DE19800744C2 - Vorrichtung zum Filtrieren einer verunreinigten viskosen Spinnmasse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Filtrieren einer teil­ chenhaltigen viskosen Spinnmasse gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung und der vorlie­ genden Patentansprüche werden die Bezeichnungen Fluid, vis­ kose Masse bzw. Spinnmasse insbesondere für eine Lösung verwendet, welche Cellulose und ein wässriges tertiäres Aminoxid enthält und welche zu cellulosischen Formkörpern jeg­ licher Art, insbesondere Fasern und Folien, verarbeitet werden kann. Die Herstellung der Spinnmasse und ihre Verarbeitung wird der Einfachheit halber allgemein als Aminoxidverfahren be­ zeichnet.

Tertiäre Aminoxide sind als alternative Lösungsmittel für Cellu­ lose bekannt. Aus der US 2 179 181 ist beispielsweise be­ kannt, daß tertiäre Aminoxide Cellulose ohne Derivatisierung zu lösen vermögen und daß aus diesen Lösungen durch Fällung cellulosische Formkörper, wie Fasern, gewonnen werden kön­ nen. Aus der EP 0 553 070 A1 sind weitere tertiäre Aminoxide bekannt. Andere Aminoxide sind z. B. in der EP 0 553 070 A1 und in der US 4 196 282 beschrieben. Alle tertiären Amin­ oxide, die Cellulose zu lösen vermögen, sind gemeint, wenn nachfolgend der Einfachheit halber lediglich NMMO (= NMethylmorpholin-N-oxid) angesprochen wird.

Tertiäre Aminoxide bieten als alternative Lösungsmittel insofern einen Vorteil, als die Cellulose im Gegensatz zum Viskosever­ fahren vom NMMO nicht-derivatisierend gelöst wird, wodurch die Cellulose nicht chemisch regeneriert werden muß, das NMMO chemisch unverändert bleibt und beim Fällen in das Fällbad übergeht, aus diesem rückgewonnen und für eine er­ neute Lösungsbereitung wiederverwendet werden kann. Das NMMO-Verfahren eröffnet somit die Möglichkeit eines geschlos­ senen Lösungsmittelkreislaufes. Dazu kommt noch, daß NMMO eine äußerst geringe Toxizität aufweist.

Beim Auflösen von Cellulose in NMMO nimmt jedoch der Poly­ merisationsgrad der Cellulose ab. Zusätzlich führt insbesondere die Anwesenheit von Metallionen (z. B. Fe3+) zu radikalisch initiierten Kettenspaltungen und damit zu einem deutlichen Ab­ bau der Cellulose und des Lösungsmittels (Buijtenhuijs et al.: The Degradation and Stabilization of Cellulose Dissolved in N-Methylmorpholin-N-Oxide (NMMO), in "Das Papier", 40. Jahr­ gang, Heft 12, Seiten 615-619, 1986).

Auch Aminoxide weisen allgemein nur eine begrenzte Thermo­ stabilität auf, die in Abhängigkeit von der Struktur variiert. Das Monohydrat von NMMO liegt unter Normalbedingungen als wei­ ßer kristalliner Feststoff vor, der bei 72°C schmilzt. Die Anhy­ droverbindung schmilzt hingegen erst bei 172°C. Beim Erhitzen des Monohydrates tritt ab 120/130°C eine starke Verfärbung auf. Ab 175°C wird eine exotherme Reaktion unter vollständi­ ger Entwässerung der Schmelze und heftiger Gasentwicklung mit explosionshaftem Verlauf ausgelöst, wobei Temperaturen über 250°C erreicht werden.

Es ist bekannt, daß metallisches Eisen und Kupfer, sowie insbe­ sondere deren Salze, die Zersetzungstemperaturen von NMMO beträchtlich herabsetzen, wobei gleichzeitig die jeweilige Zer­ setzungsgeschwindigkeit erhöht wird.

Im übrigen tritt zu den oben genannten Problemen noch ein weiteres: Die thermische Instabilität der NMMO-Cellulose- Lösungen selbst. Darunter ist zu verstehen, daß in den Lö­ sungen bei den erhöhten Temperaturen der Verarbeitung (etwa 110-120°C) unkontrollierbare Zersetzungsprozesse ausgelöst werden können, die unter Entwicklung von Gasen zu heftigen Verpuffungen, Bränden und sogar zu Explosionen führen können.

