Оборудования для переработки полимерных материалов и эластомеров

Рис.1

Особенно эффективно применение данных аппаратов для обезвоздушивания подогретых вискозных растворов в условиях глубокого (до 10 мм остаточного давления) вакуума.

б) с образованием слоя раствора на поверхности специальных насадок, помещенных внутри аппарата.

Рис.

У аппаратов с насадками внутри корпуса размещается ряд конусов, по поверхности которых и растекается тонким слоем прядильный раствор. Движение раствора по конусам может быть параллельным или последовательным. Сбор и отстой от пены обработанного раствора происходит в нижней части аппарата.

Если при обезвоздушивании невозможно применить вакуум, то аппарат с насадкой работает эффективнее, чем безнасадочные.

А) - с параллельным течением раствора по насадкам,

Б) - с последовательным течением раствора по насадкам

Специальные насосы

Для передачи по т/п вязких жидкостей, к числу которых относятся вискоза, медно-аммиачный прядильный раствор, прядильные растворы ди- и триацетатных, хлориновых, полиакрилонитриловых и других волокон, могут быть применены различные типы насосов: поршневые, винтовые, шестеренные, коловратные и др.

Шестеренный насос. Принцип работы насоса с внешним зацеплением следующий: перекачиваемая жидкость заполняет со стороны всасывания впадины шестерен, которые, вращаясь в направлении, указанном на схеме стрелками (рис. 38), переносят жидкость до местам зацепления шестерен, где зубья одной шестерни вытесняют жидкость из впадин другой в зону нагнетания.

Насос состоит из корпуса, в котором помещаются 2 шестерни - ведущая и ведомая, и двух боковых стенок. В корпусе имеются патрубки для подвода и вывода жидкости. Ведущая шестерня посажена на вал на шпонке, а один конец вала через сальниковое уплотнение выведен наружу для соединения с приводом. Для отвода из впадин запертой жидкости, во избежание возникновения высокой компрессии, которая приводит к нагреванию жидкости

Шестеренный насос:

1 - корпус;

2 - ведущая шестерня;

3 - ведомая шестерня;

4 - боковые стенки;

5 - сальниковое уплотнение

Рис.1

Баковое оборудование

В промышленности химических волокон применяется большое количество емкостей так называемого бакового оборудования, которое но назначению можно классифицировать так:

а) баки для хранения сырья, вспомогательных материалов и т.п. например, для хранения раствора едкого натра, серной кислоты, сероуглерода;

б) бяки для технологических целей имеющие определенное назначение и. место в технологической линии производственного процесса, т.е. служащие технологическим аппаратом; сюда относятся промежуточные и рабочие баки в производстве вискозных, ацетатных, хлориновых, полиакрилонитриловых и других волокон, баки кислотных станций вискозного производства.

По конструкции баки бывают вертикальные и горизонтальные.

Вопросы для закрепления материала:

а) операции подготовки прядильных растворов к формованию;

б) оборудование, применяемое для перечисленных выше операций;

в) поясните необходимость применения смесителей для партий прядильного раствора;

г) вертикальный смеситель - устройство и назначение;

д) горизонтальный смеситель - устройство и схема работы;

е) поясните необходимость фильтрации прядильных растворов;

ё) перечислите виды оборудования для фильтрации прядильных растворов;

ж) рамный фильтр-пресс - устройство;

з) рамный фильтр-пресс - схема работы;

и) недостатки фильтр-прессов;

й) фильтр с центробежной очисткой - устройство;

к) фильтр с центробежной очисткой - схема работы;

л) поясните необходимость процесса обезвоздушивания;

м) как параметры процесса влияют на сам процесс обезвоздушивания;

н) типы аппаратов для непрерывного обезвоздушивания;

п) обезвоздушиватели с образованием слоя раствора на стенках аппарата - устройство и схема работы;

р) обезвоздушиватели с образованием слоя на поверхности специальных насадок - устройство и схема работы;

Оборудование для получения полимеров в расплаве и подготовки к формованию

Большинство мономеров, из которых синтезируют волокнообразующие полимеры (ПКА, ПЭТ), представляют собой кристаллические вещества в виде порошка или чешуек, получаемых на предприятиях, производящих мономеры. На заводы по проводству волокна мономеры поступают в виде расплава, транспортируемого в обогреваемых железнодорожных цистернах, или в виде кристаллического порошка пакованного во влагонепроницаемые мешки. Из цистерн расплав сливается в специальные емкости для хранения, из которых расходуется на полимеризацию. Кристаллические мономеры расплавляют.

