EP1241283A1 - Vorrichtung zur Herstellung von synthetischen Faserstoffen - Google Patents

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Publication number
EP1241283A1
EP1241283A1 EP02004475A EP02004475A EP1241283A1 EP 1241283 A1 EP1241283 A1 EP 1241283A1 EP 02004475 A EP02004475 A EP 02004475A EP 02004475 A EP02004475 A EP 02004475A EP 1241283 A1 EP1241283 A1 EP 1241283A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hollow reactor
wall
reactor
melt
distributor plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02004475A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gennady Prof. Volokitin
Viktor Gapeev
Serguey Zotov
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Microfaser Produktionsgesellschaft mbH
Original Assignee
Microfaser Produktionsgesellschaft mbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Microfaser Produktionsgesellschaft mbH filed Critical Microfaser Produktionsgesellschaft mbH
Publication of EP1241283A1 publication Critical patent/EP1241283A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/08—Melt spinning methods
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/18—Formation of filaments, threads, or the like by means of rotating spinnerets
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S425/00—Plastic article or earthenware shaping or treating: apparatus
    • Y10S425/017—Filament stretching apparatus

Definitions

  • the invention relates to a device for producing synthetic fiber materials with a feed for a polymer melt to a rotating hollow reactor, the wall of which is heatable and for guiding a melt film to one open side, which can be closed with a lid, expanded conically and with ribs to divide the melt film into those that solidify after exiting the hollow reactor Fibers is provided.
  • Such synthetic fibers can be used in particular as absorbents be made from water petroleum and petroleum products as well as a number of Can filter out heavy metal ions.
  • thermoplastic fibers take place regularly in two stages, namely extraction of the melt and formation of the fiber.
  • thermoplastic material is first melted and then the melt is extruded through spinnerets to form the fibers.
  • a System known from SU 1 236 020 A has a loading bunker, a power supply and a melting grid with a distributor for heated Inert gas. The distributors are triangular and even over the Distributed melting grid surface.
  • the thermoplastic to be processed Material is in the space above the grid up to the melting temperature evenly heated and can flow freely between the triangular distributors undergo treatment with nitrogen.
  • connection points for the assembly of heating elements are connection points for the assembly of heating elements. As a result, the heated material is melted and continues to reach one Worm drive, is pushed through the nozzles and into a strand or one Thread formed.
  • fibers can only be made from high quality Raw materials are produced, it must be ensured that the raw material in steady speed on the melting grid and then on the melt the screw arrives for removal.
  • the energy source a higher temperature than the destruction temperature of the polymer and a have sufficient speed to make the melt strands thinner and longer and thus can be formed into a fiber.
  • the open pool of the reactor causes a loss of energy and leads to a reduced effectiveness of the Manufacturing process.
  • a plant for the production of fibrous materials is also known from RU 2 061 129, which form an extruder, a fiber-forming ring head with radially arranged and in the center converging channels, an air flow generator that the At the same time, the melt strands are drawn out and cooled until they become fibers and has an element for separating the finished fiber that has an extension converging in the direction of the incoming thread.
  • the fibers are deposited under the action of a stream of air flowing in Direction of the extruded melt strands is directed.
  • the radially arranged and Channels converging in the center also require the use of high quality Raw materials. Otherwise, these channels will not be completely melted Block the mass, causing it to pass through the fuse lines is difficult. The manufacture of high quality fibers less high quality raw materials is therefore not possible.
  • a device of the type mentioned at the outset is known from RU 2 117 719, at which heats a horizontally mounted rotating cylindrical hollow reactor from the outside becomes.
  • the open part of the reactor has the shape of an expanding cone, which is closed with an immovable cone cover.
  • the cone cover forms a gap opening with the lateral surfaces of the expanding cone from 15 to 20 mm.
  • flat ribs attached which have a triangular shape along their length, the along the fiber formation and with the tip towards the melt flow exit is aligned.
  • the device is with an annular high pressure air supply equipped.
  • Solid parts of the polymer can be carried away from this standstill zone and under the influence of the centrifugal forces together with the melt transported to the end of the reactor and discharged together with the fiber become solid, making the fiber more uneven with thickening or inclusions unmelted pieces of various shapes are formed, the quality of the fiber is reduced.
