Оборудования для переработки полимерных материалов и эластомеров

Всех этих недостатков лишено прорезинивание тканей резиновыми клеями. Оно дает возможность получить водо-, воздухо-и газонепроницаемые ткани.

Прорезиненные ткани должны удовлетворять и общим для всех тканей требованиям:

отсутствие поверхностных дефектов -- узлов, загрязнений, пятен, не покрытых резиной мест, складок и т. п.; равномерность толщины резинового слоя; гладкая поверхность; гибкость (эластичность).

Прорезинивание тканей клеями осуществляется на клеепромазочных машинах и заключается в нанесении резинового клея на ткань тонкими слоями путем многократного пропускания ткани через машину.

Схема горизонтальной клеепромазочной машины:

Рис.1

1 - раскаточное устройство:

2 - ширительный ролик;

3 - нож;

4 - рабочий вал;

5 - клей;

6 - обогреваемая плита;

7 - натяжной барабан;

8 - ролики;

9 - закаточное приспособление.

Клей накладывается на ткань перед ножом. При прохождении ткани между валом и ножом последний задерживает большую часть клея. На поверхности остается лишь тонкий слой. Скорость движения ткани над обогреваемой плитой должна быть такой, чтобы обеспечить полное испарение растворителя (20-22 м/мин). После испарения растворителя на поверхности ткани остается плотно прилегающая пленка резиновой смеси.

Схема барабанной клеепромазочной машины:

Рис.

I - рулон с прокладкой;

2 - направляющие ролики;

3 - закаточное устройство;

4 - раскаточное устройство;

5 - барабан;

6 - ткань;

7 - промазочный вал;

8 - нож;

9 - обогреваемые трубы;

10 - кожух;

11 - клей.

Вопросы для закрепления материала:

а) что собой представляют резиновые клеи;

б) назначение резинового клея;

в) группы резиновый клеев;

г) стадии приготовления клея;

д) клеемешалка - устройство;

е) клеемешалка - принцип работы;

ё) техническая характеристика клеемешалки;

ж) стадии производства маканых изделий;

з) в чем суть процесса макания;

и) аппарат для производства маканых изделий - устройство;

к) аппарат для производства маканых изделий - схема макания;

л) требования к прорезиненным тканям;

м) устройство горизонтальной клеепромазочной машины;

н) схема работы горизонтальной клеепромазочной машины;

п) устройство барабанной клеепромазочной машины;

р) схема работы клеепромазочной барабанной машины

Оборудование для получения химических волокон. Оборудование для получения щелочной целлюлозы

Первая операция процесса получения вискозных волокон (вискозы) - мерсеризация - состоит в обработке целлюлозы 18-- 20%-ным раствором едкого натра.

Щ.Ц. можно получить следующими тремя способами мерсеризации:

- листов папковой целлюлозы -- в пресс-ваннах с модулем ванны 16-20;

- мелкорезаной целлюлозы или целлюлозной массы (без операции вымывания гемицеллюлозы) - в вискозных аппаратах (ВА) с модулем 3,5-4,5;

- целлюлозы -- в установках для непрерывного получения щелочной целлюлозы с модулем ванны 10-50,в зависимости от типа и конструкции установок.

Первые два способа - периодического действия повсеместно заменяются применением установок для непрерывного получения щелочной целлюлозы с более высокими производственными и технико-экономическими показателями.

Оборудование периодического действия

Работа установки (устройство мерсеризационного пресса - на практике):

- распаковка кип целлюлозы, подаваемых со склада;

- раскладка на кипы примерно по 10 листов;

- взвешивание целлюлозы;

- загрузка в ванну пресса;

- заполнение ванны и набухание листов;

- слив щелочи и отжим;

- выгрузка

После того как ванна освобождена от отжимной щелочи, открывается шибер (лобовина пресса), т.е. происходит его подъем двумя гидроцилиндрами. Плиты и зажатые между ними листы через лобовое отверстие корпуса выталкиваются по направляющим, расположенным над бункером. Плиты расходятся на длину цепочек, и листы падают через течку - бункер на транспортер.

вид сверху:

время = до 2-х часов,

загрузка прессов: 100,150, 250, 300 кг сухой целлюлозы и соответствующая производительность 3000 и 3600 кг сухой целлюлозы в сутки.



Рис.

Удельное давление создаваемое цилиндром на листы от 22 до 70 кг/см2

Усилие на лобовину составляет от 210 до 395 т.

Каждый пресс независимо от производительности и конструкции состоит из трех основных частей:

1 - ванны для загрузки и мерсеризации целлюлозы;

2 - цилиндра с плунжером и плитой для отжима Щ.Ц.;

3 - приспособления для выгрузки алкали (алкал целлюлозы - Щ.Ц.)

По механизму выгрузки прессы делятся: на прессы с лобовой, верхней или нижней выгрузкой.

С нижней выгрузкой в стране не применяют. Если конструкция пресса приспособлена для лобовой выгрузки, то в передней части ванны монтируется особое устройство, состоящее из поднимающегося или передвигаемого вперед шибера.

Механизм выгрузки Щ.Ц.: с верхней выгрузкой отжатую целлюлозу выгружают выемными корзинами, затем корзину поднимают краном и отвозят к месту выгрузки; при лобовой выгрузке листы выталкиваются плитой плунжера через лобовую часть ванны после открытия шибера. Он поднимается 2 гидроцилиндрами после окончания отжима..

Установка непрерывной мерсеризации

В УНМ обычно входят: - автоматические питатели, обеспечивающие заданную подачу целлюлозы в аппараты для мерсеризации;

- мерсеризаторы, проводящие замочку целлюлозы рабочим раствором NаОН;

- отжимные прессы, удаляющие путем, отжима избыток щелочи из пульпы и выдающие щелочную целлюлозу с определенным содержанием -целлюлозы - обычно 32--33%;

- насосы, перекачивающие целлюлозно-щелочную пульпу;

- гомогенизаторы, выравнивающие среднюю концентрацию целлюлозно-щелочной пульпы;

- фильтры для улавливания и возврата в производство так называемого «уноса целлюлозы», т. е. определенного процента (от 0,1-1%) коротких волокон щелочной целлюлозы, уходящих с отжимной щелочью;

- предварительные разрыхлители отжатой на прессе плотной массы щелочной целлюлозы;

- измельчители щелочной целлюлозы;

- уплотнители измельченной щелочной целлюлозы, несколько повышающие ее насыпной вес;

- контрольно-измерительные приборы и аппаратура автоматического управления работой установок.