Капролактам плавят в расплавителях или на специальных установках, которые бывают 2-х видов: периодического и непрерывного плавления.

Осталось немного заводов, где процесс полимеризации в промышленном масштабе проводится периодически в автоклавах. Большей частью полимеризация капролактама ведется на установках непрерывного действия, что потребовало создания нового оборудования для расплавления капролактама, обеспечивающего непрерывное питание полимеризационных аппаратов.

Схема установки непрерывного плавления капролактама УЦП-22

Состоит из бункера 1, дробилки 2, шнекового питателя 3, расплавителя 4, лактамосборника5, насоса 6, фильтра 7,фильтра-ловушки 8, и системы т/п.



Рис.

Бункёр - сосуд с коническим днищем, изготовленный из коррозионностоикой стали. Во избежание слеживания и для равномерного распределения капролактама внутри бункера установлен лопастной рыхлитель и ворошитель с вертикальным приводом. На крышке бункера установлена двухвалковая дробилка. К разгрузочному патрубку буккера присоединяется шнековый питатель. Корпус питателя снабжен рубашкой, в которой циркулирует вода для охлаждения.

Производительность питателя регулируется автоматически в зависимости от уровня расплавленного капролактама в расплавителе и расплавосборнике.

Работа установки:

кристаллический КЛ загружается в бункер через дробилку. Из бункера шнековым питателем лактам непрерывно подается в расплавитель для плавления. Расплавленный капролактам из расплавителя переливается в лактамосборник. Из лактамосборника, лактам насосом непрерывно подается в кольцевой расплавопровод, идущий в отделение полимеризации. Из него расплав отбирается на аппараты непрерывной полимеризации, а избыток возвращается в лактамосборник.

В зависимости от расхода лактама уровень в лактамосборнике может колебаться; при малом разборе -- повышаться, при большом - понижаться. Расплавленный капролактам как в расплавителе, так и в лактамосборнике с целью предохранения от окисления находится под азотной подушкой. Азот в аппараты подводится непрерывно с небольшим - давлением [0,05 МПа (0,5 кгс/см2)] и выходит из аппаратов через гидрозатвор. Производительность установки -- 22 т/сутки.

Расплавители

Расплавители, а также установки для расплавления бывают различных конструкций и размеров. Выбор той или иной конструкции зависит от аппаратов полимеризации. Так, при проведении процесса полимеризации в аппарате периодического действия -- автоклаве расплавление ведут в аппарате, емкость которого соответствует партии капролактама, загружаемой в автоклав.

Расплавитель - цилиндрический бак с днищем и крышкой, изготовлены из стали 12Х18Н10Т. К корпусу расплавителя приварена обогревательная рубашка для обогрева паром или горячей водой. На крыше установлен привод перемешивающего устройства с якорной мешалкой.

Капролактам загружают через люк на крышке аппарата, на которой расположены также смотровые стекла и штуцера для загрузки добавок стабилизатора и активатора, а также для подачи защитного газа -- азота.

Расплавитель - аппарат емкостью 3,6 м3, состоящий из корпуса 1, приварной рубашки 2 для обогрева горячей водой и конической с фланцем крышки 3, которая крепится к корпусу болтами. В аппарате установлена мешалка 4 якорного типа. Привод мешалки смонтирован на крышке. На крышке имеются смотровые стекла, штуцера для выхода азота и загрузочный люк, к которому присоединяется шнековый питатель.

Расплав отводится из штуцера, расположенного в нижней части расплавителя, через патрубок с фильтрующими отверстиями. Для чистки и удаления, осевших на дно расплавителя случайных механических загрязнений (упаковочной бумаги, пленки, стекла и т. п.) в днище аппарата предусмотрен люк 7.

Для очистки расплава от механических примесей под расплавителем устанавливают свечевой фильтр.