  • the system must be cleaned regularly to clean the standstill zone stopped to mechanically remove the adherent polymer. If the reactor walls were heated more, this would lead to an essential one Overheating of the melt film.
  • Another disadvantage of the known device is that just over 30% of the thermal energy supplied is immediate is used for heating the tape. The rest, given by the heater Energy is used to heat the inside of the reactor and the ambient air consumed by transmission of radiation energy.
  • the present invention has for its object a device for manufacturing to improve synthetic fiber materials of the type mentioned at the beginning, that achieves an increased fiber quality with a reduced energy consumption becomes.
  • This object is achieved according to the invention in a device of the type mentioned at the outset solved in that the hollow reactor is aligned vertically and a steady curved inner wall and an opening for the curved top Has supply of the polymer melt and that a rotating opposite the opening Distribution plate arranged at a short distance from the inner wall is.
  • the device according to the invention is for producing a uniform thin Melting film formed, which extends to the open side of the reactor due to the steady Curvature of the inner wall can move without standstill zones.
  • Training of the uniform thin melt film is achieved by the polymer melt axially on the curved top of the hollow reactor through an opening is fed and arrives there on a rotating distributor plate, which in one short distance from the inner wall of the hollow reactor is arranged. This will the molten polymer fed is collected and by centrifugal force hurled evenly onto the inner wall of the hollow reactor.
  • the distributor plate thus forms a closure of the feed opening to form an annular gap with the inner wall of the hollow reactor, from which the on the distributor plate collected material emerges evenly distributed and on the inner wall of the Hollow reactor arrives.
  • the flow rate of the melt film on the inner wall of the hollow reactor due to the rotation of the hollow reactor resulting centrifugal force and additionally by the weight of the melt film determined because the hollow reactor is oriented vertically and open downwards.
  • the distribution effect of the distributor plate is further improved in that the Surface of the distributor plate rises towards the edge, preferably one towards the opening pointing concave curved top forms.
  • a truncated cone is arranged on the distributor plate, its diameter is smaller than the diameter of the distributor plate. The diameter the top of the distributor plate in the order of the diameter correspond to the opening of the feeder.
  • the continuously curved inner wall of the hollow reactor is preferably parabolic formed, corresponds to the surface created by the rotation of a parabola the own axis arises.
  • Outlet opening arises from the constant curvature compared to the previously known Device a significantly reduced internal volume, so that the required Amount of heat energy reduced for heating the interior.
  • the invention Construction also minimizes heat loss and specific Heat consumption.
  • the inner wall forms with a surrounding container of the hollow reactor a curved Gap to which a steam supply and a steam discharge is connected. Due to the constant circulation of heated water vapor through the formed Cavity, a uniform heating of the reactor walls is achieved. Consequently it is possible to make the melting tape or the melting film with a uniform Produce temperature and thickness, which unites the fiber over the entire length has a uniform diameter and contains no unmelted parts.
  • the steam supply and the steam discharge are arranged at the top and bottom of the inner wall. The steam can both in cocurrent and in countercurrent to the direction of transport Polymer melt are performed. The arrangement in direct current is preferred.
  • the device shown in the drawing is used to produce fibers a thermoplastic melt and includes a vertically installed rotating one Hollow reactor 1 in the form of a paraboloid, which by rotating a parabola around the own axis is formed. At the open edge of the paraboloid there is an as expanding cone provided edge 2 provided. Centric is in the curved Part of the paraboloid formed an opening 3 for feeding a polymer melt.
  • the inner wall of the hollow reactor 1 is provided with flat ribs 4 which run perpendicular to the edge 2 in the lower region of the hollow reactor 1.
  • the hollow reactor 1 is located in a surrounding container 5, in the surface thereof is adapted to the shape of the hollow reactor 1, so that a curved Gap 6 results.
  • the gap 6 is in its upper part with the exit and in its lower part connected to the input of a steam generator 7, so with the gap 6 forms a closed steam cycle.
  • the direction of movement of the water vapor is illustrated by arrows in FIG. 1, with a direct current movement of water vapor is formed.
