CN1116128A - 聚合物溶液和聚合物熔体用的过滤器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种过滤器,其罩壳中有至少一个过滤室、至少一层过滤介质、至少一个过滤介质支撑元件、至少一个进入管和至少一个出口管。其中过滤装置以上的,从进入管口至过滤介质之间逐渐增宽的空间中,填塞以一个弹性分布分散元件,其形状与过滤器空室的空间良好配合。本发明还涉及将这种过滤器用于对聚合物溶液或聚合物熔体进行净化处理,进行分股、分布或混合。
Description
本发明涉及在权利要求书中所述的主题。具体说来,本发明是涉及一种过滤器,它最适宜用于聚合物溶液和聚合物熔体,而且具体地是用于其挤压过程或纺丝过程的。
按照现有技术,在过滤介质上方的空间中往往装上一个流板,它又称为“配流盘”、“置换器”、“置换体”或“熔体导向体”。大多数情况下,这个流板的顶部及其底部做成圆锥形,并在某些情况下其表面备有一些圆锥形凹槽,凹槽的横截面从顶部沿流动方向逐渐扩大;即从中部向外部逐渐扩大,而在流板的底部则由外部向中部缩小。通过中心位置由上面进入过滤室的聚合物液体,与上面的圆锥尖发生碰撞,然后径向地流向四周。多数情况下,流板的边缘上有一些垂直的凹槽,其设计类似牙齿间的间隙。在其一个实施方案中,流板搁在过滤器罩壳的凸起部位上,流板上的“牙齿”则位于其间。经验表明,处于凹穴部位的流动滞止是难以避免的,特别是在流板搁在罩壳的凸起部位的区域里,流板藉以搁置于罩壳凸起部位的“牙齿”会形成流动中的遮蔽区即避流区;流板的全部底部区域中不能产生足够均匀的压力补偿,即使其底部在大多数情况下也是设计成圆锥形的,使得聚合物液体沿垂直方向流向位于流板下面中心处的过滤介质。有可能在测试中在一已定位置将流入的聚合物及时染色并在聚合物硬化后将过滤器切开观察证明流板底部压力的非均性分布。为此原因,试验了折衷的解决办法,即在流板的某些部分钻些孔,使得聚合物液体能局部地直接流到那些原先发现流动停滞的区域。这样的一种装置描述在德意志民主共和国专利DD 136 274中。然而,这种措施并不成功,因为流过那些孔的聚合物液体在其它位置又会受阻,因而,又产生了新的流动停滞区域。
在采用径向凹槽的实施方案中,垂直的齿隙将顶部径向凹槽与底部相连接。在另一实施方案中,流板在其底部也备有径向凹槽,与齿隙类似的垂直凹槽分别地将底部一个个径向凹槽与底部的一个个径向凹槽相连接。流板依赖底部凹隙间的肋骨搁在过滤介质上,其顶部用网状构件组成稳固的支撑来限位。这个实施方案是描述在欧洲出版的未审专利申请0 547 700 Al中。到达周边部位的聚合物液体通过齿隙流入底部的径向凹槽从而在周边区域到达过滤介质。那些没有立即进入过滤介质的聚合物液体部分,通过在底部的凹槽沿着朝流板中部的方向流动,并以此方式分布在过滤介质的表面。EP 0547 700 Al所描述的流板的缺点在于:搁在介质的肋骨下面产生了遮蔽的区域(类似于“避风区”,“避流区”也即是流动停滞的区域,例如建筑物或结构的背风侧那样)。还有可能出现过滤表面取倾斜位置的情况,因为直接放置在过滤介质上面的流板的所有边缘都是与罩壳隔开着的,这是流动必需有的截面,不允许在罩壳上架支撑,这样就有可能使过滤表面发生倾斜。由于这些原因造成的过滤表面相对于水平位置的偏离形成过滤介质厚度分布不均,因此也就使流动阻力分布不均,这转过来就会在过滤介质中产生流槽,从而引起保留时间分布展宽。
在DD 136 274以及EP 0 547 700 Al中,构成过滤介质的注入的砂,上面覆盖平筛网或多层筛网,这样就防止了上层的砂粒由于受到垂直流冲击或水平流分量的影响产生横向的位移。
在USP 3,259,938中,在进入管至过滤介质表面沿着流动方向连续扩大的空间中,填以粒状的多孔材料。在这个专利所述的过滤器中,也不能确保没有流动死区和避流区的聚合物液流的均匀分布。
