CN104385481A - 聚乳酸切片的连续式干燥方法及其装置 - Google Patents

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唐志萍
许贤才
高智广
姜军
刘永亭
孔维嘉
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Abstract

本发明提供了一种聚乳酸纺丝切片的连续式干燥方法,步骤包括:切片由输送系统送到湿切片料仓;切片连续进入双风道结晶器内被结晶风机吹入并经两个结晶加热器分别加热后进入双风道结晶器内的气流分别加热升温结晶;切片连续进入干燥塔内在下移过程中被从干燥塔下部流向塔顶的干热压缩空气干燥。本发明同时提供了一种聚乳酸纺丝切片的连续式结晶干燥装置,包括切片料仓、干燥塔、以及结晶系统。本发明提供的聚乳酸纺丝切片的连续式干燥方法及其装置,结晶速率快,结晶过程简单,且能够大大提高纺丝的产能。

Description

聚乳酸切片的连续式干燥方法及其装置
技术领域
本发明属于纺丝纤维的生产技术领域,特别涉及一种聚乳酸切片的连续式干燥方法及其装置。
背景技术
聚乳酸纤维是一种可完全生物降解的合成纤维,它可从谷物中取得,其制品废弃后在土壤或海水中经微生物作用可分解为二氧化碳和水,燃烧时,不会散发毒气,不会造成污染,同时,聚乳酸纤维具有很多优异的性能,因此是非常值得推广的一种纤维材料,然而目前,国内聚乳酸纤维的生产依然停留在实验室和小批量生产的程度上。目前,聚乳酸切片的干燥方法一般采用间歇式真空干燥,由于间歇式真空干燥的设备投资低,生产灵活性较突出,但在装、卸料式人员操作较多,人工成本相对较高,效率低,能耗高,批间差异大,只适用于小批量、多品种的生产装置之中,难于满足现代化高速纺织生产的要求,随着人们环保意识的提高,石油资源的逐渐匮乏,对聚乳酸纤维的需求也会逐渐增加,小批量生产已经无法满足未来聚乳酸纤维的生产,因此需要较大规模的聚乳酸纺丝切片干燥方法,即聚乳酸纺丝切片的连续式干燥方法。
然而,常规的连续式干燥方法无法满足聚乳酸切片的干燥要求,主要是因为聚乳酸结晶困难,结晶速率低。由于聚乳酸的单体分子,乳酸分子中有个手性碳,根据构象不同可分为左旋和右旋。在自然界中,以左旋为主导。在主流聚合方法中,先要合成乳酸的二聚体,也就是丙交酯,然后再聚合。这样做是便于重结晶提纯,让反应可控。在丙交酯中,由于有两个手性碳分子,因此丙交酯可以分为左旋、右旋和内消旋三种,其中左旋占多数。人们可以通过多次重结晶来提高左旋丙交酯的含量,但是在工业生产中会加大成本,因此不少聚乳酸的左旋丙交酯含量不高,即结晶能力低。
在实际的生产中,由于聚乳酸纯度不够,结晶速率慢,导致结晶度不高,因此在连续式干燥中如何解决聚乳酸的结晶问题是当前纺丝生产中急需解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结晶速率快、结晶过程简单的聚乳酸纺丝切片的连续式干燥方法及其装置。
为解决上述技术问题,本发明提供了一种聚乳酸切片的连续式干燥方法,包括如下步骤:
切片由输送系统送到切片料仓;
切片料仓内的切片依次进入双风道结晶器的第一结晶室和第二结晶室,风机吹出的一路气流经第一加热器加热后进入双风道结晶器的第一结晶室使进入第一结晶室的切片预结晶,风机吹出的另一路气流经第二加热器加热后进入双风道结晶器的第二结晶室使从第一结晶室进入第二结晶室的切片进一步结晶;
从第一结晶室和第二结晶室流出的气流进入旋风分离器,经净化后再由风机送到第一加热器和第二加热器加热,加热后的气流再进入第一结晶室和第二结晶室使切片结晶,形成结晶循环过程;
在双风道结晶器内结晶后的切片连续进入干燥塔内,从干燥塔下部流向塔顶的干热压缩空气对从干燥塔顶部下移的切片进行干燥。
