CN210287601U - 一种溶剂法生产再生纤维素纤维纺丝胶液的制备装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种溶剂法生产再生纤维素纤维纺丝胶液的制备装置，包括立式刮膜蒸发器和与其连接的一台卧式筒状厚层溶解器，2个或多个立式刮膜蒸发器与一台卧式筒状厚层溶解器连接。多个立式刮膜蒸发器分别直接连接到卧式筒状厚层溶解器上或先集中连接到一个主管道后再与卧式筒状厚层溶解器相连；或者立式刮膜蒸发器有直接连接到卧式筒状厚层溶解器上，也有立式刮膜蒸发器先集中连接到一个主管道后再与厚层溶解器相连组成混合连接方式。本实用新型能实现更高的效率和保证均一的产品的质量，还可依据市场需求调整产能。

Description

一种溶剂法生产再生纤维素纤维纺丝胶液的制备装置

技术领域

本实用新型涉及纺织技术领域，具体地说是一种溶剂法生产再生纤维素纤维纺丝胶液的制备装置。

背景技术

目前溶剂法生产再生纤维素纤维胶液主要是利用NMMO溶剂与纤维素混合来制备。现以莱赛尔（lyocell）纤维胶液的制备过程为例进行阐释。莱赛尔纤维胶液制备是采用无毒溶剂NMMO（N-甲基吗啉-M-氧化物）对纤维素直接进行物理变化下的溶解成为高粘度的可纺性胶液。为了实现这个过程，当前市场上存在以下三种生产方法/装置。

1.应用最广的一种装置是使用刮膜蒸发器（也称薄膜蒸发器）在真空条件下对含有纤维素、水及NMMO及少量助剂的浆粥进行水分的蒸发，当NMMO的浓度达到87%左右的时候就形成纤维素胶液。整个过程均在刮膜蒸发器中完成。整套设备单独配置一套冷凝系统，通过测量冷凝水量来推算成胶的状态并作为相应温度或转子转数或真空度调整的依据。然后胶液经过管道输送及过滤等后续的处理到纺丝机进行纺丝。刮膜蒸发器的优点是具有良好的热传递性能，但缺点是设备功率大、物料滞留的时间短，胶液均匀性不好控制。由于设备机械加工方面的限制，大型加工设备不能无限放大。另外对设备放大后，荷重和尺寸加大，对厂房的要求也更高，导致投资成本过高，性价比降低。此设备目前最大的单台产能一般在15000吨/年到25000吨/年。

2.小规模使用的另外一种生产装置是通过水平设置的厚层溶解器（也称：捏合反应器）在真空条件下对含有纤维素、水及NMMO及少量助剂的浆粥进行水分的蒸发，当NMMO的浓度达到87%左右的时候就形成纤维素胶液。整个过程均在刮膜蒸发器中完成且整套设备单独配置一套冷凝系统。然后胶液经过管道输送及过滤等后续的处理到纺丝机进行纺丝。厚层溶解器的优点是物料滞留时间较长，混合效果好。其缺点是设备造价高、蒸发效率低。此设备目前最大的单台产能一般不超过5000吨/年。不适应目前大规模生产的需要。

3.还有一种生产装置是利用以上两种装置各自的优点进行结合使用，如专利申请公布号CN104246029A公开的名称为“制造模制件的方法”的发明专利，即一个刮膜蒸发器与一个厚层溶解器连接使用。物料在刮膜蒸发器中利用其良好的热传递性能将尽可能的多蒸发水分且低于成胶液所需的水分蒸发量，然后此浆粥在厚层溶解器少量蒸发至胶液溶解所需的状态并利用其优良的混合性能使物料均匀混合成均一的胶液。虽然此装置比前面两种设备在理论上具备一定的先进性，单套的产能也会有所提高，但仍受限于刮膜蒸发器加工尺寸的限制，故不能达到更大规模产能的要求。单台的极限产能不超过30000吨每年。整套设备单独配置一套冷凝系统，不通过冷凝水量来判定每个设备各自的蒸发效果和状态，而是通过光学指数（折光指数）控制成型溶液和/或稀释剂的浓缩，并提出理想地光学指数介于1.45-1.52之间，但这种控制方法只适用与上述1和2提到的单体设备完成整个成胶液步骤的情况，对于3提到的结合使用二种设备的情况是无法实现的。属于设计上的重大缺陷，造成了不具备实际操作性的一种状况。从2014年以来本技术领域在生产工艺和设备方面没有任何技术改进，无法在保证均一胶液的情况下扩大产能。

