CN104831367B - 纤维素喷丝装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供纤维素喷丝装置，包括上组件和下组件，上组件与下组件连接且紧密结合，上组件设置有进料口，在上组件和下组件中设置有多级依次连通的分配流道，进料口与第一级分配流道连通。最后一级分配流道与下组件中的通道连通，在下组件中由上至下依次设置有过滤网、分配板及喷丝板，下组件中的通道依次连接最后一级分配流道、过滤网、分配板和喷丝板。本发明一种纤维素喷丝装置，纤维素溶液进到纤维素喷丝装置组件内经过多级分配流道分配，所有分配流道都在两层组件的面与面接触处完成分配。纤维素溶液经过过滤网再次过滤和分配板再次均匀分配，在喷丝板前容腔内进一步混合和储存，在一定压力下通过喷丝板喷丝孔被挤压出来形成上万根纤维。

Description

纤维素喷丝装置

技术领域

本发明涉及一种喷丝装置，尤其是一种纤维素喷丝装置，属于纺丝设备领域。

背景技术

Lyocell纤维利用天然纤维素作为原材料，采用无毒、无污染、流程密闭的工艺生产出纤维，尤其制成的纺织品在废弃后可以像枯萎的植物一样在自然环境条件下完全降解，释放出二氧化碳、水、能量等，通过植物的光合作用纤维素会不断的被自然界再生。在Lyocell纤维纺丝生产中，纤维素喷丝装置是纺丝的关键，也是纤维素工业化的关键问题。在纺丝领域，纺丝组件有各种各样的形式，从外形区分，有圆形和矩形两种。多为圆形，少数为矩形组件。但过去矩形组件进料采用圆孔直接进到一个矩形腔或通过锥形口进到一个矩形腔中的方法。这种进料方法限制了矩形纺丝组件的长度，太长存在进料不均匀的问题。一般矩形纺丝组件最长做到300毫米左右。其大小及出丝能力难以满足工业化生产新品种Lyocell丝的要求。

有鉴于此特提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种纤维素喷丝装置，能够使组件长度较大，且进料均匀，出丝能力满足生产需要。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

纤维素喷丝装置，包括上组件和下组件，上组件与下组件上下连接且紧密结合，上组件中设置有进料口，在上组件和下组件中设置有多级的依次连通的分配流道，进料口与多级分配流道的第一级分配流道连通。多级分配流道的最后一级分配流道与下组件中的通道连通，在下组件中由上至下依次设置有过滤网、分配板及喷丝板，下组件中的通道依次连接最后一级分配流道、过滤网、分配板和喷丝板。

进一步的，分配流道由上下两部分组成，分配流道的上半部分为设置在上组件下部的下部开放的凹槽，分配流道的下半部分为设置在下组件的上部的上部开放的凹槽，分配流道的上下两部分配合组成一个完整的分配流道。

进一步的，第一级分配流道的中部与进料口连接，第一级分配流道的两端沿上组件或下组件的长度方向向两端延伸，第一级分配流道的两端分别与一个第二级分配流道的中部连通，任意一个第二级分配流道的两端沿上组件或下组件的长度方向向两端延伸，任意一个第二级分配流道的两端分别与一个第三级分配流道的中部连通，直至第N级分配流道的全部端部均匀地沿上组件或下组件的长度方向分布于上组件或下组件。

进一步的，第一级分配流道、第二级分配流道直至第N级分配流道沿上组件或下组件的宽度方向排列。

进一步的，上组件包括上下重叠且连接的进料板及过渡板，进料板上设有进料口，在进料板下部及过渡板上部配合形成多级分配流道的前若干级分配流道，前若干级分配流道沿进料板或过渡板的宽度方向依次排列，分配流道由上下两部分组成，分配流道的上半部分为设置在进料板下部的下部开放的凹槽，分配流道的下半部分为设置在过渡板的上部的上部开放的凹槽，分配流道的上下两部分配合组成一个完整的分配流道；下组件包括自上而下依次设置且固定在一起的中间板、分配板及喷丝大板，在过渡板下部及中间板上部配合形成多级分配流道的后若干级分配流道，分配流道由上下两部分组成，分配流道的上半部分为设置在过渡板下部的下部开放的凹槽，分配流道的下半部分为设置在中间板上部的上部开放的凹槽，分配流道的上下两部分配合组成一个完整的分配流道，多级分配流道的前若干级分配流道的末级分配流道与后若干级分配流道的首级分配流道通过过渡板中设置的上下方向的通道连通。

