CN101275306A - 一种超高分子量聚乙烯冻胶丝连续高效萃取装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及超高分子量聚乙烯冻胶丝的萃取装置，该萃取装置由数个作为独立工作单元的萃取箱组成，每个萃取箱都能单独调整萃取液的萃取浓度对冻胶丝进行多级萃取；每个萃取箱用不同高度的隔板隔成数个萃取槽；每个萃取箱带有独立的进排液机构，进液机构设置在萃取箱出丝端的萃取槽底部，以定流量泵入萃取溶剂，萃取溶剂通过隔板进入入丝端的萃取槽；排液机构设置在萃取箱入丝端的萃取槽底部，以间歇方式定量排出废液。此种设计方式能减少制造成本，缩小占地面积，提高萃取效率，准确控制冻胶丝萃取后的含油量。
Description
技术领域
本发明涉及超高分子量聚乙烯冻胶丝束萃取装置，尤其是涉及采用多单元萃取箱组合成在线萃取系统，各萃取箱单元能够维持稳定的萃取浓度，特别是缩小了丝束间横向的萃取浓度差，保证冻胶丝含油量的准确性和均匀性。
背景技术
目前在世界各国多采用冻胶法生产超高分子量聚乙烯纤维，如果用矿物油作第一溶剂，在纤维生产的工艺流程中，萃取冻胶丝装置的设计必须保证冻胶丝含油量的准确性和均匀性，否则对纤维的纤度、力学性能的均匀性产生不良影响。
现有的连续萃取装置多采用多级多槽、侧向换液、定量补液排液的工艺方案，以保证冻胶丝萃取后的含油量控制，从而使冻胶丝在下一个工序中具有优良的拉伸性能。在萃取过程中，冻胶丝与萃取液(混合液)一般采用单边或双边侧面溢流方式。被萃取的第一溶剂在萃取剂中的浓度随冻胶丝的不断入浸增加，槽与槽之间的溶液沿丝束运动方向由高浓度向低浓度分布。随萃取新液从丝束出口槽的连续定量补充，萃取液(混合液)由液位压差逆丝束运动方向，经槽两侧管道在槽间自动溢流(串流)。溢流废溶液从高浓度槽(入丝槽)溢流口自动溢出到低位储罐。新液的流量控制是在保证冻胶丝拉伸性能的前提条件下，在线定点检测溶液对应浓度，相应调整补液量。
上述萃取装置的缺点是：由于采用侧向换液方式从丝束入浸槽到出浸槽，各槽萃取液的浓度在由高到低形成梯度浓度排列的同时，每个萃取槽的横向(与丝束运动方向垂直)由于液流影响萃取液的浓度也产生了浓度梯度，萃取液在槽内生成不均匀的紊流态。由于萃取槽横向浓度梯度造成了萃取丝束间的萃取差异，从而造成冻胶丝的纤度不均和力学性能不均。
发明目的
本发明的目的在于根据不同浓度溶液(萃取剂和白油组成的溶液)的密度不同而导致不同槽之间的压强差，形成萃取液沿丝束运动方向在各相邻萃取槽连续稳定的上下流动，同时对液位采用溢流控制，并将头道萃取水初步分离排出，实现多级萃取液无垂直丝束方向(横向)流动，保持换液和个槽液浓度梯度均匀。
为实现本发明的目的，采用一种超高分子量聚乙烯冻胶纤维萃取装置，该萃取装置由数个作为独立工作单元的萃取箱组成，可以对冻胶丝进行多级萃取；每个萃取箱用不同高度的隔板隔成数个萃取槽；每个萃取箱带有独立的进排液机构，进液机构设置在萃取箱出丝端的萃取槽底部，以定流量泵入萃取溶剂，萃取溶剂通过隔板进入入丝端的萃取槽；排液机构设置在萃取箱入丝端的萃取槽底部，以连续溢流方式定量排出废液。废液收集在一低位储罐中，根据液位高度自动将废液输送到液体分离回收系统。
在所述的萃取箱中不同高度的隔板中，低隔板是高隔板高度的75-85％。
所述的萃取箱中安装有超声波发生器和加热系统。
根据以上结构，使冻胶丝的运行方向与萃取箱内的溶液流动方向相反。
在所述的每个萃取箱内萃取液的浓度都能进行单独调整。
对于进行第一步萃取的所述萃取箱，其排液机构带有比重分离机构，设置在排液机构下方，对第一步萃取排出的初级萃取液进行液水分离。
在所述出丝端的萃取槽设置一组溢流液位控制阀组，所述控制阀组由2～4个上下整齐排列的液位控制阀门组成，所述控制阀组的一端由一根连通管通向的出丝端的萃取槽下部，选择打开不同的液位控制阀门，控制出丝端的萃取槽内的液位控制高度。
采用上述设计方式后，本发明的每个萃取箱都有独立的进排液循环控制机构，萃取箱与萃取箱之间互不串流，没有累积的高浓度萃取液存在，也就是在线动态萃取中不存在萃取效率特别低的萃取箱；每个独立的萃取箱都持续泵入定流量的新鲜萃取液，不间断地稀释各槽内的溶液，短间歇式排除废液，萃取槽内的液体浓度只存在窄幅波动，有利于提高系统的萃取效率；各萃取槽内因有隔板相隔，萃取液在溢流时呈宽幅整体流动，溶液流态相对平稳，使萃取效果较为均匀。