本发明的目的就是消除上述的缺点。因此,就是要提供一种特别是用于聚合物溶液和聚合物熔体的过滤器,流体通过该过滤器的保留时间分布很窄,特别没有任何聚合物液体流动停滞或流动很慢的区域,否则聚合物流体就会停留足够长的时间,以致产生化学变化和物理变化,特别是那些降低其品质的变化,例如因裂解引起的热损坏。因此,本发明的具体目的就是:
(a)在截面较小的进入管口与截面大得多的实际过滤装置的表面之间的空间中,避免出现避流区或死区;
(b)在聚合物液体流入方向上支撑着过滤介质,使其表面一直保持水平。
这个目的是通过权利要求1或12的手段达到的。体现本发明的一些进一步特征则包含在从属于上述两个权利要求的一些从属权利要求中。
现已发现,如果按照本发明在过滤器的进入管口与过滤装置的过滤区间装入一个弹性的分布分散元件,则这种过滤器中就不会存在流动死区,同时过滤介质的表面也就不会出现对于水平要求的偏离。通过上述办法将过滤装置固定在位,流入的聚合物液体就会均匀分布,同时其流速将按物质连续性定律产生滞缓,结果在过滤介质表面的每一局部截面上,聚合物液体的流速都接近相同。这样就不会产生避流区或死流区。而且,由于按照本发明装上了弹性分布分散元件,因过滤元件表面偏离水平方向例如在装置纺丝喷管组件时出现过滤器暂时处于倾斜位置的情况致使过滤介质厚度分布的不均匀就可以避免。这样,也就不会发生因流动阻力分布不均匀造成过滤介质中出现特定流槽因而出现很宽的保留时间分布的情况。
本发明的过滤器的罩壳(1)中,有至少一个过滤室、至少一个进入管(2)、至少一层过滤介质、至少一个过滤介质支撑元件和至少一个出口管,而在进入管口(2)与过滤装置(3,5)之间的,在朝着过滤装置逐渐扩大的中空空间中,填充一与该中空空间形状相匹配的弹性分布分散元件(6)。
过滤介质(3,5)可以用整体介质,也可用注入式介质。最好采用穿有细孔的板、烧结料、筛网、疏松的或压紧的粒状和/或纤维状填料、或者采用重叠几层相同或不同的材料。作为粉状材料的注入式过滤介质的例子可以是某种特性的砂子,或者为满足更高质量要求,采用具有可控和晶粒特性能再现的金属粉末。但粒状的注入式过滤介质(3)需要用至少一层筛网元件(5),它可以使弹性分布和分散元件施加于粒状材料层表面的压力分布均匀,并防止粒状材料穿透进入分布和分散元件中。弹性分布和分散元件(6)最好是一种具有弹性的、三维圆形丝状结构,其孔隙尺寸应大于位于下面的过滤介质的孔隙尺寸,保证它不参与过滤过程。
圆形丝状物体的几何形状是一种空间网格,聚合物液体通过它时被分散成许多一串串由网格格宽来限定的小截面细流,并朝各个方向流动。每一串细流的特点是:速率为抛物线分布的层流。因为分隔总截面的许多丝的表面占满罩壳壁表面,且有各自的速率分布的许多串细流的平行分量就能在一平面上叠加起来,构成通过全部截面的流动,这一总流具有一个几乎平坦的平均速率分布,于是这个总流是一种塞状流,其特点是保留时间分布很窄。
圆柱形丝材的材料用的是那些在通常的操作温度和清洗温度条件下不受腐蚀并不失去弹性的材料,这样制成的弹性分布分散元件就可以多次重复使用。优选的是使用抗锈的或既抗锈又抗酸的钢质合金材料。
对于特殊的应用领域,这些圆柱形丝可以通过烧结或焊接在它们相互接触点的地方连接起来,而所用的烧结或焊接条件务使丝材能够保留其弹性。
在一个实施方案中,弹性分布分散元件是由数层相同或不同的三维圆形丝状物体组成。弹性分布分散元件优选的是用一组无规堆集的圆形丝。在其它一些实施方案中,弹性分布分散元件则是一个三维的编结体、编织体或网状体。弹性分布分散元件的压密体积(即其中的空隙体积等于零时的情况)是它在进入管口与过滤介质之间的空间中所占据空体积的20%至80%,较好是40%至60%,最好是50%。弹性分布分散元件通过压缩掉至少20%,更好是9%至12%其未受压体积而受到预应力处理。这样,分布分散元件就紧密地贴住过滤器罩壳的壁。此外,粒状材料注入厚度上的差异也会因压缩而消除掉。
