RO117260B1 - Procedeu pentru obtinerea unei suspensii de celuloza si instalatie pentru aplicarea acestuia - Google Patents

Abstract

Inventia se refera la un procedeu pentru obtinerea unei suspensii de celuloza intr-un amino-oxid tertiar, apos, lichid, prin amestecarea celulozei sfaramate cu amino-oxid tertiar, apos, lichid. Procedeul se caracterizeaza prin aceea ca, intr-o prima faza, celuloza sfaramata se aduce in contact cu amino-oxidul tertiar, apos, lichid, formand un prim amestec, iar intr-o a doua faza, acest prim amestec este intins mecanic intr-un strat pe o suprafata si transportat peste aceasta suprafata, amestecandu-se in mod intens, pana cand se formeaza o suspensie omogena, care este apoi evacuata de pe suprafata, aceste doua faze se efectueaza in mod continuu. Inventia se mai refera si la o instalatie pentru aplicarea acestui procedeu, care include un vas (1) prevazut la interior cu un rotor (2) si cu elemente de agitare (3, 4) inclinate fata de axul rotorului cu un unghi alfa. In partea superioara a recipientului (1), sunt prevazute un orificiu (6) pentru alimentarea cu celuloza maruntita si o conducta (7) pentru alimentarea cu amino-oxidul apos, lichid, iar in partea inferioara, este prevazut un orificiu (8) de evacuare a suspensiei omogene.

Description

Prezenta invenție se referă la un procedeu pentru obținerea unei suspensii de celuloză într-un amino-oxid terțiar care este în stare lichidă, precum și la o instalație de aplicare a acestui procedeu și la obținerea de corpuri profilate celulozice, cum ar fi folii, fibre și membrane.

De câteva decenii se caută procedee pentru obținerea de corpuri profilate celulozice, care să înlocuiască procedeul care folosește vâscoză, aplicat în prezent la scară mare. S-a găsit o alternativă interesantă și din punct de vedere ecologic, care constă în dizolvarea celulozei fără formare de alți derivați îritr-un solvent organic și din această soluție să se extrudeze corpuri profilate, de exemplu fibre și folii. Fibrele extrudate de acest fel au fost obținute de la BISFA (The Internațional Bureau for the Standardization of man made fibers) cu denumirea de sortiment Lyocell. Prin denumirea de solvent organic se înțelege de către BISFA un amestec dintr-o substanță chimică organică și apă.

S-a dovedit, că drept solvent organic se pretează foarte bine pentru obținerea de corpuri profilate celulozice, în special, un amestec dintr-un amino-oxid terțiar și apă. Ca amino-oxid se utilizează în primul rând N-metilmorfolin-N-oxid (NMMO). Alți aminooxizi sunt descriși, de exemplu, în brevet EP-A-0553070. Un procedeu pentru obținerea unor soluții de celuloză care se pot profila se cunoaște din brevet EP-A0356413.

în brevetul US-A-4246221 se descrie un procedeu în care se folosește aminooxid pentru obținerea unor soluții de celulloză ce se pot fila, care utilizează drept material inițial, între altele, un amestec de celuloză în N-metil-morfolin-N-oxid (NMMO) lichid, apos. Conform acestui procedeu se obține într-o instalație de amestecare discontinuă o suspensie de celuloză în soluție apoasă de amino-oxid și amestecul se încălzește concomitent sub presiune redusă, apa este eliminată și se obține o primă soluție, care după filtrare și prelucrare într-un extruder trece într-o soluție care se poate profila. Un dezavantaj al acestui procedeu cunoscut este obținerea discontinuă a suspensiei de celuloză în amestecător. Această primă treaptă discontinuă face ca întregul procedeu cu amino-oxid să fie discontinuu, ceea ce este dezavantajos, deoarece orice proces de profilare, de exemplu filarea în fibre, se realizează cel mai bine în mod continuu.