鉴于以上几种类型的装置单套能力均没有达到年产30000吨的要求，而配套多套的制备胶液装置也难免会因为工艺控制及分别加工的同类设备自身加工上存在的差异而出现胶液质量出现差异，影响最终产品质量的均一性。所以需要研发一种更大能力的组合装置，使得每条生产线的产能达到60000吨每年（330天计算）的产能，甚至更高，实现更高的效率和保证均一的产品的质量，同时具有可操作性。

发明内容

本实用新型的目的是提出一种溶剂法生产再生纤维素纤维纺丝胶液的制备装置。它改变操作工艺和设备的配置，从而实现单线产能的大幅提高，同时保证得到更好的均一的溶剂法制备的纺丝胶液。例如每条生产线的产能根据组合配置可以达到40000吨每年，或者60000吨每年（330天计算）的产能。

为达到该目的，单套装置根据产能需要可以将2个或多个（以下均称多个）刮膜蒸发器与单个厚膜溶解器进行组合配置。设备大小根据产能进行优化设计。每个刮膜蒸发器及厚膜溶解器均需要单独配备冷凝系统，通过计量来实现以实际蒸发水量与理论计算值的比较来相应的对每个单体设备的夹套热媒的温度调整或调整转子转数或真空度调整或结合起来调整以控制蒸发水量即对胶液溶解程度的控制。

具体技术方案如下:

一种溶剂法生产再生纤维素纤维纺丝胶液的制备装置，包括立式刮膜蒸发器和与其连接的一台卧式筒状厚层溶解器，其特征在于：2个或多个立式刮膜蒸发器与一台卧式筒状厚层溶解器连接。

多个立式刮膜蒸发器分别直接连接到卧式筒状厚层溶解器上或先集中连接到一个主管道后再与卧式筒状厚层溶解器相连；或者立式刮膜蒸发器有直接连接到卧式筒状厚层溶解器上，也有立式刮膜蒸发器先集中连接到一个主管道后再与厚层溶解器相连组成混合连接方式。

立式刮膜蒸发器与卧式筒状厚层溶解器的物料输送采用泵或螺旋推料方式或靠重力落料方式通过管道进行物料输送或采用立式刮膜蒸发器与卧式筒状厚层溶解器直接连接方式。

每个单独的立式刮膜蒸发器及筒状厚层溶解器设备单体均配置单独的冷凝系统。

每个单独的立式刮膜蒸发器及筒状厚层溶解器的真空系统可以单独配置或与刮膜蒸发器共用一套真空系统。

每个单独的立式刮膜蒸发器及筒状厚层溶解器设备单体在不同的真空压力下工作或在同一真空压力上工作。

所述溶剂为NMMO或可溶解纤维素的其它溶剂。

混合物料在所述立式刮膜蒸发器中蒸发水分并将溶剂浓度提高，但低于纤维素溶解所需要的浓度。

如使用NMMO为主的溶剂，将NMMO浓缩至高于一水化物的水平。即NMMO与水及NMMO的比值低于86.7%。

在所述的厚层蒸发器中，来自刮膜蒸发器输送到所述厚膜溶解器的物料通过蒸发水分将溶剂溶解浓度提高到可以与纤维素溶解的水平并均化形成可纺性胶液。

所述刮膜蒸发器夹套蒸汽温度在100-180度之间运行，优选100-150度运行,夹套热水温度在80-105度之间运行。所述厚膜溶解器夹套热媒在90-120度之间运行，优选100-110度。