进一步地,所述气流的温度先由设置在所述风机与所述第一加热器和所述第二加热器之间的冷却器冷却再由设置在所述第一加热器和所述第二加热器上的温度控制器控制。
进一步地,所述切片在所述第一结晶室内进行预结晶的温度为90-100℃,所述切片在所述第二结晶室内进一步结晶的温度为100-108℃。
进一步地,所述切片在所述双风道结晶器中的结晶时间共为10-15min。
进一步地,所述干热压缩空气的露点温度≤-85℃。
进一步地,所述切片在所述干燥塔内的干燥温度设为103-108℃。
进一步地,所述切片在所述干燥塔内的干燥时间为6-7h。
进一步地,所述切片干燥后的含水量控制在30PPM以下。
本发明还提供了一种聚乳酸切片的连续式干燥装置,包括切片料仓、干燥塔、以及结晶循环系统,所述结晶循环系统包括设置有第一结晶室和第二结晶室的双风道结晶器,与所述第一结晶室连接的第一加热器和与所述第二结晶室连接的第二加热器,与所述第一加热器和所述第二加热器连接的风机,以及连接在所述双风道结晶器侧面和所述风机之间的旋风分离器;所述双风道结晶器上部与所述切片料仓连接,所述双风道结晶器的下部与所述干燥塔顶部连接,所述干燥塔的下部连接有干热压缩空气供应装置。
进一步地,所述风机与所述第一加热器和所述第二加热器连接的管道上设置有冷却器,且所述第一加热器和所述第二加热器上均设置有温度控制器,用来控制所述结晶循环系统的温度。
本发明提供的聚乳酸纺丝切片的连续式干燥方法及其装置,装置采用的双风道结晶器内设置有第一结晶室和第二结晶室,气流分两路分别进入第一加热器和第二加热器分别加热,第一加热器加热后的气流进入第一结晶室对进入第一结晶室的切片先进行预结晶,第二加热器加热后的气流进入第二结晶室对从第一结晶室进到第二结晶室的切片进一步结晶。这样聚乳酸切片在双风道结晶器的两个结晶室内先后进行两次升温结晶,从而提高了聚乳酸切片的结晶速率,使结晶干燥后的切片能够满足后续纺丝生产的要求。并且从第一结晶室和第二结晶室出来的气流经净化除尘后又由风机送到两个加热器加热后进入双风道结晶器的两个结晶室使切片升温结晶,实现了升温结晶的循环过程,提高了聚乳酸切片的结晶效率,因此大大提高了纺丝的产能。
附图说明
图1为本发明实施例提供的聚乳酸纺丝切片的连续式干燥方法的流程图。
图2为本发明实施例提供的聚乳酸纺丝切片的连续式干燥装置的结构示意图。
具体实施方式
参见图1,本发明实施例提供的一种聚乳酸纺丝切片的连续式干燥方法,包括如下步骤:
切片由输送系统送到切片料仓;
切片料仓内的切片依次进入双风道结晶器的第一结晶室和第二结晶室,风机吹出的气流分两路进入第一加热器和第二加热器,经第一加热器加热后的气流进入双风道结晶器的第一结晶室使进入第一结晶室的切片预结晶,经第二加热器加热后的气流进入双风道结晶器的第二结晶室使从第一结晶室进入第二结晶室的切片进一步结晶;
使第一结晶室切片预结晶后的气流和使第二结晶室切片二次结晶后的气流进入旋风分离器,经旋风分离器净化后,再由风机吹送到第一加热器和第二加热器加热,加热后的气流进入第一结晶室和第二结晶室使切片结晶,形成结晶循环过程;
在双风道结晶器内结晶后的切片连续进入干燥塔内,从干燥塔下部流向塔顶的干热压缩空气对从干燥塔顶部下移的切片进行干燥。
其中,气流的温度先由设置在风机与两个加热器之间的冷却器冷却再由设置在两个加热器上的温度控制器控制。
其中,切片在第一结晶室内进行预结晶的温度为90-100℃,切片在第二结晶室内进一步结晶的温度为100-108℃,切片在第一结晶室采用较低温度进行预结晶,然后在第二结晶室采用较高温度进行进一步结晶,可以减少切片的热分解和粘连。
其中,切片在双风道结晶器中的结晶时间共为10-15min。
其中,干热压缩空气的露点温度≤-85℃。
其中,切片在干燥塔内的干燥温度设为103-108℃。
其中,切片在干燥塔内的干燥时间为6-7h。
其中,切片干燥后的含水量控制在30PPM以下。