  • the Steam generator 7 can be used in the same way and for some applications also sensibly implement a countercurrent direction of the water vapor.
  • the distribution device consists of a Truncated cone 11 and an attached distributor plate 12, the Diameter is larger than the base of the truncated cone 11. Truncated cone 11 and Distribution plates 12 are firmly connected to one another, preferably in one piece. The ring of the distributor plate projecting radially beyond the truncated cone 11 12 is provided with a surface that rises towards the radial edge and forms such a concave curved top.
  • the hollow reactor 1 is at the lower open end by a disc-shaped cover 13 closed.
  • the flat ribs 4 are connected to the edge of the cover 13, so that there are outlet openings between the ribs.
  • the hollow reactor is attached to the end of a hollow shaft 14 which rotates on bearings 15 is stored.
  • the bearings 15 are located in a housing 16 to be cooled.
  • a drive pulley 17 for transmitting the rotation, for example, from an asynchronous (not shown) Engine arranged.
  • the reactor For the production of fibrous materials, the reactor is supplied before being put into operation brought from circulating steam in the gap 6 to working temperature. Because the water vapor flow has a constant temperature and speed has, the heating of the inner wall of the hollow reactor 1 takes place over its entire Even surface. The heat flow is from the heated surface of the Hollow reactor 1 released to the inside and thus generates the required temperature throughout the interior and keeps it constant. This creates a homogeneous temperature field on the entire surface of the hollow reactor 1.
  • the hollow reactor with a given Angular speed made to rotate. Then through the hollow shaft 14 and the annular distributor gap 10 introduced the polymer melt. The The melt first reaches the truncated cone 11 and then flows onto the distributor plate 12. Due to the taper of the truncated cone 11, the speed of the Melt flow too. This speed increases with the running of the Melt to the edge of the distributor plate 12.
  • the distributor plate 12 thus provides one Kind of collecting device on which the melt evenly over the entire Plate is distributed. By increasing the surface of the distributor plate 12 to An additional compaction force is created at the edge, so that the melt coexists increasing speed and force as a homogeneous band to the periphery of the Distribution plate moves.
  • the tears Melting tape After reaching the edge of the distributor plate 12, the tears Melting tape and reaches the inner wall of the hollow reactor 1. Moved there the melt film down, with the downward movement through the Gravity due to the vertical arrangement of the hollow reactor 1 supported becomes. After reaching the part of the hollow reactor in which the flat ribs are 4 are located, the melt film divides into different strands, which over the Edge 2 run and when torn from the edge of the conical edge 2 form thin fibers.
  • a ring-shaped air supply directs the resulting and cooling thread a collecting device.

Abstract

Mit einer Vorrichtung zur Herstellung von synthetischen Faserstoffen mit einer Zuführung für eine Polymerschmelze zu einem rotierenden Hohlreaktor (1), dessen Wandung aufheizbar ist, sich zur Führung eines Schmelzfilms zu einer offenen, mit einem Deckel (13) verschließbaren Seite hin konisch erweitert und mit Rippen (4) zur Aufteilung des Schmelzfilms in nach dem Austritt nach dem Hohlreaktor (1) erstarrende Fasern versehen ist, läßt sich eine verbesserte Qualität der hergestellten Fasern bei verringertem Energieeinsatz dadurch erreichen, dass der Hohlreaktor (1) vertikal ausgerichtet ist und eine stetig gekrümmte Innenwandung und an der gekrümmten Oberseite eine Öffnung (3) für die Zuführung der Polymerschmelze aufweist und dass gegenüber der Öffnung (3) ein rotierender Verteilerteller (12) in einem geringen Abstand zur Innenwandung des Hohlreaktors (1) angeordnet ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von synthetischen Faserstoffen mit einer Zuführung für eine Polymerschmelze zu einem rotierenden Hohlreaktor, dessen Wandung aufheizbar ist und zur Führung eines Schmelzfilms zu einer offenen, mit einem Deckel verschließbaren Seite hin konisch erweitert und mit Rippen zur Aufteilung des Schmelzfilms in nach dem Austritt aus dem Hohlreaktor erstarrende Fasern versehen ist.