所述刮膜蒸发器及所述厚膜溶解器在40-100绝压真空度的真空下运行，优选45-55绝压真空度下运行。

如刮膜蒸发器和所述厚膜溶解器在不同的真空度下工作，优选厚层溶解器的真空压力小于刮膜溶解器的真空压力。

物料在真空状态下蒸发过程需通过冷凝器对蒸发出的水蒸气进行冷凝。利用计算的冷凝水量及实际冷凝水量对比来调整夹套热媒温度或转子转速或真空度或结合来控制水分在纺丝胶液蒸发的程度。如实际冷凝量小于计算需要冷凝量，可以通过提高热媒温度或增大转子转数或降低真空压力或结合使用来调整。

以NMMO溶剂为例：将含NMMO的纤维素浆粥分别注入到多个立式刮膜蒸发器内进行预蒸发，然后浆粥输送到卧式的厚膜溶解器内蒸发及混合并形成均一的胶液后排出。

基于三种已知装置，从工艺技术角度分析含NMMO的纤维素浆粥在NMMO中的溶解过程。

可以确定，溶解过程基本上可分为三步。第一步为从纤维素-溶剂的浆粥中蒸发水分，直至纤维素的溶解起始点。该起始点对应于达到溶解窗，对应于约2.5水合NMMO。该步骤需要大量热能来蒸发水分，但由于纤维素尚未溶解而无需任何额外的滞留时间，并且浆粥的粘度较低。

达到溶解窗后，在第二步中进行粘度显著增大的主要溶解。此步骤蒸发的水分相对较少，一直蒸发至约1.5 水合NMMO。

第三步则由纺丝胶液的均匀化程度以及根据纤维素的浓度进行更少的水量蒸发至0.8至1.0水合物来确定。

本实用新型的优点是：本装置利用刮膜蒸发器良好的热传导性适于第一步中粘度较低且滞留时间短的情况下进行大量水分的蒸发。由于粘度低，故电机的功率消耗也相应大幅降低。而厚层溶解器则利用其优良的均质化性能及较长的滞留时间以及适合处理高粘度物料的特性且水分蒸发需求量较少的情况而适用于第二步及第三步，并能实现更高的效率和保证均一的产品的质量，同时具有可操作性。另外，此装置的另外一个突出优点是可以根据用户需要有很大的产能调整空间，如只开一台刮膜蒸发器，其它的不开。同时也利于设备单独进行维护和检修。这对于控制生产规模是极其有利的。

附图说明

图1是2个刮膜蒸发器对应一台厚层溶解器时的设备结构示意图。

图2是3个或多个的刮膜蒸发器对应一台厚层溶解器时的设备结构示意图。

图中1为输入管路Ⅰ ，2.为输入管路Ⅱ ，3为刮膜蒸发器Ⅰ，4为刮膜蒸发器Ⅱ，5 为冷凝器Ⅰ ，6 为冷凝器Ⅱ，7 为螺旋推料或直连过渡段，8为泵或螺旋推料或直连过渡段，9为 厚膜蒸发器，10为冷凝器 Ⅲ。

以下实施方案按二个刮膜蒸发器对应一个厚膜溶解器为例对本发明的特征和优点进行阐释；本发明的附图不是唯一，可以根据客户及产能需要进行多个刮膜蒸发器对应一个厚层溶解器进行不同的组合配置。

具体实施方式

实施例1：

2个或多个立式刮膜蒸发器与一台卧式筒状厚层溶解器连接。

多个立式刮膜蒸发器分别直接连接到卧式筒状厚层溶解器上或先集中连接到一个主管道后再与卧式筒状厚层溶解器相连；或者立式刮膜蒸发器有直接连接到卧式筒状厚层溶解器上，也有立式刮膜蒸发器先集中连接到一个主管道后再与厚层溶解器相连组成混合连接方式。

