselösung in einem tertiären Amin-N-Oxid.
Ein tertiäres Amin-N-Oxid, wie z.B. N-Methylmorpholin-N-Oxid, wird entlang der Leitung 2 in einen Behälter 1 gespeist. Zuleitungen sind auch für Cellulose 3 und Wasser 4 vorgesehen. Die Vormischung, die durch Vermischung dieser Komponenten gebildet wird, enthält typischerweise 12 Gew.% Cellulose, 20 Gew.% Wasser und 68 Gew.% N-Methylmorpholin-N-Oxid. Die drei Komponenten werden im Behälter 1 mittels einer von einem Elektromotor 6 gedrehten Rührschnecke 5 vermischt. Die Rührschnecke rührt die Mischung und leitet die vermischten Komponenten entlang einer Rohrleitung 7 zu einem im Allgemeinen mit 8 bezeichneten Dünnschichtbehandlungsapparat. Die Rohrleitung hat vorzugsweise einen solchen Durchmesser, dass sie stets voll ist, ansonsten kann an ihrem Ausgang in den Dünnschichtbehandlungsapparat eine Verengung vorgesehen sein, so dass das Material in der Rohrleitung 7 nicht dem Vakuum im Behandlungsapparat 8 ausgesetzt wird.
Der Dünnschichtbehandlungsapparat 8 weist einen Rotor innerhalb eines zylinderförmigen Bauelements 9 auf, das an der Außenseite durch ein Heizelement 10 erwärmt wird. Das Heizelement kann ein elektrisches Heizelement oder ein ölgefulltes Element oder ein kompletter, mit Dampf oder heißem Wasser gefüllter Heizmantel sein. Am unteren Ende des
NACHdiREIOHT 7 ·· ·· · ·· ·· • · ·· · · · · • · · · · ·· • · · · · · · • · · · · · ·· ··· ·· ··
zylinderförmigen Teils 9 befindet sich ein spitz zulaufender Teil 11, der zu einer Abflussleitung 12 führt.
Am oberen Ende des zylinderförmigen Teils 9 befindet sich eine Beschickungskammer 13, die mit einem Abzugsrohr 14 versehen ist, durch das evaporierte Dämpfe entfernt werden können. Vorgemischtes Material strömt durch die Rohrleitung 7 in die Kammer 13 und wird bei Drehung des im Allgemeinen mit 16 bezeichneten Rotors durch eine Verteilerplatte 15 um den Dünnschichtbehandlungsapparat herum verteilt.
Die zentrale Welle des Rotors 16 wird durch einen externen Elektromotor 17 gedreht.
Der Rotor 16 ist mit einer Reihe von Blättern 18 ausgestattet, die nachstehend detaillierter beschrieben werden. Im Betriebszustand wird durch das Rohr 14 ein reduzierter Druck aufgebracht, wodurch beim Erhitzen der Vormischung durch das Heizelement 10 das Wasser während des Betriebs des Dünnschichtbehandlungsapparats abgedampft wird, um den Wassergehalt der Vormischung zu verringern, während diese erhitzt wird.
Dieses ständige Erhitzen und Verdampfen führt zu einer Reduzierung der Wasserkomponente, d.h., der Nichtlösungsmittelkomponente, in der Vormischung in einem solchen Ausmaß, dass die Cellulose eine echte Lösung im tertiären Amin-N-Oxid bildet.
In den unteren Teilen des Dünnschichtbehandlungsapparats 8 wird daher eine viskose Lösung gebildet, die von schräg liegenden Blättern 19 an einem kegelförmigen Bauelement 20 nach unten in den Hals am Boden des spitz zulaufenden Teils 11 des Dünnschichtbehandlungsapparats gedrückt wird. Durch Drehung eines Schneckenelements 21 wird die Celluloselösung im Lösungsmittel zu einer von einem Elektromotor 23 angetriebenen Pumpe 22 geleitet. Von dort wird die Lösung mittels einer geeigneten Verrohrung 24 zu einer Spinndüse 25 geleitet.
Das Schneckenelement 21 wird durch einen Elektromotor 26' gedreht, und die Steuerung des Elektromotors 26' regelt zusammen mit der Steuerung der Elektromotoren 6 und 17 den Fluss der Lösung durch das System.
Die Figuren 2 bis 4 zeigen den Aufbau des in Fig. 1 unter 16 allgemein dargestellten Rotors mit mehr Details. Aus den Figuren 2 und 3 ist ersichtlich, dass der Rotor einen zylinderförmigen Mittelteil 26 umfasst, der an seinem unteren Ende einen spitz zulaufenden nagHQEReicht | 8 kegelförmigen Abschnitt aufweist. An seinem oberen Ende besitzt der zylinderförmige Teil eine Endplatte 28, mit der die Rotationswelle des Motors 15 verbunden ist.
