CN110331471A - 一种对位芳纶纺丝废原液回收再利用装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对位芳纶纺丝废原液回收再利用装置及方法，包括用于容纳对位芳纶纺丝废原液的废料收集桶，所述废料收集桶的出口端连接至用于熔化对位芳纶纺丝废原液的熔化箱，熔化箱的出口端通过过滤装置连接至保温储罐，保温储罐的出口端连接至旋转喷头，旋转喷头的外侧设置有用于凝固旋转喷头甩出的纺丝废原液凝固成纤维的圆筒，圆筒的下部设置有收集槽，收集槽的出口端通过输送装置连接至水洗机，水洗机的出口端连接至干燥设备，干燥设备的出口端连接至成品收集桶。本发明可以将纺丝废原液进行回收再利用，实现资源的再利用，减少环境污染。
Description
技术领域
本发明涉及化学纺织领域，具体涉及一种对位芳纶纺丝废原液回收再利用装置及方法。
背景技术
对位芳纶学名为聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)纤维，简称芳纶1414或芳纶Ⅱ。对位芳纶与碳纤维、高强高模聚乙烯纤维并称当今世界高性能纤维三大品种。对位芳纶的比强度是钢的5～6倍，模量是钢丝和玻璃纤维的2～3倍，韧性是钢丝的2倍，而密度仅为钢丝的1/5左右。对位芳纶是综合性能优良、产量最大、应用最广的高性能纤维，在高性能纤维中占有重要地位。在国防军工、航空航天、汽车减重节能减排、绳索光缆、体育休闲等方面具有不可替代的作用。
对位芳纶一般采用低温缩聚法生产，纺丝过程中将PPTA粉料溶于浓硫酸，经脱泡后加压喷丝，经凝固浴拉伸而成。在纺丝抽头过程中会产生极少量的纺丝废料，自然放置后结成PPTA固体团块，俗称“纺丝废料”，该废料传统方法为中和后焚烧处理，处理过程中产生CO、CO2及氮的氧化物，对空气环境造成污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对位芳纶纺丝废原液回收再利用装置及方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，本发明可以将纺丝废原液进行回收再利用，实现资源的再利用，减少环境污染。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种对位芳纶纺丝废原液回收再利用装置，包括用于容纳对位芳纶纺丝废原液的废料收集桶，所述废料收集桶的出口端连接至用于熔化对位芳纶纺丝废原液的熔化箱，熔化箱的出口端通过过滤装置连接至保温储罐，保温储罐的出口端连接至旋转喷头，旋转喷头的外侧设置有用于凝固旋转喷头甩出的纺丝废原液凝固成纤维的圆筒，圆筒的下部设置有收集槽，收集槽的出口端通过输送装置连接至水洗机，水洗机的出口端连接至干燥设备，干燥设备的出口端连接至成品收集桶。
进一步地，熔化箱中设置有支撑架，支撑架上倒立放置若干废料收集桶。
进一步地，熔化箱外侧设置有夹套，熔化箱通过向夹套中通入蒸汽进行升温，且熔化箱内温度为100-120℃。
进一步地，所述过滤装置为两级过滤，第一级过滤的滤网为10-20目，第二级过滤的滤网为50-150目。
进一步地，保温储罐的温度为75-85℃。
进一步地，所述旋转喷头为圆柱形，圆柱侧面均匀分布若干喷孔，且每平方厘米上设置10-20个喷孔，喷孔直径为200-400μm，旋转喷头的旋转速度为2000-4000rpm。
进一步地，圆筒的内壁通过通入水形成水膜，且圆筒内壁的水膜与旋转喷头的外径之间距离为10-100mm。
进一步地，所述水洗机为履带式水洗机，水洗过程分为三级，第一级采用水清洗，第二级采用质量分数为2％的氢氧化钠溶液清洗，第三级采用水清洗，经水洗机清洗后的纤维pH为6.5-8。