Derartige synthetische Faserstoffe können insbesondere als Absorptionsmittel eingesetzt werden, die aus Wasser Erdöl und Erdölprodukte sowie eine Reihe von Schwermetallionen herausfiltern können.
Der Prozess zur Erzeugung von thermoplastischen Faserstoffen vollzieht sich regelmäßig in zwei Etappen, nämlich Gewinnung der Schmelze und Ausbildung der Faser.
In bekannten Anlagen wird das thermoplastische Material zuerst geschmolzen und dann die Schmelze durch Spinndüsen extrudiert, um die Fasern auszubilden. Eine durch SU 1 236 020 A bekannte Anlage verfügt über einen Beschickungsbunker, eine Stromversorgung und ein Schmelzgitter mit einem Verteiler für aufgeheiztes Inertgas. Die Verteiler sind dreikantartig ausgebildet und gleichmäßig über das die Oberfläche bildende Schmelzgitter verteilt. Das zu verarbeitende thermoplastische Material wird in dem Raum über dem Gitter bis zur schmelznahen Temperatur gleichmäßig aufgeheizt und kann ungehindert zwischen den dreikantartigen Verteilern durchlaufen, wobei eine Behandlung mit Stickstoff stattfindet. Im Gehäuse des Schmelzgitters befinden sich Anschlussstellen für die Montage von Heizelementen. Dadurch wird das aufgeheizte Material geschmolzen und gelangt weiter zu einem Schneckentrieb, wird durch die Düsen gedrückt und zu einem Strang oder einem Faden ausgeformt. Mit Anlagen dieser Art können Fasern nur aus hochwertigen Rohstoffen hergestellt werden, wobei sichergestellt sein muss, dass der Rohstoff in gleichmäßigem Tempo auf das Schmelzgitter und anschließend die Schmelze auf die Schnecke für den Abtransport gelangt.
Durch GB 1 265 215 und SU 669 041 A sind Anlagen bekannt, bei denen die Fasergewinnung aus einem Band der Schmelze erfolgt, sodass die Gleichmäßigkeit des Durchflusses der Schmelze nicht kritisch ist. Dabei wird das Band aus der Schmelze an der Kante des rotierenden Reaktors in einzelne Stränge aufgeteilt. Der Reaktor ist ein horizontal angeordnetes rotierendes zweigeteiltes Becken mit einem Hohlraum und einer Arbeitsoberfläche. Im Hohlraum befinden sich spaltähnliche Öffnungen. Ein Energieträger dringt aus dem äußeren Hohlraum des Reaktors durch die spaltähnlichen Öffnungen ein und trennt das Schmelzband in einzelne Stränge, bearbeitet sie von zwei Seiten, macht sie dünner und zieht sie zu Fasern. Um mit dieser Anlage eine qualitativ hochwertige Faser zu erhalten, muss der Energieträger eine höhere Temperatur als die Destruktionstemperatur des Polymers sowie eine ausreichende Geschwindigkeit haben, damit die Schmelzstränge dünner und länger und somit zu einer Faser geformt werden können. Das geöffnete Becken des Reaktors bedingt einen Energieverlust und führt zu einer verringerten Effektivität des Herstellungsverfahrens.
Durch RU 2 061 129 ist ferner eine Anlage zur Erzeugung von Faserstoffen bekannt, die einen Extruder, einen Faser bildenden Ringkopf mit radial angeordneten und im Zentrum zusammenlaufenden Kanälen, einen Luftstromerzeuger, der die Schmelzstränge gleichzeitig in die Länge zieht und abkühlt, bis sie zu Fasern geworden sind, und ein Element zum Abscheiden der fertigen Faser aufweist, dass eine in Richtung des eintreffenden Faden konvergierende Erweiterung aufweist. Das Ablegen der Fasern erfolgt unter dem Einwirken eines straffen Luftstromes, der in Richtung der extrudierten Schmelzstränge gerichtet ist. Die radial angeordneten und im Zentrum zusammenlaufenden Kanäle erfordern ebenfalls den Einsatz von hochqualitativen Rohstoffen. Andernfalls werden diese Kanäle mit nicht vollständig geschmolzener Masse verstopfen, wodurch die Weiterleitung durch die Schmelzleitungen erschwert wird. Die Herstellung von qualitativ hochwertigen Fasern aus weniger hochwertigen Rohstoffen ist somit nicht möglich.
