RU2637959C1 - Device for oxidating polyacrylonitrile fibres by producing carbon fibres - Google Patents
Device for oxidating polyacrylonitrile fibres by producing carbon fibres Download PDFInfo
- Publication number
- RU2637959C1 RU2637959C1 RU2016130954A RU2016130954A RU2637959C1 RU 2637959 C1 RU2637959 C1 RU 2637959C1 RU 2016130954 A RU2016130954 A RU 2016130954A RU 2016130954 A RU2016130954 A RU 2016130954A RU 2637959 C1 RU2637959 C1 RU 2637959C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fibres
- channels
- chamber
- fibers
- fan
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
- D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
- D01F9/12—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
- D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
- D01F9/12—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
- D01F9/14—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments
- D01F9/20—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products
- D01F9/21—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products from macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
- D01F9/22—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products from macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds from polyacrylonitriles
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к оборудованию для производства химических волокон, в частности к печи для непрерывной низкотемпературной обработки полиакрилонитрильных волокон при производстве углеродных волокон.The invention relates to equipment for the production of chemical fibers, in particular to a furnace for continuous low-temperature processing of polyacrylonitrile fibers in the production of carbon fibers.
Из уровня техники известна камера для непрерывной температурной обработки длинномерного материала (ПАН-волокон), включающая корпус проходного типа с отверстиями на торцах для входа и выхода материала, направляющие валы, расположенные за пределами корпуса, перфорированные средства подачи обрабатывающей среды, размещенные в корпусе между осями отверстий для подачи материала, в которой средства подачи обрабатывающей среды выполнены в виде конусообразных коробов, установленных навстречу друг другу в направлении уменьшения сечения, а оси отверстий для подачи материала, между которыми размещен патрубок, за пределами корпуса выполнены пересекающимися. Камера снабжена герметизирующими перегородками, размещенными в корпусе между отверстиями для подачи материала (патент RU 2017867, МПК D01F 9/12, В29В 13/02, 15.08.1994).The prior art camera for continuous temperature processing of long material (PAN fibers), comprising a through-type housing with holes at the ends for material input and output, guide shafts located outside the housing, perforated media for supplying the processing medium located in the housing between the axes openings for supplying material in which the means of supplying the processing medium are made in the form of cone-shaped boxes installed towards each other in the direction of decreasing the cross section, and the axis openings for supplying material, between which the pipe is placed, outside the housing are made intersecting. The chamber is equipped with sealing partitions located in the housing between the holes for supplying material (patent RU 2017867, IPC D01F 9/12, B29B 13/02, 08/15/1994).
Наличие герметизирующих перегородок в конструкции камеры позволяет, как заявлено в данном патенте, на разных участках камеры использовать различную обрабатывающую среду, которая повышает качество выходного материала. Однако в системе отсоса различные среды будут смешиваться, поскольку конусообразный короб отсоса забирает газ с двух сторон перегородки, при этом вторичное применение этих сред исключается, они будут утилизироваться. Следовательно, исключается возможность применения энергоэкономичной системы рециркуляции газов.The presence of sealing partitions in the design of the chamber allows, as stated in this patent, to use different processing media in different parts of the chamber, which improves the quality of the output material. However, in the suction system, various media will mix, since a cone-shaped suction box takes gas from both sides of the partition, and the secondary use of these media is eliminated, they will be disposed of. Consequently, the possibility of using an energy-efficient gas recirculation system is excluded.
В известной конструкции камеры заявлена возможность на выбранном участке волокна осуществлять эффективную фильтрацию газа для подавления экзотермического эффекта. Однако и эта функция возможна только без применения системы рециркуляции газов, поскольку каждый нагнетающий конусообразный короб должен иметь индивидуальную регулировку расхода и температуры газовой среды. Такое конструктивное решение камеры для непрерывной температурной обработки исключает возможность создания равнозначных температур и скоростей газовых потоков на разных участках камеры. Рассмотренная камера энергетически неэффективна и приведет к удорожанию готового материала.In the known design of the chamber, it is claimed that it is possible to carry out effective gas filtration in a selected fiber section to suppress the exothermic effect. However, this function is possible only without the use of a gas recirculation system, since each pumping cone-shaped box must have an individual adjustment of the flow rate and temperature of the gas medium. Such a constructive solution of the chamber for continuous heat treatment excludes the possibility of creating equal temperatures and velocities of gas flows in different parts of the chamber. The considered chamber is energy inefficient and will lead to a rise in the cost of the finished material.