Im Zuge der großtechnischen Verarbeitung von Lösungen von Cellulose in einem wäßrigen Aminoxid zu Spinnmassen müssen diese Lösungen einer Filtration unterworfen werden, um sicher­ zustellen, daß teilchenförmige Verunreinigungen, wie z. B. un­ gelöste Zellstoffteilchen, nicht in die Spinnmaschine gelangen und die feinen Spinnlöcher verstopfen. Diese Filtrierung kann mit einer Vielzahl von Filtern vorgenommen werden, wobei sich insbesondere sogenannte Rückspülfilter, wie sie z. B. aus der EP 0 250 695 A1 oder der EP 0 372 203 ## bekannt sind, als ge­ eignet erwiesen haben.

Herkömmliche Filtriervorrichtungen besitzen im wesentlichen ein Gehäuse mit einem Zustrom- und einem Abstromkanal für das verunreinigte bzw. das filtrierte Fluid, eine Führung für einen Siebträgerkörper, einen Siebträgerkörper, welcher in der Füh­ rung des Gehäuses verschiebbar gelagert ist, und ein Sieb, wel­ ches sich im Siebträgerkörper befindet. Ist das Sieb verstopft, so muß es gewechselt bzw. gereinigt werden. Dazu wird der Siebträgerkörper in der Führung so verschoben, daß beispiels­ weise der Zustromkanal vom Siebträgerkörper verschlossen wird und jene Stelle des Siebträgerkörpers, welche das Sieb aufweist, an eine der Reinigung zugängliche Stelle gelangt. An­ schließend wird der Siebträgerkörper wieder in seine Aus­ gangsstellung zurückgeschoben.

Es sind auch komplexer aufgebaute Rückspülfilter oder Sieb­ wechsler bekannt. Allen ist jedoch gemeinsam, daß sie die oben aufgezählten Vorrichtungsmerkmale aufweisen, wobei sich der Siebträgerkörper paßgenau, d. h. ohne Spiel, in der Führung befindet.

Es hat sich gezeigt, daß sich bei Verwendung derartiger Filtrier­ vorrichtungen zur Filtration von Spinnmassen trotz der engen Paßform in der Führung ein dünner Film aus Spinnmasse auf dem Siebträgerkörper ausbildet, haften bleibt, sich mit der Zeit zersetzt und dabei in hohem Ausmaß korrosiv wird und den metallischen Siebträgerkörper bzw. die Führung chemisch an­ greift. Dabei reichert sich dieser Film mit Metallen an. Die bei Rückspülung des Filters bzw. bei Siebwechsel notwendige Ver­ schiebung des Siebträgerkörpers bewirkt dann bei Vorhanden­ sein solcher Abbaureste und Beläge einen Eintrag dieser ge­ fährlichen Rückstände in die Spinnmasse. Dies ist sehr gefähr­ lich, da, wie bereits oben erwähnt, auf diese Weise Exothermien in der Spinnmasse ausgelöst werden können.

Aus der EP 0 652 098 A2 ist ein Verfahren zur Filtration einer thermisch instabilen Polymerschmelze bekannt, wobei tote Zo­ nen, an denen sich Polymerschmelzen ansammeln und zerset­ zen können, vermieden werden sollen. Dies wird bei einem Verfahren erreicht, bei dem die Polymerschmelze von unten in die von Wärmeträgerflüssigkeit umspülten Rohre eines Rohr­ bündelwärmetauschers gepumpt wird, wobei in jedes Wärme­ tauscherrohr eine Filterkerze unter Ausbildung eines äußeren Ringspaltes derart eingesetzt ist, daß der Hauptstrom der Poly­ merschmelze nach Durchtritt durch die Filterkerzen und ein Ne­ benstrom ohne Durchtritt durch die Filterkerzen oben aus den Wärmetauscherrohren austreten und anschließend vereinigt werden.

Technische Maßnahmen zur Vermeidung von Totzonen wurden z. B. in der WO 94/02 408 A1 beschrieben, wobei ein Abdichtprin­ zip zur Anwendung kommt, um das Eindringen von Spinnmasse zwischen bewegte Behälterteile zu verhindern.

Es ist schon vorgeschlagen worden, daß der Siebträgerkörper und die Führung derart gestaltet sind, daß ein Spalt zwischen der Führung und dem Siebträgerkörper gebildet wird, und daß ein Abstandshalter vorgesehen ist, der sicherstellt, daß sich der Spalt zwischen Führung und Siebträgerkörper während des Filt­ rierens an keiner Stelle schließt, so daß während des Filtrierens ständig Fluid durch den Spalt ausströmen kann.