参见图2,本发明还提供的一种聚乳酸切片的连续式干燥装置,包括切片料仓1、干燥塔4、以及结晶循环系统,结晶循环系统包括设置有第一结晶室5和第二结晶室6的双风道结晶器3,与第一结晶室5连接的第一加热器7和与第二结晶室6连接的第二加热器8,与第一加热器7和第二加热器8连接的风机12,以及连接在双风道结晶器3侧面和风机12之间的旋风分离器13;双风道结晶器3上部与切片料仓1连接,双风道结晶器3的下部与干燥塔4顶部连接,干燥塔4的下部连接有干热压缩空气供应装置15。
其中,风机12与第一加热器7和第二加热器8连接的管道上设置有冷却器11,且第一加热器7和第二加热器8上分别设置有温度控制器9和温度控制器10,用来控制结晶循环系统的温度。
下面结合本发明实施例提供的聚乳酸纺丝切片的连续式干燥装置,通过具体实施例进一步说明本发明提供的聚乳酸纺丝切片的连续式干燥方法。
实施例1
制备干燥400Kg/h聚乳酸切片。所用聚乳酸切片的分子量20万,其玻璃化温度为58℃、熔点为170℃,切片的含水率≤0.05%。聚乳酸切片由输送系统输送到切片料仓1内,以备结晶和干燥,在切片料仓1中设有料位控制器和上、下限报警装置,以便控制进入到切片料仓1内的切片的量。然后切片料仓1内的切片靠自身重量经回转阀2依次进入双风道结晶器3的第一结晶室5和第二结晶室6。同时,风机12吹出的气流分两路进入第一加热器7和第二加热器8,气流被加热后通过进风风道分别进入双风道结晶器3的第一结晶室5和第二结晶室6内,在双风道结晶器3内脉动阀板的控制作用下,经第一加热器7加热后的热气流进入第一结晶室5,将进入第一结晶室5内的的切片吹沸至脉动状态,并带走切片中的水分使切片进行预结晶,经第二加热器8加热后的热气流进入第二结晶室6,将从第一结晶室5进到第二结晶室6内的切片也吹沸至脉动状态并进一步带走切片中的水分,使切片进一步结晶。由于风机12与第一加热器7和第二加热器8连接的管道上安装有冷却器11可以对进入第一加热器7和第二加热器8的气流进行冷却,且第一加热器7上安装有温度控制器9,可以控制经第一加热器7中流出的热气流温度,第二加热器8上安装有温度控制器10可以控制经第二加热器8流出的热气流的温度,因此进入第一结晶室5的热气流可将第一结晶室5内的温度控制在90℃,使进入第一结晶室5内的切片在90℃温度下预结晶;进入第二结晶室6的热气流将第二结晶室6的温度控制在100℃,使从第一结晶室5进入第二结晶室6的切片在100℃的温度下进一步结晶。切片在双风道结晶器3的两个结晶室内停留15min结晶后进入干燥塔4内。而在第一结晶室5和第二结晶室6内使切片结晶后的气流从双风道结晶器3进入旋风分离器13,气流中的粉尘经旋风分离器13分离沉积在粉尘小桶14内,而净化后的气流从旋风分离器13流到风机12,再由风机12吹送到第一加热器7和第二加热器8加热,加热后的气流再进入第一结晶室5和第二结晶室6使切片结晶,依此循环,从而形成结晶循环过程。切片连续进入干燥塔4后,在干燥塔4内呈柱塞状从干燥塔4顶部缓缓下移,而干热压缩空气供应装置15中的干热压缩空气从干燥塔4下部流向塔顶,与下移的切片相互接触,在与切片对流传质、传热的过程中对切片进行干燥,干热压缩空气的露点温度≤-85℃,干热压缩空气与切片进行传热过程中可使干燥器4内的温度达到103℃,从而使切片在103℃的温度下实现干燥,切片在干燥塔4内干燥停留7h后含水率可达25PPM,干燥后的切片从干燥器4中排出,进入下一生产工序。
实施例2
