DE2434828A1 - Verfahren zum filtrieren einer fluessigkeit - Google Patents
Verfahren zum filtrieren einer fluessigkeitInfo
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Description
Spinnstofffabrik Zehlendorf AG
Datura: 18. Juli 1974 _ HOE 74/S 014
Aktenzeichen: - Dr.ν.F./Ga
"Verfahren zum Filtrieren einer Flüssigkeit"
Die Erfindung betrifft ein Verfahr&n zum Filtriei'en einer
Flüssigkeit durch eine Kombination aus einem in Strömungsrichtung der Flüssigkeit ersten Sieb, einer Sandpackung und einem 2. Sieb.
Flüssigkeit durch eine Kombination aus einem in Strömungsrichtung der Flüssigkeit ersten Sieb, einer Sandpackung und einem 2. Sieb.
Beim Spinnen von Fäden aus synthetischen Hochpolymeren kommt einer sehr guten Filtration und Durchmischung der Schmelze oder
Lösung eine große Bedeutung zu. Verunreinigungen und Inhomogenitäten in hochpolymeren Schmelzen oder Lösungen wirken sich
durch Störungen des Spinnprozesses und durch Qualitativerschlechtcrungen
der gesponnenen Produkte aus. Inhomogenitäten können z.B. erhebliche Titerschwankungen zur Folge haben. Vor
allem beim Spinnen von feinen multifilon Fäden treten sehr
oft einseine oder mehrere Einselfilamente auf, die bedeutend
dünner sind als die übrigen aus der gleichen Spinndüse gesponnenen. Die Fehler können bei ö.er weiteren Verarbeitung
der Fäden nicht mehr behoben werden.
Man versucht daher, Verunreinigungen durch geeignete Filter vor der Düse zurückzuhalten und durch eine starke Scherbeanspruchung
die Schmelze oder Lösung zu homogenisieren. Dies geschieht durch Siebkombinationen, die sich aus Sieben verschiedener
Anzahl, Konstruktion und Feinheit zusammensetzen, wie sie
z.B. in der DOS 1 915 181 beschrieben werden. Danach nimmt
z.B. in der DOS 1 915 181 beschrieben werden. Danach nimmt
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die Zurückhaltegrenze der Filterelemente in Strömungsrichtung durch das Filter ab.
Zur Filterung und Scherbeannpruchung sind ferner Sandpackungen
bekannt, welche aus den verschiedensten Materialien in unter-r
schiedlichen Formen und Körnungen bestehen können. Auch ist es bekannt, Filtermaterialien verschiedener Körnungen schichtweise
übereinander anzuordnen.(US-PS 2 266 3GS); diese Sandpackungen können auch von einem groben Sieb bedeckt sein (GB-PS
1 314 2S4).
Zwischen diesen Sandpackungen und der Spinndüsen/platte müssen
dann noch Siebfilter angeordnet sein, um das Eindringen von Sandkörnern in die Bohrungen der Spinndüsenplatte zu verhindern.
Die Maschenweite dieser Siebe muß dabei kleiner sein als die geringste benutzte Korngröße der Sandpackung.
Korngröße der Sandpackung und Maschenweite der Siebe werden einerseits möglichst groß gewählt, um den Druckabfall im Filter
gering zu halten und andererseits so klein, wie es der maximal zulässigen Schmutzteilchengröße entspricht. Erfahrungswerte
liegen bei etwa 15 - SO' ,u, bevorzugt zwischen 40 - 80 ,u Maschenweite je nach den Qualitätsanforderungen der gesponnenen Fäden.
Allen erwähnten Verfahrensweisen haftet der Nachteil an, daß die Filter nach verhältnismäßig kurzer Zeit gewechselt werden müssen,
weil der Druckanstieg in der Siebkombination zu hoch wird, oder weil die Filterwirkung nachläßt.
Es hat sich gezeigt, daß die Körner der Sandpackung bzw. ihr Abrieb
das nachgeschaltete Sieb im Lauf der Zeit zusetzen, so daß die wirksame Filterfläche stetig abnimmt und entsprechend der
Druck im Spinnkopf ansteigt und die Filterwirkung schlechter wird.