Din WO 94/28217 se cunoaște un procedeu pentru obținerea unui preamestec pe bază de celuloză care se poate profila. Conform acestui procedeu se introduce celuloză sfărâmată și o soluție de amino-oxid într-o cameră de amestecare cilindrică, așezată orizontal, care este echipată cu un rotor cu elemente de amestecare distanțate axial. Amestecul se agită în camera de amestecare, datorită faptului că rotorul se rotește cu o viteză de 40 până la 80 rot/min. De preferință, amestecul se menține în camera de amestecare, la o temperatură, de peste 65°C. Acest procedeu prezintă însă următoarele dezavantaje:

- procedeul necesită mult timp, deoarece între altele soluția de amino-oxid și celuloza nu se pot introduce în același timp în camera de amestec, ci trebuie introduse una după alta;

- un alt dezavantaj al procedeului constă în aceea că el se poate realiza numai în mod discontinuu, pentru fiecare șarjă fiind necesare în jur de 21 min;

- pe baza modului de lucru discontinuu trebuie să se exploateze în același timp două amestecătoare de acest fel, pentru a putea alimenta în mod continuu amestecul de celuloză/amino-oxid într-o instalație, în care se produce soluția de celuloză care este alimentată în mod continuu, de exemplu, într-o mașină de filtrare;

RO 117260 Bl

- utilizarea a două amestecătoare înseamnă pe de altă parte, că toate dispozitivele cum ar fi vasele de depozitare, conductele, pompele, filtrele, etc, care sunt 50 montate între amestecătoare și mașina de filat, trebuie să fie prezente într-un număr, de asemenea, dublu, acest lucru conduce bineînțeles la cheltuieli suplimentare, atât din punct de vedere tehnic, cât și financiar;

- un alt dezavantaj este faptul că pe șarjă trebuie să fie prelucrate cantități relativ mari de amino-oxid, aceste cantități mari reprezintă un risc din punct de vedere 55 al siguranței, deoarece amino-oxizii terțiari sunt instabili,·la temperatură ridicată și au tendința de a se descompune;

- amestecătoarele care funcționează în mod discontinuu se golesc cu dificultate.

Astfel, invenția de față elimină dezavantajele de mai sus prin realizarea unui procedeu prin aplicarea căruia să se poată obține din celuloză sfărâmată și dintr-o soluție 60 apoasă de amino-oxid, într-o singură treaptă și cu o viteză mare, o suspensie de celuloză, care să fie utilizabilă ca produs inițial pentru procedeul ce implică aminooxidul.

Procedeul, conform invenției, pentru obținerea unei suspensii de celuloză într-un amino-oxid terțiar apos, lichid, în care celuloza sfărâmată se amestecă cu amino-oxidul 65 terțiar, apos, lichid, este caracterizat prin aceea că, într-o primă fază celuloza sfărâmată este adusă în contact cu amino-oxidul terțiar, apos, lichid și se formează un prim amestec, într-o a doua fază acest prim amestec este întins mecanic sub formă de strat pe o suprafață și este transportat sub o amestecare intensă peste această suprafață, până când se formează o suspensie omogenă, care se scoate de pe 70 suprafața menționată, aceste două faze se efectuează în mod continuu.

Invenția se bazează pe principiul cunoscut, că prin utilizarea procedurii tehnice în straturi, mai ales a procedurii tehnice în strat subțire, se poate obține o suspensie de celuloză omogenă într-un mod simplu și rapid.

S-a mai dovedit, că în procedeul conform invenției, prin aplicarea procedurii 75 tehnice în straturi, mai este posibil să se amestece cu celuloza tot într-un mod simplu, și substanțe auxiliare, cum ar fi, stabilizatori, agenți de dispersare, agenți auxiliari de filare, reactivi de îmbunătățire a reactivității, aditivi de încorporare anorganici sau organici cum ar fi barita, cărbune activ, SiO₂, CMC, modificatori cum ar fi polietilenglicolii și alți polimeri, ca, de exemplu, nylon, coloranți. Amestecarea se face în mod 80 omogen. Acest lucru este de o importanță hotărâtoare pentru exercitarea efectului deplin al acestor substanțe auxiliare. S-a mai constatat că o astfel de amestecare nu încetinește formarea suspensiei omogene.

Un alt avantaj al procedeului, conform invenției, constă în aceea că, se pot folosi ca amino-oxid terțiar apos, lichid în care se formează suspensia de celuloză mă- 85 runțită, o soluție apoasă lichidă de amino-oxid terțiar care este lichid, la temperatura camerei și un hidrat de amino-oxid topit care este lichid, la temperatura camerei.