Рис.1

Растворитель ДМТ

В промышленности синтетических волокон применяются различные типы установок для получения полимеров в расплаве, отличающиеся производительностью, конструкцией отдельных аппаратов и устройств, но в состав этих установок всегда входят:

1) аппараты для приготовления реакционной смеси: смесители, растворители, мерники, фильтры;

2) устройства для дозирования реакц. смеси в аппараты полимерообразования;

3) аппараты для получения полимеров и подготовки их к переработке: автоклавы полимеризации, переэтерификации и поликонденсации; аппараты непрерывной полимеризации и поликонденсации; аппараты для удаления низкомолекулярных соединений; конденсаторы смешения;

4) устройства для литья расплавов полимеров; литьевые головки для получения жилок или ленты полимера при непосредственном формовании волокна из расплава -- напорные блоки с насосами для подачи расплава в расплавопровод машины для формования волокна;

5) устройства для охлаждения полимеров: ванны, барабаны,ленты,тянущие вальцы;

6) грануляторы для гранулирования жилок, лент;

7) аппараты для приема гранулята;

8) КИП и аппаратура автоматического управления работой установок.

Растворитель (ДМТ)

Рис.

Представляет собой вертикальный сварной цилиндрический сосуд 1 с эллиптическим днищем, съемной крышкой и рубашкой 2 для обогрева. Аппарат снабжен перемешивающим устройством, состоящим из рамной мешалки 3 и привода 4. В привод входят редуктор, электродвигатель и стойка.

На крышке растворителя установлен состоящий из трубчатого теплообменника с рубашкой обратный холодильник 5, чтобы конденсировать пары ЭГ, а также имеются два смотровых стекла 6, на одном из которых монтируется светильник для подсвета внутрь аппарата.

Растворитель снабжен воздушником и штуцерами для загрузки ДМТ, выхода раствора, подачи ЭГ, подачи азота, входа пара в рубашку, выхода конденсата. Для очистки смеси от примесей перед аппаратами для получения полимеров устанавливаются фильтры.

Широкое применение нашли свечевые фильтры, где в качестве фильтровального материала применяются различные ткани. В последнее время вместо фильтров со свечами, обтянутыми тканью, применяются фильтры с пористыми свечами из металлокерамики.

3 Автоклавы

Автоклав для переэтерификации ДМТ, применяющийся в производстве ПЭ волокна лавсан, представляет собой цилиндрический бак со сферическими днищем и крышкой, с мешалкой пропеллерного типа и дополнительными турбинками на валу. Для нагрева реакционной массы внутри аппарата помещен змеевик 4, по которому циркулирует теплоноситель.

Рис.

На крышке автоклава на штуцере 2 установлена насадочная колонка, для улавливать возгоняющийся ДМТ и возвращать в аппарат ЭГ, пропуская метанол. Насадочную часть колонки заполняют кольцами Рашига 1. В верхней части колонки помещен трубчатый обратный холодильник 2.

В качестве теплоносителя применяют жидкий ВОТ, ароматизированное масло АМТ-300 или водяной пар давлением 4,5 МПа (45 кгс/см2).

Для предотвращения разрушения автоклава от взрыва на крышке аппарата на специальном штуцере устанавливается противовзрывная мембрана.

Рис.

Автоклав для поликонденсации в отличие от автоклава для переэтерификации не имеет внутреннего змеевика; обогревается он наружной приварной рубашкой 2, в которую подаются пары ВОТ. Интенсивное перемешивание вязкого полимера обеспечивает тихоходная винтовая ленточная двухзаходная мешалка 3. Т.к. процесс поликонденсации проходит под вакуумом, уплотнение вала мешалки выбрано с учетом надежной герметичности аппарата при вращающемся вале. К разгрузочному штуцеру автоклава крепится литьевая фильера.

Контроль процесса поликонденсации, т.е. готовность полимера, заключается в определении вязкости расплава. Чем выше молекулярный вес расплавленного ПЭТ, тем выше при одной и той же температуре вязкость расплава и тем больше сопротивление вращению мешалки в аппарате и потребляемая мощность.

Автоклав для поликонденсации

1 -- корпус;

2 -- рубашка;

3-- винтовая ленточная мешалка;

4 -- привод

4 Аппараты непрерывной полимеризации (АНП)

В промышленности применяют аппараты трех типов:

- прямоточные,

- V -образные,

- с концентрическими переливными перегородками.

Независимо от конструкции, суточная производительность рассчитывают по формуле:

Q = Vс24 /T

Корпус прямоточного аппарата непрерывной полимеризации представляет собой вертикальную цилиндрическую трубу. Нижняя часть аппарата, меньшего диаметра, соединена с верхней конусным переходником. Обычно аппарат состоит из нескольких секций, соединяемых фланцами.