进一步地，所述干燥设备为红外烘干机，经干燥设备处理后纤维含水质量分数为4％-7％。
一种对位芳纶纺丝废原液回收再利用方法，包括以下步骤：
步骤一：使用废料收集桶收集对位芳纶纺丝废原液；
步骤二：将装有对位芳纶纺丝废原液的收集桶连接至熔化箱；
步骤三：采用熔化箱对对位芳纶纺丝废原液进行加热熔化；
步骤四：将熔化后的纺丝废原液经过过滤后收集到保温储罐；
步骤五：将收集在保温储罐内的纺丝废原液注入旋转喷头中，利用离心力将纺丝废原液甩出；
步骤六：利用圆筒将甩出的纺丝废原液凝固成纤维，纤维从筒壁落入收集槽中；
步骤七：从收集槽中将纤维成束导入水洗机，将纤维中的硫酸洗净；
步骤八：将洗净的纤维导入干燥设备中烘干；
步骤九：利用成品收集桶将烘干后的纤维收集。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明装置通过废料收集桶收集对位芳纶纺丝废原液，采用熔化箱对对位芳纶纺丝废原液进行加热熔化，将熔化后的纺丝废原液经过过滤后收集到保温储罐，将收集在保温储罐内的纺丝废原液注入旋转喷头中，利用离心力将纺丝废原液甩出，利用圆筒将甩出的纺丝废原液凝固成纤维，纤维从筒壁落入收集槽中，从收集槽中将纤维成束导入水洗机，将纤维中的硫酸洗净，将洗净的纤维导入干燥设备中烘干，利用成品收集桶将烘干后的纤维收集，本发明通过对位芳纶纺丝废料进行收集、熔化、过滤、喷丝、固化、清洗、烘干、收集，实现资源的再利用，减少环境污染。
进一步地，通过设置支撑架，通过将废料收集桶倒立于支撑架上，进而将纺丝废原液通入熔化箱中，避免采用泵送，结构简单且节能。
进一步地，通过设置夹套，采用蒸汽对熔化箱进行升温，可以快速地将固体原液熔化。
进一步地，通过两级过滤，第一次为粗滤，可以将一些未熔化的大颗粒以及杂质等去除，二级过滤为精滤，确保进入储罐内的原液不会堵塞喷丝孔。
进一步地，保温储罐温度75-85℃，低于75度纺丝废原液凝固，无法喷丝；高于85度原液降解增大，影响纤维性能，严重的话无法成纤，本发明通过设置温度范围，既保证了纺丝废原液不会凝固，又保证了其成纤效果。
进一步地，旋转喷头的设置方式让纺丝废原液能够在离心力的作用下向四周飞溅，进而形成纤维。
进一步地，在圆筒内壁形成水膜，加大喷丝纤维与水膜的接触面积，提高了成纤效率；圆筒与旋转喷头之间距离的设置让飞溅的原液在离心力的作用下能够有时间拉伸，然后再接触到水膜，太近的话不能充分拉伸，太远的话不一定能接触到水膜。
进一步地，本发明采用水、2％的氢氧化钠溶液以及水进行三级清洗，可以有效除去纤维中的硫酸。
附图说明
图1是本发明的工艺装置流程图。
其中，1、废料收集桶；2、熔化箱；3、保温储罐；4、旋转喷头；5、圆筒；6、水洗机；7、干燥设备；8、成品收集桶；A、蒸汽；B、水；C、2％氢氧化钠溶液。
具体实施方式
下面对本发明的实施方式做进一步详细描述：
参见图1，一种对位芳纶纺丝废原液回收再利用装置，包括用于容纳对位芳纶纺丝废原液的废料收集桶1，所述废料收集桶1的出口端连接至用于熔化对位芳纶纺丝废原液的熔化箱2，熔化箱2中设置有支撑架，支撑架上倒立放置若干废料收集桶1，熔化箱2外侧设置有夹套，熔化箱2通过向夹套中通入蒸汽A进行升温，且熔化箱2内温度为100-120℃，熔化箱2的出口端通过过滤装置连接至温度为75-85℃的保温储罐3，所述过滤装置为两级过滤，第一级过滤的滤网为10-20目，第二级过滤的滤网为50-150目，保温储罐3的出口端连接至旋转喷头4，所述旋转喷头4为圆柱形，圆柱侧面均匀分布若干喷孔，且每平方厘米上设置10-20个喷孔，喷孔直径为200-400μm，旋转喷头4的旋转速度