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Aus der GB-PS 1 040 290 ist eine Filterkombination zum Filtrierer,
von Hochpolymerschmelzen bekannt, die aus (in Ströraungcrichtung)
einer Sintermetallscheibe mit einer Porengröße von 125 ,u, einer
ersten und einer zweiten Sandpackung, einem Sieb der Porenweite um 420 ,u und einer Sintermetallplatte der Porenv/eite 125 ,u
besteht. Erste und zweite Metallslnterplattc haben daboi dieselbe Porenv/eite, jedoch ist eine Porenweite von 125 ,u nach
unseren Beobachtungen viel zu groß, um ein einwandfreies Verspinnen
des Polymeren zu ermöglichen, da das Spinnverhalten umso besser wird, je feiner die verwendeten Siebe sind.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Filtrieren von Schmelzen und Lösungen, bevorzugt im Spinnkopf von Schmelzspinnanlagen
für synthetische Fäden, bei dem der Druck im Filter deutlich weniger mit der Zeit ansteigt als bei den bekannten
Verfahren, und das dennoch ein störungsfreies Verspinnen der Polymeren ermöglicht.
Dieses Ziel wurde erfindxingsgemäß dadurch erreicht, daß die
Maschenweite des ersten Siebes höchstens gleich der Maschenveite des zweiten Siebes ist, und die Maschenweite des zweiten
Siebes kleiner ist als die kleinste Korngröße der Sandpackung und daß die Maschenweite des 2. Siebes höchstens 80 ,u
beträgt.
Vorzugsweise ist die Maschenweite des ersten Siebes kleiner als die des zweiten. Nach einer weiteren bevorzugten Form der
Erfindung ist die mittlere Korngröße der Sandpackung 5 bis 50, vorzugsweise 10 bis 20 mal größer als die
Maschenweite des ersten Siebes.
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Das erfiiidungsgeraäße Verfahren ist anwendbar auf alle aus der
Schmelze oder aus Lösungen verspinnbaren Hochpolymeren, wie z.B. Polyester, Copolyester. Polyamide, Copolyamide, Polyesteramide,
Polyolefine, Polyvinylchlorid, Polyacrylnitril, Polyvinylalkohol und dergleichen, bevorzugt wird das erfindungsgemäße
Verfahren auf Polyethylenterephthalat und dessen Copolyester, auf Poly- C-aiüino-caprolactam und Poly-hexamethylenadipinsäureamid
und deren Copolyamide angewendet.
Unter Sandpackung ist eine Packung aus feinverteilters Material
zu verstehen, die gegenüber der Spinninasse indifferent ist und bei der Arbeitstemperatur nicht schmilzt. Als Materialien
können eine Vielzahl von gegen die Spinnmasse inerten Verbindungen eingesetzt werden, bevorzugt verwendet man Siliziuracarbid,
Quarzsand oder Korund. Gegebenenfalls können diese Sandpackungen auch durch Zusammensintern verfestigt sein.
Die Kornfeinheit des für die Sandpackung verwendeten Materials
liegt in einem weiten Bereich, bevorzugt sind Kornfeinheiten zwischen 24 und 72 nach ASTM-Norm, jedoch können auch größere
oder kleinere Körnungen verwendet werden.
Unter Sieben sind z.B. Anordnungen aus einem oder mehreren Metall-Maschensieben mit Maschenzahlen von etwa 50 bis
ο
40 000 pro cm zu verstehen. Als Siebe können außerdem auch poröse gesinterte Massen, Gebilde aus hochschmelzendem Fasermatei'ial und dergleichen, insbesondere jedoch zusammengesinterte poröse Metalle oder Metallvliese (Chrom, Mangan, Eisen, Edelstahl etc.) verstanden werden. Selbstverständlich
40 000 pro cm zu verstehen. Als Siebe können außerdem auch poröse gesinterte Massen, Gebilde aus hochschmelzendem Fasermatei'ial und dergleichen, insbesondere jedoch zusammengesinterte poröse Metalle oder Metallvliese (Chrom, Mangan, Eisen, Edelstahl etc.) verstanden werden. Selbstverständlich
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darf das Sieb auch bei der jeweiligen Spinntemperatur nicht schmelzen oder sich zersetzen.
überraschenderweise wurde gefunden, daß das erfindungsgemäße Verfahren beim Spinnen zu gleichmäßigen Filamenten ohne Titerschwankungen
von Filament zu Filament oder auch zu keinen Titerschwankungen längs eines Filaments führt. Der zeitliche Druckanstieg
im Filter war gegenüber den bekannten Verfahren deutlich geringer, in vielen Versuchen liefen die- Filter mehr als doppelt
so lange, bis der Druck im Filter den zulässigen Grenzwert erreichte.
Es ist vorstellbar, daß die Schmelze oder Lösung beim Eintritt in die Filtei*kombination bereits im ersten Sieb weitgehend
filtriert wird; es erweist sich als vorteilhaft, daß dieses erste Filter nicht durch Teile der Sandpackung zugesetzt wird, sondern
mit seiner gesamten Fläche zur Filtrierung der ankommenden Schmelze oder Lösung dient. In der Sandpackung wird die
Schmelze oder Lösung einer starken Scherbeanspruchung unterworfen und somit homogenisiert und auch weiter filtriert.