附图说明
图1是使用本发明采用三个萃取箱组成一套萃取装置的示意图。
具体实施方式
本发明采用三个或更多的萃取箱顺序组成一套萃取装置。萃取箱个数的多少可根据冻胶丝在单位时间内的萃取重量来加以确定。在此仅以A、B、C三个萃取箱体组成一条生产线的萃取系统来加以说明。
其中A箱是第一萃取箱，箱内有隔板隔成两个萃取槽。A箱的首道萃取具有油水分离效果，在A箱排液口安装有液体比重分离装置，排水伐处于常开状态。B箱、C箱由隔板隔成四个槽为了提高萃取效率和萃取液的匀混效果，A箱装备有加热系统。(不加超声装置防止乳化，有利油水分离)B箱、C箱中都装备有超声波发生器和加热系统。
新鲜萃取液从各萃取箱的出丝槽底部进液，出丝槽底部设有横向分配管，用以保证萃取液能在横向均匀分配。进液伐口常开，进液流量由流量计对进液泵进行控制，进液流量的大小取决于排液量的配合，用以达到冻胶丝含油量的设计要求。
萃取箱内的低档板高度是高档板高度的85％。
排液口设在进丝槽底部，排液伐的开启受进丝槽壁上有高度差的位差控制伐控制。流出的废液进入低位储罐，储罐内设液位控制器与排液泵连锁。
下面结合附图，对本发明的萃取装置的一个实施例详细说明如下：
图1所示的萃取装置包括A、B、C三组萃取箱，对冻胶丝进行三步萃取。A箱萃取是冻胶丝的第一步萃取。萃取液1由输送管道经过萃取槽3底部的萃取液分配管2进入萃取槽3，新鲜萃取液不间断地持续泵送，其流量由萃取液流量计1控制。当萃取液液位达到挡板4的高度时，萃取液由上部流入萃取槽5。当槽5中的液位达到一定时，由排液口6通过阀组10溢流排出。槽5内的液位由一组溢流液位控制阀组10来控制。阀组10由2～4个上下整齐排列的阀门组成，选择打开阀组10不同的液位控制阀，可以控制槽5内的液位高度。
经过阀组10或排污阀7、8的混合液进入具有液体分离功能的比重分离器9。在比重分离器9中进行萃取液和水的分离。由于水的比重大，分离开的萃取液就会从比重分离器9上部流到萃取液收集罐11中。罐11中的液位与回液泵12联锁，当11中的液位达到一定时，泵12就会自动把罐11的液体输送到指定容器内。
从比重分离器9中分离出来的水，定期放出收集处理。阀7、8是备用阀，用于槽3、5底部排水、排污以及放液，该阀不是常开阀。
槽3和槽5内有加热装置，控制萃取液的温度。从附图中可以看出，丝束的方向从图的左边向右运行。而萃取液的进液方向从萃取槽3流向萃取槽5，是从右向左，因此，丝束的运行方向是与进液方向相反。
B箱萃取是冻胶丝经过A箱以后的第二道萃取。新鲜萃取液经过流量计13由槽15底部的分配管14持续进入槽15。当槽15内的液位高度达到挡板16的高度时，萃取液由16的上部进入萃取槽17。同时，萃取液马上会从挡板18底部的导口进入萃取槽19。当萃取槽19内的液位达到挡板20的高度时，液体又从20的顶部进入槽21。这样就形成了“底进上出”萃取液流动模式。
显然，槽15和槽19的液位由挡板16和20控制。而槽17的液位在正常运转时，会自动平衡在一定的高度。
槽21的液位与上一级中槽5的控制方式相类似，液体从排液口22，经过阀组26后，进入液体接收罐28。当28中的液位达到一定高度时，由回液泵29把液体输送到制定容器。
阀组26是槽21的溢流控制阀组，由2～4个上下整齐排列的阀门组成。可以选择其中的一个，来适当控制21的液位。
阀23、24、25功能与阀7、8一样，起到排水、排污以及放液的作用。
正常生产时，罐11和罐28收集的都是含有第一溶剂的萃取剂，需要进一步的蒸馏分离处理。槽15，17，19和21内同时安有加热和超声波装置。
C箱萃取是冻胶丝经过B箱以后的第三道萃取。C和B在结构和原理上是一致的，同时共用一个液体收集罐28，阀组27是C萃取的溢流液位控制阀，其它不再赘述。
萃取槽装备恒温及超声波装置有利于装置萃取效率最大化。
萃取槽采用分箱控制，有利于根据不同萃取槽中的含油浓度确定萃取剂换流量从而使萃取液利用率最高。萃取槽采用溢流阀门组控制槽内液面高度，液面高度稳定，流量控制精度高。
实施例1
主要工艺参数：