Aus RU 2 117 719 ist eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art bekannt, bei der ein horizontal angebrachter rotierender zylindrischer Hohlreaktor von außen erhitzt wird. Der offene Teil des Reaktors hat die Form eines sich erweiternden Konus, der mit einem unbeweglichen Konusdeckel verschlossen ist. Der Konusdeckel bildet mit den seitlichen Oberflächen des sich erweiternden Konus eine Spaltöffnung von 15 bis 20 mm. Zusätzlich sind an der inneren Oberfläche des Reaktors flache Rippen angebracht, die über ihre Länge eine Dreiecksform aufweisen, die entlang der Faserbildung und mit der Spitze in Richtung des Schmelzflussaustritts ausgerichtet ist. Die Vorrichtung ist mit einer ringförmigen Hochdruckluftzufuhr ausgerüstet. Mit dieser bekannten Vorrichtung ist es möglich, die Verarbeitung von thermoplastischem Material aus Industrie- und Hausmüll unter gleichzeitiger Erhöhung des Ausstoßes von hochwertigem Fasermaterial zu realisieren. In der Praxis ist jedoch das Problem aufgetreten, dass mit den üblichen Heizelementen bei einer Zylinderform des Reaktors eine gleichmäßige Erwärmung von Reaktorwand und -boden nicht erreicht werden kann. Daher ist die Temperatur des Reaktorbodens und der Endstücke stets niedriger als die der Reaktorwand. Die Schmelze sammelt sich in den Ecken zwischen der Wand und dem Boden und bildet somit eine Art Stillstandszone, wo sich die Schmelze abkühlt und dazu neigt, am Boden und an den Übergängen des Bodens zu den Wänden anzuhaften. Die Bildung solcher Stillstandszonen vermindert die Produktivität der Anlage und wirkt sich negativ auf die Faserqualität aus. Feste Teile des Polymers können aus dieser Stillstandszone mitgerissen und unter Einwirkung der Zentrifugalkräfte zusammen mit der Schmelze zum Endstück des Reaktors befördert und zusammen mit der Faser ausgebracht werden, wodurch die Faser ungleichmäßig mit Verdickungen oder Einschlüssen fester ungeschmolzener Stücke verschiedener Form ausgebildet, die Qualität der Faser also vermindert wird. Zum Reinigen der Stillstandszone muss die Anlage regelmäßig angehalten werden, um das anhaftende Polymer mechanisch zu entfernen. Würde man die Reaktorwände stärker erhitzen, führt dies zu einer wesentlichen Überhitzung des Schmelzfilmes. Ein weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtung besteht darin, dass etwas mehr als 30 % der zugeführten Wärmeenergie unmittelbar für die Erwärmung des Bandes verwendet wird. Die restliche, vom Erhitzer abgegebene Energie wird für das Aufheizen des Reaktorinneren und der Umgebungsluft durch Übertragung von Strahlungsenergie verbraucht. Ferner tritt wegen der Rückstrahlung zwischen dem Erhitzer und dem Reaktor im zentralen Teil des Reaktors eine Überhitzung der Heizelemente und des Schmelzbandes auf. Das kann einerseits zum Verbrennen der Erhitzer und andererseits zu einem nicht zu vernachlässigen oder sogar völligen Ausbrennen des Polymers führen. Bei einer gleichmäßigen Verteilung der Kapazität des Erhitzers in radialer und axialer Richtung sammelt sich die Hauptmenge der Wärme im oberen Teil des Erhitzers. In diesem Fall ist auch eine Überhitzung und ein Verbrennen der Heizelemente möglich.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Herstellung von synthetischen Faserstoffen der eingangs erwähnten Art so zu verbessern, dass mit einem verringerten Energieverbrauch eine erhöhte Faserqualität erzielt wird.