制备干燥500Kg/h聚乳酸切片。所用聚乳酸切片的分子量30万,其玻璃化温度为62℃、熔点为180℃,切片的含水率≤0.04%。聚乳酸切片由输送系统输送到切片料仓1内,以备结晶和干燥,在切片料仓1中设有料位控制器和上、下限报警装置,以便控制进入到切片料仓1内的切片的量。然后切片料仓1内的切片靠自身重量经回转阀2依次进入双风道结晶器3的第一结晶室5和第二结晶室6。同时,风机12吹出的气流分两路进入第一加热器7和第二加热器8,气流被加热后通过进风风道分别进入双风道结晶器3的第一结晶室5和第二结晶室6内,在双风道结晶器3内脉动阀板的控制作用下,经第一加热器7加热后的热气流进入第一结晶室5,将进入第一结晶室5内的的切片吹沸至脉动状态,并带走切片中的水分使切片进行预结晶,经第二加热器8加热后的热气流进入第二结晶室6,将从第一结晶室5进到第二结晶室6内的切片也吹沸至脉动状态并进一步带走切片中的水分,使切片进一步结晶。由于风机12与第一加热器7和第二加热器8连接的管道上安装有冷却器11可以对进入第一加热器7和第二加热器8的气流进行冷却,且第一加热器7上安装有温度控制器9,可以控制经第一加热器7中流出的热气流温度,第二加热器8上安装有温度控制器10可以控制经第二加热器8流出的热气流的温度,因此进入第一结晶室5的热气流可将第一结晶室5内的温度控制在100℃,使进入第一结晶室5内的切片在100℃温度下预结晶;进入第二结晶室6的热气流将第二结晶室6的温度控制在108℃,使从第一结晶室5进入第二结晶室6的切片在108℃的温度下进一步结晶。切片在双风道结晶器3的两个结晶室内停留10min结晶后进入干燥塔4内。而在第一结晶室5和第二结晶室6内使切片结晶后的气流从双风道结晶器3进入旋风分离器13,气流中的粉尘经旋风分离器13分离沉积在粉尘小桶14内,而净化后的气流从旋风分离器13流到风机12,再由风机12吹送到第一加热器7和第二加热器8加热,加热后的气流再进入第一结晶室5和第二结晶室6使切片结晶,依此循环,从而形成结晶循环过程。切片连续进入干燥塔4后,在干燥塔4内呈柱塞状从干燥塔4顶部缓缓下移,而干热压缩空气供应装置15中的干热压缩空气从干燥塔4下部流向塔顶,与下移的切片相互接触,在与切片对流传质、传热的过程中对切片进行干燥,干热压缩空气的露点温度≤-85℃,干热压缩空气与切片进行传热过程中可使干燥器4内的温度达到108℃,从而使切片在108℃的温度下实现干燥,切片在干燥塔4内干燥停留6h后含水率可达20PPM,干燥后的切片从干燥器4中排出,进入下一生产工序。
实施例3
制备干燥450Kg/h聚乳酸切片。所用聚乳酸切片的分子量25万,其玻璃化温度为60℃、熔点为175℃,切片的含水率≤0.05%。聚乳酸切片由输送系统输送到切片料仓1内,以备结晶和干燥,在切片料仓1中设有料位控制器和上、下限报警装置,以便控制进入到切片料仓1内的切片的量。然后切片料仓1内的切片靠自身重量经回转阀2依次进入双风道结晶器3的第一结晶室5和第二结晶室6。同时,风机12吹出的气流分两路进入第一加热器7和第二加热器8,气流被加热后通过进风风道分别进入双风道结晶器3的第一结晶室5和第二结晶室6内,在双风道结晶器3内脉动阀板的控制作用下,经第一加热器7加热后的热气流进入第一结晶室5,将进入第一结晶室5内的的切片吹沸至脉动状态,并带走切片中的水分使切片进行预结晶,经第二加热器8加热后的热气流进入第二结晶室6,将从第一结晶室5进到第二结晶室6内的切片也吹沸至脉动状态并进一步带走切片中的水分,使切片进一步结晶。由于风机12与第一加热器7和第二加热器8连接的管道上安装有冷却器11可以对进入第一加热器7和第二加热器8的气流进行冷却,且第一加热器7上安装有温度控制器9,可以控制经第一加热器7中流出的热气流温度,第二加热器8上安装有温度控制器10可以控制经第二加热器8流出的热气流的温度,因此进入第一结晶室5的热气流可将第一结晶室5内的温度控制在95℃,使进入第一结晶室5内的切片在95℃温度下预结晶;进入第二结晶室6的热气流将第二结晶室6的温度控制在105℃,使从第一结晶室5进入第二结晶室6的切片在105℃的温度下进一步结晶。切片在双风道结晶器3的两个结晶室内停留13min结晶后进入干燥塔4内。