Известно устройство для окисления полиакрилонитрильных волокон, содержащее предкамеры с транспортирующими роликами, патрубками для отсоса газообразных продуктов пиролиза и штуцерами для подсоса свежего воздуха, камеру окисления, связанную посредством трубопроводов с вентилятором и электрокалорифером. Камера окисления снабжена щелевыми каналами для перемещения нитей и локализации газовых выделений. Каждый щелевой канал образован двумя плоскими пластинами, которые могут быть сопряжены с одной или с обоих торцов (патент RU 2042753, МПК D01F 9/14, 27.08.1995) - прототип.A device for the oxidation of polyacrylonitrile fibers containing prechambers with conveying rollers, nozzles for suctioning gaseous products of pyrolysis and fittings for suctioning fresh air, an oxidation chamber connected through pipelines to a fan and an electric heater. The oxidation chamber is equipped with slotted channels for moving filaments and localizing gas emissions. Each slotted channel is formed by two flat plates that can be paired with one or both ends (patent RU 2042753, IPC
В известном устройстве в процессе окисления в щелевых каналах транспортируются нити, изолированные от прямого воздействия циркулирующей окислительной среды. При этом как нагрев нитей для обеспечения протекания окислительной реакции, так и унос экзотермического тепла от нитей осуществляется по цепочке: вентилятор → электрокалорифер → поток нагретой окислительной среды → стенки щелевых каналов → окислительная среда в щелевых каналах → обрабатываемые нити. Эта система по передаче тепла, ввиду длинной цепочки теплопередачи, обладает высокой инерционностью. При отборе экзотермического тепла такая температурная цепочка неэффективна. Так, при поступлении в систему управления сигнала о перегреве нитей, электрокалорифер получит команду на понижение температуры, затем начнет понижаться температура окислительной среды, затем начнет понижаться температура стенок щелевых каналов, затем начнет понижаться температура окислительной среды в щелевых каналах и, наконец, пониженная температура достигнет обрабатываемых нитей. На практике на печах окисления, имеющих высокую инерционность системы по передаче тепла, имеют место случаи, когда нити вовремя не охлаждаются и самовозгораются, случаются пожары в рабочих камерах. В конструкции устройства не предусмотрены средства организованной подачи окислительной среды - воздуха - в щелевые каналы. В предкамеры поступает воздух с нормальной температурой +20°С и в щелевые каналы этот воздух увлекается движущимися нитями. Но нити по мере окисления изменяют свои геометрические размеры, следовательно, и количество холодного воздуха, поступающего в щелевые каналы, с каждым проходом изменятся, нет стабильной окислительной среды. Процесс окисления будет неустойчив. Рассмотренное устройство для применения способа окисления полиакрилонитрильных нитей технически небезопасно и не обеспечит стабильное и эффективное протекание реакции окисления.In the known device during the oxidation process in the slotted channels are transported strands isolated from the direct influence of the circulating oxidizing medium. At the same time, both heating of the filaments to ensure the occurrence of the oxidative reaction, and the entrainment of exothermic heat from the filaments is carried out along the chain: fan → electroheater → flow of the heated oxidizing medium → walls of the slotted channels → oxidizing medium in the slotted channels → processed threads. This heat transfer system, due to the long heat transfer chain, has a high inertia. When exothermic heat is removed, such a temperature chain is inefficient. So, upon receipt of a signal on the overheating of the filaments in the control system, the electroheater will receive a command to lower the temperature, then the temperature of the oxidizing medium will begin to decrease, then the temperature of the walls of the slotted channels will begin to decrease, then the temperature of the oxidizing medium in the slotted channels will begin to decrease, and finally, the lowered temperature will reach processed threads. In practice, in oxidation furnaces having a high inertia of the heat transfer system, there are cases when the threads do not cool in time and self-ignite, fires occur in the working chambers. The device’s design does not provide means for the organized supply of an oxidizing medium - air - into slotted channels. Air with a normal temperature of + 20 ° C enters the prechambers and this air is entrained in moving filaments in slotted channels. But the filaments, as they oxidize, change their geometrical dimensions, therefore, the amount of cold air entering the slotted channels will change with each passage, there is no stable oxidizing environment. The oxidation process will be unstable. The considered device for applying the method of oxidation of polyacrylonitrile threads is technically unsafe and will not provide a stable and effective oxidation reaction.
