Procédé et appareil pour la fabrication de l'acétate de cellulose. Les procédés techniques les plus employés pour la fabrication de l'acétate -de cellulose consistent à faire agir l'anhydride acétique sur la fibre de cellulose, qui peut se trouver sous forme de coton, de fibre de bois, de pail les ou toute autre, ayant ou non subi un trai tement préalable, par exemple un traitement alcalin ou acide de purification, ou un blan chiment, ou un traitement hydrolisant quel conque, ou plusieurs de ces traitements suc cessifs ou simultanés.
On opère, de préfé rence, en présence d'une certaine quantité d'un agent catalyseur, tel que les acides mi néraux, certains acides organiques,-des halo- génures métalliques, etc. On ajoute aussi, comme diluant, un liquide dissolvant l'acétate de cellulose tel que, par exemple, l'acide acé tique glacial. L'ensemble de cette liqueur acétylante peut être ajouté en une seule fois ou bien en plusieurs portions au cours de l'o pération. On peut aussi ajouter d'abord le di luant et ajouter par la suite les agents acé- tylants proprement dits.
La réaction est con duite à des températures très variables, géné ralement on .débute par une température basse pour finir l'opération à une tempéra ture plus élevée. Pendant cette opération, la masse de réaction est énergiquement brassée.
Quelle que soit la façon dont on opère l'acétylation, la consistance et la structure de la masse de réaction se modifient conti nuellement et profondément au cours de l'o pération. Au début de l'opération, on est en présence de la fibre intacte seulement mouil lée; peu à. peu cette fibre se gonfle et forme un magma extrêmement tenace; plus tard, la fibre gonflée se dissout et la masse devient plus coulante, pour se présenter à la fin de l'opération sous la forme d'une gomme transparente plus ou moins fluide.
On se trouve donc en présence de la grande difficulté technique qu'il y a à choi sir un dispositif de brassage qui agit ration nellement sur la fibre intacte, le magma épais et la gomme finale plus ou moins fluide. Les appareils employés dans ce but sont en général des malaxeurs-pétrins très puissants qui font subir à la masse un véritable broyage. Ces appareils doivent être très puis sants: en effet, pendant la première phase, la fibre intacte a tendance à coincer les bras du pétrin, et pendant la deuxième phase, où toute la masse se trouve sous la. forme épaisse, il faut donner un grand effort mécanique pour brasser. Pour toute la. dernière phase, pendant laquelle le produit réactionnel est plus ou moins fluide, le pétrin n'est pas du tout l'appareil qui convient.
On a constaté qu'il est beaucoup plus ra tionnel d'effectuer cette acétylation dans un dipositif possédant des organes de brassage variés et adaptés à la consistance de chaque phase de la réaction, et, conformément à la présente invention, on fait passer la masse de façon continue à travers un appareil d'acéty- lation, en la, brassant simultanément en des points successifs de son trajet dans l'appareil à l'aide d'organes agitateurs différents, adap tés à la consistance et à la structure de la masse en ces différents points.
La. fibre et la liqueur acétylante peuvent être introduite par une extrémité de l'appareil, la gomme ter minée quittant l'appareil par l'autre extré mité. Comme organes de brassage pour la pre mière phase fibreuse, on emploie avantageu sement des aiguilles ou crochets présentant peu de surface, qui happent et arrachent la fibre sans lui faire subir un malaxage ou pressage. Le brassage se fait ainsi avec un très faible effort, sans risque de coinçage ou calage. Pour la phase épaisse, on emploie de préférence des agitateurs robustes, de forme simples, qui font le travail de pétrissage. Fi nalement, pour la phase de gomme, on peut brasser avec des palettes ou des organes en forme de rame.
La transition d'une consis tance à l'autre n'étant pas subite et brutale, mais se faisant par des états intermédiaires, on peut, de même, passer d'un dispositif de brassage à l'autre par des dispositions inter médiaires.
A titre d'exemple, l'appareil acétyleur peut être établi comme suit: On lui donne la forme d'un tube vertical ou d'une colonne, muni d'un arbre central, qui porte -des organes agi tateurs tournant avec lui. La fibre de cellu lose et la liqueur acétylante sont chargées en haut de la colonne, la gomme d'acétate de cellulose est soutirée continuellement à la par tie inférieure.