A箱萃取进液80L/h，B箱和C箱进液分别为50L/h；6根丝束由槽5进入，由C箱萃取槽末端导出；A箱槽内温度控制在40℃，B和C箱槽内温度控制在50℃；超声波功率1500W；丝束运行速度为5m/min。
测试数据，见下表：
表1 横向丝束含油(即干燥后丝束的白油残留量)
| 丝束编号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 含油(％) | 1.12 | 1.09 | 1.11 | 1.10 | 1.12 | 1.10 |
表2 纵向丝束含油(即单根丝束沿轴向每100m取一个样测含油)
表3萃取槽内浓度(以B箱中15号槽和21号槽为代表，在每槽横向、等距的不同点取液，测试萃取剂中白油浓度)
从以上比较数据可以看出，采用本发明装置和工艺方案，使得丝束的含油稳定性和均匀性很好。
实例2
主要工艺参数：
A箱萃取进液85L/h，B和C箱进液分别为60L/h，50L/h 12根丝束由槽5进入，由C箱萃取槽末端导出；A箱槽内温度控制在40℃，B和C箱槽内温度控制在55℃；超声波功率1500W；丝束运行速度为5m/min。
测试数据，见下表：
表1 横向丝束含油(即干燥后丝束的白油残留量)
| 丝束编号 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 |
| 含油(％) | 1.10 | 1.09 | 1.08 | 1.10 | 1.00 | 0.95 |
表2 纵向丝束含油(即单根丝束沿轴向每100m取一个样测含油)
表3 萃取槽内浓度(以B组中17号槽和19号槽为代表，在每槽横向、等距的不同点取液，测试萃取剂中白油浓度)
Claims (8)
1.一种超高分子量聚乙烯冻胶纤维萃取装置，其特征在于，所述萃取装置由数个作为独立工作单元的萃取箱组成，对冻胶丝进行多级萃取；每个萃取箱用不同高度的隔板隔成数个萃取槽；每个萃取箱带有独立的进排液机构，进液机构设置在萃取箱出丝端的萃取槽底部，以定流量泵入萃取溶剂，萃取溶剂通过隔板进入入丝端的萃取槽；排液机构设置在萃取箱入丝端的萃取槽底部，以间歇方式定量排出废液。
2.根据权利要求1所述的冻胶纤维萃取装置，其特征在于，所述的萃取箱中不同高度的隔板中，低隔板是高隔板高度的75-85％。
3.根据权利要求1所述的冻胶纤维萃取装置，其特征在于，所述的萃取箱中安装有超声波发生器。
4.根据权利要求1所述的冻胶纤维萃取装置，其特征在于，所述的萃取箱中安装有加热系统。
5.根据权利要求1所述的冻胶纤维萃取装置，其特征在于，冻胶丝的运行方向与萃取箱内的溶液流动方向相反。
6.根据权利要求1所述的冻胶纤维萃取装置，其特征在于，所述的每个萃取箱内萃取液的浓度都能进行单独调整。
7.根据权利要求1所述的冻胶纤维萃取装置，其特征在于，对于进行第一步萃取的所述萃取箱，其排液机构带有比重分离机构，设置在排液机构下方，对第一步萃取排出的初级萃取液进行液水分离。
8.根据权利要求1所述的冻胶纤维萃取装置，其特征在于，所述出丝端的萃取槽设置一组溢流液位控制阀组，所述控制阀组由2～4个上下整齐排列的液位控制阀门组成，所述控制阀组的一端由一根连通管通向的出丝端的萃取槽下部，选择打开不同的液位控制阀门，控制出丝端的萃取槽内的液位控制高度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SINOTEX INVESTMENT + DEVELOPMENT CO., LTD. Effective date: 20121119 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20121119 Address after: 100176 No. 16 Zhonghe street, Beijing economic and Technological Development Zone Patentee after: BEIJING TONGYIZHONG SPECIALTY FIBRE TECHNOLOGY & DEVELOPMENT Co.,Ltd. Patentee after: SINOTEX