1 Автоматические питатели -- первые механизмы установок непрерывного получения Щ.Ц. - они должны обеспечить постоянную и равномерную по времени подачу целлюлозы в аппарат непрерывной мерсеризации; от налаженности их работы в очень большой степени зависит надежная эксплуатация установки и качество получаемой щелочной целлюлозы.

Целлюлоза поступает на предприятия в виде листовой папковой целлюлозы размером 600x800 мм, в кипах массой 150--200 кг; рулонной целлюлозы -- бесконечного полотна, свернутого в цилиндрические рулоны массой до 1000 кг; массы рыхленной целлюлозы, спрессованной в кипы, подобные хлопковым.

Рыхленная целлюлоза (в массе) неудобна для организации непрерывного питания, которое в этом случае можно точно осуществить только с помощью спаренных весовых дозаторов, т.е. периодическим методом.

Для организации точного питания с равномерной подачей лучше всего рулонная целлюлоза, величина и равномерность подачи которой в мерсеризаторы определяются скоростью питания полотна -- окружной скоростью питательных вальцов, а смеска целлюлозы легко осуществляется дублированием полотен, разматывающихся из нескольких рулонов целлюлозы разных варок.

Рис.

При горизонтальной установке кип (рисунок а) сбрасывается очередной верхний лист прижимными принудительно вращающимися роликами или звездочками, постепенно опускающимися вниз по мере срабатывании кипы. После сброса всех листов данной кипы прижимные ролики автоматически поднимаются, освобождая место для подачи на питатель следующем кипы.

При наклонном положении листов (рисунок б) кипы, установленные на транспортер 1 питателя, постепенно перемещаются к ведущему барабану 2; очередной лист 3 сбрасывается ножом 4, совершающим колебательные движения в вертикальном направлении.

Достоинства: более надежны в эксплуатации и точнее дозируют подачу листов из кип с различными состоянием поверхности целлюлозы, плотностью прессования и случайными повреждениями листов.

Недостатки: не обеспечивается полностью требуемая равномерность подачи листов в мерсеризатор (шероховатость поверхности).

2 Мерсеризаторы - применяют для мерсеризации целлюлозы с получением пульпы - это аппараты с перемешивающими устройствами, основные требования к которым следующие:

- емкость, обеспечивающая при данной производительности мерсеризатора требуемое время обработки;

- интенсивное перемешивание образующейся пульпы;

- отсутствие в аппарате «мертвых» зон.

Емкость мерсеризатора рассчитывается по формуле:

V = Q T100 /60 60 24 г

где Q -- суточная производительность установки, кг;

Т- время обработки целлюлозы раствором NaOH по принятому технологическому режиму, с;

Рис.

 - удержание целлюлозы в пульпе, %;

г - плотность пульпы, кг/м3;

- коэффициент заполнения аппарата.

Мерсеризатор с диффузором состоит из корпуса 1 с рубашкой, загрузочной воронки 2, диффузора 3 и помещенных внутри диффузора вала 4 с перемешивающими устройствами, неподвижно установленных контрбил 5, улучшающих и ускоряющих измельчение проходящих через диффузор набухших листов папковой целлюлозы. На нижнем участке вала 4 установлена турбинка 6, предназначенная для создания интенсивной организованной рециркуляции пульпы внутри аппарата. Подача дозированного рабочего раствора NaOH производится через кольцевой перфорированный лоток 7, отбор готовой пульпы -- через штуцер 8.

Рис.

Мерсеризатор с донной турбинкой (был установлен на шелке) состоит из корпуса 1 с рубашкой для темперирования (под темперированием понимается поддержание в аппарате температуры, заданной технологическим процессом) аппарата, загрузочной воронки 2, направляющих ребер3, расположенных на внутренней стороне сферического днища аппарата. Внизу, в центре сферического днища, помещена донная турбинка 4 с ременным приводом от электродвигателя 5. При вращении донной турбинки создается сильный поток жидкости, направленный от центра аппарата к периферии, причем ребра 3, препятствуя вращению всего объема жидкости, направляют отдельные струи вверх вдоль стенок мерсеризатора.

Листы целлюлозы, подающиеся в аппарат через загрузочную воронку, попадают в этот турбулентный поток жидкости, набухают и разрываются, образуя с щелочью целлюлозно-щелочную пульпу, удаляемую через трубу 6.

3 Отжимные прессы непрерывного действия. Предназначены для удаления избытка щелочи из целлюлозно-щелочной пульпы и окончательного отжима Щ.Ц. до содержания в ней 32-33% -целлюлозы. В производстве вискозных волокон применяются следующие основные типы непрерывных отжимных прессов, работающих при различных концентрациях А-целлюлозы в пульпе:

Таблица. Концентрация пульпы, %

1 - вакуум-барабанные пресс-фильтры 2 - двухсетчатые отжимные прессы 3 - двухбарабанные, с дренированными барабанами, отжимные прессы 4 - вертикальные или горизонтальные винтовые (шнековые) прессы с дренированными шнеками	1--2 4--5 5--6 10--12

В отечественной промышленности:

Двухсетчатый пресс для отжима щелочной целлюлозы (на шпателе)

Рис.

Пресс имеет нижнюю неподвижную станину 1 и подвешенную на шарнире 2, раму 3 с двумя гидроцилиндрами 4, штоки 5 которых шарнирно закреплены на станине 1.

На ведущем 6 и ведомом 7 барабанах, установленных на станине 1, на роликах 8 натянута бесконечная нижняя сетка 5. На барабанах 10 и 11, установленных на раме 3 и роликах 12, натянута верхняя бесконечная сетка 13. Обе сетки приводятся в движение с заданными одинаковыми линейными скоростями через барабаны 6 и 10.

Пульпа из мерсеризаторов подается массонасосом в распределительное устройство 14 и вытекает ровным слоем через его нижнюю щелевую фильеру.

