WO2000073544A1 - Spinnvorrichtung zum verspinnen schmelzflüssiger polymere und verfahren zum beheizen der spinnvorrichtung - Google Patents

Spinnvorrichtung zum verspinnen schmelzflüssiger polymere und verfahren zum beheizen der spinnvorrichtung Download PDF

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WO2000073544A1
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heating
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polymer
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Inventor
Rainer Tietze
Heinz-Dieter Beeck
Thomas Gries
Werner Mrose
Richard Prehler
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Lurgi Zimmer Aktiengesellschaft
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Classifications

    • 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
    • D01D1/00—Treatment of filament-forming or like material
    • D01D1/06—Feeding liquid to the spinning head
    • D01D1/09—Control of pressure, temperature or feeding rate

Definitions

  • the invention relates to a device for spinning liquid polymer for producing polymer filaments, the liquid polymer flowing through a polymer line with a first heating jacket to a spinning pump with a second heating jacket, which conveys the polymer through several lines to spin packs and through spinnerets squeezes out to form filaments, the lines downstream of the spinning pump, the spinning packs and the spinnerets being located in at least one spinning housing through which heating fluid flows, and a method for heating the spinning device.
  • Spinning devices with heating of this type are known from DE 196 24 946 AI and DE 198 09 495 AI.
  • the various heated parts of the system are kept at approximately the same temperature level as is specified by the heating fluid used.
  • the invention has for its object to ensure that the molten polymer in front of the spinning housing, regardless of the temperature in the spinning housing, can be kept at the lowest possible temperature in order to exclude damage to the polymer as possible.
  • this is achieved in the above-mentioned spinning device in that there is a distance of at least 5 mm and preferably at least 10 mm between the spinning housing through which heating fluid flows and on the other hand between the first and second heating mantles and the spinning pump. This distance ensures thermal decoupling and prevents the polymer from being kept at the lowest possible temperature as long as it has not yet entered the heated spinning housing. In this way, damage in the flowing polymer, which could arise from relatively high temperatures, is completely or largely excluded.
  • heating fluids which are provided at different temperatures in two storage containers.
  • a heating fluid is such.
  • B. diphyl which is commercially available in different modifications, with the same heating fluid or different heating fluids can be kept in both storage containers.
  • the area between the spinning housing on the one hand and on the other hand the first and second heating jacket is kept free of heating fluid. This maintains the desired temperature differences during operation.
  • the supply of heating fluid to the first and second heating mantles can be coupled in many cases; it is possible to pass the heating fluid coming from the reservoir first through the first heating jacket and then through the second heating jacket or in the reverse order to proceed. Most of the time, the first and second heating mantles will be heated with liquid heating fluid. It is also possible to operate the first and second heating mantles with separate heating circuits.
  • the polymer used is e.g. B. polyester or polyamide.
  • the liquid polymer usually comes from an extruder for melting polymer granules or from a polymerization reactor.
  • the polymer enters the spinning pump at temperatures in the range of about 270 to 300 ° C and is forced out through the spinnerets at temperatures of about 295 to 320 ° C.
  • Fig. 1 shows the spinning device in a schematic
  • the main parts of the spinning device according to FIG. 1 are the spinning housing (1), which is also referred to as a spinning beam, with a plurality of spin packs (2) and spinnerets (3), the spinning pump (4) and the extruder or polymerization reactor (5), of which the liquid polymer through a feed line (6) flows to the pump (4). From there, the polymer is fed into the spin packs (2) through outlet lines (7), only one of which is shown.
  • the spinning housing (1) has a heating space (8), which is usually heated with vaporous heating fluid.
  • the heating jackets and also the heating room (8) are provided with supply and discharge lines for heating fluid, not shown; this is discussed in more detail in FIGS. 2 and 3.
  • a pump (10) can be provided in the feed line (6) if the polymer does not come from an extruder, but from a polymerization reactor (5).
  • the spinning pump (4) is located on a support structure (12) that is not heated and also the feed line (6) and the spinning housing
  • the shaft (4b) of the pump (4) leads to an electric motor, not shown.
  • the feed line (6) is surrounded by a heating jacket (6a), which is referred to here as the "first heating jacket *.
  • the spinning pump (4) is located inside a heating jacket (4a), which is referred to here as "second heating jacket” 1 .
  • the polymer In the area of the line (6) and the spinning pump (4), the polymer should be kept at the lowest possible temperatures, but still remain flowable.
  • the temperature of the polymer in line (7) inevitably rises by about 13 to 15 ° C. due to the pressure increase caused by the pump (4), and the highest temperature lies in the spin packs
  • the hot area leading to the spinning housing (1) and belongs to its heating chamber (8) is separated by a distance of at least 5 mm and preferably at least 10 mm from the colder area, given by the two heating jackets (4a) and (6a) and the spinning pump (4).
  • the distance which is realized by the support structure (12), brings about a thermal decoupling of the two areas, so that the hotter area does not undesirably heat the colder area.
  • the heating of the spinning housing (1), the area of the spinning pump (4) and the line (6) can be carried out largely independently of one another in various ways, since heating fluid is kept at a different temperature in a first storage container (14) and a second storage container (15) will (see Figs. 2 and 3).
  • the liquid polymer comes from a polymerization reactor (5) at about 278 ° C.
  • the pump (10) e.g. a gear pump
  • the filaments run down through a shaft (17) to a winding device.
  • Vapor-shaped heating fluid comes from the first storage container (14) and flows through the line (9) into the heating space (8) and then through the line
  • the polymer comes from an extruder (5), in which polyester or possibly also polyamide is preferably processed.
  • Vapor-shaped heating medium is fed through line (9) into the heating room (8) and from there through line (22) directly into the condenser (20) and from there back.
  • Heating fluid which is preferably liquid, comes from the second storage container (15) and first reaches the second heating jacket (4a) in the line (25) and from there through the line (26) to the first heating jacket (6a).
  • the return is made through line (24).
  • Polyester is spun and diphyl is used as the heating fluid both in the first storage container (14) and in the second storage container (15).
  • the distance between the heated spinning housing (1) and the colder area of the two heating jackets with the spinning pump (4) is 20 mm.
  • the heating fluid of line (23) has a temperature of 280 ° C.
  • the temperature in the area of the nozzles (3) is 310 ° C.
  • the heating fluid vapor of the lines (9) and (18) has the same temperature.
  • the temperature in the outlet line (7) is 296 ° C.
  • the temperature rise in the polymer, caused by the pressure increase by the spinning pump (4), is 14 ° C, and the pump (10) increases the temperature of the polymer by 20 ° C.
  • the heating fluid has in the line (9) a temperature of 315 ° C and in the lines (25) and (26) of 298 ° C.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Spinning Methods And Devices For Manufacturing Artificial Fibers (AREA)
  • Artificial Filaments (AREA)