Для обогрева корпус 1 аппарата снабжен рубашкой 2 с электронагревательными элементами 3 в средней и нижней части и патрубками 4 для подвода и отвода теплоносителя в верхней части аппарата. Внутри аппарата расположены обогреваемые колосники 5, для быстрого и равномерного нагрева капролактама в тонком слое. Такое нагревательное устройство позволяет увеличивать производительность аппаратов путем увеличения их диаметра. Под колосниками в аппарате помещена штанга 6 с перфорированными дисками для равномерного перемещения массы по всему сечению аппарата.

На крышке 8 аппарата расположены смотровые стекла 9. В нижней части аппарата на штанге помещен вытеснитель 7, назначение которого - выравнивать температуры расплава в тонком слое перед выгрузкой полимера, для чего предусмотрен разгрузочный штуцер 11; к нему присоединяется насосный блок с фильерами для литья жилки в случае получения гранулята или напорный блок с расплавопроводом в случае прямого формования (прядения).

Недостатки: затрудненный выход из реакционной массы паров воды и газов, выделяющихся в процессе полимеризации. Этого недостатка лишен аппарат непрерывной полимеризации U-образного типа.

Рис.

U -образный аппарат непрерывной полимеризации состоит из трех вертикальных труб. Две трубы, снабженные обогревающими рубашками и соединенные в нижней части, образуют сообщающиеся сосуды. Третья так называемая переливная устанавливается в одной из труб таким образом, что нижний конец ее входит в разгрузочный штуцер.

Вследствие разности уровней в трубах реакционная масса совершает в аппарате сложный путь; сверху вниз по первой трубе; затем снизу вверх в пространстве кольцевого сечения, образованном второй и третьей (переливной) трубами, и вновь сверху вниз по переливной трубе, направляясь к разгрузочному штуцеру.

Наличие перелива обеспечивает свободный выход паров воды и газов; благодаря этому происходит дегазация продукта.

Аппарат состоит из нескольких секций, количество которых обусловливается технологией изготовления и монтажа, а также возможностью обеспечить равномерный нагрев по высоте секции. Так, например, аппараты небольшой производительности (порядка 500 кг/сутки)

1- обогреваемые колосники; 2 - смотровые стекла; 3 - штуцера для уровнемера; 4 - переливная труба; 5 - нагревательная рубашка; 6 - перфорированные диски; 7 - литьевадхо,ловка; 8 - указатель уровня ВОТ; 9 -- термопара; 10 -- электронагревательные элементы; 11 -- заслонка

Недостатки: сложность конструкции по сравнению с прямоточными.

Достоинства: - меньшие габариты при большей производительности,

- надежная защита готового полимера от проникновения в капролактама и НМС,

- прогрев в тонком слое, и следовательно, равномерность свойств полимера,

- облегчение выхода газов и воды из продукта.



Рис.1

АНП с концентрическими переливными перегородками

Устройство:

1 - штуцер для подачи капролактама;

2 - корпус;

3 - концентрические перегородки;

4 - змеевики для нагрева реакционной смеси;

5 - штуцер для выхода полимера;

6 - слив ВОТ из змеевиков аппарата;

7 -- змеевики наружного обогрева

Представляет собой - цилиндрический сосуд со сферическими крышкой и днищем, с коническим переходником, оканчивающимся штуцером 5 для выхода полимера. Внутри аппарата 4-е перегородки 3 (цилиндрической формы), две из которых прикреплены к крышке и две к днищу. Для нагрева реакционной массы между перегородками по всей высоте установлены змеевики 4. Для обогрева крышки и днища аппарата снаружи корпуса приварены змеевики 7. В качестве теплоносителя применяется жидкий ВОТ.

Реакционная масса движется вследствие разности уровней в первой зоне, т.е. в пространстве между корпусом аппарата и первой перегородкой и остальными зонами. В процессе движения в аппарате масса проходит через два перелива, что обеспечивает хорошие условия для отвода водяных паров и газов, выделяющихся в процессе полимеризации.

Для удобства монтажа и чистки аппарат выполнен с двумя разъемами, на специальных фланцевых соединениях.

В состав установок непрерывной полимеризации капролактама полимеризационно-прядильных агрегатов, как правило, входит ряд аппаратов, назначение которых: удаление из полимера избытка мономера, улавливание его и возврат в производство.