Техническим результатом при использовании заявленного изобретения является повышение эффективности термообработки полиакрилонирильных волокон (ПАН-волокон) за счет обеспечения стабильной окислительной среды, а именно равнозначности температур и скоростей газовых потоков, обтекающих нити в каналах каждой температурной зоны камеры окисления.The technical result when using the claimed invention is to increase the efficiency of heat treatment of polyacrylonyl fibers (PAN fibers) by providing a stable oxidizing environment, namely the equivalence of temperatures and velocities of gas flows flowing around the threads in the channels of each temperature zone of the oxidation chamber.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для окисления полиакрилонитрильных волокон при производстве углеродных волокон содержит корпус со съемными торцевыми стенками, имеющими проходные окна для входа и выхода обрабатываемых волокон, направляющие валы, расположенные за пределами корпуса, внутри которого размещена камера окисления с каналами для перемещения волокон, объединенными в несколько температурных зон, каждая из которых связана с, по меньшей мере, одним калорифером и вентилятором, а также средства для удаления отработанных газов из камеры окисления и средства для обогащения окисляющей среды, при этом температурные зоны выполнены изолированными друг от друга, каждая из которых снабжена ресиверной полостью и аспирационной полостью, причем каждая ресиверная полость соединена с нагнетающим каналом вентилятора посредством перфорированной стенки и с каналами для перемещения волокон с одной стороны камеры, а каждая аспирационная полость соединена с каналами для перемещения волокон с другой, противоположной стороны камеры, и с всасывающим каналом калорифера, при этом средства для удаления отработанных газов из камеры окисления соединены с нагнетающим каналом вентилятора, а средства для обогащения окисляющей среды соединены с всасывающим каналом калорифера.The specified technical result is achieved in that the device for the oxidation of polyacrylonitrile fibers in the production of carbon fibers comprises a housing with removable end walls having passage windows for entering and exiting the processed fibers, guide shafts located outside the housing, inside which an oxidation chamber with channels for moving fibers combined in several temperature zones, each of which is associated with at least one air heater and fan, as well as means for removal of exhaust gases from the oxidation chamber and means for enriching the oxidizing medium, while the temperature zones are made isolated from each other, each of which is equipped with a receiver cavity and an aspiration cavity, each receiver cavity connected to the blower channel of the fan through a perforated wall and with channels for moving fibers on one side of the chamber, and each suction cavity is connected to channels for moving fibers on the other, opposite side of the chamber, and on the suction m channel of the heater, while the means for removing exhaust gases from the oxidation chamber are connected to the blower channel of the fan, and the means for enriching the oxidizing medium are connected to the suction channel of the heater.
Кроме того, указанный выше технический результат достигается тем, что средства для удаления отработанных газов и средства для обогащения окисляющей среды выполнены в виде патрубков с дросселями.In addition, the above technical result is achieved in that the means for removing exhaust gases and means for enriching the oxidizing medium are made in the form of nozzles with chokes.
Заявленное изобретение иллюстрируется чертежами, где:The claimed invention is illustrated by drawings, where:
на фиг. 1 изображен продольный разрез четырехзонного устройства окисления ПАН-волокон при производстве углеродных волокон, общий вид;in FIG. 1 shows a longitudinal section of a four-zone device for the oxidation of PAN fibers in the production of carbon fibers, general view;
на фиг. 2 изображено то же, разрез А-А на фиг. 1;in FIG. 2 shows the same, section AA in FIG. one;
на фиг. 3 изображено то же, разрез А-А с двухсторонним нагнетанием окисляющей среды.in FIG. Figure 3 shows the same section AA with two-sided injection of an oxidizing medium.