而在第一结晶室5和第二结晶室6内使切片结晶后的气流从双风道结晶器3进入旋风分离器13,气流中的粉尘经旋风分离器13分离沉积在粉尘小桶14内,而净化后的气流从旋风分离器13流到风机12,再由风机12吹送到第一加热器7和第二加热器8加热,加热后的气流再进入第一结晶室5和第二结晶室6使切片结晶,依此循环,从而形成结晶循环过程。切片连续进入干燥塔4后,在干燥塔4内呈柱塞状从干燥塔4顶部缓缓下移,而干热压缩空气供应装置15中的干热压缩空气从干燥塔4下部流向塔顶,与下移的切片相互接触,在与切片对流传质、传热的过程中对切片进行干燥,干热压缩空气的露点温度≤-85℃,干热压缩空气与切片进行传热过程中可使干燥器4内的温度达到105℃,从而使切片在105℃的温度下实现干燥,切片在干燥塔4内干燥停留6.5h后含水率可达23PPM,干燥后的切片从干燥器4中排出,进入下一生产工序。
最后所应说明的是,以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照实例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种聚乳酸切片的连续式干燥方法,其特征在于,包括如下步骤:
切片由输送系统送到切片料仓;
切片料仓内的切片依次进入双风道结晶器的第一结晶室和第二结晶室,风机吹出的一路气流经第一加热器加热后进入双风道结晶器的第一结晶室使进入第一结晶室的切片预结晶,风机吹出的另一路气流经第二加热器加热后进入双风道结晶器的第二结晶室使从第一结晶室进入第二结晶室的切片进一步结晶;
从第一结晶室和第二结晶室流出的气流进入旋风分离器,经净化后再由风机送到第一加热器和第二加热器加热,加热后的气流再进入第一结晶室和第二结晶室使切片结晶,形成结晶循环过程;
在双风道结晶器内结晶后的切片连续进入干燥塔内,从干燥塔下部流向塔顶的干热压缩空气对从干燥塔顶部下移的切片进行干燥。
2.根据权利要求1所述的聚乳酸切片的连续式干燥方法,其特征在于:所述气流的温度先由设置在所述风机与所述第一加热器和所述第二加热器之间的冷却器冷却再由设置在所述第一加热器和所述第二加热器上的温度控制器控制。
3.根据权利要求1所述的聚乳酸切片的连续式干燥方法,其特征在于:所述切片在所述第一结晶室内进行预结晶的温度为90-100℃,所述切片在所述第二结晶室内进一步结晶的温度为100-108℃。
4.根据权利要求3所述的聚乳酸切片的连续式干燥方法,其特征在于:所述切片在所述双风道结晶器中的结晶时间共为10-15min。
5.根据权利要求1所述的聚乳酸切片的连续式干燥方法,其特征在于:所述干热压缩空气的露点温度≤-85℃。
6.根据权利要求1所述的聚乳酸切片的连续式干燥方法,其特征在于:所述切片在所述干燥塔内的干燥温度设为103-108℃。
7.根据权利要求6所述的聚乳酸切片的连续式干燥方法,其特征在于:所述切片在所述干燥塔内的干燥时间为6-7h。
8.根据权利要求7所述的聚乳酸切片的连续式干燥方法,其特征在于:所述切片干燥后的含水量控制在30PPM以下。
9.一种聚乳酸切片的连续式干燥装置,包括切片料仓、干燥塔、以及结晶循环系统,其特征在于:所述结晶循环系统包括设置有第一结晶室和第二结晶室的双风道结晶器,与所述第一结晶室连接的第一加热器和与所述第二结晶室连接的第二加热器,与所述第一加热器和所述第二加热器连接的风机,以及连接在所述双风道结晶器侧面和所述风机之间的旋风分离器;所述双风道结晶器上部与所述切片料仓连接,所述双风道结晶器的下部与所述干燥塔顶部连接,所述干燥塔的下部连接有干热压缩空气供应装置。
10.根据权利要求9所述的聚乳酸切片的连续式干燥装置,其特征在于:所述风机与所述第一加热器和所述第二加热器连接的管道上设置有冷却器,且所述第一加热器和所述第二加热器上均设置有温度控制器,用来控制所述结晶循环系统的温度。
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