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Hohlreaktor vertikal ausgerichtet ist und eine stetig gekrümmte Innenwandung und an der gekrümmten Oberseite eine Öffnung für die Zuführung der Polymerschmelze aufweist und dass gegenüber der Öffnung ein rotierender Verteilerteller in einem geringen Abstand zur Innenwandung angeordnet ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zur Herstellung eines gleichmäßigen dünnen Schmelzfilms ausgebildet, der sich zur offenen Seite des Reaktors aufgrund der stetigen Krümmung der Innenwandung ohne Stillstandszonen bewegen kann. Die Ausbildung des gleichmäßigen dünnen Schmelzfilms gelingt dadurch, dass die Polymerschmelze axial an der gekrümmten Oberseite des Hohlreaktors durch eine Öffnung zugeführt wird und dort auf einen rotierenden Verteilerteller gelangt, der in einem geringen Abstand zur Innenwandung des Hohlreaktors angeordnet ist. Dadurch wird das zugeführte geschmolzene Polymer gesammelt und durch die Zentrifugalkraft gleichmäßig auf die Innenwand des Hohlreaktors geschleudert. Der Verteilerteller bildet somit einen Verschluss der Zuführungsöffnung unter Ausbildung eines Ringspalts mit der Innenwandung des Hohlreaktors, aus dem das auf dem Verteilerteller gesammelte Material gleichmäßig verteilt austritt und auf die Innenwandung des Hohlreaktors gelangt. Die Fließgeschwindigkeit des Schmelzfilms auf der Innenwandung des Hohlreaktors wird durch die aufgrund der Rotation des Hohlreaktors resultierende Zentrifugalkraft und zusätzlich durch das Gewicht des Schmelzfilms bestimmt, da der Hohlreaktor vertikal und nach unten offen ausgerichtet ist.
Die Verteilerwirkung des Verteilertellers wird noch dadurch verbessert, dass die Oberfläche des Verteilertellers zum Rand hin ansteigt, vorzugsweise eine zur Öffnung zeigende konkav gekrümmte Oberseite bildet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist auf dem Verteilerteller ein Kegelstumpf angeordnet, dessen Durchmesser kleiner als der Durchmesser des Verteilertellers ist. Dabei kann der Durchmesser der Oberseite des Verteilertellers größenordnungsmäßig dem Durchmesser der Öffnung der Zuführung entsprechen.
Die stetig gekrümmte Innenwandung des Hohlreaktors ist vorzugsweise parabolisch ausgebildet, entspricht also der Oberfläche, die durch die Rotation einer Parabel um die eigene Achse entsteht. Bei gleicher Höhe und bei gleichem Durchmesser der Austrittsöffnung entsteht durch die stetige Krümmung gegenüber der vorbekannten Vorrichtung ein wesentlich verringertes Innenvolumen, sodass sich die benötigte Wärmeenergiemenge für das Aufheizen des Innenraumes verringert. Die erfindungsgemäße Konstruktion minimiert auch die Wärmeverluste und den spezifischen Wärmeverbrauch.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet die Innenwandung mit einem umgebenden Behälter des Hohlreaktors einen gekrümmten Spalt, an den eine Dampfzuführung und eine Dampfableitung angeschlossen ist. Durch die ständige Zirkulation von aufgeheiztem Wasserdampf durch den gebildeten Hohlraum wird eine gleichmäßige Aufheizung der Reaktorwände erreicht. Somit ist es möglich, das Schmelzband bzw. den Schmelzfilm mit einer gleichmäßigen Temperatur und Dicke herzustellen, wodurch die Faser über die gesamte Länge einen gleichmäßigen Durchmesser aufweist und keine ungeschmolzenen Teile enthält. Hierzu ist es zweckmäßig, wenn die Dampfzuführung und die Dampfableitung am oberen und unteren Rand der Innenwandung angeordnet sind. Der Dampf kann dabei sowohl im Gleichstrom als auch im Gegenstrom zu der Transportrichtung der Polymerschmelze geführt werden. Bevorzugt ist die Anordnung im Gleichstrom.
Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:
Figur 1
einen Vertikalschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
Figur 2
eine Teilansicht auf einen zwischen Innenwand und Deckel ausgebildeten Ringspalt.
Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung dient zur Erzeugung von Fasern aus einer Thermoplastschmelze und umfasst einen vertikal installierten rotierenden Hohlreaktor 1 in Form eines Paraboloids, der durch die Rotation einer Parabel um die eigene Achse gebildet wird. Am offenen Rand des Paraboloids ist ein sich als erweiternder Konus ausgebildeter Rand 2 vorgesehen. Zentrisch ist im gekrümmten Teil des Paraboloids eine Öffnung 3 zum Zuführen einer Polymerschmelze ausgebildet. Die Innenwandung des Hohlreaktors 1 ist mit flachen Rippen 4 versehen, die im unteren Bereich des Hohlreaktors 1 senkrecht zum Rand 2 verlaufen.
Der Hohlreaktor 1 befindet sich in einem umgebenden Behälter 5, in dessen Oberfläche der Form des Hohlreaktors 1 angepasst ist, sodass sich ein gekrümmter Spalt 6 ergibt. Der Spalt 6 ist in seinem oberen Teil mit dem Ausgang und in seinem unteren Teil mit dem Eingang eines Dampferzeugers 7 verbunden, sodass mit dem Spalt 6 ein geschlossener Dampfkreislauf gebildet wird. Die Bewegungsrichtung des Wasserdampfes ist in Figur 1 durch Pfeile verdeutlicht, wobei eine Gleichstrombewegung des Wasserdampfs ausgebildet wird. Durch eine Umkehrung des Wasserdampferzeugers 7 lässt sich in gleicher Weise und für manche Anwendungsfälle sinnvoll auch eine Gegenstromrichtung des Wasserdampfes realisieren.
Gegenüberliegend von der Öffnung 3 befindet sich innerhalb des Hohlreaktors 1 eine Verteilanordnung 8, die an einer zentrisch durch die Zuführungsöffnung 3 geführten Stange 9 befestigt ist. Die Stange 9 ist axial verstellbar, sodass der Abstand der Verteileinrichtung 8 von der Innenwand des Hohlreaktors 1 einstellbar ist. Die Verteileinrichtung besteht in dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf einem Kegelstumpf 11 und einem darunter angebrachten Verteilerteller 12, dessen Durchmesser größer als die Basis des Kegelstumpfs 11 ist. Kegelstumpf 11 und Verteilerteller 12 sind fest miteinander verbunden, vorzugsweise einstückig ausgebildet. Der über den Kegelstumpf 11 radial überstehende Ring des Verteilertellers 12 ist mit einer zum radialen Rand hin ansteigenden Oberfläche versehen und bildet so eine konkav gekrümmte Oberseite.
Der Hohlreaktor 1 ist am unteren offenen Ende durch einen scheibenförmigen Dekkel 13 verschlossen. Die flachen Rippen 4 sind mit dem Rand des Deckels 13 verbunden, sodass sich zwischen den Rippen Austrittsöffnungen ergeben.
Der Hohlreaktor ist am Ende einer Hohlwelle 14 angebracht, die auf Lagern 15 rotierend gelagert ist. Die Lager 15 befinden sich in einem zu kühlenden Gehäuse 16. Am vom Hohlreaktor 1 entfernten Ende der Welle 14 ist eine Antriebsscheibe 17 zur Übertragung der Rotation beispielsweise von einem (nicht dargestellten) asynchronen Motor angeordnet.
Zur Erzeugung von Faserstoffen wird der Reaktor vor der Inbetriebnahme durch Zuführen von zirkulierendem Wasserdampf in den Spalt 6 auf Arbeitstemperatur gebracht. Da der Wasserdampfstrom eine konstante Temperatur und Geschwindigkeit hat, erfolgt das Aufheizen der Innenwand des Hohlreaktors 1 auf seiner gesamten Oberfläche gleichmäßig. Der Wärmestrom wird von der erhitzten Oberfläche des Hohlreaktors 1 nach innen abgegeben und erzeugt somit die erforderliche Temperatur im gesamten Innenraum und hält sie konstant. Auf diese Weise entsteht ein homogenes Temperaturfeld an der gesamten Oberfläche des Hohlreaktors 1.