De preferință, în procedeul conform invenției, se folosesc un amino-oxid terțiar apos, lichid, care prezintă o temperatură în intervalul, de la 50 până la 85°C.

Conform procedeului din invenția de față, celuloza se transportă peste o 90 suprafață într-un, timp, de 1 până la 5 min. Aceasta înseamnă că, suspensia de celuloză se obține deja în câteva minute sub formă omogenă și în mod continuu. Astfel, procedeul, conform invenției, de față reprezintă o simplificare esențială a procedeului ce implică amino-oxid.

RO 117260 Bl

Invenția se mai referă și la o instalație pentru realizarea procedeului propus spre brevetare, care este alcătuită dintr-un recipient ce se poate încălzi sau răci în mod indirect, acest recipient este prevăzut cu un dispozitiv de agitare și este cilindric, fiind echipat cu un rotor dispus central și cu elemente de agitare fixate pe acesta, care formează un unghi de înclinare a față de axa rotorului, pentru amestecarea și transportul celulozei aduse în contact cu amino-oxidul terțiar apos, lichid, distanța radială a elementelor de agitare față de peretele interior al recipientului,fiind de maximum 20 mm, în partea superioară a recipientului sunt prevăzute orificii de alimentare cu celuloză mărunțită și cu amino-oxidul terțiar apos, lichid, iar în partea inferioară a acestui recipient este prevăzut un orificiu de evacuare pentru suspensia omogenă.

în mod avantajos se utilizează un dispozitiv în care unghiul de înclinare a este reglabil.

Invenția se mai referă la obținerea unei soluții de celuloză ce se poate profila, care se caracterizează prin aceea că o suspensie omogenă obținută prin aplicarea procedeului, conform invenției, se prelucrează prin evaporarea apei până devine o soluție de celuloză care se poate profila. Obținerea soluției de celuloză se realizează în mod adecvat într-un aparat de tratare în strat subțire. Un astfel de aparat de tratare în strat subțire este descris, de exemplu, în brevetul ΕΡηΑ-0356419. 0 formă de realizare a unui aparat de tratare în strat subțire este, de exemplu, un așa numit Filmtruder, așa cum este produs de firma Buss AG (Elveția). Un aparat de tratare în strat subțire mai este descris și în DE-OS 2011493.

în cererea PCT WO 94/06530 publicată în anul 1994 se folosește procedura tehnică a stratului subțire cunoscută din brevet ERA-0356419 pentru a ajunge, de la un amestec de celuloză într-o soluție apoasă a unui amino-oxid terțiar la o soluție care se poate profila. Procedeul este realizat în mod analog cu forma de realizare descrisă mai înainte în brevet EP-A-0356419 într-un filmtruder. Procedeul din cererea PCT WO 94/06530 își pune problema economisirii de energie și propune ca soluție pentru această problemă, rotirea mai înceată a rotorului.

Invenția de față se mai referă și la obținerea corpurilor profilate celulozice, care constă în aceea că o suspensie de celuloză obținută, conform invenției, se prelucrează devenind o soluție de celuloză care se poate profila, și care apoi se prelucrează în modul cunoscut în sine pentru obținerea de folii, fibre, membrane sau alte corpuri profilate.

Suspensia obținută, conform invenției, se poate alimenta printr-un dispozitiv de dozare direct în filmtruder și acolo se poate prelucra pentru obținerea soluției. Se poate ca și un extruder de degazare să se preteze pentru obținerea soluției. în ultimul caz însă, suspensia trebuie să fie prezentă într-o stare concentrată, deoarece un extruder de degazare are numai o capacitate de evaporare foarte limitată. Suspensia obținută, conform invenției, poate fi trecută și în alte dispozitive pentru a deveni soluția de celuloză. Apoi, suspensia mai poate fi supusă înainte de trecerea în starea de soluție și la o treaptă de măcinare.

Se dă, în continuare, un exemplu de aplicare a invenției, în legătură cu figura, care reprezintă o instalație cu care procedeul, conform invenției, poate fi realizat în mod corespunzător. Desenul prezintă în mod schematic construcția unui amestecător utilizat, conform invenției. Astfel de amestecătoare se comercializează sub denumirea de amestecătoare cu strat inelar de către firma Draiswerke GmbH, Mannheim,

Germania, sub marca K-TT.