Der Rotor-Mittelteil 26 ist im Wesentlichen ein hohler Zylinder, aus dem eine Reihe von z.B. sechs parallelen Schaufelfußen 29, 30 etc. integriert herausragen. Diese Schaufelfuße vergrößern die Länge des Mittelteils 26 des Rotors.
Die Schaufelfüße sind im mittleren Bereich des Rotors angeschweißt und bilden einen integrierten Teil davon.
Eine Reihe von Platten 31,32,33,34,35 und 36, welche die eigentlichen Blätter des Dünnschichtbehandlungsapparats bilden, ist an den Füßen, z.B. am Fuß 30, angeschraubt. Wie in Fig. 3 deutlicher gezeigt wird, ist eine Schaufelplatte 38 mittels einer herkömmlichen Schraube 40 an einem Schaufelfuß 39 angeschraubt. Wie in Fig. 4 zu sehen ist, besitzt eine Schaufelplatte 41 eine Reihe von Zahnelementen 42,43,44 und 45, die sich zu den entfernt liegenden Rändern der Schaufelplatte 41 erstrecken, und die Schaufelplatte 41 ist mittels Schrauben 47,48 und 49 an einem Schaufelfuß 46 befestigt.
Die Blattzähne 42 bis 45 können abgewinkelt sein, um die viskose Vormischung und die viskose Lösung durch den Dünnschichtbehandlungsapparat nach unten zu drücken. Da der Rotor 16 des Dünnschichtbehandlungsapparats 8 in vertikaler Stellung angeordnet ist, arbeitet die Wirkung der schräg liegenden Blätter mit der Wirkung der Schwerkraft zusammen, um die Abwärtsbewegung der Vormischung und der Lösung durch den Behandlungsapparat zu verstärken.
Fig. 5 veranschaulicht in schematischer Weise eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch Bezugnahme auf zwei benachbarte Blätter 41, 35 (die nicht dargestellt sind), an denen die Zähne 42,43, 44 bzw. die Zähne 42’, 43’ und 44’ angeordnet sind.
Gemäß der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform ist ein Teil der Zähne vertikal ausgerichtet, (d.h., die Zähne 42, 43 und 44), während ein weiterer Teil der Zähne (die Zähne 42’, 43’ und 44’) gegen die Vertikale geneigt ist und dabei einen Winkel α von mehr als 0° bildet.
Jeder Zahn hat eine Länge L (die in Fig. 5 in Bezug auf die Zähne 42 und 42’ dargestellt ist). Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung bezieht sich die Länge L hinsichtlich eines
NACHGEREICHT 9 9 ·· • ·· • 9 • ·· • • ·· · · • · ·· · · • • • · · ·· • » • • • · · • · « · • · • · · • · ·. « ·· ··· ·· ·· 4·· ····
Zahns, der geneigt ist, auf die Länge der Projektion des Zahns auf die Vertikale (wie in Fig. 5 in Bezug auf den Zahn 42’ gezeigt wird).
Benachbarte Zähne, z.B. die Zähne 42 und 43, sind mit Abstand voneinander angeordnet und bilden daher eine Lücke G. Das Verhältnis der Länge L des Zahns zur Länge G der Lücke ist das Verhältnis V. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sollte das durchschnittliche Verhältnis V bei allen Zähnen und angrenzenden Lücken, die sich am zylinderförmigen Abschnitt des Rotors befinden, jeweils mehr als 2:1 betragen.
Zudem sollte der mittlere Winkel am, welcher der Durchschnittswert der Winkel α aller Zähne (einschließlich der nicht geneigten Zähne) ist, gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weniger als 11° betragen.
Fig. 6 stellt die Form einer Ausführungsform des Zahns 42 in schematischer Weise dar. Der Zahn 42 hat eine Stirnfläche 42a, die mit dem zu behandelnden Material in Kontakt steht und die das Material über die Innenfläche des zylinderförmigen Teils 9 verteilt und transportiert. Die Stirnfläche 42a verläuft im Wesentlichen parallel zur Innenfläche des zylinderförmigen Teils 9.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Stirnfläche 42a der Zähne eine Dicke T auf, die mehr als 5 mm betragen sollte.