弹性分布分散元件也可以是多面体形状,但需要具有圆边,这些边因沿着流动方向或近似沿流动方向取向而呈流线型。该多面体的丝网的形成可以采用其它材料的剖开工艺,例如用金属片来形成其丝状截面,金属扩张中板网就是这样制成的。分布分散元件可以由一叠金属板网制成,为了产生所需的弹性这些板网应是折皱形。
为了使弹性分布分散元件的流动阻力适应罩壳空间中的各局部不同的截面,可以在沿着聚合物液体流动的方向上将该元件制成具有不同的体积密度。沿液流方向,密度可以连续变化也可以断续变化。例如本发明的弹性分布分散元件可以由体积密度不同的结构层制成。这些层可以是平的,曲线形的,例如空间曲线形的。为了控制流动分布,本发明的分布分散元件还可由密度不同的好几层套筒构成。例如,在其中部可以是一个密度较大的芯子,为的是防止聚合物液体优先地沿最短的路径(即沿元件的轴)流动。除了这些,为了特殊用途,可以将元件制成分段密度不同的构体。除了各处密度不同外,还可采用不同类型的细微结构、或形式不同的构件组成、或同时密度不同且构件形式不同的几个区域。
在粒状过滤介质有可能在以后产生沉积的情况下,对弹性分布分散元件进行预先的压缩对此有一定弥补作用。
生产用于本发明过滤器的弹性分布分散元件的范例性结构的一个例子,已连系其用作减震器的基体在DE40 04 187 Al中有所描述。在这个参考文献采用的结构中,优选的做法是将丝横置于流动方向,这本身是所要求的。但正由于此,在罩壳壁和与罩壳壁相接触并与流动方向横置的一段丝之间的接触区域产生了液流劈。为防止这种流动死空间,在本发明的一种优选实施方案中,在流动方向上罩壳壁有意制成折皱状,结果那些上述的丝段只是支承在顶住其与罩壳壁的位置上。在另一种实施方案中,防止流动死空间的做法是将上述的丝结构再用一个由丝网制成的罩子包住,该丝网的丝沿着倾斜的流动方向延伸至与流动方向平行,由此这个丝网的丝就能使横向放置的丝结构与罩壳的壁不接触。
在一个特殊的实施方案中,本发明的过滤器有几个,最好是两个各自独立操作的过滤器(8)和(9),它们在一共同的过滤器罩壳(7)中各自互相隔开的过滤室(10)和(11),最好是其中一个过滤室(10)围绕着另一个过滤室(11)。有利的做法是,圆环形的封闭过滤室(10)在这里制成双圆锥形,而弹性分布分散元件(14)则与此双圆锥形相配合。
本发明过滤器可作为例如用溶液纺丝法或熔体纺丝法生产部分合成的或全合成的单组分或多组分纤维丝线的纺丝帽组件的一部分。
本发明过滤器不仅用于最好是聚合物溶液或熔体的净化处理,并也用于该溶液或熔体的分布与分股。
作为例子的本发明实施方案将结合下述的附图加以说明。这些附图只是示例性的。
图1是采用本发明的弹性分布分散元件的一个本发明过滤器的垂直纵截面图。
图2是本发明的一个同心装置双过滤器的垂直纵截面图,其中的两个过滤器各有本发明的弹性分布分散元件。
图3是本发明的该种双过滤器沿图2中的A-A线的水平截面图。
图1所示的过滤器包括罩壳(1),供聚合物液体用的进入管(2)和出口管(15),以及搁在过滤介质支撑元件(4)上面的过滤介质(3),其上面盖以至少一层筛网元件(5)。在进入管(2)口与由筛网元件(5)和过滤介质(3)组成的过滤装置之间的空间中,填入本发明的弹性分布分散元件(6)。这个元件(6)的外形与上述的空间内壁形状紧密贴合。
这个元件(6)最好是预加应力的,因此可更好地保证其完全填塞中空的过滤室。罩壳在安装元件(3)至(6)时,最好还应水平放置。分隔空隙的设计及其密封并非本发明的内容,因此在附图中并未示出。在图2和图3所示的双过滤器中有两个各自独立操作的过滤器(8)和(9),它们置于一共同的过滤器罩壳(7)内的两个隔开的过滤室(10)及(11)中,其中过滤室(10)环绕另一过滤室(11)。