RO 117260 Bl

Figura arată schematic în special o secțiune longitudinală a unui amestecător montat orizontal, care este format în principal dintr-un recipient cilindric 1 cu o manta dublă pentru o încălzire sau răcire indirectă a materialului care trebuie prelucrat, cu 145 un rotor 2 montat central în recipientul 1 cu plăcile transportoare 3 fixate de acesta și cu elementele cu vârful ascuțit 4. Rotorul este antrenat de către un motor 5.

Celuloza mărunțită se introduce în recipientul cilindric 1 prin orificiul de alimentare 6, este preluată de plăcile transportoare 3 și este transportată în interiorul recipietului 1. Rotorul 2 se rotește în acest timp, așa de repede încât, celuloza mă- 150 runțită este aruncată de plăcile transportoare datorită forței centrifuge pe peretele cilindric al recipientului și acolo este transportată sub forma unui strat în interiorul recipientului 1.

Soluția apoasă, lichidă de amino-oxid se adaugă prin conducta de alimnetare 7 în recipient. Conducta de alimnetare 7 ajunge aproape până la rotorul 2 și este 155 dispusă bineînțeles într-un spațiu liber dintre plăcile transportoare învecinate, respectiv, elementele cu vârful ascuțit, astfel, încât rotirea rotorului 2 să nu fie împiedicată. Prin forța centrifugă transmisă soluției de amino-oxid, această soluție este aruncată radial în afară, umezește mai întâi celuloza și se formează un amestec. Această fază de umezire este reprezentată hașurat în figură. în funcție de intensitatea 160 amestecării și de raportul dintre soluția de amino-oxid și celuloză se formează în timpul transportului amestecului peste peretele recipientului *1 o suspensie omogenă, care se extrage prin orificiul 8 și care poate fi folosită, fie imediat, fie după o altă prelucrare, de exemplu, printr-o treaptă de măcinare, pentru obținerea soluției de celuloză.

Elementele cu vârful ascuțit 4 sunt înclinate întrucâtva spre axa rotorului 2 și 165 pot să transporte astfel mai departe suspensia. Este esențial ca rotorul să fie rotit atât de repede, încât celuloza în amestec cu amino-oxidul să fie aruncată pe peretele recipientului și să formeze acolo un strat. Dacă raza recipientului este, de exemplu, 15 cm, atunci turația rotorului este, de exemplu, circa 700 rot/min, pentru a putea forma un strat. 170

Urmează explicarea mai detaliată și concretă a aplicării invenției.

Pentru obținerea suspensiei se utilizează un așa numit amestecător cu strat inelar K-TT 80 (din oțel superior] al firmei Draiswerke GmbH, Mannheim, Germania. Modul de funcționare al acestui amestecător este descris mai sus cu ajutorul desenului. 175

Amestecătorul cu strat inelar este alimentat pe oră, în mod continuu, cu 55 kg celuloză mărunțită cu o mărime a particulelor de maximum 4 mm și cu 375 kg de soluție apaosă conținând 75% în masă de N-metilmorfolin-N-oxid. Ca mediu de încălzire este folosită apă, cu o temperatură, de 75°C. în amestecătorul cu strat inelar este o presiune normală. Rotorul este rotit cu 700 rot/min. 180

S-au putut obține pe oră 430 kg de suspensie omogenă cu un conținut de substanță uscată, de 12,8% în masă celuloză și, cu o temperatură, de 65°C din amestecătorul inelar.

Suspensia obținută în amestecătorul cu strat inelar este alimentată, conform procedeului descris în brevetul EP-A-0356419, cu o temperatură, de 75°C într-un 185 filmtruder de tip Buss HS 0200, cu o viteză de 430 kg/h și acolo este transformată într-o soluție care se poate profila, și care are o concentrație de celuloză, de 15,0%.

RO 117260 Bl

Suprafața de încălzire a filmtruderului este încălzită cu abur saturat, la o temperatură, de 142°C. Viteza periferică a rotorului este, de 4 m/s și presiunea în filmtruder este, de 50 mbar. S-au eliminat circa 63 kg vapori de apă/h.