Abstract

In der Spinnvorrichtung wird flüssiges Polymer durch eine Polymerleitung (6) mit einem ersten Heizmantel (6a) zu einer Spinnpumpe (4) wird das Polymer durch mehrere Leitungen (7) zu Spinnpaketen (2) gefördert und durch Spinndüsen (3) zur Bildung von Filamenten (16) ausgepreßt. Die der Spinnpumpe (4) nachgeschalteten Leitungen (7), die Spinnpakete (2) und die Spinndüsen (3) befinden sich in mindestens einem Spinngehäuse (1), das von Heizfluid durchströmt wird. Zwischen dem von Heizfluid durchströmten Spinngehäuse (1) einerseits und andererseits dem ersten (6a) und zweiten Heizmantel und der Spinnpumpe (4) besteht ein Abstand von mindestens 5 mm, um eine thermische Entkoppelung zu erreichen. Beim Verfahren zum Beheizen der Spinnvorrichtung leitet man dampfförmiges Heizfluid aus einem ersten Vorratsbehälter (14) in das Spinngehäuse (1), und Heizfluid aus einem zweiten Vorratsbehälter (15) wird in den ersten (6a) und/oder zweiten Heizmantel geleitet. Die Temperatur des dem Spinngehäuse (1) zugeführten Heizfluids ist um 10 bis 40 °C höher als die Temperatur des Heizfluids, das dem ersten (6a) und/oder zweiten Heizmantel (4a) zugeführt wird.