Beispiele
Die Produktionskapazität eines Dünnschichtbehandlungsapparats wird insbesondere durch zwei Faktoren begrenzt: 1) die maximale Umfangsgeschwindigkeit der Blätter 2) die maximale Temperatur innerhalb des Apparats (gemessen am Mantel).
Bei einem beispielhaften Dünnschichtbehandlungsapparat kann Faktor 1) (d.h., die maximale Umfangsgeschwindigkeit) einen Wert von etwa 7 m/s haben.
Die maximale Temperatur (Faktor 2) sollte wegen der Gefahr exothermer Reaktionen 160° nicht überschreiten. nachgerbcht j 10
Das Produkt dieser beiden Werte, das nachstehend als maximaler “F-Faktor” bezeichnet wird, definiert die Grenze bei einer Erhöhung der Produktionskapazität. Das heißt, es ist nicht möglich, die Produktionskapazität über diesen Wert hinaus zu erhöhen, ohne entweder technische Grenzen zu erreichen oder exotherme Reaktionen zu riskieren.
Bezugnehmend auf die vorliegenden Beispiele beträgt das Produkt der Faktoren 1) und 2), d.h., der maximale “F-Faktor ”, 1120°C m/s.
Beispiel 1:
Bei diesem Beispiel wurde ein Dünnschichtbehandlungsapparat eingesetzt, der einen Rotor mit 8 Blättern (Dicke T = 11 mm) hatte. Der Apparat wurde verwendet, um eine Cellulosesuspension in wässrigem NMMO zu einer Celluloselösung mit 13% Cellulose zu verarbeiten.
In einem Vergleichsbeispiel betrug die Länge der an den Blättern angeordneten Zähne jeweils 62 mm. Die Länge der an die Zähne angrenzenden Lücken betrug jeweils 31 mm.
Das heißt, das durchschnittliche Verhältnis V war 2:1.
Im erfindungsgemäßen Beispiel betrug die Länge der Zähne 102 mm, während die Länge der Lücken konstant bei 31 mm gehalten wurde. Das heißt, das durchschnittliche Verhältnis V war 3.3. Für die Zwecke dieses Beispiels bezieht sich der Begriff “Länge” auf die tatsächliche Stimlänge der Zähne. Bei jenen Zähnen im verwendeten Apparat, die geneigt waren, unterschied sich die Länge ihrer Projektion auf die Vertikale nur geringfügig von der tatsächlichen Stimlänge und änderte das durchschnittliche Verhältnis V daher nicht.
Durch Anpassung der Umfangsgeschwindigkeit und/oder der Temperatur des Heizmantels des°Dünnschichtbehandlungsapparats wurden verschiedene Betriebspunkte eingestellt. Diese Betriebspunkte korrelierten mit einer bestimmten spezifischen Leistung (in kg/d Faser -basierend auf einem Feuchtigkeitsgehalt von 11% - produziert pro m2 Flächeninhalt des Apparats; dies bezieht sich auf die Fasermenge, die aus der vom Apparat produzierten Celluloselösung ersponnen werden kann).
NACHQERBIOHT 11
Der F-Faktor, der sich aus den Prozessbedingungen (Umfangsgeschwindigkeit und Temperatur) ergab, die zum Erzielen einer bestimmten Leistung erforderlich waren, wurde gemessen.
Die Ergebnisse der Versuche sind in den nachfolgenden Tabellen zusammengefasst: V ergleichsbeispiel Spezifische Leistung [kg/d m2] Umfangs geschwindigkeit [m/sl Manteltemperatur [°C] F-Faktor r°C m/sl 1000 4,91 117,5 576,9 1250 5,45 134,5 733,0 1500 5,99 146 874,6 1750 6,51 151 983,8
Erfindungsgemäßes Beispiel Spezifische Leistung Tkg/d m2l Umfangs geschwindigkeit Tm/sl Manteltemperatur TO F-Faktor r°C m/sl 1000 4,89 134,5 658,2 1000 5,50 117 643,0 1250 5,50 131,5 722,7 1250 5,99 120,5 721,8 1500 5,50 146 802,4 1500 6,02 135 812,8 1750 6,24 143 891,9
Aus dem Obenstehenden und aus Fig. 7 ist ersichtlich, dass die Verwendung des Dünnschichtbehandlungsapparats mit einem höheren Verhältnis V (V=3,3:l) eine Produktion mit einer spezifischen Leistung von 1750 kg/d.m2 bei einem viel niedrigeren
NACHGERBCHT 12 F-Faktor (891,9) ermöglichte, verglichen mit einem Apparat, bei dem das Verhältnis V nur 2:1 beträgt (F-Faktor 983,8).
