DE1468318C3 - Verfahren zur Filtration von Viskose-Spinnmassen - Google Patents

Description

Die Filtration von Viskose-Spinnmassen (Kunstseide- und Kunstfolien-Spinnmassen) ist trotz ihrer außerordentlichen Wichtigkeit bis heute nur unbefriedigend gelöst. Es hat zwar nicht an Versuchen gefehlt, sie einfach und billig durchzuführen, doch ist bis jetzt noch kein Verfahren gefunden worden, welches diesen Forderungen technisch und wirtschaftlich befriedigend gerecht wird. Für derartige Filtrationen müssen daher wegen der meist hohen Viskosität der Spinnmassen Filter mit großer Filterfläche und kleiner Filterflächenbelastbarkeit eingesetzt werden. Es werden dazu immer noch die bekannten Filterpressen genommen, deren Reinigung sehr umständlich, arbeitsintensiv und unhygienisch ist. Die hochvikosen Spinnmassen werden immer noch über Tücher gefiltert, seien es Tücher aus Natur- oder Kunstfasern.

Versuche, die Filtration von Viskose-Spinnmassen als Anschwemmfiltration durchzuführen, bei der über eine Vor- oder Grundanschwemmung von Filterhilfsmitteln, wie Kieselgut oder Asbest, gefiltert wurde, zeitigten aus verschiedenen Gründen nicht die erhofften Ergebnisse.

So war zwar der Verbrauch der verwendeten viskosefesten Filterhilfsmittel zu groß und daher viel zu teuer, weil je Kilogramm verbrauchtem Filterhilfsmittel nur verhältnismäßig wenig Spinnmasse filtriert werden konnte.

Andererseits sind die verwendeten, preiswerten Hilfsmittel gegenüber Viskose-Spinnmassen nicht beständig und verursachen daher Verunreinigungen in den Filtratlösungen. Dies ist beispielsweise bei der Verwendung von Kieselgut für die Filtration von Zellulosexanthogenat-Spinnmassen der Fall. Wird nämlich Xanthogenat-Viskose über eine Anschwemmschicht aus Kieselgut-Filterhilfsmittel gefiltert, geht durch die starke Alkalität etwa Kieselsäure in die Lösung, und es erhöht sich der Silikatgehalt der Viskose in unerwünschter Weise, weil die gelöste Kieselsäure die Spinndüsen der 'Spinnmaschinen verstopft und Fadenbrüche verursacht.

In einem Aufsatz von F. K ο 1 ο s und Erich Treiber,

Svenks Papperstiduing Nr. 66 vom 15. Oktober 1963, ist eine genaue Studie über die Filtration solcher Xanthogenat-Viskose veröffentlicht. Diese Studie entspricht dem heutigen Stand der diesbezüglichen Filtrationstechnik. Es ist darin ausgeführt, daß eine gute Filtration, d. h. eine gute Reinheit des Filtrats nur mit einer kleinen spezifischen Filterflächenbelastung möglich ist, da eine niedrige Filtrationsgeschwindigkeit sowohl die Ausbeute als auch die Qualität erhöht. Bei den Filtrationen werden die klassischen Filtermedien verwendet, wie Papier, Baumwolltücher, Kunststofftüeher, Linters. In der Praxis werden derartige Filtrationen mit einer spezifischen Flächenbelastung von 15 bis 251 Spinnmasse/m² · h bei Spinnmassen normaler Viskosität und von 5 bis 10 l/m² ■ h bei sehr hochviskosen Spinnmassen durchgeführt. Die Reinheit der filtrierten Spinnmassen wird auf verschiedene Arten festgestellt. So kann die Anzahl der Schmutzteilchen je Kubikzentimeter, welche durch die Filtration nicht entfernt werden, mikroskopisch ausgezählt werden. Es kann aber auch ein Filterkennwert bestimmt werden, so die Abnahme der Filtrationsgeschwindigkeit an einem Standard-Filter bei konstantem Filtrationsdruck. Ein solcher Wert wird als Kw-Wert bezeichnet. Je kleiner dieser Kw-Wert, desto besser ist die Filtration. Bei der bis heute durchgeführten Filtration über Tücher wird meistens in drei hintereinanderfolgenden Filterstufen filtriert. Dabei werden bei Normalviskosen nach der dritten Stufe Kw-Werte von 10 bis 18 erhalten.