Dieser Vorschlag beruht auf der Erkenntnis, daß die Probleme, welche eine degenerierte Celluloselösung, die sich als Belag auf dem Siebträgerkörper absetzt, hervorruft, nicht dadurch ge­ löst werden können, daß über eine weitere Erhöhung der Paß­ genauigkeit zwischen Siebträgerkörper und Führung versucht wird, zu verhindern, daß sich ein Belag ausbilden kann, sondern daß geradezu im Gegenteil ein Spalt vorgesehen werden soll, aus dem ein kleiner Teil der verarbeiteten Celluloselösung ge­ zielt austreten kann.

Es soll also ein Spalt vorgesehen werden, der sich während des Filtrierens an keiner Stelle schließt, so daß während des Filtrie­ rens ständig Fluid aus dem Spalt austreten kann. Mit Abstands­ haltern soll sichergestellt werden, daß sich der Spalt während des Betriebs des Filters nicht schließt. Auf diese Weise kann sich keine Spinnmasse am Siebträgerkörper als Belag ansam­ meln, und die Oberflächen des Siebträgerkörpers und der Füh­ rung bleiben ständig umspült und daher blank.

Die gemäß dem älteren Vorschlag vorgeschlagenen Ab­ standshalter wurden dabei als nachteilig empfunden, z. B. daß Verschleißerscheinungen auftreten können oder daß sich doch in diesem Bereich Beläge ausbilden können. Die vorliegende Erfindung stellt sich zur Aufgabe, eine Vorrichtung zum Filtrieren eines verunreinigten Fluids zu schaffen, die die Bildung von Belägen auf dem Siebkörperträger vermeidet. Die Erfindung schlägt vor, daß unter Vermeidung derartiger Abstandshalter allein durch den Druck des zu filtrierenden Fluids ein bleiben­ der Ringspalt zwischen dem Siebträgerkörper und der Innen­ seite der Führung aufgebaut wird, der auch erhalten bleibt trotz des einseitig auf den Siebträgerkörper ausgeübten Druck des in die Filtriervorrichtung eingepreßten, zu filtrieren­ den Materials.

Durch diesen Vorschlag, der für die Fachwelt überraschend ist, wird erreicht, daß zwischen dem Siebträgerkörper und der In­ nenwandung der Führung keine reibenden Bauteile vorhanden sein müssen, daß sich dort keine Beläge ausbilden können und daß dadurch das der Erfindung zugrundeliegende Ziel, einen Siebträgerkörper zu schaffen, der die Bildung von Belägen auf dem Siebträgerkörper vermeidet, in vor­ teilhafter Weise erreicht wird.

Vorzugsweise wird dafür Sorge getragen, daß der Spalt zwi­ schen Siebträgerkörper und Führung sich in Axialrichtung des Siebträgerkörpers konisch verjüngt, wodurch der erforderliche Druckaufbau zwischen Außenseite des Siebträgerkörpers und der Innenseite der Führung natürlich noch verbessert wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen zeigen dabei in

Fig. 1 eine Anordnung in der sogenannten Produktions­ stellung, d. h. ein Filtergehäuse mit vorgesetztem Steuergehäuse, in

Fig. 2 einen Schnitt durch den im Steuergehäuse ange­ ordneten Bolzen, in

Fig. 3 in einer in Fig. 1 entsprechenden Darstellungs­ weise die Rückspülstellung und in

Fig. 4 einen Schnitt durch das Steuergehäuse mit dem darin angeordneten Bolzen in der Rückspül­ stellung.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Filtergehäuse 1 vorgesehen, dem ein Steuergehäuse 10 vorgeschaltet ist. Das Filtergehäuse 1 weist einen Austrittshauptkanal 7 auf und das Steuergehäuse 10 einen Eintrittshauptkanal 6, wobei vor dem Eintrittshauptkanal 6 eine in der Zeichnung nicht dargestellte Vorrichtung vorgesehen sein kann, durch welche das zu filtrierende Medium dem Eintrittshauptkanal 6 unter dem ent­ sprechend hohen Druck zugeführt wird.

Innerhalb des Steuergehäuses 10 teilt sich der Eintrittshauptka­ nal 6 in zwei Eintrittsteilkanäle 8a und 8b. Weiterhin sind inner­ halb des Filtergehäuses 1 quer zur Ausrichtung der Eintrittsteil­ kanäle 8a und 8b verschiebbare, als Siebträgerelemente aus­ gebildete Siebbolzen 2 und 3 angeordnet, in denen als Filter­ elemente ausgebildete Siebräume vorgesehen sind, in denen Siebe vorgesehen werden, so daß in den Siebräumen eine Schmutzsiebseite und eine Reinsiebseite gebildet wird. An die Reinsiebseite der Siebbolzen 2 und 3 schließen sich die Aus­ trittsteilkanäle 9a und 9b an, die zu dem Austrittshauptkanal 7 führen. Vor dem eigentlichen Filtergehäuse 1 ist das Steuerge­ häuse 10 vorgesehen, das einen als Sperrmittel ausgebildeten Bolzen 11 aufweist, der über hydraulische, pneumatische oder sonstige Mittel quer zur Strömungsrichtung des zu filtrierenden Mediums verschiebbar ist.