Bezugnehmend auf Fig. 7 ist weiters zu sehen, dass bei Extrapolation der im Wesentlichen linearen Kurven, die erhalten werden, wenn der F-Faktor gegen die spezifische Leistung aufgetragen wird, die maximale Leistung, die erhalten werden kann - ohne den maximalen F-Faktor von 1120 °C m/s zu überschreiten - 2390 kg/d.m2 beträgt, wenn ein Dünnschichtbehandlungsapparat verwendet wird, der ein Verhältnis V von 3,3:1 aufweist, verglichen mit 1940 kg/d.m2 bei einem Dünnschichtbehandlungsapparat, bei dem V nur 2:1 beträgt.
Beispiel 2:
Die Versuchsanordnung war dieselbe wie in Beispiel 1, aber mit den folgenden Ausnahmen:
Im Vergleichsbeispiel betrug die Länge der an den Blättern angeordneten Zähne jeweils 62 mm. Die Länge der an die Zähne angrenzenden Lücken betrug jeweils 31 mm. Der mittlere Winkel Om (gegen die Vertikale) aller Zähne war 14°. Die Zähne hatten eine Dicke T von 11 mm.
Im erfindungsgemäßen Beispiel wurde derselbe Apparat eingesetzt, der mittlere Winkel Om aller Zähne betrug jedoch 10°.
Wieder wurde der F-Faktor, der sich aus den Prozessbedingungen (Umfangsgeschwindigkeit und Temperatur) ergab, die zum Erzielen einer bestimmten Leistung erforderlich waren, gemessen.
Die Ergebnisse der Versuche sind in den nachfolgenden Tabellen zusammengefasst:
NACHGEREICHT
Vergleichsbeispiel: Spezifische Leistung Tkg/d m2l Umfangs geschwindigkeit fm/sl Mantel temperatur [°C] F-Faktor T°C m/sl 1000 4,96 123 610,8 1000 5,45 119 647,7 13 13 Vergleichsbeispiel: Spezifische Leistung [kg/d m2] Umfangs geschwindigkeit [m/s] Mantel temperatur [°C] F-Faktor [°C m/sl 1250 5,47 127 691,3 1250 5,85 128 747,5 Erfindungsgemäßes Beispiel: Spezifische Leistung [kg/d m2l Umfangs geschwindigkeit [m/s] Mantel temperatur _ TO F-Faktor r°C m/s] 1000 4,89 125 609,3 1000 5,50 115 629,3 1250 5,50 125 687,0 1250 5,85 120 702,1 1500 5,84 129 751,9 1500 6,05 129 780,7
Aus dem Obenstehenden und aus Fig. 8 ist ersichtlich, dass die Verwendung des Dünnschichtbehandlungsapparats mit einem mittleren Winkel am von 10° gegen die Vertikale eine Produktion mit einer spezifischen Leistung von 1250 kg/d.m2 bei einem viel niedrigeren F-Faktor (702,1) ermöglichte, verglichen mit einem Apparat, bei dem der mittlere Winkel am 14° beträgt (F-Faktor 747,5).
Bezugnehmend auf Fig. 8 ist weiters zu sehen, dass bei Extrapolation der im Wesentlichen linearen Kurven, die erhalten werden, wenn der F-Faktor gegen die spezifische Leistung aufgetragen wird, die maximale Leistung, die erhalten werden kann - ohne den maximalen F-Faktor von 1120°C m/s zu überschreiten - 2550 kg/d.m2 beträgt, wenn ein Dünnschichtbehandlungsapparat verwendet wird, der einen mittleren Winkel am von 10° aufweist, verglichen mit 2110 kg/d.m2 bei einem Dünnschichtbehandlungsapparat, bei dem am 14° beträgt.
NACHGEREICHT 14 ·· ·· • · « • ·· ► · · « Μ · · ··· · · · ·
Beispiel 3:
Die Versuchsanordnung war im Wesentlichen dieselbe wie in Beispiel 1 und Beispiel 2, allerdings wurde bei diesem Beispiel ein Dünnschichtbehandlungsapparat eingesetzt, der einen Rotor mit nur 4 Blättern hatte.
Im Vergleichsbeispiel betrug die Länge der an den Blättern angeordneten Zähne jeweils 62 mm. Die Länge der an die Zähne angrenzenden Lücken betrug jeweils 31 mm. Die Zähne hatten eine Dicke T von 11 mm.
Im erfindungsgemäßen Beispiel wurde derselbe Apparat eingesetzt, die Zähne hatten jedoch eine Dicke T von 22 mm.