Die aus den Rohviskose-Spinnmassen abzutrennenden Stoffe sind vornehmlich Schleimbestandteile,

so vorwiegend aus sogenannten Quellkörpern, das sind nicht oder nur halb aufgelöste Zelluloseteilchen und Fasern aus ungelöster Zellulose (Zellulosefasern). Würde nun bei der klassichen Filtration über Tücher die spezifische Flächenbelastung zu stark gesteigert werden, so würden die Quellkörper durch die Poren der Tücher gepreßt und sich im Filtrat wiederfinden.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren zur Filtration von Viskose-Spinnmassen anzugeben, mit welchem vergleichsweise höhere Filtrationsleistungen ohne entsprechend erhöhtem Aufwand erzielbar sind und das mit guten Arbeitsbedingungen verwirklichbar ist.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Filtration von Viskose-Spinnmassen, bei dem an eine Filterfläche zunächst eine Anschwemmschicht aus einem körnigen Filterhilfsmittel vorangeschwemmt, dann die Viskose gefiltert und anschließend das Filterhilfsmittel von den ausgefilterten Verunreinigun-

gen abgetrennt wird, worauf es erneut angeschwemmt werden kann, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein viskosefestes PVC-Granulat-Filterhilfsmittel vorangeschwemmt und dieses nach dem Filtern aus einer Aufschlämmung der Filtrationsrückstände mittels Naßklassierung abgetrennt wird.

Das Filtrationsverfahren nach der Erfindung läßt nicht nur den Einsatz der Anschwemmfiltration mit den ihr eigenen Vorteilen an sich zu, sondern erlaubt gegenüber den praktisch angewendeten klassischen Filtrationsverfahren 5- bis 1Ofache Leistungen zu erzielen. Dabei wird der auf einer üblichen Filterpresse in drei Stufen erreichte Filtrationsgrad in einer einzigen Stufe erzielt. Es können Filter verwendet werden, welche jegliche Handarbeit und jeglichen Verschleiß an Filtertüchern ausschließen. Dadurch sind die Filtrationskosten durch Arbeitsersparnis, kleinere Investitionskosten und Automatisierbarkeit ganz beträchtlich gesenkt. Die Wiedergewinnung der Filterhilfsmittel aus der Aufschlämmung des Filterkuchens läßt sich einwandfrei und apparativ einfach ausführen. Eine Verunreinigung der Viskoselösungen tritt nicht ein. Nach jeder Filtration bzw. jedem Filtrationszyklus wird der Filterkuchen aufgeschlämmt und wird das Filterhilfsmittel von den abgeschiedenen Quellkörpern, Faser- und Schmutzteilchen befreit und anschließend dem folgenden Filtergang wieder zugeführt.

Hierzu wird vorteilhaft ein Filter verwendet, der es gestattet, nach beendeter Filtration die Anschwemmschicht zusammen mit den ausfiltrierten Verunreinigungen in einer Waschlösung aufzuwirbeln und die ganze Aufschlämmung ohne öffnung des Filtergehäuses zu entfernen. Besonders vorteilhaft hat sich daher der Einsatz von Zentrifugalreinigungsfiltern (Scheibendrehfiltern mit Rotationsreinigung) bewährt, weil die Rückstände im Anschluß an die Filtration durch Drehung des Filterelementpakets abgeschleudert oder durch Düsen abgespritzt und aus dem Filter entleert werden. Gemäß einer Fortbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist daher vorgesehen, daß mittels eines Zentrifugalreinigungsfilters mit horizontalen, nur auf der Oberseite durchlässigen Filterelementen gefiltert wird. Auf die waagerechten oder auf ihrer Oberseite leicht auf die Achse zugeneigten Filterelementen solcher Filter kann eine relativ starke Anschwemmschicht aufgebracht werden, ohne daß die Gefahr des Abrutschens oder Abfallens der Anschwemmschicht besteht. Filter mit vertikalen Filterelementen können ebenfalls eingesetzt werden, jedoch sind diese für die genannten Erscheinungen empfindlicher.