INVESTMENT&DEVELOPMENT Co.,Ltd. Address before: 100176 No. 16 Zhonghe street, Beijing economic and Technological Development Zone Patentee before: BEIJING TONGYIZHONG SPECIALTY FIBRE TECHNOLOGY & DEVELOPMENT Co.,Ltd. |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| C56 | Change in the name or address of the patentee | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 100176 No. 16 Zhonghe street, Beijing economic and Technological Development Zone Patentee after: BEIJING TONGYIZHONG SPECIALTY FIBRE TECHNOLOGY & DEVELOPMENT Co.,Ltd. Patentee after: SDIC Limited by Share Ltd. Address before: 100176 No. 16 Zhonghe street, Beijing economic and Technological Development Zone Patentee before: BEIJING TONGYIZHONG SPECIALTY FIBRE TECHNOLOGY & DEVELOPMENT Co.,Ltd. Patentee before: SINOTEX INVESTMENT&DEVELOPMENT Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20151106 Address after: 100176 901 factory building, No. 16 Zhonghe street, Beijing economic and Technological Development Zone, Beijing Patentee after: BEIJING TONGYIZHONG SPECIALTY FIBRE TECHNOLOGY & DEVELOPMENT Co.,Ltd. Address before: 100176 No. 16 Zhonghe street, Beijing economic and Technological Development Zone Patentee before: BEIJING TONGYIZHONG SPECIALTY FIBRE TECHNOLOGY & DEVELOPMENT Co.,Ltd. Patentee before: SDIC Limited by Share Ltd. |
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| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 100076 901 Workshop, No. 16 Zhonghe Street, Beijing Economic and Technological Development Zone Patentee after: BEIJING TONGYIZHONG NEW MATERIAL TECHNOLOGY Corp. Address before: 100176 901 Workshop, No. 16 Zhonghe Street, Beijing Economic and Technological Development Zone Patentee before: BEIJING TONGYIZHONG SPECIALTY FIBRE TECHNOLOGY & DEVELOPMENT Co.,Ltd. |