На первом участке нижней сетки 9 из пульпы сцеживается избыток щелочи и образуется слой сильно набухшей массы щелочной целлюлозы; затем этот слой попадает под воздействие механического давления верхней сетки и постепенно отжимается. Отжим производится до 22--24% содержания А-целлюлозы, т.к. при более высокой степени отжима резко возрастают усилия, воздействующие на сетки, и последние быстро разрушаются. Полотно отжатой Щ.Ц. поступает на транспортер 15, где слабо отжатые кромки полотна срезаются ротационными ножами, само полотно направляется для окончательного отжима до 32--33% А-целлюлозы к отжимному вальцевому прессу 16, верхний валец которого имеет гидравлический прижим с помощью цилиндров 17. После отжима полотна происходит процесс грубого рыхления, и куски разорванной щелочной целлюлозы поступают на измельчение. Производительность прессов достигает 15-18 т/сутки по сухой целлюлозе.

Недостаток - в частых разрывах сеток, т.к. с целью максимального улавливания волокон Щ.Ц. размеры ячеек сетки выбираются минимальными.



Рис.

Двухбарабанный пресс с дренированными барабанами (установлен на целлофане). Устройство: нижняя часть корпуса 1 служит резервуаром-ванной для подаваемой через штуцер 2 целлюлозно-щелочной пульпы. В верхней части расположены 2 горизонтальных вращающихся дренированных барабана 3 и 4. У барабана 3 имеются по краям с обеих сторон реборды 5. Наличие реборд создает в зазоре б барабанов замкнутое пространство, в котором слабо отжатых кромок полотна щелочном целлюлозы не образуется. Оба барабана в местах прилегания их к корпусу пресса имеют уплотнения, что позволяет создавать в резервуаре-ванне необходимое избыточное давление пульпы. Оба барабана снабжены дренажными системами, предназначенными для удаления раствора щелочи, отжимаемого из щелочной целлюлозы. Дренажная система барабанов состоит из радиальных канавок 2 и осевых отверстий 3, соединенных между собой.

Работа пресса: пульпа, поступающая в ванну 1 пресса под давлением от 0,02-0,05 МН/м2, имеет выход наружу только через дренажную систему цилиндрической поверхности барабанов или через зазор между их образующими. Устремляясь по этому пути, пульпа осаждает на дренированной поверхности барабанов волокна щелочной целлюлозы, в то время как раствор NаОН свободно вытекает через дренаж. Таким образом, на нижних поверхностях барабанов, находящихся в ванне, непрерывно образуется слой волокон щелочной целлюлозы, которая при вращении барабанов поступает в зазор пресса, где она окончательно механически отжимается до 32--33% а-целлюлозы. Гребенки 6 служат для чистки канавок барабанов - удаления из них запрессованной щелочной целлюлозы. Полотно отжатой щелочной целлюлозы снимается с поверхности барабанов в верхнем их положении гребенками 7, проходит грубое измельчение на вращающихся ножах 8 и подается на окончательное измельчение.

преимущества: более равномерный отжим щелочной целлюлозы, на 30--50% меньше унос волокон целлюлозы с отжимной щелочью, более простое обслуживание и ремонт, больший срок службы барабанов.

4 Предварительный разрыхлитель отжатой щелочной целлюлозы представляет собой вал, с насаженными на него зубьями или ножами (волчок), вращающийся со скоростью несколько 100 об/мин. Под непрерывным воздействием ударов этих зубьев или ножей плотное полотно отжатой щелочной целлюлозы, выходящее из пресса, разрывается на куски, которые затем и подаются в аппараты для непрерывного измельчения щелочной целлюлозы.

В производстве вискозных волокон известны две системы

1 - измелъчитель периодического действия - измельчители периодического действия устарели и не применяются даже при мерсеризации целлюлозы в периодически действующих ваннах прессах.

2 - измельчители непрерывного действия причем количество их типов и конструкций весьма разнообразно, но все они обладают преимуществами -- измельчают щелочную целлюлозу до значительно меньшей насыпной массы, чем получаемая на измельчителях периодического действия (около 90-110 кг/м вместо 200-240 кг/м); высокая производительность (25-50 т/сутки по сравнению с 9-10 т/сутки у аппаратов периодического действия)

Основные типы непрерывных измельчителей ЩЦ:

1 - дисковые мельницы;

2 - ротационные измельчители ударного действия;

З - быстроходные многовальцовые пильчатые измельчители.

Быстроходный трехвальцовый пильчатый измельчитель (на целлофане)

Рис.

1 - загрузка продукта;

2 - измельчающие вальцы;

З - измельчильная лента:

4 - выгрузка измельченной щелочной целлюлозы

Производительность -- 30 т/сутки;

Насыпная масса ЩЦ -- 80-90 кг/м

Частота вращения рабочих органов -- 3560 об/мин;

Мощность элдвигателя -- 2,8 кВт;

Размеры --2,6 х 3,6 х 2,1

Дисковая мельница-измельчитель щелочной целлюлозы (на штапеле)

Рис

1 - опорная станина с электродвигателем:

2 - нижний вращающийся диск;

З - кольцо с ножами тонкого измельчения:

4 - кольцо с ножами грубого измельчения:

5 - вертикальные подвижные ножи для среднего измельчения;

б - приемный бункер;

7 - регулировочные болты для изменения зазоров между дисками

8 - патрубок для подачи и отвода воздуха

9 - верхний неподвижный диск

В бункер загружают щ.ц. предварительно измельченную. Целлюлоза, попадая между вертикальными ножами 5, разрывается на более мелкие куски, которые, падая, подхватываются нижним вращающимся диском 2 и, проходя между ним и неподвижным диском 9, окончательно растираются.

Производительность -- 15-20 т/сутки;

Насыпная масса Щ.Ц -- 100-120 кг/м

Частота вращения рабочих органов -- 720 об/мин;

Мощность Эл.двигателя -- 14 кВт;

Размеры -- 1,43 х 1,43 х 1,7

Оборудование для предсозревания щелочной целлюлозы

Основные виды оборудования, применяемого в процессе предсозревания щелочной целлюлозы:

1 - наклонные вращающиеся трубы;

2 - открытые многоярусные пластинчатые конвейеры;

3 - закрытые одноярусные пластинчатые конвейеры;

4 - двухтрубные аппараты с планетарно-вращающимися шнеками;

5 - бункерные агрегаты непрерывного действия.



Рис.