PVC-Filterhilfsmittel, die gegen die zu filtrierende Viskose-Spinnmasse und eventuelle Zusatzstoffe absolut beständig sind, lassen sich wegen des verhältnismäßig hohen spezifischen Gewichts des PVC (etwa 1,38 g/cm³) gut und einfach regenerieren.

Bei der Wiedergewinnung des Filterhilfsmittels müssen die bei der Filtration ausgeschiedenen Verunreinigungen möglichst vollständig und möglichst einfach aus der Aufschlämmung abgetrennt werden. Wenn auch die Abtrennung auf rein mechanischem Wege durch Naßklassierung meist die billigste und apparativ sowie verfahrenstechnisch einfachste ist, ist es jedoch auch möglich, diese auf chemischem Wege zu unterstützen. So ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, die Schleimbestandteile, wie Quellkörper und Zellulosefasern, der Aufschlämmung zunächst mjttels Lauge zumindest teilweise aufzulösen. Zur Beschleunigung erfolgt dies vorzugsweise bei erhöhter Temperatur.

Es ist bekannt, daß bei schwer filtrierbaren Substanzen neben der Anschwemmschicht, welche die eigentliche Filterschicht bildet, der zu filtrierenden Lösung (Trübe) zusätzlich dauernd eine gewisse Menge von Filterhilfsmitteln zudosiert werden kann, damit die Filterschicht bzw. der Filterkuchen über eine möglichst große Zeit porös bleibt. Um die Standzeit des Filters zu vergrößern, sieht daher eine vorteilhafte Ausgestaltung des neuen Filtrationsverfahrens vor, daß in an sich bei der Filtration mit Filterhilfsmitteln bekannter Weise während der Filtration PVC-Filterhilfsmittel der zu filtrierenden Viskosespinnmasse zudosiert wird. Zur Dosierung kann das gleiche PVC-Filterhilfsmittel wie bei der Voranschwemmung verwendet werden. Durch Zudosiening von PVC-Filterhilfsmittel mit größerer oder kleinerer, sich also von der Korngrößenverteilung des vorangeschwemmten Filterhilfsmittels unterscheidender Korngrößenverteilung kann das Filtrationsergebnis noch weiter beeinflußt werden. Verwendet man feines Filterhilfsmittel, läßt sich ein ganz besonders reines Filtrat gewinnen, während mittels Zudosierung von gröberem Filterhilfsmitteln die Standzeit des Filters vorteilhaft vergrößert werden kann. Die Gesichtspunkte, die bei der Auswahl der Korngröße des zudosierten Filterhilfsmittels zu beachten sind, sind an sich bekannt. Es kann auch bei der Viskosefiltration die Menge der Zudosierung in Abhängigkeit vom zeitlichen Druckanstieg der Filterflächen gesteuert werden. Eine solche Steuerung ist insofern von Bedeutung, als Viskosespinnmassen vielfach chargenweise hergestellt werden und demzufolge der Quellkörper- und Faseranteil, d. h. der Verunreinigungsgrad, schwankt. Ist letzterer groß, ist auch der zeitliche Druckanstieg im Filter größer, läßt sich aber durch Erhöhung der Zudosierung entsprechend verringern. Sofern für die Zudosierung nicht die gleiche Korngröße wie für die Voranschwemmung verwendet wird, kann das aus den Filterrückständen abgetrennte Filterhilfsmittel durch Klassierung bzw. Siebung wieder in die ursprünglichen Fraktionen aufgeteilt werden.