进一步的，在中间板、分配板及喷丝大板中均设有上下方向且依次连通的通道，中间板中设置的通道顶部与多级分配流道的最后一级分配流道连接，中间板中的通道与分配板中的通道之间设置有过滤网。

进一步的，中间板中的通道底部为一个一体式的容腔，以储存足够溶体并均匀地布满整个容腔然后供给过滤网。

进一步的，分配板中的通道包括呈多排多列分布的多个独立的通道。

进一步的，喷丝大板中的通道为一个一体式容腔，在容腔底部设置有具有多个通孔的喷丝板。

进一步的，在自上而下依次设置的进料板、过渡板、中间板、分配板及喷丝大板的任意两个相邻板之间均设置有密封装置，各板为长条形，长宽比大于5。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

本发明提供一种纤维素喷丝装置，适用于干喷湿法纺丝生产Lyocell纤维。纤维素溶液经过初步过滤和正确计量后在一定的压力下通过溶体管路被挤压到长条形组件中间进料口，纤维素溶液进到纤维素喷丝装置组件内经过多级分配流道分配。所有分配流道都在两层组件的面与面接触处完成分配。然后纤维素溶液经过过滤网再次过滤和分配板再次均匀分配，在喷丝板前容腔内进一步混合，并在一定压力下通过喷丝板喷丝孔孔道被挤压出来,形成上万根纤维，再经过一个空气隙冷却，进入到含水的纺丝浴槽，长丝在纺丝浴槽浸出溶剂后导出。能生产出大量的按工业化规模需要的Lyocell纤维所需要的长丝。纤维素喷丝装置组件可以做到600-800毫米，对应的喷丝板可达到3-3.5万喷丝孔。在这个长度范围内，纤维素溶液从进料口以相等的在组件里的滞留时间，输送到下组件的中间板上方，达到下组件过滤网前容腔各处有滞留时间相等的物料，并均匀地布满整个容腔，其物料量及出丝能力满足工业化生产新品种Lyocell丝的要求。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

图1是本发明的纤维素喷丝装置纤维素溶液分配结构示意图。

图2是过渡板上表面纤维素溶液分配结构示意图。

图3是过渡板下表面纤维素溶液分配结构示意图。

图4是本发明的纤维素喷丝装置连接结构示意图。

1、进料板 2、进料口 3、进料口密封圈 4、过渡板 5、喷丝大板 6、网前容腔 7、中间板 8、过滤网 9、分配板 10、分配孔 11、板前容腔 12、喷丝板 13、第一级分配流道 14、第二级分配流道 15、第二级分配流道分配口 16、第三级分配流道 17、第四级分配流道18、第四级分配流道分配口 19、O型密封圈 20、螺钉 21、螺钉。

具体实施方式

本发明纤维素喷丝装置，包括上组件和下组件，上组件与下组件上下连接且紧密结合，上组件中设置有进料口，在上组件和下组件中设置有多级的依次连通的分配流道，进料口与多级分配流道的第一级分配流道连通。多级分配流道的最后一级分配流道与下组件中的通道连通，在下组件中由上至下依次设置有过滤网、分配板及喷丝板，下组件中的通道依次连接最后一级分配流道、过滤网、分配板和喷丝板。

分配流道由上下两部分组成，分配流道的上半部分为设置在上组件下部的下部开放的凹槽，分配流道的下半部分为设置在下组件上部的上部开放的凹槽，分配流道的上下两部分配合组成一个完整的分配流道。

