CN103469316B - 生产聚丙烯腈基pan碳纤维原液的脱泡方法 - Google Patents

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本发明涉及一种生产聚丙烯腈基PAN碳纤维原液的脱泡方法，主要解决现有技术中能耗较高的问题。本发明通过采用一种生产聚丙烯腈基PAN碳纤维原液的脱泡方法，原液经脱泡预热器加热后进入脱泡塔脱泡，在脱泡塔真空度为0.01～100kPa的条件下，原液中携带的不凝气及水蒸汽从原液中脱出，经脱泡塔顶部排出至脱泡真空冷凝器，其中水蒸气冷凝为冷凝液，所述不凝气由脱泡塔真空泵抽出后送至地坑，所述冷凝液经脱泡真空冷凝器冷凝液管线进入地坑。脱泡后的原液从脱泡塔底部排出并经过脱泡液封桶后外送的技术方案较好地解决了上述问题，可用于聚丙烯腈基PAN碳纤维原液的脱泡中。

Description

生产聚丙烯腈基PAN碳纤维原液的脱泡方法
技术领域
本发明涉及一种生产聚丙烯腈基PAN碳纤维原液的脱泡方法。
技术背景
聚丙烯腈基PAN碳纤维具有高比强度、高比模量、耐高温等一系列优异性能，是制造火箭、导弹、卫星、航天飞机和宇宙空间站必不可少的结构材料，而且对我国产业结构调整和传统材料的更新换代具有重要意义。
CN03109141.5中涉及了一种聚丙烯腈碳原丝的制备方法，将丙烯腈与少量的丙烯酸甲酯、衣康酸溶解在49％～54％硫氰酸钠溶液中进行均相聚合，形成的聚合体留在硫氰酸钠溶液中，成为均相高分子溶液——原液，经多级精密过滤、脱泡、调温后纺丝；纺丝以组合喷丝板喷丝，顺流长浸浴凝固成型，经水洗、两段水浴牵伸、上油、热辊烘干后，即制得性能优异的聚丙烯腈碳原丝，生产流程短，工艺简单，采用先水洗后牵伸的工艺，通过调整牵伸倍数和牵伸浴长度制得断裂伸长均匀的原丝，使产品的断裂伸长不匀率控制在10％以内，聚丙烯腈碳原丝是制备阻燃性能优异的聚丙烯腈基预氧化纤维和高强高模聚丙烯腈基碳纤维的原料，但该方法中脱泡工艺的真空度为75～85kPa。
现有技术脱泡工艺利用真空缓冲桶，通过冷水直接喷淋冷凝抽真空气体中的所含水蒸汽，不凝性气体由真空泵抽出，由于喷淋水在高真空度下水蒸汽蒸发的原因，真空度无法有效控制，水蒸汽冷凝不完全，使大量水蒸汽随不凝气进入真空泵，存在抽气量大，真空泵耗电量大，直接喷淋耗水量大等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中能耗较高的问题，提供一种新的生产聚丙烯腈基PAN碳纤维原液的脱泡方法。该方法用于聚丙烯腈基PAN碳纤维原液的脱泡中，具有能耗较低的优点。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种生产聚丙烯腈基PAN碳纤维原液的脱泡方法，原液经脱泡预热器加热后进入脱泡塔脱泡，在脱泡塔真空度为0.01～100kPa的条件下，原液中携带的不凝气及水蒸汽从原液中脱出，经脱泡塔顶部排出至脱泡真空冷凝器，其中水蒸气冷凝为冷凝液，所述不凝气由脱泡塔真空泵抽出后送至地坑，所述冷凝液经大气腿管线进入地坑,脱泡后的原液从脱泡塔底部排出。
上述技术方案中，优选地，所述脱泡塔操作温度为0～200℃，脱泡塔真空度为0.10～60kPa。
上述技术方案中，优选地，所述不凝气中包括空气。
上述技术方案中，优选地，脱泡后的原液从脱泡塔底部排出并经过脱泡液封桶后外送,所述脱泡液封桶内有搅拌器搅拌原液以保证原液均匀。
上述技术方案中，优选地，所述脱泡塔操作温度为20～120℃。
上述技术方案中，优选地，所述脱泡预热器操作压力在0.01～100kPa之间，更优选为0.05～80kPa之间，最优选为0.10～60kPa之间；入口操作温度在0～100℃之间，更优选为5～70℃之间，最优选为10～55℃之间；出口操作温度在0～200℃之间，更优选为10～150℃之间，最优选为20～120℃之间。
上述技术方案中，优选地，脱泡真空冷凝器操作压力在0.01～100kPa之间，更优选为0.05～80kPa之间，最优选为0.10～60kPa之间；入口操作操作温度在0～200℃之间，更优选为10～150℃之间，最优选为20～120℃之间；出口操作温度在0～90℃之间，更优选为0～70℃之间，最优选为0～50℃之间。