Наклонные вращающиеся трубы - аппараты, широко применяемые в отраслях промышленности: химической, горнорудной и строительных материалов. Устройство: 1 - винтовой дозатор, 2 - рубашка, 3 - выгрузочное отверстие, 4 - соединительный фланец, 5 - опорные ролики. Наклонные трубы, используемые для предсозревания щелочной целлюлозы, обычно имеют: диаметр от 2,4 до 3 м, длину до 40 м, уклон продольной оси к горизонту 1:100, снабжены рубашками для темперирования и приводом с регулированием частоты вращения трубы от 0,1 до 0,5 об/мин. Загрузка щелочной целлюлозы в трубу производится винтовым конвейером 1. Передвижение частиц материала вдоль трубы и их перемешивание происходит вследствие вращения корпуса 2 трубы и наклона его к горизонту.

Достоинства: аппарат надежен в эксплуатации, хорошо темперирует материал и обеспечивает равномерность течения процесса при мягких режимах предсозревания -- времени деструкции щелочной целлюлозы от 22 до 28 ч и соответствующей температуре деструкции от 20 до 26° С.

Недостатки: не рекомендуется применять для интенсифицированных кратковременных высокотемпературных режимов деструкции щелочной целлюлозы из-за неравномерной скорости продвижения отдельных частиц материала вдоль трубы, а значит и различного времени их пребывания в аппарате.



Рис.

Открытые многоярусные пластинчатые цепные конвейеры для предсозревания состоят из нескольких самостоятельных, расположенных один над другим пластинчатых цепных конвейеров, причем четные конвейеры имеют одно направление движения грузовых ветвей, а нечетные - противоположное. Ширина пластин от 3 до 5 м, Высота слоя целлюлозы 0,5-1 м; Число ярусов 3- 8, длина яруса до 100 м.

Щ.Ц. подается на верхний ярус 1 агрегата через загрузочный бункер 2, имеющий выходное отверстие и форме трапеции. Высота слоя материала, выходящего из загрузочного бункера, регулируется с помощью подвижной заслонки 3. Пройдя грузовую ветвь верхнего яруса конвейера, щелочная целлюлоза с помощью медленно вращающегося крыльчатого барабана 4 сбрасывается через промежуточный бункер на следующий ярус.

Производительность: Q = F V г

F - площадь поперечного сечения слоя целлюлозы, м2;

V- скорость движения конвейера, м/с;

г - объемная масса Щ.Ц. кг/м3.

Рис.

Двухтрубные аппараты с планетарно-вращающимися шнеками предназначены для деструкции Щ.Ц. при температуре 50--65° С (верхней трубе) и последующего ее охлаждения до температуры ксантогенирования от 18 до 22° С (нижней трубе). Общее время пребывания щелочной целлюлозы в аппаратах составляет 100--120 мин, из них 50--60 мин -- в верхнем барабане для предсозревания и столько же -- в нижнем барабане для охлаждения.

Процесс деструкции протекает в обоих барабанах, поэтому на анализы отбирают Щ.Ц. из нижнего барабана. Верхний 1 и нижний 2 неподвижные барабаны аппарата с рубашками установлены на металлоконструкции (последняя на рисунке не показана). Внутри каждого барабана расположены центральный вал 3, на котором закреплены скребки 4, два планетарно-вращающихся шнека 5 и 6, отсекающий диск 7. Подшипники шнеков 5, 6 смонтированы в цилиндрических закрытых коробках 8, жестко закрепленных на валу 3. В передней коробке 8 расположены центральная и две планетарные шестерни для привода шнеков во вращение вокруг своих осей.

Щелочная целлюлоза загружается в аппарат через шлюзовой дозатор 9 и разгружается через патрубок 10; передача материала из верхнего в нижний барабан осуществляется через патрубок 11. При планетарном движении шнеков материал хорошо перемешивается и темперируется, а вследствие их вращения вокруг своих осей постепенно продвигается вдоль продольной оси барабанов от загрузочного отверстия дозатора к разгрузочному отверстию патрубка 10, проходя через два отверстия в отсекающем диске 7.

Производительность (Q, кг/с) аппарата по Щ.Ц. рассчитывается по формуле

Q = m (р(D2 - d2) / 4) snг

где m= 2 -- число шнеков в аппарате;

D -- наружный диаметр витков шнеков, м;

d -- внутренний диаметр витков шнеков, м;

s -- шаг витков шнека, м;

п -- частота вращения шнека, об/с;

-- коэффициент заполнения аппарата материалом;

у -- объемная масса щелочной целлюлозы, кг/м3.

Производительность по волокну 10-25 т/сут.

Следовательно, производительность аппарата, а значит и время предсозревания, не зависят от числа оборотов центрального вала, т.е. скорости планетарного движения шнеков, и регулируются только путем бесступенчатого изменения числа оборотов шнеков вокруг их собственных осей с помощью вариатора.

Вопросы для закрепления материала:

а) дать определение - мерсеризация;

б) три способами мерсеризации;

в) схема работы мерсеризационной пресс-ванны;

г) в УНМ входят …;

д) целлюлоза поступает на предприятия в виде…;

е) автоматический питатель - горизонтальный;

ё) автоматический питатель - наклонный - устройство;

ж) достоинства и недостатки наклонного питатель;

з) требования к мерсеризаторам;

и) типы мерсеризаторов;

й) устройство мерсеризатора с диффузором;

к) схема работы мерсеризатора с диффузором;

л) мерсеризатор с донной турбинкой - устройство;

м) мерсеризатор с донной турбинкой - схема работы;

н) типы отжимных прессов;

п) сетчатый отжимной пресс - устройство;

р) сетчатый отжимной пресс - схема работы;

с) барабанный отжимной пресс - устройство;

т) барабанный отжимной пресс - схема работы;

у) оборудование для предсозревания щелочной целлюлозы;

ф) ДТА - устройство;

х) ДТА - схема работы;

ц) наклонные вращающиеся трубы - устройство и схема работы.

Оборудование для получения прядильных растворов и расплавов. Общие сведения о ксантогенирование

Ксантогенирование - называется обработка Щ.Ц. сероуглеродом для получения соединения -- ксантогената целлюлозы, способного растворяться в слабой щелочи и образовывать прядильный раствор - вискозу.

Технологические параметры этого процесса:

- время и температура ксантогенирования;

- величина вакуума внутри аппарата;

- удельный расход сероуглерода и равномерность его подачи по всей массе Щ.Ц.;

- степень отжима, структура и насыпной вес щелочной целлюлозы.