Вопросы для закрепления материала:

а) схема установки непрерывного плавления капролактама;

б) схема работы установки УЦП-22;

в) расплавитель капролактама - устройство;

г) расплавитель капролактама - схема работы;

д) растворитель ДМТ - устройство;

е) растворитель ДМТ - схема работы;

ё) автоклав для переэтерификации ДМТ - устройство;

ж) автоклав для поликонденсации - устройство;

з) типы аппаратов непрерывной полимеризации;

и) V-образный аппарат непрерывной полимеризации - устройство;

й) V-образный АНП - схема работы;

к) достоинства и недостатки АНП (V-образного);

л) АНП с концентрическими переливными перегородками - устройство;

м) АНП с концентрическими переливными перегородками - схема работы.

Устройства для плавления гранулята: плавильные решетки, шнековый экструдер

Плавильные и формовочные устройства для гранулированных полимеров предназначены для превращения гранулированного полимера в прядильный расплав и равномерного выдавливания через фильеры струек расплава, из которых формуются волокна. В производстве синтетических волокон применяют различные типы плавильных устройств, различающиеся производительностью, способами плавления, видами обогрева и конструкцией узла плавления.

Выбор типа плавильного устройства зависит от свойств полимера: температуры его плавления, вязкости, стабильности в расплавленном состоянии, а также от вида и толщины получаемого волокна.

Производительность плавильного устройства определяется количеством гранулята, расплавленного в единицу времени (кг/с).

Выбор плавильных устройств по производительности зависит от толщины вырабатываемого волокна, скорости формования и кратности вытяжки. Чем толще вырабатываемое волокно и чем больше скорость формования, тем выше должна быть производительность плавильного устройства.

Так, пряд.машины, предназначенные для получения текстильной нити, комплектуются плавильными устройствами производительностью от 12 до 56 г/мин. Машины, вырабатывающие волокно для технических целей, снабжены устройствами производительностью от 200--350 г/мин.

Известны следующие способы плавления гранулята:

1- на обогреваемых поверхностях (решетках, плитах) от контакта гранулята с ними, в отдельных случаях с предварительным нагревом гранулята или поддавливанием гранулята;

2- в обогреваемом червячном экструдере, где плавление гранул и перемещение расплава осуществляются в межвитковом пространстве вращающегося червяка;

3- в необогреваемом экструдере, от теплоты, выделяющ-ся при трении гранулята в червячном устройстве.

1.Преимущества первого способа -- простота и дешевизна конструкции, отсутствие механизмов, саморегулирование производительности. При прекращении или уменьшении отбора расплава уровень его в плавильной чаше повышается и закрывает решетку, вследствие чего скорость плавления гранулята (и, следовательно, производительность процесса) уменьшается, так как теплопроводность расплавленного полимера низкая.

Применение предварительного нагрева гранулята позволяет в несколько раз увеличить производительность плавильной решетки.

Недостатки обогреваемых решеток: иногда неравномерность плавления полимера.

2.Плавильные устройства червячного типа позволяют сочетать плавление с хорошим перемешиванием (гомогенизацией) расплава, что сокращает время плавления. Кроме того, в устройствах такого типа, изменяя частоту вращения (число оборотов) червяка, можно регулировать производительность и давление, что позволяет подавать расплав к дозирующему насосу с постоянным заданным давлением. В промышленности работают вертикальные и горизонтальные плавильные устройства червячного типа.

По видам обогрева плавильные устройства бывают:

- нагреваемые парами высокотемпературного органического теплоносителя (ВОТ);

- обогреваемые жидким ВОТ.

Обогрев парами и жидким ВОТ обеспечивает выдерживание заданной температуры с точностью ±0,1°, причем температура регулируется для целой группы устройств.

- с прямым электрическим нагревом; с индукционным обогревом. При электрическом обогреве в самых лучших конструкциях точность заданной температуры выдерживается в пределах 2=1,5--2° С, а регулирование температуры должно быть для каждого устройства. Преимущество электрического обогрева -- отсутствие пожароопасного и токсичного теплоносителя, каким является ВОТ. Однако ввиду сложности конструкции плавильных устройств с электрообогревом и особенно системы автоматического регулирования температуры в промышленности пока еще широко распространены плавильные устройства, обогреваемые ВОТ.

Конструкции плавильных устройств и прядильных головок вне зависимости от типа объединяют общие требования к ним: обеспечение заданной производительности, равномерный нагрев и плавление, минимальное время пребывания расплава в устройстве и одинаковый путь до прядильной головки в случае, когда одно плавильное устройство работает на несколько головок; постоянное давление на дозирующие насосы; простота обслуживания (чистки, смены насосов и фильер).