Die Ergebnisse der Versuche sind in den nachfolgenden Tabellen zusammengefasst:
Vergleichsbeispiel: Dicke T = 11 mm Spezifische Leistung [kg/dm2] Umfangs geschwindigkeit [m/sl Mantel temperatur [°C] F-Faktor r°C m/sl 750 4,40 130 572,0 750 4,92 118,5 583,6 1000 4,92 131,5 647,6 1000 5,84 123,5 720,7 1250 5,85 158 924,5 1250 6,89 154,5 1063,8
NACHGEREICHT 15 ·· · ·* ·· • · · · · · · « • · · · · ·· • · · · · · · • · · · · · · ·· ··· ·· ··
Erfindungsgemäßes Beispiel: Dicke T = 22 mm Spezifische Leistung [kg/d m2] Umfangs geschwindigkeit [m/sl Mantel temperatur [°C] F-Faktor r°C m/sl 750 4,40 129 567,6 750 4,92 120,5 593,4 1000 4,92 150,5 741,2 1000 5,84 127 741,1 1250 5,85 157,5 921,6 1250 6,89 131,5 905,4 1450 6,92 157 1085,9 1500 6,95 159 1104,6
Aus dem Obenstehenden und aus Fig. 9 ist ersichtlich, dass die Verwendung des Dünnschichtbehandlungsapparats mit einer Dicke T der Zähne von 22 mm eine Produktion mit einer spezifischen Leistung von 1250 kg/d.m2 bei einem viel niedrigeren F-Faktor (905,4/921,6) ermöglichte, verglichen mit einem Apparat, bei dem die Dicke Tll mm betrug (F-Faktor 924,5/1063,8).
Bezugnehmend auf Fig. 9 ist weiters zu sehen, dass bei Extrapolation der Kurven, die erhalten werden, wenn der F-Faktor gegen die spezifische Leistung aufgetragen wird, die maximale Leistung, die erhalten werden kann - ohne den maximalen F-Faktor von 1120°C m/s zu überschreiten - 1510 kg/d.m2 beträgt, wenn ein Dünnschichtbehandlungsapparat mit einer Dicke T der Zähne von 22 mm verwendet wird, verglichen mit 1300 kg/d.m2 bei einem Dünnschichtbehandlungsapparat, bei dem Tll mm betrug. NACHQERBOHT |

Claims (8)

16 Patentansprüche: 1. Dünnschichtbehandlungsapparat (8), umfassend einen Rotor (16), der mindestens einen zylinderförmigen Abschnitt (26) aufweist, wobei mindestens ein Wischblatt (32,33,34,35,36,41) am zylinderförmigen Abschnitt angeordnet ist und das Wischblatt mindestens zwei Zähne (42,43,44,42’,43’,44’) umfasst, wobei die Zähne mit Abstand voneinander angeordnet sind, wodurch sich eine Lücke bildet, dadurch gekennzeichnet, dass das durchschnittliche Verhältnis V zwischen der Länge (L) eines Zahns (41) und der Länge (G) der an den Zahn angrenzenden Lücke jeweils mehr als 2:1 beträgt.
2. Dünnschichtbehandlungsapparat (8) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das durchschnittliche Verhältnis V mehr als 3:1, vorzugsweise 3,3:1, beträgt.
3. Dünnschichtbehandlungsapparat (8) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (L) der Zähne (42,43,44,42’,43’,44’) jeweils 40 bis 200 mm und bevorzugt 90 bis 110 mm beträgt.
4. Dünnschichtbehandlungsapparat (8) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Zähne (42,43,44,42’,43’,44’) einen Winkel α gegen die Vertikale bildet, der mehr als 0° beträgt, wobei der mittlere Winkel a™ aller Zähne weniger als 14° beträgt.
5. Dünnschichtbehandlungsapparat (8) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Winkel am weniger als 11°, bevorzugt 10°, beträgt.
6. Dünnschichtbehandlungsapparat (8) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (T) des Wischblatts bzw. der Zähne (42,43,44,42’,43’,44’) mehr als 5 mm beträgt.
7. Dünnschichtbehandlungsapparat (8) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (T) mehr als 11 mm, vorzugsweise 17 mm bis 55 mm, am meisten bevorzugt 22 mm beträgt.
8. Verwendung eines Dünnschichtbehandlungsapparats gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung einer formbaren Celluloselösung in einem wässrigen tertiären Aminoxid aus einer Suspension von Cellulose im wässrigen tertiären Aminoxid. NACHGEREICHT
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