Die Fließverbindung zwischen dem Eintrittshauptkanal 6 und den Eintrittsteilkanälen 8a und 8b wird durch eine Einschnürung 12 im Bolzen 11 erreicht, wobei bei dem dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel der Bolzen 11 zylindrisch ausgebildet ist, d. h. im Querschnitt rund, und die Einschnürung 12 über den ganzen Außenumfang des Bolzens 11 vorgesehen wird. Der Bolzen 11 kann auch polygonal ausgebildet sein.

Der Bolzen 11 weist weiterhin einen Abführhauptkanal 16 auf, der sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zentrisch in Längsachse des Bolzens 11 gesehen erstreckt und einenendes zur Atmosphäre hin frei mündet. Zwei Abführteilkanäle 14 und 15 erstrecken sich quer zur Längsachse des Abführhauptkana­ les 16 und münden einenendes in den Abführhauptkanal 16 und anderenendes an der Außenseite des Bolzens 11, wobei natür­ lich auch andere Ausgestaltungen des oder der Abführkanäle vorgesehen sein können.

Die Fig. 1 und 2 zeigen die Produktionsstellung. Durch Einstel­ len des Bolzens 11 in die in Fig. 2 dargestellte Stellung wird die Einschnürung 12 mit den beiden Eintrittsteilkanälen 8a und 8b in Verbindung gesetzt, so daß das durch den Eintrittshauptkanal 6 einströmende Medium zu den Siebbolzen 2 und 3 geführt wird, hier gefiltert wird und dann durch die Austrittsteilkanäle 9a und 9b zum Austrittshauptkanal 7 fließt.

Durch Verstellen des Bolzens 11 in die in Fig. 4 dargestellte Stellung wird der Eintrittsteilkanal 8b mit der Einschnürung 12 verbunden und der Eintrittsteilkanal 8a mit dem Abführteilkanal 14, so daß nunmehr das zu filtrierende Medium gemäß der Darstellung in Fig. 3 einerseits zum Siebbolzen 3 fließt, aber nicht von der Einschnürung zum Siebbolzen 2 fließen kann, sondern über den Austrittshauptkanal 9a fließt ein Teil des gefil­ terten Mediums zum Siebbolzen 2 zurück und fließt dann über den Eintrittsteilkanal 8a zum Abführteilkanal 14 und von dort zum Abführhauptkanal 16 zur Atmosphäre.

In den Zeichnungen ist der Bolzen 11 innerhalb seiner Bohrung und sind die Siebbolzen 2 und 3 innerhalb ihrer Bohrung mit großem Spiel dargestellt. Dies ist nur zur Verdeutlichung der Er­ findung und in der Zeichnung übertrieben, wobei in der Praxis der Spalt beispielsweise 2/10 bis 4/10 mm betragen kann.

Claims (2)

1. Vorrichtung zum Filtrieren einer verunreinigten viskosen Spinn­ masse mit einem Gehäuse mit einem Zustromkanal und einem Abstromkanal für das verunreinigte bzw. das filtrierte Fluid, wobei das Gehäuse wenigstens eine Führung für wenigstens einen Siebträgerkörper aufweist, einem Siebträgerkörper, welcher in der Führung des Gehäuses verschiebbar gelagert ist und wenigstens einem Sieb, welches sich im Siebträgerkörper befindet, wobei der Siebträgerkörper und die Führung derart gestaltet sind, daß ein Spalt zwischen der Führung und dem Siebträgerkörper gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verzicht auf Abstandshalter auch während des Filtrierverfahrens ein Ringspalt zwischen Siebträgerkörper und Gehäuse aufrechterhalten wird, indem in dem Siebträgerkörper zwei einander gegenüberliegende Siebe angeordnet sind, die jeweils von außen angeströmt werden, wobei sich an die Reinsiebseite ein Austrittskanal (9a, 9b) an­ schließt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der zwischen Siebträgerkörper und Führung gebildete Spalt ko­ nisch nach unten verjüngt, aber nicht ganz geschlossen ist.