Устройство для окисления ПАН-волокон (фиг. 1-3) содержит корпус 1. Внутри корпуса 1 размещена камера окисления 2 с каналами 3 для перемещения обрабатываемых волокон 4. Корпус 1 имеет торцевые съемные стенки 5, в которых выполнены щелевые проходные окна 6 для входа и выхода обрабатываемых волокон 4. Щелевые проходные окна 6 оснащены затворами 7, препятствующими проходу отработанных газов в пространство цеха и наоборот, цеховой атмосферы в камеру окисления 2. Каналы 3 для перемещения волокон 4 выполнены изолированными друг от друга с образованием температурных зон 8. Каждая температурная зона 8 снабжена с одной стороны камеры ресиверной полостью 9, а с другой стороны камеры - аспирационной полостью 10.The device for the oxidation of PAN fibers (Fig. 1-3) contains a
Каждая ресиверная полость 9 соединена с нагнетающим каналом 11 вентилятора 12 через перфорированную стенку аэродинамического сопротивления 13 и с каналами 3 для перемещения волокон 4 соответствующей температурной зоны 8 с одной стороны камеры 2.Each
Каждая аспирационная полость 10 соединена с каналами 3 соответствующей температурной зоны 8 с другой, противоположной стороны камеры 2, и с всасывающим каналом 14 калорифера 15.Each
Каждый нагнетающий канал 11 вентилятора 12 соединен с газоотводным патрубком 16, оснащенным дросселем концентрации газов 17. Каждый всасывающий канал 14 соединен с приточным патрубком разряжения 18, оснащенным вакуумирующим дросселем 19. За пределами корпуса 1 расположены направляющие валы 20 для транспортирования обрабатываемых волокон 4 в камеру окисления 2.Each
Устройство для окисления ПАН-волокон при производстве углеродных волокон работает следующим образом.A device for the oxidation of PAN fibers in the production of carbon fibers works as follows.
ПАН-волокна 4 протягивают по каналам 3 камеры окисления 2, входя и выходя из корпуса 1 через щелевидные проходные окна 6. За пределами корпуса 1 волокна меняют направление движения, огибая направляющие валы 20. При движении через каналы 3 ПАН-волокна 4 обдувают окисляющей средой, поступающей из ресиверной полости 9. При этом температура и скорость газовых потоков во всех каналах 3 температурной зоны 8 будет равнозначной. Это обусловлено тем, что в ресиверной полости 9 создается однородная по температуре и плотности окислительная среда повышенного давления относительно пространства в каналах 3. Создание такой среды достигается равноплотным потоком газов, проходящих через перфорированную стенку аэродинамического сопротивления 13 от нагнетающего канала 11 вентилятора 12. Давление газов в ресиверной полости 9 будет выше, чем давление в каналах 3, за счет повышенной скорости газовых потоков в каналах 3 относительно скорости движения газов в ресиверной полости 9. При увеличении скорости потока в трубопроводе давление в нем уменьшается. Это явление аэродинамики используется в заявленном изобретении для создания равнозначных по скорости газовых потоков в каналах 3 камеры окисления 2.
Для удаления отработанных газов из камеры окисления 2 к нагнетающему каналу 11 вентилятора 12 присоединен газоотводный патрубок 16, оснащенный дросселем концентрации газов 17. Для обогащения окисляющей среды кислородом всасывающий канал 14 калорифера 15 соединен с приточным патрубком разряжения 18. Патрубок разряжения 18 оснащен вакуумирующим дросселем 19. Уменьшение подачи свежего воздуха обеспечивает уменьшение давления в системе газоснабжения камеры окисления 2. При этом возрастает эффективность работы затворов 7.To remove the exhaust gases from the
Заявленное устройство может иметь два конструктивных исполнения в зависимости от требуемой производительности. Одно исполнение выполнено с односторонним нагнетанием окисляющей среды в температурные зоны и второе с двухсторонним нагнетанием окисляющей среды.The claimed device may have two designs depending on the required performance. One design is made with one-sided injection of the oxidizing medium into the temperature zones and the second with two-sided injection of the oxidizing medium.