本发明通过采用在聚丙烯腈基PAN碳纤维原液生产装置脱泡工艺中增加冷凝系统，将脱泡塔塔顶抽真空的气体所含水蒸汽通过冷凝器冷凝以增加真空度，减少真空泵电力消耗的节能方法，应用于制备聚丙烯腈基PAN碳纤维原液的工业生产中，提高真空度可达41.67%，降低抽气量可达41.4m3/kg原液，减少真空泵耗电量可达2.68kw/kg原液，减少直接喷淋耗水量可达144.2kg/kg原液，取得了较好的技术效果。
附图说明
图1为本发明所述方法的工艺示意图。
1为脱泡预热器；2为脱泡塔；3为脱泡液封桶；4为脱泡真空冷凝器；5为脱泡塔真空泵；6为地坑；7为原液管线；8为预热后原液管线；9为脱泡塔顶出口管线；10为脱泡真空冷凝器冷凝液管线；11为不凝气抽真空管线；12为真空泵出口管线；13为原液外送管线。
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。
具体实施方式
【实施例1】
聚丙烯腈基PAN碳纤维原丝生产规模为1500吨/年，原液经脱泡预热器加热后进入脱泡塔脱泡，在脱泡塔真空度为19.5kPa的条件下，原液中携带的不凝气及水蒸汽从原液中脱出，经脱泡塔顶部排出至脱泡真空冷凝器，其中水蒸气冷凝为冷凝液，所述不凝气由脱泡塔真空泵抽出后送至地坑，所述冷凝液经大气腿管线进入地坑。脱泡后的原液从脱泡塔底部排出并经过脱泡液封桶后外送。本发明将脱泡塔塔顶抽真空气体中的水蒸汽通过真空冷凝器冷凝以提高系统真空度，其余不凝气通过真空泵抽出。脱泡液封桶内有搅拌器搅拌原液以保证原液均匀。脱泡预热器操作压力在25kPa，入口操作温度在25℃，出口操作温度在105℃，脱泡塔操作温度105℃，脱泡真空冷凝器进出口温度分别为105℃、35℃，真空度为11.5kPa，真空泵流量为4.75m3/min，入口压力为9.0kPa。换热热量为68KW，冷凝液折合抽气量，占抽气的97.6％，也就是能够降低的抽气量7763m3/h，节约真空泵耗电量503KW，节省直接喷淋耗水量27038kg/h。
【实施例2】
按照实施例1所述的条件和步骤，只是聚丙烯腈基PAN碳纤维原丝生产规模为3000吨/年。降低抽气量15520m3/h，节约真空泵耗电量1000KW，节省直接喷淋耗水量54070kg/h。
【实施例3】
按照实施例2所述的条件和步骤，脱泡预热器操作压力在2.5kPa，入口操作温度在0℃，出口操作温度在45℃，脱泡塔操作温度45℃，真空度为2.5kPa；脱泡真空冷凝器进出口温度分别为45℃、5℃，真空度为1.5kPa；真空泵流量为9.50m3/min，入口压力为1.0kPa。换热热量为136KW，降低抽气量15530m3/h，节约真空泵耗电量1010KW，节省直接喷淋耗水量54080kg/h。
【实施例4】
按照实施例2所述的条件和步骤，脱泡预热器操作压力在100kPa，入口操作温度在100℃，出口操作温度在200℃，脱泡塔操作温度200℃，真空度为100kPa；脱泡真空冷凝器进出口温度分别为200℃、120℃，真空度为60kPa；真空泵流量为9.50m3/min，入口压力为40kPa。换热热量为136KW，降低抽气量15490m3/h，节约真空泵耗电量990KW，节省直接喷淋耗水量54010kg/h。
【实施例5】
按照实施例2所述的条件和步骤，脱泡预热器操作压力在7kPa，入口操作温度在55℃，出口操作温度在120℃，脱泡塔操作温度120℃，真空度为7kPa；脱泡真空冷凝器进出口温度分别为120℃、20℃，真空度为5kPa；真空泵流量为9.50m3/min，入口压力为4kPa。换热热量为136KW，降低抽气量15525m3/h，节约真空泵耗电量1005KW，节省直接喷淋耗水量54075kg/h。
【实施例6】
按照实施例2所述的条件和步骤，脱泡预热器操作压力在0.1kPa，入口操作温度在0℃，出口操作温度在20℃，脱泡塔操作温度20℃，真空度为0.1kPa；脱泡真空冷凝器进出口温度分别为20℃、0℃，真空度为0.05kPa；真空泵流量为9.50m3/min，入口压力为0.04kPa。换热热量为136KW，降低抽气量15600m3/h，节约真空泵耗电量1015KW，节省直接喷淋耗水量54090kg/h。
【实施例7】
按照实施例2所述的条件和步骤，脱泡预热器操作压力在0.01kPa，入口操作温度在0℃，出口操作温度在10℃，脱泡塔操作温度10℃，真空度为0.01kPa；脱泡真空冷凝器进出口温度分别为10℃、0℃，真空度为0.008kPa；真空泵流量为9.50m3/min，入口压力为0.007kPa。换热热量为136KW，降低抽气量15680m3/h，节约真空泵耗电量1020KW，节省直接喷淋耗水量54120kg/h。