第一级分配流道的中部与进料口连接。第一级分配流道的两端沿上组件或下组件的长度方向向两端延伸，第一级分配流道的两端分别与一个第二级分配流道的中部连通，任意一个第二级分配流道的两端沿上组件或下组件的长度方向向两端延伸，任意一个第二级分配流道的两端分别与一个第三级分配流道的中部连通，直至第N级分配流道的全部端部均匀地沿上组件或下组件的长度方向分布于上组件或下组件。

第一级分配流道、第二级分配流道直至第N级分配流道沿上组件或下组件的宽度方向排列。

如图1所示，在本实施例中，上组件包括自上而下重叠且连接的进料板1及过渡板4。进料板1上设有进料口2，进料口上设置有进料口密封圈3。在进料板1下部及过渡板4上部配合形成多级分配流道的前若干级分配流道，前若干级分配流道沿进料板1或过渡板4的宽度方向依次排列。分配流道由上下两部分组成，分配流道的上半部分为设置在进料板1下部的下部开放的凹槽，分配流道的下半部分为设置在过渡板4的上部的上部开放的凹槽，分配流道的上下两部分配合组成一个完整的分配流道。

结合图1、2、3、4所示，进料口2的下部与第一级分配流道13的中部连接，第一级分配流道13两端沿进料板的长度方向向进料板两端延伸，第一级分配流道13两端各有一个第一级分配流道分配口，进料口与两个第一级分配流道分配口的间距相等。

两个第一级分配流道分配口各与一个第二级分配流道14的中部连接，每一个第二级分配流道14两端沿进料板的长度方向向进料板两端延伸，每一个第二级分配流道14 两端各有一个第二级分配流道分配口15，共形成四个第二级分配流道分配口15，四个第二级分配流道分配口15均匀地沿进料板长度方向分布。四个第二级分配流道分配口 15任意相邻两个的间距相等。

结合图2和图4所示，第二级分配流道14相对第一级分配流道13平行，且沿进料板的宽度方向排列。如图2 所示，第二级分配流道14位于第一级分配流道13的右侧。如图2所示，第一级分配流道13的两端沿进料板的长度方向向进料板两端延伸后沿进料板的宽度方向延伸形成第一级分配流道分配口，第一级分配流道分配口与第二级分配流道相连接。

结合图2和图4所示，第二级分配流道14两端沿进料板的宽度方向延伸形成第二级分配流道分配口15，如图2所示，第二级分配流道14两端沿进料板的宽度方向向右延伸形成第二级分配流道分配口15，并分别对应地连通过渡板4中的四个上下方向的通道的上部。

在本实施例中，下组件包括自上而下依次设置且固定在一起的中间板7、分配板9及喷丝大板。在过渡板4下部及中间板7上部配合形成多级分配流道的后若干级分配流道，分配流道由上下两部分组成，分配流道的上半部分为设置在过渡板4下部的下部开放的凹槽，分配流道的下半部分为设置在中间板7上部的上部开放的凹槽，分配流道的上下两部分配合组成一个完整的分配流道。

进料板下部的分配流道为半圆哈夫形状，过渡板上部的分配流道也为半圆哈夫形，两者组装后分配流道组成圆形。同样，过渡板与中间板之间形成的分配流道也采取相同的半圆哈夫形状组合。

多级分配流道的前若干级分配流道的末级分配流道与后若干级分配流道的首级分配流道通过在过渡板4中设置的上下方向的通道连通。

过渡板4下部及中间板7上部配合形成第三级分配流道16和第四级分配流道17。过渡板4中设置的四个上下方向的通道的下部分别连接四个第三级分配流道16的中部。

如图3所示，任意一个第三级分配流道16的两端沿中间板的长度方向向中间板两端延伸后沿中间板的宽度方向延伸形成两个第三级分配流道分配口，如图3所示，任意一个第三级分配流道16的两端沿中间板的长度方向向中间板两端延伸后沿中间板的宽度方向向左延伸形成两个第三级分配流道分配口。四个第三级分配流道16共形成八个第三级分配流道分配口，任意两个相邻的第三级分配流道分配口间距相等。