Требования к аппаратам:

- емкость, достаточную для загрузки и обработки соответствующей партии Щ.Ц. при коэффициенте заполнения аппарата 0,6--0,65;

- систему поверхностного темперирования аппаратуры, т.е. рубашки;

- систему надежного перемешивания продукта с отсутствием мертвых зон;

- системы для создания и сохранения вакуума;

- систему подачи сероуглерода, для равномерного его распределение в аппарате;

- удобные и безопасные системы загрузки Щ.Ц, и выгрузки ксантогената;

- защитные противовзрывные устройства.

Аппараты, применяемые для ксантогенирования, разделяются на три группы.

1. Ксантатбарабаны (бараты), в которых проводится только ксантогенирование Щ.Ц., а последующий процесс растворения ксантогената осуществляется на другом оборудовании.

2. Вакуум-ксантатсмесители (кнеттеры), в которых последовательно проводится сначала процесс ксантогенирования, а затем процесс растворения с получением полностью растворенной вискозы.

3. Аппараты, в которых проводится процесс ксантогенирования и затем производится только предварительное растворение ксантогената, после чего образовавшаяся пульпа из комков ксантогената и щелочи передается для окончательного растворения на другое оборудование. К этой группе относятся: одномешалочные ксантогенаторы с овальным сечением корпуса; одномешалочные ксантогенаторы с бочкообразным корпусом и ксантогенаторы с цилиндрическим наклонным корпусом…

Аппараты 1-й группы - ксантатбарабаны - не применяются более при строительстве новых заводов не из-за технологических недостатков, а по условиям обслуживания и технической безопасности, т.е. из-за трудоемких, опасных и вредных условий открытой выгрузки сухого ксантогената с выделением в помещении паров СS2.

Аппараты 2-й и 3-й групп получили широкое распространение в мировой промышленности вискозных волокон именно потому, что у этих аппаратов выгрузка готовой вискозы (2-я группа) или пульпы комков ксантогената в щелочи (3-я группа) герметизирована и безопасна. Наиболее экономичны аппараты 3-й группы -- они просты по конструкции и надежны в работе.

Одномешалочный ксантогенатор с бочкообразным корпусом

Рис.

Техническая характеристика:

Величина загрузки по целлюлозе - 810 кг,

Емкость - 13 м3,

Поверхность охлаждения 18 м2,

Длина - 5,4 м

Ширина - 3,0м

Высота - 4,7 м,

Масса - 20т.

Время ксантогенирования - 90 мин,

общее время - 160 мин.

Устройство:

Бочкообразный ксантогенатор, применяемый на ОАО «вискозные волокна». Представляет собой герметичный бочкообразный корпус с восьми-секционной рубашкой (охлаждающей). Снабжен мешалкой расположенной на горизонтальном валу. В верхней части аппарат находится люк загрузки щелочной целлюлозы, подачи азота, щелочи, создания вакуума. В нижней части аппарата - разгрузочный люк.

Принцип работы:

Загрузка щелочной целлюлозы - 20мин. Закрывают люк, создают вакуум 600-800 мм.рт.ст (798-906 гПа). Затем ксантогенатор проверяют на герметичность - 3 мин, включают мешалку на малые обороты 5,5 об/мин. Затем подается растворительная щелочь, проверка на герметичность и подача сероуглерода 7-10 мин. Начальная температура ксантогенирования 18-23оС. Проводят растворение щелочью. Мешалка включается на большие обороты 29 об/мин.

Рис.

Вакуум-ксантатсмеситель (кнеттер).

1 - корпус с мешалкой,

2 - вспомогательные мешалки,

3 - Z- образные мешалки,

4 - штуцеры для выгрузки вискозы

Загрузка - 1250 кг целлюлозы.

Объем аппарата - 15 м3.

Длина - 5,9 м

Ширина - 5,5 м,

Высота - 5,7 м.

Одномешалочный ксантогенатор с овальным сечением корпуса:

1-- привод аппарата;

2 -- корпус;

3 -- перемешивающее устройство

Величина загрузки по целлюлозе - 710 кг,

Емкость - 8,5 м3,

Поверхность охлаждения - 18 м2,

Длина - 4 м,

Ширина - 2,1 м,

Высота - 4м,

Масса 12,8 т.

Рис.

Одномешалочный ксантогенатор с наклонным цилиндрическим корпусом

Величина загрузки - 1880 кг,

Емкость - 23 м3,

Поверхность охлаждения- 30м2,

Длина - 6 м,

Ширина - 3 м,

Высота - 7,3 м,

Масса - 38т.

Рис.

Обслуживание аппаратов для ксантогенирования

Загружать Щ.Ц. в аппараты для ксантогенирования можно в открывающиеся загрузочные люки с ленточных конвейеров или из передвижных бункеров, или же через штуцеры d = 150--200 мм с помощью системы пневматического транспорта.

Последний способ получил на отечественных предприятиях широкое распространение вследствие своей простоты, гибкости конфигураций трасс, герметичности, отсутствия потерь транспортируемого материала и меньшей стоимости.

Для ксантогенирования Щ.Ц. применяется легковоспламеняющаяся, сильно ядовитая жидкость -- сероуглерод в количестве 35--40% веса А-целлюлозы.

По санитарным нормам предельно допустимая концентрация сероуглерода в рабочей зоне помещения равна 0,01 г/м3, и эта норма выдерживается, однако внутри аппаратов могут образовываться взрывоопасные концентрации.

Причины взрывов паров СS2внутри аппаратов еще полностью не изучены, но основные из них:

а) случайные попадания посторонних частиц металла или керамики внутрь ксантогенераторов и возможность выбивания при этом искры (во время работы перемешивающих устройств);

6) появление статического электричества и его разряд при быстром вакуумировании аппаратов;

в) резкие гидравлические удары при подаче жидкого сероуглерода.

На предприятиях принимают требуемые меры по предотвращению условий, способствующих образованию взрывов внутри аппаратов, подавая инертный газ -- азот. Все же возможность взрывов не исключается, и поэтому не менее важно уметь локализировать их и обезвредить.

Для этой цели необходимо:

а) иметь достаточную взрывную поверхность остекления цеха, равную 5% общей кубатуры помещения;

б) обеспечить прочность конструкции аппарата, которая надежно выдерживает усилие взрыва паров С52,

в) создать в аппарате заведомо слабые места -- защитные противовзрывные мембраны, которые бы легко и безопасно разрушались, давая выход газам через образовавшиеся при этом отверстия и предотвращая тем самым разрушение аппарата при взрыве. Поверхность (площадь) противовзрывных мембран зависит от объема аппарата.