Плавильно-формовочные устройства

Рис.

Плавильно-формовочное устройство (плавильно-прядильная головка) с обогревом парами ВОТ имеет общую обогревательную рубашку 1, в которой помещается плавильная решетка 2 с прикрепленной к ней прядильной головкой (насосным блоком) 3. На насосном блоке установлены напорный 4 и дозирующий 5 насосы и фильерный комплект 6. Замер температуры блока производится термопарой 7. Гранулы полимера поступают на решетку из бункера через патрубок 8. Азот подводится через штуцер 9. Рубашка снаружи покрывается теплоизоляцией 10. Такими головками оборудованы машины ПП-700-И. Плавильная решетка имеет форму плоской спирали, свернутой из трубки круглого сечения, в которую подается пар. Так как практически плавление полимера происходит на верхней поверхности спирали, то для увеличения теплопередающей поверхности применяют трубки овального или каплевидного сечения, а вместо плоской решетки делают конусную с вершиной, опущенной вниз.

Рис.

Плавильное устройство, обогреваемое жидким ВОТ. Состоит из плавильной чаши 1 с двухконусной змеевиковой решеткой и обогреваемой решеткой. С плавильной чашей через обогреваемый конусный переходник 2 соединен насосный блок 3 с напорным насосом 4. Расплав подается по расплавопроводу 5 к формовочным устройствам. Обогрев плавильной решетки, рубашки и формовочных устройств производится циркулирующим жидким ВОТ.

Такими плавильными устройствами оборудованы машины ПП-600-И (одно на четыре формовочных устройства) и машины ПП-1000-И (по одному на каждое формовочное устройство).

Экструдерное плавильное устройство с горизонтальным червяком представляет собой принудительно вращающийся шнек-червяк 1 (шнек с малой высотой витков), находящийся внутри обогреваемого цилиндра 2. Червячные экструдеры классифицируются по наружному диаметру червяка. Чаще всего применяются экструдеры с диаметрами червяков 32, 45, 63, 90 и 125 мм. В машинах для формования синтетических волокон применяются только однозаходные червяки с отношением длины рабочей части червяка к его диаметру в пределах 10--30.

По способу установки экструдеры подразделяются на вертикальные и горизонтальные, которые различаются конструкцией привода и узлом загрузки.

Экструдерное плавильное устройство с горизонтальным червяком

Рис.

Загрузка гранул в экструдер производится через патрубок 5. Чтобы избежать налипания гранул в загрузочном отверстии и образования «сводов», препятствующих подаче гранул в экструдер, зона загрузки снабжена рубашкой 4, охлаждаемой водой. В экструдере происходит расплавление гранул и разогрев расплава до температуры формования посредством закрепленных на цилиндре 2 электронагревателей 3. Расплавленный полимер под давлением, через патрубок, который крепится к фланцу б цилиндра 2, подается на формование. В червячных экструдерах различают три зоны, расположенные по длине червяка: загрузки -- /, сжатия -- II и дозирования -- ///. Зоны отличаются друг от друга глубиной нарезки червяка и длиной.

В зоне загрузки глубина нарезки больше, а в зоне дозирования -- меньше. В зонах загрузки и дозирования расплава глубина нарезки постоянная, а в зоне сжатия постепенно уменьшается от начальной (соответствующей глубине зоны загрузки) до конечной (глубина зоны дозирования). В зависимости от вида полимера и размеров гранул глубина нарезки и длина каждой зоны могут быть различными.

В зоне загрузки протекает процесс разогрева полимера до температуры плавления. В этой зоне наблюдается наиболее интенсивный подвод тепла, как извне от нагревательных устройств, так и в результате трансформации механической энергии, затрачиваемой на преодоление трения при транспортировании гранул.

В зоне сжатия происходит процесс перехода полимера из твердого в жидкое состояние, также сопровождающийся отбором тепла, поступающего от нагревательных устройств; происходят также изменение объема полимера, удаление газов и увеличение плотности полимера.

В зоне дозирования движение расплава происходит при постоянной температуре, т. е. процесс -- изотермический; эта часть экструдер, а работает как винтовой насос.