Description

Spinnvorrichtung zum Verspinnen schmelzflüssiger Polymere und Verfahren zum Beheizen der Spinnvorrichtung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verspinnen von flüssigem Polymer zum Erzeugen von Polymer-Filamenten, wobei das flüssige Polymer durch eine Polymerleitung mit einem ersten Heizmantel zu einer Spinnpumpe mit einem zweiten Heizmantel fließt, welche das Polymer durch mehrere Leitungen zu Spinnpaketen fördert und durch Spinndüsen nach unten zur Bildung von Filamenten auspreßt, wobei sich die der Spinnpumpe nachgeschalteten Leitungen, die Spinnpakete und die Spinndüsen in mindestens einem Spinngehäuse befinden, das von Heizfluid durchströmt wird, sowie ein Verfahren zum Beheizen der Spinnvorrichtung. Spinnvorrichtungen mit Beheizung dieser Art sind aus DE 196 24 946 AI und DE 198 09 495 AI bekannt. Hierbei werden die verschiedenen beheizten Anlagenteile etwa auf dem gleichen Temperaturniveau gehalten, welches durch das verwendete Heizfluid vorgegeben ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dafür zu sorgen, daß das schmelzflüssige Polymer vor dem Spinngehäuse, unabhängig von der Temperatur im Spinngehäuse, auf möglichst niedriger Temperatur gehalten werden kann, um Schädigungen des Polymers möglichst auszuschließen. Erfindungsgemäß wird dies bei der eingangs genannten Spinnvorrichtung dadurch erreicht, daß zwischen dem von Heizfluid durchströmten Spinngehäuse einerseits und andererseits dem ersten und zweiten Heizmantel und der Spinnpumpe ein Abstand von mindestens 5 mm und vorzugsweise mindestens 10 mm besteht. Dieser Abstand sorgt für eine thermische Entkoppelung und verhindert, daß das Polymer, solange es noch nicht in das beheizte Spinngehäuse eingetreten ist, auf möglichst niedriger Temperatur gehalten wird. Auf diese Weise werden Schädigungen im fließenden Polymer, die durch relativ hohe Temperaturen entstehen könnten, ganz oder weitgehend ausgeschlossen.
Zusätzlich zur örtlichen Abtrennung des heißen Spinngehäuses ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung empfehlenswert, das Verfahren zum Beheizen der Spinnvorrichtung geeignet durchzuführen. Zu diesem Zweck leitet man von einem ersten Vorratsbehälter dampfförmiges Heizfluid in das Spinngehäuse und führt daraus Heizfluid ab, man leitet Heizfluid aus einem zweiten Vorratsbehälter in den ersten und/oder zweiten Heizmantel, und man sorgt dafür, daß die Temperatur des dem Spinngehäuse zugeführten dampfförmigen Heizfluids um 10 bis 40°C höher ist als die Temperatur des Heizfluids, das dem ersten und/oder zweiten Heizmantel zugeführt wird.
Man arbeitet mit Heizfluids, die mit unterschiedlicher Temperatur in zwei Vorratsbehältern bereitgestellt werden. Als Heizfluid eignet sich z. B. Diphyl, das in unterschiedlichen Modifikationen handelsüblich ist, wobei man in beiden Vorratsbehältern das gleiche Heizfluid oder auch unterschiedliche Heizfluids bereithalten kann. Um die Temperaturunterschiede einerseits im Bereich der Spinnpumpe und der Polymer-Zuleitung und andererseits im Spinngehäuse aufrechtzuerhalten, wird der Bereich zwischen dem Spinngehäuse einerseits und andererseits dem ersten und zweiten Heizmantel von Heizfluid freigehalten. Dadurch werden die gewünschten Temperaturunterschiede während des Betriebs aufrechterhalten.
Die Zufuhr von Heizfluid zum ersten und zweiten Heizmantel kann in vielen Fällen gekoppelt werden; dabei ist es möglich, das vom Vorratsbehälter kommende Heizfluid zuerst durch den ersten Heizmantel und dann durch den zweiten Heizmantel zu führen oder aber in umgekehrter Reihenfolge zu verfahren. Zumeist wird man den ersten und zweiten Heizmantel mit flüssigem Heizfluid beheizen. Es ist ferner möglich, den ersten und zweiten Heizmantel auch mit getrennten Heizkreisläufen zu betreiben.
Als Polymer verwendet man z. B. Polyester oder Polyamid. Das flüssige Polymer kommt üblicherweise aus einem Extruder zum Aufschmelzen von Polymer-Granulat oder aber aus einem Polymerisationsreaktor. Das Polymer tritt mit Temperaturen etwa im Bereich von 270 bis 300°C in die Spinnpumpe ein, und es wird mit Temperaturen von etwa 295 bis 320°C durch die Spinndüsen ausgepreßt.
Ausgestaltungsmöglichkeiten der Vorrichtung und des Verfahrens werden mit Hilfe der Zeichnung erläutert, es zeigt:
Fig. 1 die Spinnvorrichtung in schematischer
Darstellung und Fig. 2 und Fig. 3 Varianten der Zuführung von Heizfluid zur
Spinnvorrichtung .
Die Hauptteile der Spinnvorrichtung gemäß Fig. 1 sind das Spinngehäuse (1), das auch als Spinnbalken bezeichnet wird, mit mehreren Spinnpaketen (2) und Spinndüsen (3), die Spinnpumpe (4) und der Extruder oder Polymerisationsreaktor (5), von welchem das flüssige Polymer durch eine Zuleitung (6) zur Pumpe (4) strömt. Von dort wird das Polymer durch Austrittsleitungen (7), von denen nur eine dargestellt ist, in die Spinnpakete (2) geführt. Das Spinngehäuse (1) weist einen Beheizungsraum (8) auf, der üblicherweise mit dampfförmigem Heizfluid beheizt wird. Die Heizmäntel und auch der Beheizungsraum (8) sind mit nicht dargestellten Zu- und Ableitungen für Heizfluid versehen; in Fig. 2 und 3 wird darauf näher eingegangen.