在这种设计的双过滤器中,在环形配置的封闭过滤室的六个进入管(12)之间的连续增宽的空间具有双圆锥的形状,置于其中的弹性分布分散元件与所述的双圆锥形状良好配合。
Claims (15)
1.一种过滤器,其罩壳(1)中具有至少一个过滤室(10,11);每个过滤室(10,11)具有至少一个进入管(2,12)和至少一个出口管(15),其中装有至少一层过滤介质(3,5)和一层过滤介质支撑元件,每个过滤室(10,11)中有一空室(1,13),该空室在进入管(2,12)口与过滤介质(3,5)之间是连续变宽的,其中装有一层分布元件,此分布元件的特征在于它是制成空间格网的形式,其孔隙尺寸比过滤介质(3,5)的孔隙尺寸大得很多,并且该元件作为一种弹性的分布分散元件(6)是无空隙地填塞着进入管(2,12)口与过滤介质(3,5)之间的空间。
2.一种如权利要求1所述的过滤器,其特征在于其中的弹性分布分散元件(6)是一个由圆形丝构成的三维弹性体。
3.一种如权利要求1或2所述的过滤器,其特征在于该弹性分布分散元件(6)由数层相同或不同的三维圆形丝物体构成。
4.一种如权利要求1或2所述的过滤器,其特征在于该弹性分布分散元件(6)是一堆无规堆集的圆形丝。
5.一种如权利要求1或2所述的过滤器,其特征在于该弹性分布分散元件(6)是一个三维的编结体、编织体或网状体。
6.一种如权利要求1至5中任一项所述的过滤器,其特征在于其中的圆形丝是通过烧结或焊接在它们相互接触点的地方连接了起来。
7.一种如权利要求2所述的过滤器,其特征在于其中的圆形丝是用抗锈的或既抗锈又抗酸的钢质合金材料制成。
8.一种如权利要求1至7中任一项所述的过滤器,其特征在于该弹性分布分散元件(6)的压密体积是它在进入管(2)口与过滤介质(3,5)之间的空间(1,13)中所占据空体积的20%至80%,较好是40%至60%,特别好是50%。
9.一种如权利要求1至8中任一项所述的过滤器,其特征在于该弹性分布分散元件(6)通过压缩掉至少2%,更好是9%至12%其未受压体积进行了预应力处理。
10.一种如权利要求1所述的过滤器,其特征在于其中的过滤介质是多层组件(3,5)。
11.一种如权利要求10所述的过滤器,其特征在于该过滤介质是一层注入的粒状材料(3)和一个筛网元件(5)。
12.一种如权利要求1至11中任一项所述的过滤器,其特征在于它具有几个,最好两个各自独立操作的过滤器(8)和(9),它们各有在一共同的过滤器罩壳(7)中的相隔开的过滤室(10)和(11),最好是其中一个过滤室(10)环绕另一个过滤室(11)。
13.一种如权利要求12所述的过滤器,其特征在于在环形配置的封闭过滤室(10)的诸进入管(12)之间的连续增宽的空间,最好是设计成双圆锥形(13),置于其中的弹性分布分散元件与该双圆锥形相配合。
14.一种如权利要求1至13中任一项所述的过滤器,其特征在于该过滤器是用作用溶液纺丝法或熔体纺丝法生产部分合成或全合成的单组分或多组分丝绒的纺丝喷管组件的一部分。
15.如权利要求1所述的过滤器在对聚合物溶液或聚合物熔体进行净化、分布或分股方面的用途。
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PB01 | Publication | ||
C01 | Deemed withdrawal of patent application (patent law 1993) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |