DE69419606T2 - Filtrationssystem - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft eine polymerverarbeitende Vorrichtung mit einem Filtersystem für eine cellulosische Spinnmasse.
• Bei der Herstellung von aus Lösungsmittel ersponnenen Produkten wie z. B. der Cellulosefaser Tencel (Tencel ist ein Warenzeichen der Courtaulds Fibres Limited) wird als Spinmmasse eine wäßrige Lösung von Zellstoff und Aminoxid unter Druck einem Spinnkopf zugeführt. Der Spinnkopf enthält mehrere Spinndüsen mit einem Durchmesser, der bei der Faserherstellung typischerweise bei 80 u oder darunter liegt. Die Spinmasse wird über die Spinndüsen in ein Spinnbad extrudiert, in dem das Lösungsmittel aus dem Fasergut herausgelaugt und das Fasergut mit Wasser gewaschen wird. Die Fasern werden isoliert, gewaschen und getrocknet, während die gebrauchte wäßrige Aminoxidlösung aufgearbeitet und wieder in das Verfahren zurückgeführt wird.
• Die Spinndüse für Fasergut hat typischerweise einen Durchmesser in der Größenordnung von 80 u und ist sorgfältigst auf Optimierung der Faserproduktion konstruiert und ausgeführt. Eine moderne Faserproduktionsanlage verfügt über bis zu 200 Spinnköpfe mit jeweils bis zu sechs Spinndüsenplatten, die jeweils bis zu 7000 Düsenlöcher eines Durchmessers von 80 u enthalten können. Es ist daher äußerst wichtig, daß in der Spinnmasse enthaltene Teilchen oder Klumpen, die zu einer Verstopfung der Spinndüsenlöcher führen könnten, abfiltriert werden. Die nächstliegende Lösung wäre der Einbau einer Reihe von Filtern abnehmender Maschengröße, wobei der erste Filter der Reihe die gröbste Maschengröße und der am weitesten hinten, d. h. unmittelbar vor den Spinndüsen, angeordnete Filter die kleinste Maschengröße (kleiner als der Durchmesser der Spinndüse) aufweist. Je feiner die Maschengröße, desto wirksamer der Filter, aber auch desto größer die Gefahr seiner schnellen Verstopfung.
• Eine Abfolge von Filtern abnehmender Maschengröße hat sich jedoch als ungeeignet für eine gute Filtration der Spinnmasse herausgestellt, weil der feinste, unmittelbar vor dem Filter angeordnete Filter zu leicht verstopft und ein häufiges Auswechseln und Säubern erfordert.
• Weiterhin wäre es aufgrund der erforderlichen Vielzahl an Filtern vor den Spinnköpfen (pro Spinnkopf jeweils ein Filter) und wegen der bei einer weit unter dem Düsendurchmesser (80 u) gelegenen Maschengröße auftretenden Notwendigkeit des häufigen Auswechselns nicht möglich, eine befriedigende, leicht zu säubernde Filterkonstruktion zu erzielen.
• Aus der GB-A-1,446,299 ist es ferner bekannt, eine thermoplastische Schmelze zu filtrieren, indem man die Schmelze über zwei Filterverbände führt, wobei der erste Filterverband eine kleinere Porengröße aufweist als der zweite. Diese bekannte Schrift bezieht sich nicht auf die Filtration von Cellulosespinnmasse vor einer Spinndüse. Es ist zwar darin von dem Formen der thermoplastischen Schmelze in einer Spinndüse die Rede, die Größe der Spinndüsenlöcher wird jedoch nicht zu den Porengrößen der Filterverbände in Relation gesetzt.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine polymerverarbeitende Vorrichtung mit einem Filtersystem für eine Cellulosespinnmasse zur Verfügung zu stellen, die in der Strömungsrichtung eine Abfolge von mehreren Anordnungen von Filtern enthält, wobei diese leicht, ohne die Versorgung der Spinnköpfe der Vorrichtung mit Spinnmasse zu unterbrechen, zu säubern sein sollen.
• Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine polymerverarbeitende Vorrichtung gemäß dem nachfolgenden Anspruch 1.
• Vorzugsweise enthält der erste Filterverband mindestens zwei im Fließweg von der Versorgungsquelle zu dem oder jedem Spinnkopf parallel geschaltete Filter, wahlweise mindestens einen der Filter des ersten Filterverbandes in den Fließweg herein- und mindestens einen der Filter des ersten Filterbandes aus dem Fließweg herausschaltende Umleitungsventilmittel sowie eine beim Schalten ausgewählter Filter des ersten Filterverbandes in den oder aus dem Fließweg einen weitgehend konstanten Strom von Spinnlösung aus dem ersten Filterverband gewährleistende Einrichtung zum Einstellen der Fließgeschwindigkeit der durch einen oder beide Filter des ersten Filterverbandes strömenden Spinnlösung.
• Vorzugsweise enthält der erste Filterverband zwischen der Versorgungsquelle und einem Auslaß für die filtrierte Spinnlösung parallelgeschaltete erste und zweite Filter, ein an einem Einlaß zu dem ersten und dem zweiten Filter angeordnetes und wahlweise die zu filtrierende Spinnlösung wahlweise jeweils einem oder beiden der ersten und zweiten Filter zuführendes erstes Umleitungsventil, eine vor den ersten und zweiten Filtern angeordnete Pumpe mit Drehzahlregelung, ein am Auslaß der ersten und zweiten Filter angeordnetes und wahlweise den Strom der filtrierten Spinnlösung aus wahlweise einem oder beiden der ersten und zweiten Filter aufnehmendes und dem Auslaß für die filtrierte Spinnlösung zuführendes zweites Umleitungsventil, einen hinter den ersten und zweiten Filtern angeordneten, den Strom der filtrierten Spinnlösung überwachenden und ein dem Strom der filtrierten Spinnlösung durch den ersten und den zweiten Filter entsprechendes Signal erzeugenden Sensor sowie eine auf das Signal des Sensors ansprechende Einrichtung, die einen vorbestimmten Mengenstrom an filtrierter Spinnlösung durch den ersten Filterverband über die Drehzahl der Pumpe einregelt.
• Vorzugsweise enthält der erste Filterverband mehrere Röhrchen mit einem Filtermedium aus Sintermetallfasermatte in einem geschlossenen Behälter.
• Vorzugsweise führt die Porengröße der Filtermedien des ersten Filterverbandes zu einer Abfiltrierung von Teilchen im Bereich von 20 u bis 30 u.
• Vorzugsweise führt die Porengröße des Filtermediums des letzten Filterverbandes zu einer Abfiltrierung von Teilchen zwischen 70 u und 80 u.
• Bei gegebenenfalls einem oder mehreren zwischengeschalteten Filterverbänden sind diese mit einem Filtermedium ausgestattet, dessen Porengröße zur Abfiltrierung von Teilchen im Bereich von 30 u bis 40 u führt.
• Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt der Durchmesser der Spinndüsenlöcher bei 70 u bis 80 u.
• Die vorliegende Erfindung wird nun beispielhaft anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
• Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Anlage zum Erspinnen von Cellulosefasern aus Lösungsmittel mit Hilfe eines Filtersystems für die Spinnmasse,
• Fig. 2 eine nähere Darstellung eines Filterelements des ersten Filterverbandes der Anlage gemäß der Fig. 1, sowie
• Fig. 3 eine nähere Darstellung einer der letzten Filterverbände der Anlage gemäß der Fig. 1.
• Gemäß der Fig. 1 wird Spinnmasse, eine Lösung von Zellstoff in einer wäßrigen 76 bis 78 gew.-%igen Lösung von Aminoxid (4-Methylmorpholin-4-oxid), aus einem Tank 10 über einen Filmtruder 11 und einen Tank 12 der Saugseite einer Speisepumpe 13 zugeführt und von da zu dem ersten Filterverband 15 einer Abfolge von Filtern befördert. Bei der Speisepumpe 13 handelt es sich um eine Pumpe mit Drehzahlregelung, die bei einer vorbestimmten Drehzahl ein vorbestimmtes Volumen an Spinnmasse auf der Ausgangsseite des Filterverbandes 15 zur Verfügung stellt.
• Gemäß der Fig. 2 bestehen die Filterelemente 16 des Filterverbandes 15 jeweils aus einem an einem Ende in einer Kopfplatte 17 angeordneten röhrchenförmigen Filterelement. Dabei sind die Röhrchen 16 jeweils an dem einen Ende 18 verschlossen und besteht die zylinderförmige Wand des Röhrchens 16 aus einem porösen Filtermedium aus länglich, in Röhrchenlängsrichtung gefalteter Sinterfasermatte aus Edelstahl. Die Kopfplatte 17 bildet Teil eines geschlossenen Filtrationsbehälters 19 (siehe Fig. 1). Die Filtermedien der Elemente 16 haben eine Porengröße zwischen 20 u bis 30 u (vorzugsweise 20 u) und sollen gegebenenfalls in der Spinnmasse enthaltene Teilchen und Klumpen einer Größe von über 20 u abtrennen.
• Die den Filterverband 15 passierende Spinnmasse wird von einer zweiten Pumpe 20 (der sogenannten Spinnpumpe) mehreren zweiten Filterverbänden 21 (von denen nur einer näher dargestellt ist) zugeleitet. Die zweiten Filterverbände 21 haben sämtlich eine dem Filterverband 15 ähnliche Ausführung, nur daß die in den zweiten Filterverbänden eingesetzte Sinterfasermatte 21(a) aus Edelstahl eine Porengröße im Größenbereich von 30 u bis 40 u (vorzugsweise 40 u) besitzt und so Teilchen oder Klumpen von 40 u oder größer abtrennt.
• Die den jeweiligen Filterverband 21 passierende Spinnmasse wird mehreren Spinnköpfen 22 zugeführt. Eine moderne Anlage kann mit bis zu 200 Spinnköpfen ausgestattet sein, die jeweils mehrere Spinnplatten 22(a) enthalten. In jeder Spinnplatte sind bis zu 7000 trompetenförmige Düsenlöcher 22(b) mit einem typischerweise bei 70 u bis 80 u liegenden Durchmesser ausgebildet.
• Unmittelbar vor den Düsen 22(b) in jedem Kopf 22 ist ein letzter Filterverband 23 angeordnet, der als Filtermedium zwei zusammengesinterte Maschengebilde 23(a) aus Edelstahl auf einer stützenden Siebplatte 23(b) enthält. Die Porengröße der Filter 23 liegt bei 70 u bis 80 u und führt zur Abfiltrierung von Teilchen oder Klumpen einer Größe von über 70 u aus der Spinnmasse. Die Filter 15 und 21 bestehen aus einer gegenüber den Maschengebilden der Filter 23 dickeren Matte aus zusammengesinterten Stapelfasern aus Edelstahl und halten Schmutz wirksamer zurück als die Filter 23. Die Filter 15 besitzen jedoch eine präzisere Porengröße und bewirken eine Abfiltrierung von 30 u kleinen Teilchen.
• Aus den Spinndüsenlöchern läuft das faserförmige Spinngut in ein Spinnbad 24, wo das Lösungsmittel aus der Faser herausgelaugt und die Faser mit Wasser gewaschen wird. Das Fasergut wird isoliert und passiert eine Waschstrecke 25 und einen Trockenofen 26.
• Aus dem Spinnbad 24 wird gebrauchte wäßrige Aminoxidlösung über einen Filter 27 und einen Ionenaustauscher 28 in den Tank 10 zurückgeführt, wobei das Wasser mit einem Verdampfer 29 verdampft wird.
• Aus dem vorstehenden ist ersichtlich, daß das zwischen dem Spinnmassenvorrat 10 und jedem Spinnkopf 22 angeordnete Filtersystem nach der vorliegenden Erfindung in Strömungsrichtung den ersten Filterverband 15, einen der zweiten Filterverbände 21 und einen der dritten Filterverbände 23 umfaßt. Von den drei Filterverbänden 15, 21, 23 besitzt das Filtermedium jeden ersten Filterverbandes 15 die feinste Porengröße (20 u), wobei das Filtermedium eines jeden der Filter 23 bei sämtlichen dritten Filterverbänden die gröbste Porengröße von 70 u bis 80 u aufweist. Das Filtermedium eines jeden zwischengeschalteten Filterverbandes 21 hat eine Porengröße im Bereich von 40 u. Das ist das Gegenteil der normalen Erwartung. Es hat sich jedoch als vorteilhaft herausgestellt, da eine kleine Anzahl feinporiger Hochleistungsfilter 15 ausreicht, um den Großteil der Spinnmasse zu filtern, und leicht, ohne den Fluß der Spinnmasse zu unterbrechen, ausgewechselt werden kann. Andererseits besteht angesichts der großen Anzahl von Filtern 23, welche unter den drei Filterverbänden 15, 21, 23 die gröbste Porengröße aufweisen, eine geringere Gefahr der Verstopfung und daher auch ein geringeres Auswechselerfordernis. Zudem kann man einzelne Spinnköpfe 22 mit den Isolierventilen 40 isolieren, was ein leichtes Auswechseln der Filter 23 ohne Unterbrechung der gesamten Faserproduktion ermöglicht. Ebenso kann man Isolierventile 41 vor jedem Filterverband 21 vorsehen, um ausgewählte Filter 21 entfernen und säubern zu können, ohne den Fluß der Spinnmasse zu den anderen Filtern 21 zu unterbrechen.
• Die Fig. 1 zeigt den ersten Filterverband 15 als im wesentlichen zwei zueinander parallele Reihenanordnungen von Filtern, 15a und 15b, von denen mit Ausnahme des Zeitpunkts des Umschaltens in der Regel jeweils nur eine angeschlossen ist. Im folgenden wird davon ausgegangen, daß es sich bei dem angeschlossenen Arbeitsfilter um 15a handelt und der andere Filter 15b als Ersatz dient. Auf der Ausgangsseite der Förderpumpe 13 ist ein wahlweise per Hand aus einer ersten Stellung, bei der 100 Prozent der Spinnmasse über den Filter 15a fließt, in eine zweite Stellung, bei der 100 Prozent der Spinnmasse über den Filter 15b fließt, umlegbares Umleitungsventil 30 angeordnet. Bei Zwischenstellungen des Ventils 30 wird der Spinnmassenstrom entsprechend auf die beiden Filter 15a und 15b aufgeteilt.
• Die Ausgangsseite des ersten Filterverbandes 15 ist über ein zweites Umleitungsventil 31 mit einer gemeinsamen Saugseite der Spinnpumpe 20 verbunden. Bei der Spinnpumpe 20 handelt es sich um eine Konstantvolumenpumpe, die bei gleichbleibender Drehzahl jeden Spinnkopf 22 mit einem gleichmäßigen Mengenstrom an Spinnmasse versorgt.
• Auf der Saugseite der Spinnpumpe 20 ist ein Drucksensor und Aufnehmer 32 angeordnet, der über einen Drehzahlregelkreis 33 die Drehzahl der Förderpumpe 13 auf eine gleichmäßige Versorgung der Saugseite der Spinnpumpe 20 mit Spinnmasse einregelt. Wenn, mit anderen Worten, der Arbeitsfilter 15a anfängt zu verstopfen, wobei der Druck auf der Saugseite der Pumpe 20 fällt, bewirkt der Regelkreis 33 eine Drehzahlerhöhung der Förderpumpe 13 und dadurch eine Wiederherstellung das Drucks und einer konstanten Fließgeschwindigkeit auf der Saugseite der Pumpe 20.
• Wenn der Druckverlust am Filter 15a einen vorbestimmten Wert erreicht, der eine für gute Betriebssicherheit zu große Verstopfung des Arbeitsfilters 15a anzeigt, werden die Filter 15a und 15b wie folgt umgeschaltet.
• Man baut die neuen, sauberen Filterelemente 16 des Filters 15b in deren jeweiligen Behälter 19 ein und bedient das Umleitungsventil 30 auf eine solche Art und Weise, daß ein Teil der Spinnmasse in den neuen, sauberen Filter 15b umgeleitet wird. Dabei wird der sich füllende Behälter 19 über ein Entlüftungsventil 34 vollständig entlüftet. Durch das Öffnen des Ventils 30, um den Ersatzfilter 15b zu füllen, tritt am Filter 15a ein kleiner Druckverlust ein, der von dem Sensor und Aufnehmer 32 registriert wird. Zu dessen Kompensierung kann man die Spinnpumpen 20 geringfügig verlangsamen, so daß bei gleichbleibender Drehzahl der Förderpumpe 13 sich der Ausstoß an Spinngut um die Menge an Lösungsmittel, die zum neuen Filter umgeleitet wird, verringert. Um das Füllen des Ersatzfilters 15b zu kompensieren, wäre es auch möglich, die Drehzahl der Pumpe 13 via den Regelkreis 33 leicht zu erhöhen und die Spinnpumpen 20 mit konstanter Drehzahl weiterlaufen zu lassen.
• Wenn der Filter 15b vollständig mit Spinnmasse gefüllt ist und sein Behälter 19 vollständig entlüftet worden ist, wird das Entlüftungsventil 34 zugemacht, das Umleitungsventil 33 allmählich geöffnet, um den Filter 15b mit den Pumpen 20 zu verbinden, und gleichzeitig das Umleitungsventil 30 betätigt, um den Spinnmassenstrom vom verstopften Filter 15a weg auf den neuen Filter 15b umzuleiten. Dabei wird die Drehzahl der Pumpe 13 über den Druckregelkreis 33 so nachgestellt, daß die Pumpen 20 mit einem gleichbleibenden Mengenstrom an Spinnmasse versorgt werden. Soweit die Pumpen 20 verlangsamt wurden, um die Umleitung der Spinnmasse auf den Filter 15b zu kompensieren, wird die Drehzahl der Pumpen 20 wieder erhöht, um die Fließgeschwindigkeit der Spinnmasse in Richtung der Spinnköpfe wieder auf das vorherige Produktionsniveau anzuheben. Der verstopfte Filter 15a wird entleert und kann dann zum Säubern aus der Anlage ausgebaut werden.
• In der Anlage gemäß der Fig. 1 sind die zweiten Filterverbände 21 nicht verdoppelt und können auch nicht ausgewechselt werden, ohne daß man zuerst die über die Filter 21 versorgten Spinnköpfe isoliert. Falls erwünscht, können die zweiten Filterverbände 21 jeweils zwei dem bei Filterverband 15 gezeigten analoge Filter sowie den beim ersten Filterverband 15 eingesetzten Ventilen 30, 31 analoge Ventile (nicht gezeigt) enthalten. Diese Ventile können ähnlich wie die Ventile 30 und 31 verwendet und betrieben werden, um die Spinnmasse von einem verstopften Filter 21 auf einen zweiten, neuen Filter 21 umzuleiten. Hierbei kann man wiederum einen (nicht gezeigten) Drucksensor und Regelkreis vorsehen, um etwaige beim Auswechseln der Filter 21 auftretende Veränderungen des Druckverlusts an den Filtern 21 über die Drehzahl einer jeden Pumpe 20 zu kompensieren.

Claims (9)

1. Polymerverarbeitende Vorrichtung mit einem Filtersystem, in dem das zu verarbeitende Polymer aus einer Versorgungsquelle über mehrere Filter einem oder mehreren Spinnköpfen mit mehreren Spinndüsenlöchern eines vorbestimmten Durchmessers zugeführt wird, wobei das Filtersystem mehrere Filterverbände (15, 21, 23) aus Filtermedien unterschiedlicher Porengröße enthält, wobei die Porengröße der Filtermedien eines ersten der Filterverbände (15) die kleinste Größe aufweist und die Filtermedien des letzten Filterverbandes (23) der Reihe der Filterverbände eine größere Porengröße aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung als Anlage zur Herstellung von Cellulosefaser nach dem Direktlösungsverfahren dient und das die Cellulosespinnlösung filtrierende Filtersystem zwischen dem ersten Filterverband (15) und dem letzten Filterverband (23) mindestens einen weiteren Filterverband (21) enthält, wobei der oder jeder weitere Filterverband (21) mit einer solchen Porengröße ausgeführt ist, daß der oder jeder darauffolgende Filterverband in der Reihe dar Filterverbände (15, 21, 23) eine zunehmende Porengröße aufweist, wobei der letzte Filterverband mit einer Porengröße kleiner gleich den Spinndüsenlöchern (22b) ausgeführt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Filterverband (15) mindestens zwei im Fließweg von der Versorgungsquelle (10, 11, 12) zu dem oder jedem Spinnkopf (22) parallel geschaltete Filter (15a, 15b), wahlweise mindestens einen der Filter (15a, 15b) des ersten Filterverbandes in den Fließweg herein- und mindestens einen der Filter (15a, 15b) des ersten Filterverbandes aus dem Fließweg herausschaltende Umleitungsventilmittel (30, 31) sowie ein beim Schalten ausgewählter Filter (15, 15b) des ersten Filterverbandes (15) in den oder aus dem Fließweg einen weitgehenden konstanten Strom von Spinnlösung aus dem ersten Filterverband (15) gewährleistende Einrichtung (33) zum Einstellen der Fließgeschwindigkeit der durch einen oder beide Filter des ersten Filterverbandes (15) strömenden Spinnlösung enthält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Filterverband (15) zwischen der Versorgungsquelle (10, 11, 12) und einem Auslaß für die filtrierte Spinnlösung parallel geschaltete erste (15a) und zweite (15b) Filter, ein an einem Einlaß zu dem ersten (15a) und dem zweiten (15b) Filter angeordnetes und wahlweise die zu filtrierende Spinnlösung wahlweise jeweils einem oder beiden der ersten und zweiten Filter (15a, 15b) zuführendes erstes Umleitungsventil (30), eine vor den ersten und zweiten Filtern angeordnete Pumpe (13) mit Drehzahlregelung, ein am Auslaß der ersten und zweiten Filter (15a, 15b) angeordnetes und wahlweise den Strom der filtrierten Spinnlösung aus wahlweise einem oder beiden der ersten und zweiten Filter aufnehmendes und dem Auslaß für die filtrierte Spinnlösung zuführendes zweites Umleitungsventil (31), einen hinter den ersten und zweiten Filtern (15a, 15b) angeordneten, den Strom der filtrierten Spinnlösung überwachenden und ein dem Strom der filtrierten Spinnlösung durch den ersten (15a) und den zweiten (15b) Filter entsprechendes Signal erzeugenden Sensor (32) sowie eine auf das Signal des Sensors (32) ansprechende Einrichtung (33), die einen vorbestimmten Mengenstrom an filtrierter Spinnlösung durch den ersten Filterverband (15) über die Drehzahl der Pumpe (20) einregelt, enthält.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen ersten Filterverband (15) aus mehreren Röhrchen (16) mit einem Filtermedium aus Sintermetallfasermatte in einem geschlossenen Behälter (19).

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Porengröße der Filtermedien des ersten Filterverbandes (15) zu einer Abfiltrierung von Teilchen im Bereich von 20 u bis 30 u führt.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Porengröße des Filtermediums des letzten Filterverbandes (23) zu einer Abfiltrierung von Teilchen zwischen 70 u bis 80 u führt.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der oder jeder zwischengeschaltete Filterverband (21) mit einem Filtermedium ausgestattet ist, dessen Porengröße zur Abfiltrierung von Teilchen im Bereich von 30 u bis 40 u führt.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Spinndüsenlöcher (22b) bei 70 u bis 80 u liegt.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der erste Filterverband (15) als Massenfilter und die anderen Filterverbände (21, 23) als zwischen Massenfilter und Spinnköpfen (22) angeordnete Leitungsfilter dienen.