L'arbre porte à sa partie supérieure des pointes et: des crochets, brassant la fibre mouillée; vers le milieu de la colonne l'arbre est muni de bras robuste, et, à la partie in férieure, de bras plus ou moins longs en forme de palettes.
La masse de réaction, @-ii se déplaçant de haut en bas à travers la colonne, est. brassée à mesure qu'elle change de structure, par l'organe qui convient le mieux à sa consis tance. Aux endroits où la masse aurait ten dance à tourner simplement avec l'arbre au lieu d'être agitée, on place des résistances ou chicanes convenables.
La température de la masse traversant la colonne se règle aisément. On peut, par exemple, faire ruisseler de l'eau chaude, ou froide, ou de la saumure à la surface exté rieure de la colonne; on peut aussi chauffer ou refroidir, en faisant circuler des liquides à. température- appropriée dans des doubles en veloppes entourant la colonne, ou dans des tubes ou cavités aménagées dans l'intérieur. On peut donc, à volonté, refroidir ou chauf fer un endroit bien déterminé de la. colonne et par là obtenir une température constante pour chaque phase de la réaction.
Le diamètre de cette colonne n'est pas né cessairement le même sur toute sa. longueur. Dans les endroit, où on désire un passage lent de la. masse, on choisit un diamètre plus grand, on rétrécit par contre la colonne là où on dé sire un passage rapide pour chauffer ou re froidir rapidement et pendant un court laps de temps.
La. colonne peut être d'une seule pige ou en plusieurs tronçons dans lesquels la, masse passe successivement.
La conduite la plus simple de l'opération consiste à charger, au moyen d'un dispositif approprié. en haut de la colonne la fibre de cellulose et la totalité des agents acétylants; mais il est trè. facile, pour obtenir certaines propriétés spéciales, par exemple, d'ajouter une partie de ces agents acétylants à tout en droit désiré de la colonne; on peut, pour as- curer une bonnne répartition des agents acé- tylants ainsi ajoutés, les introduire dans la colonne au moyen de plusieurs ouvertures disposées au même niveau, ou encore par l'in termédiaire d'une crépine annulaire entourant la colonne.
C'est ainsi qu'on peut réaliser des procédés d'acétylation bien connus qui font d'abord agir sur la fibre l'acide acétique et plus tard seulement l'anhydride en une ou plusieurs reprises.
Un appareil d'acétylation ainsi construit possède un grand nombre .d'avantages très marqués sur les appareils décrits jusqu'ici. Il permet de conduire aisément l'opération dans des conditions rigoureusement déterminées de température et d'agitation pour chaque phase. Il permet d'obtenir à volonté et .d'une façon certaine des acétates de cellulose possédant des propriétés (viscosité et clarté des solu tions, solubilité, etc.) bien .déterminées.
Les .dimensions ,de l'appareil sont réduites au minimum., puisque ce .dernier est entière ment rempli pendant toute la durée de la marche, il ne peut exister d'espace nuisible ou non utilisé.
La marche en continu exclut toute perte de temps pour la charge et décharge.
Au point de vue purement mécanique, ce dispositif présente l'énorme 'avantage d'exi- ger pour le brassage une force mécanique toujours uniforme, par suite du fait que tou tes les phases @de l'opération de consistances si différentes sont toujours simultanément pré sentes.
A method and apparatus for the manufacture of cellulose acetate. The technical processes most used for the manufacture of cellulose acetate consist in making acetic anhydride act on the cellulose fiber, which can be in the form of cotton, wood fiber, straw or any other , having or not having undergone a prior treatment, for example an alkaline or acid purification treatment, or a bleaching treatment, or a hydrolizing treatment of any kind, or more of these successive or simultaneous treatments.
The operation is preferably carried out in the presence of a certain quantity of a catalyst agent, such as mineral acids, certain organic acids, metal halides, etc. A liquid dissolving cellulose acetate such as, for example, glacial acetic acid is also added as a diluent. All of this acetylating liquor can be added all at once or in several portions during the operation. It is also possible to add the diluent first and subsequently add the acetylating agents proper.
The reaction is carried out at widely varying temperatures, generally starting at a low temperature and finishing the operation at a higher temperature. During this operation, the reaction mass is vigorously stirred.