In der Zuleitung (6) kann eine Pumpe (10) vorgesehen sein, wenn das Polymer nicht von einem Extruder, sondern von einem Polymerisationsreaktor (5) kommt. Die Spinnpumpe (4) befindet sich auf einer Stützkonstruktion (12), die nicht beheizt ist und auch die Zuleitung (6) und das Spinngehäuse
(1) verbindet. Die Welle (4b) der Pumpe (4) führt zu einem nicht dargestellten Elektromotor. Die Zuleitung (6) ist von einem Heizmantel (6a) umgeben, der hier als „erster Heizmantel* bezeichnet wird. Die Spinnpumpe (4) befindet sich im Innern eines Heizmantels (4a), der hier als „zweiter Heizmantel"1 bezeichnet wird.
Im Bereich der Leitung (6) und der Spinnpumpe (4) soll das Polymer auf möglichst niedrigen Temperaturen gehalten werden, aber noch fließfähig bleiben. In der Leitung (7) steigt die Temperatur des Polymers durch die von der Pumpe (4) bewirkte Druckerhöhung zwangsläufig um etwa 13 bis 15°C an, und die höchste Temperatur liegt in den Spinnpaketen
(2) vor. Der heiße Bereich, der zum Spinngehäuse (1) und seiner Beheizungskammer (8) gehört, ist durch einen Abstand von mindestens 5 mm und vorzugsweise mindestens 10 mm vom kälteren Bereich, gegeben durch die beiden Heizmäntel (4a) und (6a) und die Spinnpumpe (4), örtlich getrennt. Der Abstand, der durch die Stützkonstruktion (12) realisiert wird, bewirkt eine thermische Entkoppelung der beiden Bereiche, so daß der heißere Bereich den kälteren Bereich nicht in unerwünschter Weise erwärmt.
Die Beheizung des Spinngehäuses (1), des Bereichs der Spinnpumpe (4) und der Leitung (6) kann auf verschiedene Weise weitgehend unabhängig voneinander erfolgen, da Heizfluid in einem ersten Vorratsbehälter (14) und einem zweiten Vorratsbehälter (15) mit unterschiedlichen Temperaturen bereitgehalten wird (vergleiche Fig. 2 und 3) .
Bei einer ersten Variante, vergleiche Fig. 2, die sich besonders für Polyester eignet, kommt das flüssige Polymer aus einem Polymerisationsreaktor (5) mit etwa 278°C. Durch die Pumpe (10) (z. B. eine Zahnradpumpe) wird die Schmelze durch die Zuleitung (6) zunächst zur Spinnpumpe (4) und von dort bis in die Düsen (3) gefördert, wo die Schmelze in Form zahlreicher Filamente (16) nach unten ausgepreßt wird. In an sich bekannter, nicht näher dargestellter Weise (vergleiche auch Fig. 1) laufen die Filamente durch einen Schacht (17) nach unten zu einer Aufspulvorrichtung. Dampfförmiges Heizfluid, dessen Temperatur sich wenig oberhalb der Siedetemperatur befindet, kommt vom ersten Vorratsbehälter (14) und strömt durch die Leitung (9) in den Beheizungsraum (8) und anschließend durch die Leitung
(18) in den zweiten Heizmantel (4a) . Von hier gelangt der Dampf durch die Leitung (19) in einen Kondensator (20) . Kondensiertes Heizfluid fließt durch die Leitung (21) zurück in den ersten Vorratsbehälter (14) , wo es wieder aufgeheizt wird. Die Temperatur in der Leitung (9) liegt üblicherweise im Bereich von 280 bis 330°C. Zur gleichen Zeit wird Heizfluid aus dem zweiten Vorratsbehälter (15), das vorzugsweise flüssig ist, durch die Leitung (23) dem ersten Heizmantel (6a) zugeführt und strömt durch die Rückleitung (24) zurück in den zweiten Vorratsbehälter
(15) .
Eine weitere Beheizungsvariante wird mit Hilfe der Fig. 3 erläutert. Hierbei kommt das Polymer aus einem Extruder (5), in welchem vorzugsweise Polyester oder eventuell auch Polyamid verarbeitet wird. Dampfförmiges Heizmedium wird durch die Leitung (9) in den Beheizungsraum (8) und von da durch die Leitung (22) direkt in den Kondensator (20) und von da zurückgeführt. Aus dem zweiten Vorratsbehälter (15) kommt Heizfluid, welches vorzugsweise flüssig ist, und gelangt in der Leitung (25) zunächst in den zweiten Heizmantel (4a) und von da durch die Leitung (26) in den ersten Heizmantel (6a) . Die Rückleitung erfolgt durch die Leitung (24) . Beispiele:
Man verspinnt Polyester und verwendet Diphyl als Heizfluid sowohl im ersten Vorratsbehälter (14) als auch im zweiten Vorratsbehälter (15) . Der Abstand zwischen dem beheizten Spinngehäuse (1) und dem kälteren Bereich der beiden Heizmäntel mit Spinnpumpe (4) beträgt 20 mm.
Beispiel 1:
Man arbeitet gemäß Fig. 2, wobei das Polymer mit 278°C aus dem Reaktor (5) kommt. Das Heizfluid der Leitung (23) hat eine Temperatur von 280°C. Die Temperatur im Bereich der Düsen (3) beträgt 310°C, und die gleiche Temperatur hat der Heizfluiddampf der Leitungen (9) und (18) . In der Austrittsleitung (7) beträgt die Temperatur 296°C. Der Temperaturanstieg im Polymer, hervorgerufen durch die Druckerhöhung durch die Spinnpumpe (4), beträgt 14°C, und die Pumpe (10) erhöht die Temperatur des Polymers um 20°C.
Beispiel 2:
Man arbeitet gemäß Fig. 3, wobei das Polymer mit 295°C aus dem Extruder (5) kommt, im Bereich der Düsen (3) liegt die Temperatur bei 310°C. Der Temperaturanstieg im Polymer, hervorgerufen durch die Druckerhöhung durch die Spinnpumpe (4), beträgt 14°C. Das Heizfluid hat in der Leitung (9) eine Temperatur von 315°C und in den Leitungen (25) und (26) von 298°C.