Claims (9)

1.一种生产聚丙烯腈基PAN碳纤维原液的脱泡方法，原液经脱泡预热器加热后进入脱泡塔脱泡，在脱泡塔真空度为0.01～100kPa的条件下，原液中携带的不凝气及水蒸汽从原液中脱出，经脱泡塔顶部排出至脱泡真空冷凝器，其中水蒸气冷凝为冷凝液，所述不凝气由脱泡塔真空泵抽出后送至地坑，所述冷凝液经大气腿管线进入地坑,脱泡后的原液从脱泡塔底部排出；所述脱泡预热器操作压力在0.05～80kPa之间，入口操作温度在5～70℃之间，出口操作温度在10～150℃之间。
2.根据权利要求1所述生产聚丙烯腈基PAN碳纤维原液的脱泡方法，其特征在于所述脱泡塔操作温度为0～200℃，脱泡塔真空度为0.10～60kPa。
3.根据权利要求1所述生产聚丙烯腈基PAN碳纤维原液的脱泡方法，其特征在于所述不凝气中包括空气。
4.根据权利要求1所述生产聚丙烯腈基PAN碳纤维原液的脱泡方法，其特征在于脱泡后的原液从脱泡塔底部排出并经过脱泡液封桶后外送,所述脱泡液封桶内有搅拌器搅拌原液以保证原液均匀。
5.根据权利要求2所述生产聚丙烯腈基PAN碳纤维原液的脱泡方法，其特征在于所述脱泡塔操作温度为20～120℃;所述脱泡预热器操作压力在0.01～100kPa之间，入口操作温度在0～100℃之间，出口操作温度在0～200℃之间。
6.根据权利要求1所述生产聚丙烯腈基PAN碳纤维原液的脱泡方法，其特征在于所述脱泡预热器操作压力在0.10～60kPa之间，入口操作温度在10～55℃之间，出口操作温度在20～120℃之间。
7.根据权利要求1所述生产聚丙烯腈基PAN碳纤维原液的脱泡方法，其特征在于所述脱泡真空冷凝器操作压力在0.01～100kPa之间，入口操作操作温度在0～200℃之间，出口操作温度在0～90℃之间。
8.根据权利要求7所述生产聚丙烯腈基PAN碳纤维原液的脱泡方法，其特征在于所述脱泡真空冷凝器操作压力在0.05～80kPa之间，入口操作操作温度在10～150℃之间，出口操作温度在0～70℃之间。
9.根据权利要求8所述生产聚丙烯腈基PAN碳纤维原液的脱泡方法，其特征在于所述脱泡真空冷凝器操作压力在0.10～60kPa之间，入口操作操作温度在20～120℃之间，出口操作温度在0～50℃之间。
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