Diese Scherbeanspruchung kann durch geeignete Wahl der Sandpackung auf die jeweilige Schmelze abgestimmt werden, z.B. durch
Korngröße und -Form oder durch örtliche Verteilung der Korngrößen in der Sandpackung.
Anschließend an die Sandpackung wird die Schmelze oder Lösung
dux-ch ein weiteres Sieb gedrückt; dieses Sieb filtriert die Schmelze oder Lösung nochmals und befreit sie von den Körnern
der Sandpackung und deren Abrieb.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt auf die Filtrierung der Schmelzen oder Lösungen im Spinnkopf angewendet, also
auf die Filtrierung unmittelbar vor dem Ausspinnen der synthetischen Fäden. Es kann aber ebenso auf die Filtrierung in
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-Q-
Schmelzeleitungen angewendet werden und ist selbstverständlich
auch nicht auf das Schmelzspinnen synthetischer Fäden beschränkt. Es eignet sich ebenso für jede andere Verv/endung von
Schilleisen, wie z.B. Spritsgießen, Austragen von Bändern, Rohren usw. sowie zum Filtrieren von Spinnlösungen .
Die.folgenden Beispiele sollen das erfindungsgemäße Verfahren erläutern
und seine Vorteile gegenüber den bekannten Verfahren zeigen.
In Beispielen 1-3 wurde Polyäthylenterephthalat einer spezifischen Viskosität von 0,75, gemessen an einer 1 ge\v.%igen Lösung
des Polymeren in einem Lösungsmittelgemisch, aus Phenol und
Tetrachioräthan im Gev/ichtsverhältnis 3:2, durch eine 250-Locli-Düse
mit einem Bohrungsdurchmesser von 0,5 mm bei einer Fördermenge
von 360 g/min bei einer Spinnteraperatur von 2S0°C versponnen.
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In diesem Beispiel wurde ein herkömmliches Spinnpack in Anlehnung an die GB—PS 1 314 284 verwendet wie es in der Figur dargestellt
ist. Darin bedeuten:
1 das Packgehäuse, 2 eine Aluminiumdichtung, 3 die Düse,
4 ein Feinsieb, das hier 10 000 Maschen/cm aufwies und Teilchen bis herab zu 60 /u. Durchmesser heraus filtrierte, 5 eine
Brückenpiatte mit Einsatz, 6 ein Grobsieb, das 64 Maschen/cm
aufwies und Teilchen mit einem Durchmesser von mehr als 750 ,u herausfiltrierte, 7 stellt 2 Feinsiebe dar, die wie bei 3
ο
10 000 Maschen/cm hatten und Teilchen von mehr als 60 Ai
10 000 Maschen/cm hatten und Teilchen von mehr als 60 Ai
Durchmesser herausfilterten, 8 ist eine Siebkombination, be-
2 stehend aus einem unteren Sieb mit 370 Maschen/cm , entsprechend
einem Zurückhaltevermögen für Teilchen ab 300 ,u, und einem
2 '
oberen Sieb mit 5900 Maschen/cm , entsprechend einem Zurückhaltevermögen
für Teilchen ab 80 ,u. 9 ist erneut eine Aluminiuiadichtung.
10 stellt eine Filteranordnung von 5 Grobsieben
2
mit je 64 Maschen/cm dar, deren jedes Teilchen ab 750 Ai Durchs messer zurückhält. 11 symbolisiert eine 1,25cm hohe Schicht Feinsand der Korngröße 0,4-0,5 ram, entsprechend einem Zurückhaltevermögen für Teilchen eines Durchmessers ab 60 ,u. 12 zeigt eine 0,7 cm dicke Schicht von mittlerem Sand der Korngröße 0,7-1 mm, die Teilchen eines Durchmessers ab 110 ,u ausfiltriert. 13 stellt ein Grobsieb wie 6 dar; 14 zeigt eine 1,0cm dicke Schicht Grobsand der Teilchengröße 1,2 - 1,5 mm mit einem FiItervermögen für Teilchen ab 190 ,u. 15 ist eine Verteilerplatte, 16 ein Sieb mit 750 ,u Maschenweite, 17 eine zweite Verteilerplatte, 18 eine Druckhaube, 19 eine leckdichtung und 20 ein Verriegelungsring und 21 der Eintrittskanal für das Polymere.
mit je 64 Maschen/cm dar, deren jedes Teilchen ab 750 Ai Durchs messer zurückhält. 11 symbolisiert eine 1,25cm hohe Schicht Feinsand der Korngröße 0,4-0,5 ram, entsprechend einem Zurückhaltevermögen für Teilchen eines Durchmessers ab 60 ,u. 12 zeigt eine 0,7 cm dicke Schicht von mittlerem Sand der Korngröße 0,7-1 mm, die Teilchen eines Durchmessers ab 110 ,u ausfiltriert. 13 stellt ein Grobsieb wie 6 dar; 14 zeigt eine 1,0cm dicke Schicht Grobsand der Teilchengröße 1,2 - 1,5 mm mit einem FiItervermögen für Teilchen ab 190 ,u. 15 ist eine Verteilerplatte, 16 ein Sieb mit 750 ,u Maschenweite, 17 eine zweite Verteilerplatte, 18 eine Druckhaube, 19 eine leckdichtung und 20 ein Verriegelungsring und 21 der Eintrittskanal für das Polymere.