No matter how the acetylation is carried out, the consistency and structure of the reaction mass changes continuously and profoundly during the course of the operation. At the start of the operation, the intact fiber is only wet; little to. little this fiber swells and forms an extremely tenacious magma; later, the swollen fiber dissolves and the mass becomes more flowable, to appear at the end of the operation in the form of a more or less fluid transparent gum.
We are therefore faced with the great technical difficulty of choosing a stirring device which acts rationally on the intact fiber, the thick magma and the final gum more or less fluid. The devices used for this purpose are generally very powerful kneaders-kneaders which subject the mass to real grinding. These devices must be very powerful: in fact, during the first phase, the intact fiber tends to jam the arms of the kneader, and during the second phase, when all the mass is under the. thick shape, it takes a great mechanical effort to stir. For all of the. last phase, during which the reaction product is more or less fluid, the kneader is not at all the apparatus which is suitable.
It has been found that it is much more rational to carry out this acetylation in a device having various stirring elements and adapted to the consistency of each phase of the reaction, and, in accordance with the present invention, the mass is passed through continuously through an acetylation apparatus, stirring simultaneously at successive points of its path in the apparatus using different stirring organs, adapted to the consistency and structure of the mass at these different points.
Fiber and acetylating liquor can be introduced through one end of the apparatus, the finished gum leaving the apparatus through the other end. As stirring members for the first fibrous phase, needles or hooks with little surface area are advantageously employed, which grab and tear the fiber without subjecting it to kneading or pressing. Stirring is thus done with very little effort, without risk of jamming or wedging. For the thick phase, preferably sturdy, simple-shaped stirrers are used which do the kneading work. Finally, for the gum phase, it is possible to stir with paddles or members in the form of an oar.
Since the transition from one consistency to another is not sudden and sudden, but takes place through intermediate states, it is also possible to switch from one mixing device to another through intermediate arrangements.
By way of example, the acetylator apparatus can be established as follows: It is given the form of a vertical tube or of a column, provided with a central shaft, which carries stirring members rotating with it. The cellulose fiber and the acetylating liquor are loaded at the top of the column, the cellulose acetate gum is continuously withdrawn from the lower part.
The tree has at its upper part spikes and: hooks, stirring up the wet fiber; towards the middle of the column the tree is provided with strong arms, and, at the lower part, more or less long arms in the form of pallets.
The reaction mass, @ -ii moving up and down through the column, is. brewed as it changes structure, by the organ that best suits its consistency. In places where the mass would tend to simply rotate with the shaft instead of being agitated, suitable resistors or baffles are placed.
The temperature of the mass passing through the column is easily adjusted. It is possible, for example, to run hot or cold water or brine on the exterior surface of the column; one can also heat or cool, by circulating liquids to. appropriate temperature in double envelopes surrounding the column, or in tubes or cavities in the interior. We can therefore, at will, cool or heat a specific place of the. column and thereby obtain a constant temperature for each phase of the reaction.
The diameter of this column is not necessarily the same throughout its. length. In places where you want a slow passage of the. mass, we choose a larger diameter, on the other hand we narrow the column where we want a rapid passage to heat or cool down quickly and for a short period of time.
The column may be of a single rod or in several sections in which the mass passes successively.
The simplest way of carrying out the operation is to charge, by means of a suitable device. at the top of the column, the cellulose fiber and all of the acetylating agents; but it is very. easy, to obtain some special properties, for example, to add part of these acetylating agents to any desired right of the column; it is possible, in order to ensure a good distribution of the acetylating agents thus added, to introduce them into the column by means of several openings arranged at the same level, or else by means of an annular strainer surrounding the column.
Thus it is possible to carry out well-known acetylation processes which first cause acetic acid to act on the fiber and only later the anhydride in one or more occasions.
An acetylation apparatus thus constructed has a large number of very marked advantages over the apparatus described hitherto. It allows the operation to be carried out easily under strictly determined temperature and agitation conditions for each phase. It makes it possible to obtain, at will and in a certain manner, cellulose acetates having well-determined properties (viscosity and clarity of the solutions, solubility, etc.).
The .dimensions of the appliance are reduced to a minimum., Since it is completely filled for the duration of the operation, there can be no harmful or unused space.
Continuous operation excludes any loss of time for charging and discharging.
From a purely mechanical point of view, this device has the enormous advantage of requiring for the stirring a mechanical force which is always uniform, owing to the fact that all the phases of the operation of such different consistencies are always simultaneously. present.