Последний способ наиболее целесообразен и экономичен; его широко применяют в химической и других отраслях промышленности, где работают с взрывоопасными средами.

Оборудование для растворения полимеров и получения прядильных растворов

Опыт многолетней эксплуатации различных систем установок для растворения ксантогената показал целесообразность применения растирателей как самостоятельных аппаратов, а не как конструктивного органа растворяющих аппаратов по следующим основным причинам:

а) возможность установки самостоятельных растирателей на трассе передачи пульпы из ксантогенаторов в растворители и разрушения комков ксантогената до попадания их в растворитель;

б) ускорение процесса растворения ксантогената без комков, т.е. улучшение кривых кинетики растворения;

в) более экономичная работа растирающих механизмов, т.к. они включаются в действие только в период передачи пульпы из ксантогенаторов в растворители, в то время как растирающие органы должны работать в течение всего цикла растворения, бесполезно затрачивая при этом энергию на излишнее дополнительное перемешивание вискозы;

г) возможность создания более мощной, точной конструкции растирающих органов.

В промышленности вискозных волокон начали применять самостоятельные аппараты различной конструкции для грубого и тонкого растирания комков ксантогената, однако существуют и успешно работают растиратели, имеющие несколько ступеней растирания и одном аппарате.

Но характеру рабочих органов растиратели можно разделить на лопастные, центрифуги, вальцевые, дисковые.

Лопастные растиратели устарели, хотя до сего времени и работают на многих предприятиях вискозного волокна. С конца пятидесятых годов их выпуск и применение на новостройках были прекращены.

Рис.

Растиратели-центрифуги (на штапеле)- трехступенчатые аппараты, не требующие подачи пульпы насосами, т.к. последняя течет через аппарат под воздействием центробежной силы. Из ксантогенатора пульпа поступает самотеком через патрубок 1 в верхнюю полость корпуса 2 аппарата. В корпусе помещен вертикальный ротор 3 центрифуги, вращающийся с частотой 980 об/мин. На роторе 3 закреплены три перфорированные корзины 4 с диаметром отверстий на первой ступени 7 мм, на второй - 5 мм и на третьей - 3 мм. Внутри корзин 4 с незначительным зазором помещены неподвижные ножи 6, закрепленные в крышке корпуса аппарата. Пульпа поступает самотеком в центр аппарата под воздействием ц/б силы, создаваемой вращением ротора 3, проходит через все три перфорированные вращающиеся корзины, 4, где комки растираются между стенками корзин и неподвижно стоящими ножами 6, и выходит из аппарата через патрубок 7. Работа производится в среде инертного газа - азота, т.к. иначе всегда возможны взрывы паров сероуглерода, содержащихся в разрушаемых комках ксантогената.

Вальцовые растиратели (для грубого растирания)-- одноступенчатые аппараты, предназначенные для грубого предварительного разрушения комков ксантогената в пульпе, которая затем подается на окончательное, тонкое растирание в другой аппарат. Аппарат имеет два горизонтальных вальца, 1 и 2, вращающихся с частотой 460 и 150 об/мин. Вальцы набраны из зубчатых дисков (типа храповиков) и смонтированы так, что зубчатые диски, установленные на одном вальце, заходят в промежутки между дисками, установленными на другом вальце. Для очистки зубчатых дисков от налипшего ксантогената установлены гребенчатые ножи 3. Вращаясь навстречу один другому, вальцы зубьями дисков захватывают комки ксантогената, мельчат их и сбрасывают в составе пульпы в нижнюю часть аппарата.

1, 2 - вальцы горизонтальные,

3 - нож гребенчатый,

4 - патрубок

Дисковые растиратели

Рис

(для тонкого растирания КС) - одноступенчатые аппараты. Эти аппараты не могут перерабатывать крупнокомковатую пульпу, поступающую непосредственно из ксантогенатора, и их надо устанавливать после аппаратов грубого растирания. Расположение растирающих дисков может быть вертикально и горизонтальное.

Пульпа поступает в центр корпуса аппарата через штуцер 1. На передней стенке аппарата закреплен диск 2, на торцовой рабочей поверхности которого находятся пирамидальные зубья. На валу 3, вращающемся с частотой 1425 об/мин, посажен аналогичный диск 4. Под действием ц/б силы и давления, пульпа проходит в зазоре между неподвижным диском 2 и вращающимся диском 4. Комки ксантогената растираются между зубьями подвижного и неподвижного дисков, величина зазора между которыми может регулироваться от 0,01 до 8 мм. Работа этого растирателя в среде инертного газа не обязательна.

Турборастворители, применяемые на ряде действующих предприятий, имеют следующие недостатки, препятствующие их более широкому распространению:

а) сложная регулировка малого зазора между лопастями мешалки, зубчатыми накладками на днище аппарата и обеими решетками;

б)увеличение зазора сразу приводит к ухудшению работы аппарата, т.к. удлиняется первая стадия процесса растворения ксантогената;

в) повышенный расход энергии, который на 1 т выработанного волокна составляет от 650 до 1000 кВт /ч, что неблагоприятно влияет на технико-экономические показатели.

Целесообразнее применять простые и экономичные конструкции растворители, осуществляя на них только перемешивание, а разрушение комков ксантогената вести на специальных растирателях, устанавливаемых на трассе передачи пульпы из ксантогенаторов в растворители.

Растворители ксантогената, применяемые в производстве вискозных волокон,

разнообразны по конструкции и их можно разделить на следующие группы:

а) горизонтальные с одним перемешивающим устройством;

б) горизонтальные с двумя или тремя перемешивающими устройствами;

в) вертикальные с одним перемешивающим устройством;

г) вертикальные с одним перемешивающим устройством и неподвижными контрбилами;

д) вертикальные с тремя перемешивающими устройствами.

Рис

Турборастворители (на штапеле) были созданы с целью конструктивного объединения в одном аппарате функций растворителя и растирателя целлюлозы.

Аппарат состоит из цилиндрического корпуса 1, внутри которого помещен диффузор 2, в нижней его части закрытый горизонтальной плоской решеткой 3 и наклонными коническими решетками 4. В полости, образуемой днищем аппарата 5, горизонтальной решеткой 3 и коническими решетками 4, помещена трехлопастная однорядная мешалка 6 с нижним приводом от электродвигателя 7. Днище, стенки корпуса и стенки диффузора имеют рубашки для темперирования растворяемой вискозы.