为2000-4000rpm，旋转喷头4的外侧设置有用于凝固旋转喷头4甩出的纺丝废原液凝固成纤维的圆筒5，圆筒5的内壁通过通入水B形成水膜，且圆筒5内壁的水膜与旋转喷头4的外径之间距离为10-100mm，圆筒5的下部设置有收集槽，收集槽的出口端通过输送装置连接至水洗机6，所述水洗机6为履带式水洗机，水洗过程分为三级，第一级采用水清洗，第二级采用质量分数为2％的氢氧化钠溶液清洗，第三级采用水清洗，经水洗机6清洗后的纤维pH为6.5-8，水洗机6的出口端连接至干燥设备7，所述干燥设备7为红外烘干机，经干燥设备7处理后纤维含水质量分数为4％-7％，干燥设备7的出口端连接至成品收集桶8。
一种对位芳纶纺丝废原液回收再利用方法，包括以下步骤：
步骤一：使用废料收集桶1收集对位芳纶纺丝废原液，用于收集纺丝废料的废料收集桶1为塑料桶，其耐温性要达到130℃以上；
步骤二：将装有对位芳纶纺丝废原液的收集桶1连接至熔化箱2，熔化箱2过流部分的材质为316L或者哈氏合金，熔化箱2中要有支撑架，用于倒立放置废料收集桶1；
步骤三：采用熔化箱2对对位芳纶纺丝废原液进行加热熔化，通过向夹套内通入蒸汽升温，需要控制熔化箱2内温度在100℃～120℃；
步骤四：将熔化后的纺丝废原液经过两级过滤后收集到保温储罐3，两级过滤的第一级过滤精度在10-20目，第二级过滤精度在50-150目，滤网材质为316L或者哈氏合金；保温储罐3的温度在75-85℃；
步骤五：将收集在保温储罐3内的纺丝废原液注入旋转喷头4中，利用离心力将纺丝废原液甩出，旋转喷头为圆柱形，喷孔均匀分布在圆柱侧面，且每平方厘米上设置10-20个喷孔，喷孔直径200-400μm，喷头旋转速度在2000-4000rpm。；
步骤六：利用内壁流水的圆筒5将甩出的纺丝废原液凝固成纤维，纤维从筒壁落入收集槽中，圆筒5内壁水膜与旋转喷头4距离为10-100mm；
步骤七：从收集槽中将纤维成束导入水洗机6，将纤维中的硫酸洗净；水洗机为带式水洗机，清洗分为3级，第一级为水，第二级为2％氢氧化钠溶液，第三级为水，洗净后的纤维PH在6.5-8；
步骤八：将洗净的纤维导入干燥设备7中烘干，干燥设备7为红外烘干机，最终纤维中含水率控制在4％-7％；
步骤九：利用成品收集桶8将烘干后的纤维收集。
下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：
本发明所采用的设备主要由熔化单元、喷丝单元、后处理单元构成。
熔化单元由熔化箱2、支撑板、过滤网、保温储罐3构成。收集纺丝废原液的废料收集桶1倒置在支撑板上，经过加热熔化后，纺丝废原液从废料收集桶1中流出，经过两级过滤网进入原液储罐3。
喷丝单元由高速旋转喷头4、内壁流水的圆筒5、收集槽构成。保温储罐3内的纺丝废原液注入旋转喷头4中，通过离心力将纺丝废原液从喷丝孔甩出，利用一个内壁流水的圆筒5将甩出的纺丝原液凝固成纤维，纤维从筒壁落入收集槽中。
后处理单元由水洗机6、干燥设备7、挤压辊、成品收集桶8构成。将收集槽中的纤维成束导入水洗机6，使用水B和2％氢氧化钠溶液C将纤维中的硫酸洗净，然后将洗净的纤维导入干燥设备7中烘干水份，再经过挤压辊落入成品收集桶8中。
实施例1
一种对位芳纶纺丝废原液回收再利用方法，包括以下步骤：
步骤一：使用废料收集桶1收集对位芳纶纺丝废原液，用于收集纺丝废料的废料收集桶1为塑料桶，其耐温性要达到130℃以上；
步骤二：将装有对位芳纶纺丝废原液的收集桶1连接至熔化箱2，熔化箱2过流部分的材质为316L，熔化箱2中要有支撑架，用于倒立放置废料收集桶1；
步骤三：采用熔化箱2对对位芳纶纺丝废原液进行加热熔化，通过向夹套内通入蒸汽升温，需要控制熔化箱2内温度在100℃；