如图3所示，八个第三级分配流道分配口分别与八个第四级分配流道的中部相连。任意一个第四级分配流道的两端沿中间板的长度方向向中间板两端延伸并形成两个第四级分配流道分配口18，八个第四级分配流道17共形成十六个第四级分配流道分配口 18，任意两个相邻的第四级分配流道分配口间距相等。第四级分配流道17相对第三级分配流道13平行，且沿中间的宽度方向排列。如图2和3所示，第四级分配流道17位于第三级分配流道13左侧。

在中间板7、分配板9及喷丝大板中均设有上下方向且依次连通的通道，中间板中设置的通道顶部与多级分配流道的最后一级分配流道连接，中间板7中的通道与分配板 9中的通道之间设置有过滤网8。

中间板中的通道底部为一个一体式的容腔，即图4中所示的网前容腔6。中间板的通道，其上端为多个独立的通道口，与多级分配流道的最后一级分配流道所具有的多个分配口一一对应连通。在本实施例中，即，中间板中设置的十六个通道顶部与十六个第四级分配流道分配口18一一对应连通。

在中间板的通道的底部形成一个一体式的网前容腔6，此网前容腔沿中间板的长度方向贯通形成一个一体式的容腔。纤维素溶液在流动时，纤维素溶液从多级分配流道的最后一级分配流道所具有的多个分配口流入中间板的通道上端的多个独立的通道口，沿中间板内通道自上而下流动，均流入中间板中的通道底部的一体式的网前容腔6中。

过滤网8设置网前容腔与分配板9中的通道之间。

分配板9中的通道包括呈多排多列均匀分布的多个独立的通道。结合图1和图4，在本实施例中，分配板9中的通道为3排、多列的分配孔10。分配孔的顶部与网前容腔底部之间设置有过滤网8。纤维素溶液通过过滤网8后，自上而下流入分配板9中的3 排、多列的分配孔10中。

喷丝大板中的通道为一个一体式容腔，即图4中所示的板前容腔11。在此容腔底部设置有具有多个通孔的喷丝板12。喷丝板上均匀设置有多个通孔作为喷丝孔。

如图1和图4所示，在自上而下依次设置的进料板1、过渡板4、中间板7、分配板 9及喷丝大板5的任意两个相邻板之间均设置有密封装置，在本实施例中，采用O型圈 19作为密封装置。O型圈设置在任意两个相邻板之间的纤维素溶液流经通道的外侧，将纤维素溶液收在O型圈内，防止纤维素溶液外泄。

上组件各板之间、下组件各板之间以及上下组件之间为面与面接触密封结构，组件板各接触面均经过精磨，平面度高，且平行度高，板面之间接触贴合的紧密。

相邻两板之间辅以O型密封圈密封，在相邻两板的位于下方的板的上表面开设有槽，在相接触的两块板组装时，O型密封圈压入槽里，并且O型密封圈弹性抵住位于上方的板的下表面，利用O型密封圈做为第二道防漏料防线。

如图4所示，为了减轻工人劳动强度，上组件完成进料和分配，上组件的进料板和过渡板通过螺钉连接，螺钉从下部将进料板和过渡板安装到纺丝箱下部，一般不拆。下组件的中间板7分配板9及喷丝大板5通过螺钉20连接固定，螺钉20从下组件的上部安装。上组件和下组件之间通过螺钉21固定连接，螺钉21从上组件上部穿通上组件且螺钉21的下部与下组件的中间板螺纹连接，从而将上组件与下组件固定连接。下组件可视喷丝板使用情况，可定期拆下清洗更换。

本发明纤维素喷丝装置，让组件里的料像在纤维素溶液管路里分配纤维素溶液的效果一样。流道分配在两层板面之间完成。纤维素溶液分配流道为半圆哈夫形状，两层板面结合后，上下两部分组装好后为圆形流道，流道光洁度高，无存料死角。而且降低纤维素溶液即溶体在组件内的停留量和时间，并可拆卸清洗纤维素溶液分配流道。

纤维素喷丝装置的上组件把纤维素溶液均匀的分到下组件的中间板上方。下组件再对纤维素溶液进行过滤、分配，最后从喷丝板的喷丝孔出丝，使得条形喷丝板条形分布万孔丝的分配均匀出丝，也利于出丝后侧吹风冷却和水浴浸出溶剂。