Zur Naßklassierung der Aufschlämmung in Filterhilfsmittel und Verunreinigungen eignen sich verschiedene im Korngrößenbereich üblicher Filterhilfsmittel arbeitende Naßklassierungsvorrichtungen bzw. -verfahren. Als vorteilhaft hat sich die Dekantation, insbesondere in einem Hydrozyklon, und die Zentrifugalklassierung erwiesen. Vor dem Dekantieren können grobkörnige Verunreinigungen zweckmäßig naß ausgesiebt werden, wobei man noch gleichzeitig leichte Verunreinigungen abflotieren kann. Die Naßklassierung kann in Wasser erfolgen. Das spezifisch schwere PVC läßt sich leicht von den spezifisch leichteren Quellkörpern und Fasern trennen. Die Dekantation kann statisch in einem Behälter mit Rührwerk erfolgen. Es können mehrere Dekantationsstufen hintereinandergeschaltet sein, wobei zwischen diesen jeweils eine Waschung mit Flüssigkeit, insbesondere Wasser, erfolgt Eine chemische Behandlung verbessert regelmäßig die Klassierung oder ermöglicht sie überhaupt erst. Nach der letzten Waschung wird das PVC-Filterhilfsmittel möglichst weitgehend von der Waschflüssigkeit befreit und entweder in feuchtem oder in ganz getrocknetem Zustand wieder für die nächste Filtration eingesetzt. Die chemische Beständigkeit von Polyvinylchlorid erlaubt auch eine chemische Trennung von den Verunreinigungsteilchen, indem diese durch Behandlung mit Laugen und Säuren weitgehend aufgelöst und ausgewa-

sehen werden. Auch eine Behandlung der in Wassei bzw. Lauge suspendierten Filterrückstände mit Schwefelkohlenstoff ergibt eine einwandfreie Auflösung der Quellkörper und Fasern, d. h., diese Substanzen werden durch den Schwefelkohlenstoff xanthogeniert und gehen in Lösung. Es wäre auch natürlich eine Auflösung der Quellkörper und Fasern in Schweizer-Reagenz möglich, jedoch wäre dies verhältnismäßig teuer und umständlich.

Die Wiedergewinnung des Filterhilfsmittels kann, wie bereits oben angegeben, in den Zentrifugalreinigungsfiltern für die Viskosefiltration selbst durchgeführt werden! Es wird dabei nach erfolgter Filtration die Restviskose aus dem Filterbehälter entfernt, anschließend der Filterkuchen in Wasser durch Rotation oder durch Abspritzung im Filter selbst aufgewirbelt und chemisch und mechanisch behandelt. Diese Möglichkeit hat den Vorteil, daß weniger Apparate notwendig sind, allerdings auch den Nachteil, daß der Filter für die Zeit der Filterhilfsmittel-Wiedergewinnung blockiert ist. Für die mechanische Wiedergewinnung können außer den bereits erwähnten Dekantations-Behältern und Flotationsapparaten, Dekantierzentrifugen, Siebklassifikatoren, Schüttelsiebe oder Kombinationen der erwähnten Apparate verwendet werden, für die chemische Behandlung entsprechende Rührbehälter. Sofern die Wiedergewinnung des Filterhilfsmittels vor allem chemisch erfolgt, ist es nicht notwendig, daß das Filterhilfsmittel ein besonders großes spezifisches Gewicht aufweist, wie Polyvinylchlorid.

Es konnte festgestellt werden, daß bei Wiedergewinnung des Filterhilfsmittels die Abtrennung der Granulate von nicht angegriffenen Fasern nicht hundertprozentig sein muß. Ein kleinerer Teil Fasern stört bei der anschließenden Filtration nicht, sondern kann diese im Gegenteil noch etwas verbessern. Um aber eine dauernde Erhöhung des Faseranteils zu vermeiden, muß wenigstens eine teilweise Abtrennung davon (durch Siebung im Wasser oder in trockenem Zustand) erfolgen. Wenn Viskose mit kleinem Faseranteil sehr gut filtriert werden muß, kann dem Filterhilfsmittel etwas Faserstoff, z. B. in Form von Zellulose oder Natronzellulose, zugesetzt werden.