Используют раствор слабой щелочи - 4%.

Время растворения 1,5 - 3ч.

Температура растворения 6 - 8о С (начальная), и 12 - 14оС (конечная).

Емкость 11 м3,

загрузка - 750 кг целлюлозы,

частота вращения турбинки 100-120 об/мин,

отверстия решетки 4-6 мм

Достоинства:

-благодаря наличию диффузора в аппарате происходит хорошо организованная циркуляция жидкости (показана стрелками);

-комки ксантогената при этом растираются между гранями решеток и гранями лопастей мешалки.

-кроме этого, чтобы облегчить разрушение комков ксантогената, осевших на дно аппарата, в средней части днища закреплены зубчатые накладки.

Горизонтальный растворитель с двумя перемешивающими устройствами. Широко применяются на действующих предприятиях вискозного волокна. Они экономичны по расходу энергии и обеспечивают интенсивное перемешивание раствора. Недостаток их - наличие мертвых зон в нижней части аппарата, где наблюдается залеживание комков ксантогената.



Рис.

Вертикальный растворитель ксантогената с тремя перемешивающими устройствами. Эффективен по перемешиванию и весьма экономичен по расходу энергии. Устройство: корпус с рубашкой темперирования, три вала с мешалками, штуцера для подачи теплоносителя, загрузки ксантогената целлюлозы, подачи щелочи и выгрузки вискозы, электродвигатель.

Рис.

Привод растворителя может быть общим на все три вала или же индивидуальным для каждого вала. Частота вращения перемешивающих устройств 45-50 об/мин (иногда до 75) при угле атаки 45о обеспечивает время одного цикла растворения порядка 1 - 2 ч при условии предварительного пропуска пульпы через растиратели.

Вопросы для закрепления материала:

а) дать определение - ксантогенирование;

б) требования к аппаратам - ксантогенаторам;

в) параметры процесса ксантогенирования;

г) типы аппаратов;

д) бочкообразный ксантогенатор - устройство;

е) бочкообразный ксантогенатор - схема работы;

ё) бочкообразный ксантогенатор - техническая характеристика;

ж) способы загрузки щелочной целлюлозы в аппараты ксантогенирования;

з) причины взрывов сероуглероды в аппаратах;

и) мероприятия, предупреждающие взрывы;

й) целесообразность применения растирателей как отдельных устройств;

к) типы растирателей;

л) растиратель центрифуга - устройство;

м) растиратель центрифуга - схема работы;

н) дисковый растиратель - устройство;

п) дисковый растиратель - схема работы;

р) валковый растиратель - устройство;

с) валковый растиратель - схема работы;

т) типы растворителей ксантогената;

у) турборастворитель - устройство;

ф) турборастворитель - схема работы;

х) достоинства турборастворителя.

Оборудование для подготовки прядильных растворов к формованию

1 Общие сведения. Прядильные растворы, получаемые в аппаратах-растворителях, не могут быть непосредственно направлены на формование из них химических волокон, т.к. предварительно растворы должны пройти некоторые операции, связанные с их передачей по трубопроводам:

1) смешение партий растворов, полученных из растворителей, с целью усреднения и повышения равномерности технологических характеристик растворов;

2) удаление из растворов механических загрязнений

3) диспергированного воздуха и газов.

Кроме того, в случае надобности производится крашение или матирование растворов, а в производстве вискозного волокна прядильный раствор -- вискоза должен еще пройти процесс созревания, протекающий в течение определенного времени при заданной температуре.

Для перечисленных операций применяют следующее оборудование:

- специальные насосы для передачи высоковязкой жидкости;

- смесители прядильных растворов;

- фильтр-прессы;

- аппаратуру для непрерывного или периодического обезвоздушивания раствора;

- установки для дозирования и замешивания в пр.растворы суспензии красителя или матирующих препаратов;

- емкостную баковую аппаратуру;

- аппараты для темперирования высоковязких растворов.

2 Смесители. Партии пр.раствора, получаемые на периодически действующем оборудовании, несколько отличаются по своим технологическим показателям в пределах допусков параметров процесса.

Для усреднения технологических показателей пр. раствора, укрупнения объема отдельных партий или для перехода с периодического процесса получения прядильного раствора на непрерывный процесс подготовки его к формованию волокна партии прядильного раствора проходят операцию смешения их между собой. Эта операция применяется в производствах всех видов химических волокон, формование которых происходит из прядильных растворов. Как правило, смешиваются минимум четыре партии раствора, получаемые из аппаратов-растворителей.

В качестве смесителей применяют вертикальные или горизонтальные цилиндрические сосуды. Т.к. на современных мощных предприятиях химволокон для растворения применяется крупное оборудование, и объем отдельной партии раствора доходит до 20-25 м3, то емкость смесителей достигает 100-150 м3.

Смесители работают по периодическому и непрерывному режиму:

1 -аппарат сначала заполняется установленным количеством партий пр.раствора, приготовленных в растворителях, затем они перемешиваются в течение выбранного времени одного цикла смешения; приготовленный смешанный раствор передается в последующие аппараты по ходу данного технологического процесса.

2 - непрерывным режимом, которым обычно отдают предпочтение, аппарат один раз заполняется раствором, в который затем при постоянном перемешивании непрерывно поступают новые партии раствора из растворителей и смешанный раствор, непрерывно подается на последующие операции. Рекомендуется соединять последовательно два или три смесителя, что дает лучшие показатели по усреднению раствора, чем периодическая работа такого же числа смесителей.

Вертикальные смесители применяются обычно для более высоковязких прядильных растворов - ди - и триацетатного, хлоринового и др.

Устройство: аппарат имеет цилиндрический корпус 1 с рубашкой 2 для темперирования, сферических днища 3 и крышку 4 и концентрично установленного тихоходное вертикальное лопастное перемешивающее устройство 5 с верхним приводом от индивидуального электродвигателя 6.

Горизонтальный смеситель для вискозного раствора ( на штапеле)

Рис.

Горизонтальные смесители для вискозы емкостью от 30 до 70 м3 .

Устройство: состоят из цилиндрического корпуса 1 со сферическими днищами 2. Вал перемешивающего устройства 3 расположен эксцентрично по отношению к продольной оси корпуса аппарата и смещен вниз, что улучшает перемешивание жидкости и позволяет полностью погрузить лопасти в раствор. В корпусе аппарата имеются рубашки для темперирования вискозы.