从位于上组件进料板中部的进料口进纤维素溶液，对高粘纤维素溶液采用等分法分配。纤维素溶液自进料口进到进料板下平面后进入到第一级分配流道13中，纤维素溶液在第一级分配流道13中沿进料板长度方向自中间向两端流动进行分配，经第一级分配流道的两个分配口流入两个第二级分配流道，经第二级分配流道的四个分配口流入四个第三级分配流道，再经第三级分配流道的八个分配口流入八个第四级分配流道，再经第四级分配流道的十六个分配口流入至中间板中设置的十六个通道中，

按照纤维素溶液均匀分配，多级分配流道按一分二，二分四，四分八，八分十六等等的原则分配。分配流道采用等面积法或等流速法计算管径。分配流道要在满足物料流动速度允许的范围内尽量小，减少物料在组件里停留量和时间。在本实施例中，采取等流速法计算管径。

下组件内的过滤网8的目的是为了在下组件内对纤维素溶液进一步精细过滤，过滤网沉于分配板上的凹槽，中间板压在过滤网上。分配板9的目的是对纤维素溶液进行再均匀分配，在过滤网上方的网前容腔6以及喷丝板和分配板之间的板前容腔11用来储存一定量的纤维素溶液，以便纤维素溶液连续均匀地通过过滤网和分配板，最终供给喷丝板各喷丝孔，并在一定压力下通过喷丝板的喷丝孔，挤出形成丝条。

纤维素喷丝装置为长条形，采用具有上万孔的条形组件，长度600-800毫米长，长宽比大于5。利于出丝后侧吹风冷却和水浴浸出溶剂。在本实施例中，长宽比为6.5。高密度配置的喷丝板的喷丝孔纺出的丝条，使侧吹风不易穿过丝层，丝条难以均匀冷却，但过强的冷却风会降低喷丝板面的温度。所以，喷丝板的喷丝孔排布宽度要尽量窄，在三十排左右，即宽10-20毫米，喷丝板出丝面为窄条形，长宽比大于30。在本实施例中，喷丝板的喷丝孔排布沿喷丝板宽度方向为三十排，宽20毫米，喷丝板出丝面为窄条形，长宽比为40。

例如：组件的进料板、过渡板、中间板、分配板、喷丝大板长度均为650毫米，进料口DN26毫米，第一级分配流道DN20毫米，第二级分配流道DN16毫米，第三级分配流道DN14毫米，第四级分配流道DN12毫米，对应的喷丝板可达到3-3.5万喷丝孔。在本实施例中，喷丝孔数量为3万个。

本发明纤维素喷丝装置，纤维素溶液从进料口以相等的滞留时间输送到下组件的过滤网前容腔，然后溶液连续均匀地依次通过过滤网、分配板、喷丝板前容腔，从喷丝板孔挤出。适用于干喷湿法纺丝生产Lyocell纤维。纤维素溶液经过初步过滤和正确计量后在一定的压力下通过溶体管路被挤压到长条形组件中间进料口，纤维素溶液进到纤维素喷丝装置组件内经过多级分配流道分配。所有分配流道都在两层组件的面与面接触处完成分配。然后纤维素溶液经过过滤网再次过滤和分配板再次均匀分配，在喷丝板前容腔内进一步混合，并在一定压力下通过喷丝板喷丝孔孔道被挤压出来,形成上万根纤维，再经过一个空气隙冷却，进入到含水的纺丝浴槽，长丝在纺丝浴槽浸出溶剂后导出。能生产出大量的按工业化规模需要的Lyocell纤维所需要的长丝。纤维素喷丝装置组件可以做到600-800毫米，对应的喷丝板可达到3-3.5万喷丝孔。在这个长度范围内，纤维素溶液从进料口以相等的在组件里的滞留时间，输送到下组件的中间板上方，达到下组件过滤网前容腔各处有滞留时间相等的物料，并均匀地布满整个容腔，其物料量及出丝能力满足工业化生产新品种Lyocell丝的要求。