Вопросы для закрепления материала:

а) назначение плвильно-формовочных устройств;

б) от чего зависит выбор плавильно-формовочного устройства;

в) способы плавления гранулята;

г) виды обогрева плавильно-формовочного устройства;

д) требования к плавильно-формовочным устройствам;

е) плавильно-формовочное устройство - его устройство;

ё) схема работы плавильно-формовочного устройства;

ж) устройство экструдерного плавильного;

з) схема работы экструдерного плавильного устройства.

Машины для формования химических волокон из растворов и расплавов. Классификация машин по технологическим иконструктивным признакам

Современные прядильные машины для искусственных и синтетических волокон всех видов можно классифицировать следующим образом:

1. машины сухого и мокрого прядения;

2. машины без кручения или с кручением вырабатываемых нитей;

3. агрегаты для непрерывного прядения, отделки, сушки, крутки.

Вместе с тем в любой конструкции прядильной машины для формования химического волокна любого вида и типа можно четко выделить четыре основные группы рабочих механизмов:

I. Механизмы или устройства для распределения, дозирования, подачи прядильного раствора или расплава к фильерам.

II. Механизмы или устройства для формования волокна, в которых создаются и поддерживаются условия, необходимые для получения волокна из струек прядильного раствора или расплава при данном технологическом способе его производства.

III. Механизмы для вытяжки формующегося волокна, вытягивающие полузатвердевшие, находящиеся еще в пластическом состоянии волокна; скоростной режим этих механизмов и соответствующие технологические условия вытяжки дают возможность получать волокна с различными физико-механическими свойствами.

IV. Приемные механизмы машин, предназначенные для намотки или укладки получаемого волокна в паковки различной формы и массы.

В зависимости от конструкции и взаимного расположения этих основных механизмов или устройств прядильные машины могут быть одно- или двусторонними, одно- или многоэтажными, с движением формуемого волокна снизу вверх или сверху вниз, в горизонтальном или наклонном направлениях, а также в различных комбинациях этих направлений движения.

В промышленности химических волокон, помимо прядильных машин, предназначенных только для формования волокна из растворов или расплавов, широко применяют также машины и агрегаты непрерывного процесса, в которых волокно непосредственно после формования и вытяжки непрерывно проходит все необходимые последующие технологические процессы -- отделку, сушку, механическую и термическую обработку.

Механизмы дозирования, подачи и распределения полимеров

Эти системы служат для подачи пр.растворов, расплавов или твердого гранулята из х/ц в прядильный. Они (системы) распределяют их (растворы, расплавы, гранулят) по рабочим местам, число которых доходит до 15-30 тыс.

Устройства и механизмы подачи к фильерам и распределения

При подаче на машины раствора или расплава в конструкцию механизмов входят:

- питающий трубопровод с насосными стойками (для раствора). Питающий трубопровод с насосными стойками предназначен для раздачи прядильного раствора на каждое рабочее место машины. При подаче на прядильные машины гранулята полимера вместо питающего трубопровода устанавливаются плавильные устройства или плавильно-формовочные устройства, в которых твердый полимер превращается в жидкость -- расплав.

- формовочными обогреваемыми устройствами (для расплава);

- прядильные насосы, точно дозирующие подачу раствора или расплава на каждое рабочее место в отдельности, и система их привода;

- фильтры, предназначенные для последней фильтрации раствора или расплава;

-фильеры и соединительные трубки (червяки).

При сухом способе формования волокна элемент подачи и дозирования всегда размещается в верхней части прядильных машин, при мокром способе формования он может быть расположен как в верхней, так и в нижней части прядильных машин.

Дозирующие (прядильные) насосы

Дозирующие (прядильные) насосы, подавая в единицу времени к каждой фильере определенный постоянный объем прядильного раствора или расплава, обеспечивают равномерность общей суммарной толщины формуемой нити или жгута, однако не гарантируют равномерной толщины одиночных волокон, составляющих нить или жгут. Этот параметр обеспечивается только равенством диаметров всех отверстий фильеры.

Современные машины для формования всех видов и типов химических волокон имеют индивидуальные дозирующие насосы на каждую фильеру, причем конструкция, материал насосов непрерывно совершенствуются, чтобы обеспечить наибольшую равномерность подачи прядильных растворов и расплавов и удлинить сроки эксплуатации насосов. Объем, нагнетаемый насосом за один его оборот, называется подачей насоса за оборот.