Das Verfahren nach der Erfindung ist an Hand einer Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht.

Eine Xanthogenat-Viskose-Spinnmasse für die Verspinnung auf Rayon- oder Stapelfaser-Kunstseide mit 8 bis 10% Alpha-Zellulosegehalt in Natronlauge, welche als Verunreinigungen sowohl Quellkörper als auch Zellulosefasern enthält, wird in einem Zentrifugalreinigungsfilter 1 mit einer Filterfläche von 20 m² filtriert Die Filtration erfolgt auf Metallgeweben, auf welche vor dem eigentlichen Filtervorgang ein Polyvinylchlorid-Filterhilfsmittel suspendiert in Viskose mit einer Stärke von 1,5 kg PVC je Quadratmeter angeschwemmt wird Anschließend wird auf Filtration umgestellt und die zu filtrierende Viskose-Spinnmasse 2 nach Zugabe von 0,4% Polyvinylchloridgranulat mit einem Dosiergerät 3 mit einer spezifischen Filterleistung von 3000 l/h entsprechend 150 l/m² · h mittels einer Pumpe 4 durch den Filter 1 gedrückt Der Filtrationsdruck steigt innerhalb von ungefähr 60 h (je nach Korngrößenverteilung des Filterhilfsmittels) von 3 auf 8atü. Die Kw-Werte liegen nach einem Durchgang bei 3 bis 10. Sobald der hochstzulässige Kw-Wert erreicht ist, wird die Filtration unterbrochen und die im Filter verbleibende unfiltrierte Viskose-Spinnmasse zum Behälter mit der Roh-Viskose (nicht dargestellt) zurückgedrückt.

Als nächstes wird der Filterkuchen mittels Durchblasen von Druckluft aus einer Leitung 5 eine V2 Stunde lang möglichst weitgehend von Viskose befreit und anschließend auf den Filterplatten mit Wasser aus einer Leitung 6 10 min lang gewaschen. Der Filterkuchen wird anschließend unter Drehung des Filterelementenpakets mittels eines Motors 7 in wenig Wasser aufgeschlämmt und in ein Rührwerk 8 gedruckt. Nach nochmaligem Waschen mit Wasser ist der Filter sauber und kann für die nächste Filtration eingesetzt werden. Die Aufschlämmung im Rührwerk 8, bestehend aus dem Filterhilfsmittel Polyvinylchlorid, den abfiltrierten Quellkörpern und Zellulosefasern sowie aus wenig

'5 anderen Verunreinigungen (Brocken von verhärteter Viskose aus den Rohrleitungen), wird mit wenig Natronlauge aus einem Behälter 9 versetzt und durch Einleiten von Dampf auf 80 bis 90° C erwärmt Die Aufschlämmung wird dann unter Rühren mittels einer Pumpe 10 in einen besonders konstruierten Sieb-Flotationsapparat 11 gepumpt. Durch eine im Wasser drehende Siebtrommel 12 wird das Filterhilfsmittel nach unten dekantiert und in einer Nutsche oder einer Zentrifuge 13 entwässert. Die abgetrennte Filterhilfsmittelmasse ist nun in feuchtem Zustand (bei Verwendung einer Nutsche mit 40% Wassergehalt oder einer Zentrifuge mit 20% Wassergehalt) wieder für die Filtration einsetzbar. Die Zellulosefasern und die anderen grobkörnigen Verunreinigungen werden durch die Wasserströmung in einen Trichter 14 geschwemmt. Sie können durch Siebung des Abwassers aus diesem entfernt werden. Die Siebtrommel 12 des Flotationsapparats 11 wird zur Verhinderung der Verstopfung der Siebmaschen aus einer Düsenbatterie 15 mit Wasser bespritzt.