Nach dieser Vorbereitung der Anlage wird der Hohlreaktor mit einer vorgegebenen Winkelgeschwindigkeit zum Rotieren gebracht. Danach wird durch die Hohlwelle 14 und den ringförmigen Verteilerspalt 10 die Polymerschmelze eingebracht. Die Schmelze gelangt zuerst auf den Kegelstumpf 11 und fließt dann auf den Verteilerteller 12. Durch die Konizität des Kegelstumpfs 11 nimmt die Geschwindigkeit des Schmelzflusses zu. Diese Geschwindigkeit erhöht sich durch das Laufen der Schmelze zum Rand des Verteilertellers 12. Der Verteilerteller 12 stellt somit eine Art Sammelvorrichtung dar, auf der die Schmelze gleichmäßig über den gesamten Teller verteilt wird. Durch das Ansteigen der Oberfläche des Verteilertellers 12 zum Rand hin entsteht eine zusätzliche Verdichtungskraft, sodass sich die Schmelze mit zunehmender Geschwindigkeit und Kraft als homogenes Band zur Peripherie des Verteilertellers bewegt. Nach Erreichen des Randes des Verteilertellers 12 reißt das Schmelzband ab und gelangt auf die Innenwandung des Hohlreaktors 1. Dort bewegt sich der Schmelzfilm nach unten, wobei die Bewegung nach unten durch die Erdanziehungskraft aufgrund der vertikalen Anordnung des Hohlreaktors 1 unterstützt wird. Nach Erreichen des Teils des Hohlreaktors, in dem sich die flachen Rippen 4 befinden, teilt sich der Schmelzfilm in verschiedene Stränge, die über den Rand 2 verlaufen und beim Abreißen von der Kante des konusartigen Randes 2 dünne Fasern bilden.
Eine ringförmige Luftzufuhr lenkt den entstandenen und sich abkühlenden Faden in eine Sammelvorrichtung.

Claims (12)

  1. Vorrichtung zur Herstellung von synthetischen Faserstoffen mit einer Zuführung für eine Polymerschmelze zu einem rotierenden Hohlreaktor (1), dessen Wandung aufheizbar ist, sich zur Führung eines Schmelzfilms zu einer offenen, mit einem Deckel (13) verschließbaren Seite hin konisch erweitert und mit Rippen (4) zur Aufteilung des Schmelzfilms in nach dem Austritt nach dem Hohlreaktor (1) erstarrende Fasern versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlreaktor (1) vertikal ausgerichtet ist und eine stetig gekrümmte Innenwandung und an der gekrümmten Oberseite eine Öffnung (3) für die Zuführung der Polymerschmelze aufweist und dass gegenüber der Öffnung (3) ein rotierender Verteilerteller (12) in einem geringen Abstand zur Innenwandung des Hohlreaktors (1) angeordnet ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand des Verteilertellers (12) zur Innenwandung des Hohlreaktors (1) einstellbar ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteilerteller (12) eine zur Öffnung (3) hin zeigende und zum Rand hin ansteigende Oberfläche aufweist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteilerteller (12) eine zur Öffnung (3) zeigende konkav gekrümmte Oberseite aufweist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Verteilerteller (12) ein Kegelstumpf (11) angeordnet ist, dessen Durchmesser kleiner als der Durchmesser des Verteilertellers (12) ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Kegelstumpfs (11) größenordnungsmäßig dem Durchmesser der Öffnung (3) der Zuführung entspricht.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwandung des Hohlreaktors (1) parabolisch geformt ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (4) auf der Innenwandung des Hohlreaktors (1) im unteren Bereich senkrecht zum Rand (2) verlaufen.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlreaktor (1) mit einem umgebenden Behälter (5) einen gekrümmten Spalt (6) bildet , an dem eine Dampfzuführung und eine Dampfableitung angeschlossen ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfzuführung und die Dampfableitung am oberen und unteren Rand des Hohlreaktors (1) angeordnet sind.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampf in einem Kreislauf durch den gekrümmten Spalt (6) geleitet wird.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampf im Gleichstrom zu der auf der Innenwandung des Hohlreaktors (1) in Form eines Films fließenden Schmelze durch den gekrümmten Spalt (6) geleitet wird.
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