Der gemessene Anfangsdruck betrug 250 at.
Die Belastungsgrenze dieses Spinnpacks von 300 at wurde nach einer
Laufzeit von 5 1/2 Tagen erreicht; dann mußte es wegen des zu hoch werdenden erforderlichen Druckes ausgewechselt werden.
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Als Gegenversuch dazu wurde unter identischen Bedingungen dasselbe
Material wie unter Beispiel 1 durch das Spinnpack gepreßt. Die einzige Änderung bestand darin, daß anstelle des groben
Siebes 16 eine feine Siebkombination 16 mit einem Zurückhaltevermögen für Teilchen einer Größe ab 80 ,u des Aufbaues wie
Siebkombination 8 verwendet wurde (unteres Sieb mit 370 Maschen/cm, entsprechend einem Zurückhaltevermögen für Teilchen eines Durch-
messers ab 300 ,u, obei-es Sieb mit 5900 Maschen/cm , entsprechend
einem Zurückhaltevermögen für Teilchen ab 80 ,u).
Die Standzeit dieses erfindungsgemäß aufgebauten Spinnpacks betrug
20 1/2 Tage bis zum Erreichen der Belastungsgrenze des Spinnpacks von 300 at. Der gemessene Anfangsdruck betrug etwa 200 at.
Der Einfluß des feinen Siebs 16 ist also außerordentlich groß; es brachte fast eine Vervierfachung der Standzeit des Packs mit
sich im Vergleich zu Beispiel 1, das ein grobes Sieb 16 verwendet hat.
Beispiel 3: !
Mit dem Spinnpack nach Beispiel 2 wurde unter den Bedingungen nach Beispiel 1 gearbeitet. Der einzige Unterschied gegenüber
dem Spinnpack nach Beispiel 2 bestand darin, daß statt des mittleren Sandes 12 und des feinen Sandes 11 ebenfalls grober
Sand des Teilchendurchmessers 1,2-1,5 mm verwendet wurde. Mit dieser Anox^dnung war der erforderliche Anfangsdruck mit etwa
60 at wesentlich geringer als bei Beispiel 2. Der erforderliehe
Druck blieb auch während eines Zeitraumes von 22 Tagen konstant und stieg dann innerhalb von weiteren 7 Tagen nur unwesentlich
an. Dieses Filterpack hatte dieselbe Filterfeinheit wie die in Beispielen 1 und 2 verwendeten. Dieses Beispiel zeigt, daß nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren gröberer Sand zum Filtrieren der Polymerschmelze verwendet werden kann.
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Da aber die im Pack aufgebrachten Scherkräfte dem geringeren Druckabfall innerhalb des Packs entsprechend geringer sind,
tritt eine schlechtere Durc !mischung und Homogenisierung der
Schmelze im Spinnpack auf. Es ist deshalb darauf zu achten, daß die Korngröße des Sandes stets nur so groß gewählt wird,
daß die gewünschte Gleichmäßigkeit der ersponnenen Fäden noch erhalten wird.
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Claims (3)
- - Io - HOE 74/S 014PATENTArTSPRUCHS:[ 1.λVerfahren zum Filtrieren einer Flüssigkeit durch eineV • Kombination aus einem in Stroinungsrichtung der Flüssigkeitersten Sieb, eine Sandpackung und einem zweiten Sieb, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschenweite des ersten Siebes höchstens gleich der Maschenweite des zweiten Siebes ist, und die !.las c hen weite des. zweiten Siebes kleiner ist als die kleinste Korngröße der Sandpackung und daß die Maschenweite des zweiten Siebes höchstens 80 M beträgt.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschenweite des ersten Siebes kleiner ist als die des zweiten.
- 3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Korngröße der Sandpacfcung 5 bis 50, vorzugsweise 10 bis 20 Mol größer ist als die Maschenweite des ersten Siebes.503886/0584
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| DE2434828A DE2434828C3 (de) | 1974-07-19 | 1974-07-19 | Vorrichtung zum Filtrieren einer Flüssigkeit |
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