上述实施例中的实施方案可以进一步组合或者替换，且实施例仅仅是对本发明的优选实施例进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中专业技术人员对本发明的技术方案作出的各种变化和改进，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.纤维素喷丝装置，其特征在于：包括上组件和下组件，上组件与下组件上下连接且紧密结合，上组件中设置有进料口，在上组件和下组件中设置有多级的依次连通的分配流道，进料口与多级分配流道的第一级分配流道连通，

多级分配流道的最后一级分配流道与下组件中的通道连通，在下组件中由上至下依次设置有过滤网、分配板及喷丝板，下组件中的通道依次连接最后一级分配流道、过滤网、分配板和喷丝板；

多级分配流道沿上组件或下组件的宽度方向排列，多级分配流道的前若干级分配流道的末端分配流道和后若干分配级分配流道的首级分配流道通过在上组件中设置的上下方向的通道连通，且最后一级分配流道与相邻级分配流道的排列方向相反于第二级分配流道与第一级分配流道的排列方向。

2.根据权利要求1所述的纤维素喷丝装置，其特征在于：分配流道由上下两部分组成，分配流道的上半部分为设置在上组件下部的下部开放的凹槽，分配流道的下半部分为设置在下组件的上部的上部开放的凹槽，分配流道的上下两部分配合组成一个完整的分配流道。

3.根据权利要求2所述的纤维素喷丝装置，其特征在于：第一级分配流道的中部与进料口连接，第一级分配流道的两端沿上组件或下组件的长度方向向两端延伸，第一级分配流道的两端分别与一个第二级分配流道的中部连通，任意一个第二级分配流道的两端沿上组件或下组件的长度方向向两端延伸，任意一个第二级分配流道的两端分别与一个第三级分配流道的中部连通，直至第N级分配流道的全部端部均匀地沿上组件或下组件的长度方向分布于上组件或下组件。

4.根据权利要求1-3任一项所述的纤维素喷丝装置，其特征在于：上组件包括上下重叠且连接的进料板及过渡板，进料板上设有进料口，在进料板下部及过渡板上部配合形成多级分配流道的前若干级分配流道，前若干级分配流道沿进料板或过渡板的宽度方向依次排列，分配流道由上下两部分组成，分配流道的上半部分为设置在进料板下部的下部开放的凹槽，分配流道的下半部分为设置在过渡板的上部的上部开放的凹槽，分配流道的上下两部分配合组成一个完整的分配流道；

下组件包括自上而下依次设置且固定在一起的中间板、分配板及喷丝大板，在过渡板下部及中间板上部配合形成多级分配流道的后若干级分配流道，分配流道由上下两部分组成，分配流道的上半部分为设置在过渡板下部的下部开放的凹槽，分配流道的下半部分为设置在中间板上部的上部开放的凹槽，分配流道的上下两部分配合组成一个完整的分配流道，

多级分配流道的前若干级分配流道的末级分配流道与后若干级分配流道的首级分配流道通过过渡板中设置的上下方向的通道连通。

5.根据权利要求4所述的纤维素喷丝装置，其特征在于：在中间板、分配板及喷丝大板中均设有上下方向且依次连通的通道，中间板中设置的通道顶部与多级分配流道的最后一级分配流道连接，中间板中的通道与分配板中的通道之间设置有过滤网。

6.根据权利要求5所述的纤维素喷丝装置，其特征在于：中间板中的通道底部为一个一体式的容腔，以储存足够溶体并均匀地布满整个容腔然后供给过滤网。

7.根据权利要求5所述的纤维素喷丝装置，其特征在于：分配板中的通道包括呈多排多列分布的多个独立的通道。

8.根据权利要求5所述的纤维素喷丝装置，其特征在于：喷丝大板中的通道为一个一体式容腔，在容腔底部设置有具有多个通孔的喷丝板。

9.根据权利要求4所述的纤维素喷丝装置，其特征在于：在自上而下依次设置的进料板、过渡板、中间板、分配板及喷丝大板的任意两个相邻板之间均设置有密封装置，各板为长条形，长宽比大于5。