Фильтры для прядильных растворов

В пр.растворах всегда содержится некоторое количество загрязнений, состоящих из не полностью растворенных частиц полимеров и из случайных механических примесей. Эти загрязнения должны быть удалены из растворов, поступающих на формование волокна, так как они засоряют отверстия фильер или, попадая в структуру сформованного волокна, ухудшают его качество.

Основным промышленным способом очистки прядильных растворов от загрязнений служит фильтрация, т.е. разделения суспензий посредством пористой перегородки, пропускающей жидкость (фильтрат), но удерживающей взвешенные в ней твердые частицы.

Существует много типов промышленных фильтров периодического и непрерывного действия, с высокой степенью механизации и автоматизации их обслуживания. Для фильтрации прядильных растворов в производствах всех видов химических волокон до сего времени применяют в основном рамные фильтр-прессы с периодической сменой вручную загрязненных и заправкой чистых фильтр-материалов.

Фильтрацию осуществляют на:

- кварцевых песчано-гравийных фильтрах,

- пористых керамических патронных,

- плиточных фильтрах,

- сетчатых фильтрах,

- фильтры с намывным слоем и ц/б очисткой.

Рамный фильтр-пресс

Рис.1

Применяющийся в производствах других хим.волокон, с ручной перезарядкой фильтрующих материалов состоит из чередующихся плит 1 и рам 2, опирающихся своими ручками на продольные опорные балки 5, расположенные по бокам пресса и закрепленные в приливе задней упорной плиты 4 и на стойке 6, связанной с зажимом 7. Плиты и рамы, между которыми прокладывается фильтрующая ткань, сжимаются нажимной плитой 5 с помощью ручного, электромеханического или гидравлического зажима 7. На задней плите 4 расположены штуцера для подачи загрязненного и выхода отфильтрованного прядильного раствора.

Материал плит и рам фильтр-пресса должен быть коррозийно-устойчив по отношению к химическому воздействию прядильного раствора, чтобы не загрязнять раствор продуктами коррозии. В зависимости от состава прядильного раствора рамы и плиты фильтр-прессов изготовляются из чугуна, нержавеющей стали, бронзы, алюминиевых сплавов. Широко распространено покрытие рабочих поверхностей плит и рам химически стойкими эмалями, эпоксидными лаками и т. п.

Недостатки фильтр-прессов:

- операция не только грязная и трудоемкая,

- в некоторых производствах связана с пребыванием персонала в среде вредных, токсичных и взрывоопасных газовых выделений (например, в парах ацетона в производстве диацетатного и хлоринового волокна, парах метиленхлорида в производстве триацетатного волокна, парах аммиака в производстве медно-аммиачного волокна, парах диметилформамида в производстве ПАН волокна).

- значительный удельный расход металла на 1 м2 фильтрующей поверхности;

- прессы эти занимают большие производственные площади.

Фильтр с центробежной очисткой

Состоит из корпуса 1, в котором установлен полый вал-труба 2 с насаженными на него несколькими рядами полых дисков 3, обтянутых сверху мелкоячеистыми сетками. Полости дисков 3 соединены отверстиями с валом-трубой 2. Вал-труба 2 с дисками 3 приводится электродвигателем 4, установленным на крышке 5 фильтра.

Рис.

Фильтр работает по следующей схеме:

1. Нанесение фильтрующего слоя материала на сетчатую поверхность сеток дисков 3, для чего подается заправочная партия прядильного раствора с замешанным в нем фильтровальным материалом -- волокнистым асбестом, волокнами не растворимых в данном растворе других видов химических или натуральных волокнистых материалов, специальных фильтр. порошков и т. п,

2.Собственно фильтрация прядильного раствора, которая производится сквозь слой, нанесенный на сетчатую поверхность дисков, указанным в п.1 способом. Отфильтрованный раствор через полый вал-трубу 2 отводится из аппарата.

3. Спуск пр. раствора перед промывкой фильтра для уменьшения потерь р-ра.

4.Промывка фильтра водой или другой жидкостью, которая подается в диски 3 через полый вал-трубу 2 противотоком движению фильтрующейся жидкости. В момент промывки включается эл.двигатель 4, и таким образом обратная промывка сеток дисков 5 сопровождается сбросом с них осадка ц/б силой.

Все операции работы фильтра полностью герметизированы и автоматизированы. Управление ими сосредоточено на пультах.

Оборудование для обезвоздушивания

Пузырьки воздуха или газа в составе пр.раствора отрицательно влияют на процессы формования, вызывая обрывы элементарных волокон. Удаление пузырьков происходит разности плотности воздуха или газа и прядильного раствора и зависит от вязкости раствора, высоты слоя жидкости, давления на поверхности слоя.

Параметры процесса выбирают в зависимости от химического состава раствора и влияния на его состояние температуры, времени и вакуума.

Повышение температуры раствора сильно снижает его вязкость (метод применяют не для всех видов прядильных растворов, т.к. у некоторых растворов при этом происходит усиленная деструкция М.М. полимера, а у других -- интенсивное испарение летучих растворителей).

Создание глубокого вакуума над раствором ускоряет обезвоздушивание, но этот метод непригоден для растворов с летучими растворителями (спирт, ацетон и т. п.).

Аппаратура, применяемая для обезвоздушивания растворов, работает по периодическому или непрерывному способам.

Аппараты периодического действия

представляют собой горизонтальные или вертикальные баки, в которых прядильный раствор выстаивается в неподвижном состоянии в течение 15--50 ч под вакуумом или без него.

В аппаратах непрерывного действия

производится в течение нескольких минут обезвоздушивание тонкого, непрерывного протекающего через рабочую зону слоя прядильного раствора, подогретого, если это позволяют параметры процесса, для снижения вязкости и помещенного в условия глубокого вакуума.

Существуют два основных типа аппаратов для непрерывного обезвоздушивания:

а) с образованием слоя раствора только на стенках аппарата;

В первом случае применяют аппараты конической формы с расширенной верхней частью, в которых слой раствора образуется при истечении жидкости через кольцевую щель (рисунок а) или через несколько десятков специальных клапанов (рисунок б). Затем образовавшийся слой стекает по сужающимся стенкам конуса аппарата и собирается в нижней его части, где раствор отстаивается для удаления пены.