Предложенная конструкция устройства обеспечивает эффективный устойчивый процесс обработки полиакрилонитрильных нитей. Это достигается посредством создания равнозначных условий по составу, скорости и температуре газовых потоков в каналах каждой температурной зоны для протекания реакции окисления.The proposed design of the device provides an effective stable process for processing polyacrylonitrile threads. This is achieved by creating equal conditions for the composition, speed and temperature of gas flows in the channels of each temperature zone for the oxidation reaction to occur.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016130954A RU2637959C1 (en) | 2016-07-28 | 2016-07-28 | Device for oxidating polyacrylonitrile fibres by producing carbon fibres |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016130954A RU2637959C1 (en) | 2016-07-28 | 2016-07-28 | Device for oxidating polyacrylonitrile fibres by producing carbon fibres |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2637959C1 true RU2637959C1 (en) | 2017-12-08 |
Family
ID=60581523
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016130954A RU2637959C1 (en) | 2016-07-28 | 2016-07-28 | Device for oxidating polyacrylonitrile fibres by producing carbon fibres |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2637959C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4545762A (en) * | 1982-10-28 | 1985-10-08 | Toray Industries, Inc. | Apparatus for producing oxidized filaments |
RU2017867C1 (en) * | 1991-11-25 | 1994-08-15 | Научно-исследовательский институт тепловых процессов | Chamber for continuous heat treatment of long materials |
RU2042753C1 (en) * | 1993-04-07 | 1995-08-27 | Научно-инженерный центр "Углехимволокно" | Method for oxidation of polyacrylonitrile threads in production of carbon fibers and device for its realization |
RU2046846C1 (en) * | 1991-11-25 | 1995-10-27 | Научно-исследовательский институт тепловых процессов им.М.В.Келдыша | Carbonization furnace for making carbon fibrous materials |
RU70259U1 (en) * | 2007-08-14 | 2008-01-20 | Андрей Алексеевич Харитонов | DEVICE FOR THERMAL PROCESSING OF THE PREDATOR FOR THE PURPOSE OF PRODUCING FROM IT CARBON FIBER |
-
2016
- 2016-07-28 RU RU2016130954A patent/RU2637959C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4545762A (en) * | 1982-10-28 | 1985-10-08 | Toray Industries, Inc. | Apparatus for producing oxidized filaments |
RU2017867C1 (en) * | 1991-11-25 | 1994-08-15 | Научно-исследовательский институт тепловых процессов | Chamber for continuous heat treatment of long materials |
RU2046846C1 (en) * | 1991-11-25 | 1995-10-27 | Научно-исследовательский институт тепловых процессов им.М.В.Келдыша | Carbonization furnace for making carbon fibrous materials |
RU2042753C1 (en) * | 1993-04-07 | 1995-08-27 | Научно-инженерный центр "Углехимволокно" | Method for oxidation of polyacrylonitrile threads in production of carbon fibers and device for its realization |
RU70259U1 (en) * | 2007-08-14 | 2008-01-20 | Андрей Алексеевич Харитонов | DEVICE FOR THERMAL PROCESSING OF THE PREDATOR FOR THE PURPOSE OF PRODUCING FROM IT CARBON FIBER |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI524044B (en) | Oven for fiber heat treatment | |
CN109972234B (en) | Tow parallel oxidation furnace and oxidation equipment capable of realizing multi-working-temperature | |
JP7078708B2 (en) | Flue gas mixer and method | |
CN205099809U (en) | Preliminary heat treatment in oxidizing stove of carbon fiber | |
US9809909B2 (en) | Fiber oxidation oven with multiple independently controllable heating systems | |
ES8100789A1 (en) | Process and apparatus for drying compact vitrifiable mixtures. | |
US4559010A (en) | Apparatus for producing oxidized filaments | |
CN210826467U (en) | Pre-oxidation furnace | |
RU2637959C1 (en) | Device for oxidating polyacrylonitrile fibres by producing carbon fibres | |
CN202247061U (en) | Initiative top-down air-blowing type oxidization furnace | |
KR101630567B1 (en) | Method for producing carbon fiber bundle and heating furnace for carbon fiber precursor fiber bundle | |
GB2148866A (en) | Method and system for producing carbon fibers | |
CN110983542A (en) | Polyimide fiber filament heat treatment device | |
RU2648316C2 (en) | Polyacrylonitrilic fibers oxidation furnace for manufacture of carbon fibers | |
RU180584U1 (en) | DEVICE FOR CONTINUOUS THERMO-OXIDATIVE STABILIZATION OF LONG-DIMENSIONAL FIBROUS MATERIALS | |
RU2019130493A (en) | METHOD AND SYSTEM FOR REGULATING AIR FLOW THROUGH ANNEALING FURNACE DURING OPTICAL FIBER PRODUCTION | |
CN212791708U (en) | Far infrared drying tunnel device | |
CN205949245U (en) | Steel pipe coating hot -blast furnace | |
CN108289458B (en) | Oven with improved traction | |
CN216620637U (en) | Double-track tunnel kiln | |
CN217726098U (en) | Online rubberizing stoving integrated device | |
CN109652632B (en) | Heat treatment furnace | |
CN218842432U (en) | Modularized heating partition structure in oxidation furnace | |
US1556260A (en) | Construction and operation of tunnel kilns | |
CN106076768A (en) | Pipe plastic coating air stove |