Claims

Patentansprüche
1.Vorrichtung zum Verspinnen von flüssigem Polymer zum Erzeugen von Polymer-Filamenten, wobei das flüssige Polymer durch eine Polymerleitung mit einem ersten Heizmantel zu einer Spinnpumpe mit einem zweiten Heizmantel fließt, welche das Polymer durch mehrere Leitungen zu Spinnpaketen fördert und durch Spinndüsen nach unten zur Bildung von Filamenten auspreßt, wobei sich die der Spinnpumpe nachgeschalteten Leitungen, die Spinnpakete und die Spinndüsen in mindestens einem Spinngehäuse befinden, das von Heizfluid durchströmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem von Heizfluid durchströmten Spinngehäuse einerseits und andererseits dem ersten und zweiten Heizmantel und der Spinnpumpe ein Abstand von mindestens 5 mm besteht.
2.Verfahren zum Beheizen der Spinnvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man von einem ersten Vorratsbehälter dampfförmiges Heizfluid in das Spinngehäuse leitet und daraus Heizfluid abführt, daß man Heizfluid aus einem zweiten Vorratsbehälter in den ersten und/oder zweiten Heizmantel leitet, und daß die Temperatur des dem Spinngehäuse zugeführten dampfförmigen Heizfluids um 10 bis 40°C höher ist als die Temperatur des Heizfluids, das dem ersten und/oder zweiten Heizmantel zugeführt wird.
3.Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten Heizmantel, der die Spinnpumpe umgibt, Heizfluid aus dem Spinngehäuse zugeführt wird.
4.Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten Heizmantel Heizfluid aus dem ersten Heizmantel zugeführt wird.
5.Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Heizmantel mit getrennten Heizfluid-Kreisläufen versehen sind.
6.Verfahren nach Anspruch 2 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das dampfförmige Heizfluid mit Temperaturen im Bereich von 280 bis 330°C in das Spinngehäuse eintritt.
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