Cu parametrii de procedeu de mai sus s-au putut scoate pe oră din filmtruder circa 367 kg soluție ce celuloză care se poate profila, cu o temperatură, de 1O5°C.

Soluția care se poate profila obținută nu conține particule nedizolvate de celuloză, fapt dovedit prin investigare pe bază de cercetare microscopică, este degazată și a putut să fie prelucrată fără dificultăți cu ajutorul procedeelor cunoscute din cererile PCT WO 93/19230, respectiv, WO 95/07811 ale solicitantului, pentru a se obține fibre, respectiv folii.

Timpul de staționare a celulozei în amestecătorul cu strat inelar este, de 2 min. Aceasta înseamnă că este posibil cu ajutorul procedeului realizat de invenție, să se obțină numai în câteva minute din substanțele inițiale celuloză și soluție de amino-oxid, o suspensie omogenă, care poate fi transformată fără probleme, într-o soluție de celuloză care poate fi profilată.

Revendicări

Claims (10)

1. Procedeu pentru obținerea unei suspensii de celuloză într-un amino-oxid terțiar, apos, lichid, în care celuloza sfărâmată se amestecă cu amino-oxidul terțiar, apos, lichid, caracterizat prin aceea că, într-o primă fază celuloza sfărâmată se aduce în contact cu amino-oxidul terțiar, apos, lichid și se formează un prim amestec, iar într-o a doua fază acest amestec se întinde mecanic în formă de strat subțire pe o suprafață și este transportat sub amestecare intensă, peste această suprafață, până ce se obține o suspensie omogenă, care se extrage de pe suprafață, aceste două faze se efectuează, în mod continuu.

2. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că drept aminooxid terțiar, apos, lichid se utilizează o soluție în apă a amino-oxidului terțiar.

3. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că drept aminooxid terțiar, apos, lichid se utilizează un hidrat de amino-oxid terțiar topit.

4. Procedeu, conform revendicărilor 1...2, caracterizat prin aceea că se utilizează un amino-oxid terțiar, apos, lichid, care în timpul procesului prezintă o temperatură în intervalul 50...85°C.

5. Procedeu, conform revendicărilor 1...4, caracterizat prin aceea că primul amestec de celuloză adus în contact cu amino-oxidul terțiar apos este transportat întrun timp, de 1 ...5 min peste suprafață, întins sub forma unui strat subțire.

6. Procedeu, conform revendicărilor 1...5, caracterizat prin aceea că suspensia omogenă de celuloză obținută în modul defnit în revendicările 1...5 se prelucrează prin evaporare de apă pentru obținerea unei soluții de celuloză care se poate profila.

7. Procedeu, conform revendicării 6, caracterizat prin aceea că prelucrarea suspensiei de celuloză pentru obținerea soluției de celuloză ce se poate profila se realizează într-un aparat de tratare în strat subțire.

8. Procedeu, conform revendicărilor 6...7, caracterizat prin aceea că soluția de celuloză obținută care se poate profila se prelucrează într-un mod cunoscut în sine pentru obținerea de folii, fibre, membrane sau alte corpuri profilate.

RO 117260 Bl

235

9. Instalație pentru realizarea procedeului, definit în revendicările 1...5, caracterizata prin aceea că este alcătuită dintr-un vas (1) care poate fi încălzit sau răcit în mod indirect și care este executat sub formă de recipient prevăzut la interior cu un rotor (2) montat central și cu niște elemente de agitare (3 și 4) fixate pe acesta, care formează un unghi de înclinare a față de axul rotorului (2), pentru amestecarea și transportarea celulozei aduse în contact cu amino-oxidul terțiar, apos, lichid, distanța radială a elementelor de agitare (3 și 4] față de peretele interior al recipientului (1) este de maximum 20 mm, în partea superioară a recipientului (1) sunt prevăzute cu un orificiu (6) și o conductă (7) pentru alimentarea cu celuloză mărunțită și respectiv, pentru alimentarea cu amino-oxid terțiar, apos, lichid, iar în partea inferioară a recipientului este prevăzut un orificiu de evacuare (8) pentru suspensia omogenă.

10. Instalație, conform revendicării 9, caracterizată prin aceea că unghiul de înclinare a este variabil.