步骤四：将熔化后的纺丝废原液经过两级过滤后收集到保温储罐3，两级过滤的第一级过滤精度在10目，第二级过滤精度在50目，滤网材质为316L；保温储罐3的温度在75℃；
步骤五：将收集在保温储罐3内的纺丝废原液注入旋转喷头4中，利用离心力将纺丝废原液甩出，旋转喷头为圆柱形，喷孔均匀分布在圆柱侧面，且每平方厘米上设置10个喷孔，喷孔直径200μm，喷头旋转速度在2000rpm。；
步骤六：利用内壁流水的圆筒5将甩出的纺丝废原液凝固成纤维，纤维从筒壁落入收集槽中，圆筒5内壁水膜与旋转喷头4距离为10mm；
步骤七：从收集槽中将纤维成束导入水洗机6，将纤维中的硫酸洗净；水洗机为带式水洗机，清洗分为3级，第一级为水，第二级为2％氢氧化钠溶液，第三级为水，洗净后的纤维PH在6.5；
步骤八：将洗净的纤维导入干燥设备7中烘干，干燥设备7为红外烘干机，最终纤维中含水率控制在4％；
步骤九：利用成品收集桶8将烘干后的纤维收集。
实施例2
一种对位芳纶纺丝废原液回收再利用方法，包括以下步骤：
步骤一：使用废料收集桶1收集对位芳纶纺丝废原液，用于收集纺丝废料的废料收集桶1为塑料桶，其耐温性要达到130℃以上；
步骤二：将装有对位芳纶纺丝废原液的收集桶1连接至熔化箱2，熔化箱2过流部分的材质为哈氏合金，熔化箱2中要有支撑架，用于倒立放置废料收集桶1；
步骤三：采用熔化箱2对对位芳纶纺丝废原液进行加热熔化，通过向夹套内通入蒸汽升温，需要控制熔化箱2内温度在120℃；
步骤四：将熔化后的纺丝废原液经过两级过滤后收集到保温储罐3，两级过滤的第一级过滤精度在20目，第二级过滤精度在150目，滤网材质为哈氏合金；保温储罐3的温度在85℃；
步骤五：将收集在保温储罐3内的纺丝废原液注入旋转喷头4中，利用离心力将纺丝废原液甩出，旋转喷头为圆柱形，喷孔均匀分布在圆柱侧面，且每平方厘米上设置20个喷孔，喷孔直径400μm，喷头旋转速度在4000rpm。；
步骤六：利用内壁流水的圆筒5将甩出的纺丝废原液凝固成纤维，纤维从筒壁落入收集槽中，圆筒5内壁水膜与旋转喷头4距离为100mm；
步骤七：从收集槽中将纤维成束导入水洗机6，将纤维中的硫酸洗净；水洗机为带式水洗机，清洗分为3级，第一级为水，第二级为2％氢氧化钠溶液，第三级为水，洗净后的纤维PH在8；
步骤八：将洗净的纤维导入干燥设备7中烘干，干燥设备7为红外烘干机，最终纤维中含水率控制在7％；
步骤九：利用成品收集桶8将烘干后的纤维收集。
实施例3
一种对位芳纶纺丝废原液回收再利用方法，包括以下步骤：
步骤一：使用废料收集桶1收集对位芳纶纺丝废原液，用于收集纺丝废料的废料收集桶1为塑料桶，其耐温性要达到130℃以上；
步骤二：将装有对位芳纶纺丝废原液的收集桶1连接至熔化箱2，熔化箱2过流部分的材质为哈氏合金，熔化箱2中要有支撑架，用于倒立放置废料收集桶1；
步骤三：采用熔化箱2对对位芳纶纺丝废原液进行加热熔化，通过向夹套内通入蒸汽升温，需要控制熔化箱2内温度在110℃；
步骤四：将熔化后的纺丝废原液经过两级过滤后收集到保温储罐3，两级过滤的第一级过滤精度在15目，第二级过滤精度在100目，滤网材质为哈氏合金；保温储罐3的温度在80℃；
步骤五：将收集在保温储罐3内的纺丝废原液注入旋转喷头4中，利用离心力将纺丝废原液甩出，旋转喷头为圆柱形，喷孔均匀分布在圆柱侧面，且每平方厘米上设置15个喷孔，喷孔直径300μm，喷头旋转速度在3000rpm。；
步骤六：利用内壁流水的圆筒5将甩出的纺丝废原液凝固成纤维，纤维从筒壁落入收集槽中，圆筒5内壁水膜与旋转喷头4距离为60mm；
步骤七：从收集槽中将纤维成束导入水洗机6，将纤维中的硫酸洗净；水洗机为带式水洗机，清洗分为3级，第一级为水，第二级为2％氢氧化钠溶液，第三级为水，洗净后的纤维PH在7；