Wie bereits oben erwähnt, kann die Wiedergewinnung des Filterhilfsmittels in mechanischer und chemischer Hinsicht abgewandelt werden. So kann beispielsweise im Behälter 8 eine Vordekantation oder eine chemische Behandlung erfolgen. Bei einem Einsatz von Schwefelkohlenstoff und Natronlauge kann die Auflösung der nicht angegriffenen Faserteilchen auch unter leichter Erwärmung im geschlossenen Behälter erfolgen. Der überschüssige Schwefelkohlenstoff kann durch Erwärmung abgetrieben und in einem Kühler wieder aufgefangen werden. Eine Auflösung der Quellkörper und Fasern in Schwefelsäure ist ebenfalls möglich, hat jedoch die Tendenz, das Filterhilfsmittel dunkel zu* verfärben, wenn nicht bei genau kontrollierten Konzentrationen und Temperaturen gearbeitet wird Die Dekantation im Dekanter oder die Flotation kann auch durch Zusatz von etwas Netzmittel durchgeführt werden. In gewissen Fällen werden die beiden genannten Vorgänge dadurch beschleunigt Netzmittel sind Stoffe, die eine Benetzung der Verunreinigungsteilchen hervorrufen und dadurch letztere besser zum Absetzen bringen, indem anhaftende Luft von ihnen entfernt wird.
Mit der dargestellten Wiedergewinnungsanlage kann eine ganze Serie von Filtern bedient werden, ohne daß Handarbeit notwendig ist

Die wirtschaftlichen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind beträchtlich. Während bei Filtrationen auf Filterpressen mit nur einem Fünftel bis einem Zehntel der spezifischen Leistung nach jeder sechsten bis zehnten Filtration die teuren Filtertücher infolge chemischer und physikalischer Angriffe als defekt fortgeworfen werden müssen, weil sie nicht mehr

gewaschen werden können, läßt sich das PVC-Filteriilfsmittel mit sehr geringem Verlust (5 bis 10%) jeliebige Male verwenden. Gegenüber den Filterpressen, welche je Quadratmeter nur 250 bis 350 kg 10%ige Kanthogenatzellulose bis zur Reinigung filtrieren, leistet das Verfahren nach der Erfindung unter Verwendung

von Zentrifugalreinigungsfiltern 700 kg und mehr. Letzteres hat den Vorteil, daß es in absolut geschlossenem Kreislauf durchgeführt werden kann und die Arbeiter demzufolge vor der Einwirkung der giftigen Schwefelkohlenstoffdämpfe geschützt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 682/5

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Filtration von Viskose-Spinnmassen, bei dem an eine Filterfläche zunächst eine Anschwemmschicht aus einem körnigen Filterhilfsmittel vorangeschwemmt, dann die Viskose gefiltert und anschließend das Filterhilfsmittel von den ausgefilterten Verunreinigungen abgetrennt wird, worauf es erneut angeschwemmt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß ein viskosefestes PVC-GranuIat-Filterhilfsmittel vorangeschwemmt und dieses nach dem Filtern aus einer Aufschlämmung der Filtrationsrückstände mittels Naßklassierung abgetrennt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bei der Filtration mit Filterhilfsmitteln bekannter Weise während der Filtration PVC-Filterhilfsmittel der zu filtrierenden Viskose-Spinnmasse zudosiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Zentrifugalreinigungsfilters mit horizontalen, nur auf der Oberseite durchlässigen Filterelementen gefiltert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Schleimbestandteile der Aufschlämmung vor der Nachklassierung mittels Lauge zumindest teilweise aufgelöst werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Naßklassierung als Dekantation ausgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Hydrozyklon dekantiert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Aufschlämmung vor dem Dekantieren grobkörnige Verunreinigungen naß ausgesiebt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß beim Naßsieben leichte Verunreinigungen abflotiert werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Naßklassierung als Zentrifugalklassierung ausgeführt wird.