立式刮膜蒸发器与卧式筒状厚层溶解器的物料输送采用泵或螺旋推料方式或靠重力落料方式通过管道进行物料输送或采用立式刮膜蒸发器与卧式筒状厚层溶解器直接连接方式。

每个单独的立式刮膜蒸发器及筒状厚层溶解器设备单体均配置单独的冷凝系统。

每个单独的立式刮膜蒸发器及筒状厚层溶解器的真空系统可以单独配置或与刮膜蒸发器共用一套真空系统。

每个单独的立式刮膜蒸发器及筒状厚层溶解器设备单体在不同的真空压力下工作或在同一真空压力上工作。

通过输入管路1和2将预先与NMMO及助剂混合的纤维素混合物定量分别注入刮膜蒸发器3和4，可同时也可分开进行。

在刮膜蒸发器中，注入的混合物物料发生水分蒸发浓缩。浓缩的物料分别从刮膜蒸发器3和4（可同时进行，也可分开进行）转入同一个对应的厚层蒸发器9中。

在刮膜蒸发器3和4中，在夹套加热的情况下，混合物料自刮膜蒸发器中成膜并向下推料的过程中在真空条件下蒸发水分，而纤维素并未在此过程中达到溶解状态。在厚层溶解器中，在夹套加热的情况下，物料与溶剂（NMMO）充分混合并蒸发部分水分达到纤维素溶解状态，从而形成高粘度的可纺性胶液。然后通过排放装置 将该纺丝胶液通过管道及泵体输送到纺丝机进行纺丝。

为了进一步提高产能，也可以将胶液中纤维素浓度略提高一些，然后再将其稀释为适宜的可纺性的纤维素胶液。在排放装置中通过输入管道完成稀释。也可以在排放装置上游在厚膜溶解器的任意位置稀释或同时在多个位置分散进行。

在排出装置下游借助一个或多个泵将胶液输送到下游处理及纺丝装置。

在刮膜蒸发器3和4及厚膜溶解器 中产生的二次蒸汽会通过相应连接的冷凝器进行冷凝。

实施例2：

通过输入管路1和2将预先与NMMO及助剂混合的纤维素混合物定量分别注入刮膜蒸发器3和4，可同时也可分开进行。

连接段可以分开设置或先集中到一个或多个主管道后再与厚层溶解器相连。

Claims (6)

1.一种溶剂法生产再生纤维素纤维纺丝胶液的制备装置，包括立式刮膜蒸发器和与其连接的一台卧式筒状厚层溶解器，其特征在于：2个或多个立式刮膜蒸发器与一台卧式筒状厚层溶解器连接。

2.根据权利要求1所述的溶剂法生产再生纤维素纤维纺丝胶液的制备装置，其特征在于：多个立式刮膜蒸发器分别直接连接到卧式筒状厚层溶解器上或先集中连接到一个主管道后再与卧式筒状厚层溶解器相连；或者立式刮膜蒸发器有直接连接到卧式筒状厚层溶解器上，也有立式刮膜蒸发器先集中连接到一个主管道后再与厚层溶解器相连组成混合连接方式。

3.根据权利要求1所述的溶剂法生产再生纤维素纤维纺丝胶液的制备装置，其特征在于：立式刮膜蒸发器与卧式筒状厚层溶解器的物料输送采用泵或螺旋推料方式或靠重力落料方式通过管道进行物料输送或采用立式刮膜蒸发器与卧式筒状厚层溶解器直接连接方式。

4.根据权利要求1所述的溶剂法生产再生纤维素纤维纺丝胶液的制备装置，其特征在于：每个单独的立式刮膜蒸发器及筒状厚层溶解器设备单体均配置单独的冷凝系统。

5.根据权利要求1所述的溶剂法生产再生纤维素纤维纺丝胶液的制备装置，其特征在于：每个单独的立式刮膜蒸发器及筒状厚层溶解器的真空系统可以单独配置或与刮膜蒸发器共用一套真空系统。

6.根据权利要求1所述的溶剂法生产再生纤维素纤维纺丝胶液的制备装置，其特征在于：每个单独的立式刮膜蒸发器及筒状厚层溶解器设备单体在不同的真空压力下工作或在同一真空压力上工作。

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