步骤八：将洗净的纤维导入干燥设备7中烘干，干燥设备7为红外烘干机，最终纤维中含水率控制在5％；
步骤九：利用成品收集桶8将烘干后的纤维收集。
Claims (10)
1.一种对位芳纶纺丝废原液回收再利用装置，其特征在于，包括用于容纳对位芳纶纺丝废原液的废料收集桶(1)，所述废料收集桶(1)的出口端连接至用于熔化对位芳纶纺丝废原液的熔化箱(2)，熔化箱(2)的出口端通过过滤装置连接至保温储罐(3)，保温储罐(3)的出口端连接至旋转喷头(4)，旋转喷头(4)的外侧设置有用于凝固旋转喷头(4)甩出的纺丝废原液凝固成纤维的圆筒(5)，圆筒(5)的下部设置有收集槽，收集槽的出口端通过输送装置连接至水洗机(6)，水洗机(6)的出口端连接至干燥设备(7)，干燥设备(7)的出口端连接至成品收集桶(8)。
2.根据权利要求1所述的一种对位芳纶纺丝废原液回收再利用装置，其特征在于，熔化箱(2)中设置有支撑架，支撑架上倒立放置若干废料收集桶(1)。
3.根据权利要求1所述的一种对位芳纶纺丝废原液回收再利用装置，其特征在于，熔化箱(2)外侧设置有夹套，熔化箱(2)通过向夹套中通入蒸汽(A)进行升温，且熔化箱(2)内温度为100-120℃。
4.根据权利要求1所述的一种对位芳纶纺丝废原液回收再利用装置，其特征在于，所述过滤装置为两级过滤，第一级过滤的滤网为10-20目，第二级过滤的滤网为50-150目。
5.根据权利要求1所述的一种对位芳纶纺丝废原液回收再利用装置，其特征在于，保温储罐(3)的温度为75-85℃。
6.根据权利要求1所述的一种对位芳纶纺丝废原液回收再利用装置，其特征在于，所述旋转喷头(4)为圆柱形，圆柱侧面均匀分布若干喷孔，且每平方厘米上设置10-20个喷孔，喷孔直径为200-400μm，旋转喷头(4)的旋转速度为2000-4000rpm。
7.根据权利要求1所述的一种对位芳纶纺丝废原液回收再利用装置，其特征在于，圆筒(5)的内壁通过通入水(B)形成水膜，且圆筒(5)内壁的水膜与旋转喷头(4)的外径之间距离为10-100mm。
8.根据权利要求1所述的一种对位芳纶纺丝废原液回收再利用装置，其特征在于，所述水洗机(6)为履带式水洗机，水洗过程分为三级，第一级采用水清洗，第二级采用质量分数为2％的氢氧化钠溶液清洗，第三级采用水清洗，经水洗机(6)清洗后的纤维pH为6.5-8。
9.根据权利要求1所述的一种对位芳纶纺丝废原液回收再利用装置，其特征在于，所述干燥设备(7)为红外烘干机，经干燥设备(7)处理后纤维含水质量分数为4％-7％。
10.一种对位芳纶纺丝废原液回收再利用方法，采用权利要求1所述的一种对位芳纶纺丝废原液回收再利用装置，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：使用废料收集桶(1)收集对位芳纶纺丝废原液；
步骤二：将装有对位芳纶纺丝废原液的收集桶(1)连接至熔化箱(2)；
步骤三：采用熔化箱(2)对对位芳纶纺丝废原液进行加热熔化；
步骤四：将熔化后的纺丝废原液经过过滤后收集到保温储罐(3)；
步骤五：将收集在保温储罐(3)内的纺丝废原液注入旋转喷头(4)中，利用离心力将纺丝废原液甩出；
步骤六：利用圆筒(5)将甩出的纺丝废原液凝固成纤维，纤维从筒壁落入收集槽中；
步骤七：从收集槽中将纤维成束导入水洗机(6)，将纤维中的硫酸洗净；
步骤八：将洗净的纤维导入干燥设备(7)中烘干；
步骤九：利用成品收集桶(8)将烘干后的纤维收集。
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