К дозирующим насосам предъявляют следующие основные требования:

1. Обеспечение заданной подачи за оборот.

2. Равномерность подачи: периодические и непериодические колебания подачи не должны превышать установленные допуски;

3. Сохранение постоянства подачи независимо от изменяющегося в определенных пределах давления подпора прядильного раствора;

4. Долговечность работы насосов в заданных условиях температуры, давления, химического воздействия раствора и т.п., без изменения постоянства подачи и ее равномерности.

6. Простота конструкции насоса, удобство его обслуживания и ремонта.

В качестве дозирующих насосов применяются только объемные насосы. В хим.пром. преобладающее распространение имеют шестеренные насосы

Шестеренные насосы с внешним зацеплением без бокового зазора и с использованием запертого раствора при числе зубьев Z == 20 работают с числом пульсаций 20 за один оборот и величиной пульсации 2,6%. Частоту вращения для всех типов дозирующих насосов рекомендуется держать в пределах от 10 до 40 об/мин, так как при более высоких скоростях преждевременно изнашиваются рабочие детали насосов и подача раствора становится неравномерной.

Но так как при формовании химических волокон различных видов и типов минутная подача раствора на одно место очень различна по величине, то дозирующие насосы изготовляют с различной подачей за один оборот -- от 0,3 до 75 см3 для растворов и от 0,6 до 45 см3 -- для расплавов.

Фильтр-палец

Фильтр-пальцы предназначены для последней фильтрации прядильного раствора перед поступлением его к фильерам. Фильтр-палец состоит из головки 1, пальца 2, корпуса 3 и гайки 4, присоединяющей к фильтр-пальцу червяк с фильерой. На палец 2 наматывается слой фильтрующего материала. Имеются конструкции фильтр-пальцев с направлением фильтрации раствора из пальца в корпус и из корпуса в палец. Фильтр-пальцы изготовляют из эбонита, пластмасс, корозионностойкой стали, фосфористой бронзы.

Рис.

Фильеры

Фильеры являются последней частью устройства подачи и дозирования прядильных растворов и расплавов и служат для разделения общего, точно дозированного потока прядильного раствора (расплава) на ряд отдельных струек, из которых формуются одиночные волокна, соединяющиеся затем в нить или жгут. Это разделение потока жидкости производится через отверстия, расположенные в донышке фильеры.

В зависимости от способа производства, вида и типа химического волокна фильеры имеют от 1 до 60 000 отверстий и больше. Диаметр отверстий зависит от условий формования данного вида химического волокна, а число отверстий -- от типа волокна.

1 - текстильной нити из растворов, d=0,07 5 - кордной нити из растворов, d=0,05.

2 - текстильной нити из расплавов, d=0,25; 4 - штапельного волокна из растворов, d=0,08; ,

3 - кордной нити из расплавов, d=0,2;

Обычно при формовании волокна из растворов по мокрому способу величина фильерной вытяжки составляет 10--30% при диаметре отверстий от 0,05 до 0,08 мм;

по сухому способу -- 200--300% при тех же диаметрах отверстий; при формовании из расплавов фильерная вытяжка повышается до 200--1000%, а диаметр отверстий применяется 0,15--0,50 мм. Диаметр отверстий фильер доходит до 0,8--1,2 мм.

Материал фильер выбирают в зависимости от химического состава прядильного раствора, среды и температуры формования волокна; материал должен обладать высокой коррозионной стойкостью и достаточной механической прочностью, чтобы выдерживать рабочее давление раствора, достигающее 0,3--1,5 МПа, или расплава, доходящее до 2,5--5 МПа.

3 Устройства и механизмы для формования волокна

От схемы и конфигурации этих устройств в наибольшей степени зависит конструкция прядильной машины, полностью определяемая условиями технологического процесса формования химического волокна данного вида и типа.

Механизмы для формования волокна, применяемые в производстве хим.волокон:

- общие желоба для осадительной ванны;

- индивидуальные вертикальные трубки; индивидуальные горизонтальные трубки;

- индивидуальные вертикальные воронки;

- вертикальные герметичные обогреваемые шахты;

- вертикальные негерметичные обдувочные шахты.

В общих желобах, применяемых при мокром способе формования, находится жидкость -- осадительная ванна. Общие желоба предпочтительнее, чем индивидуальные трубки или воронки на каждое рабочее место, так как конструкции желобов проще и экономичнее.

Целесообразность применения общих желобов при формовании одиночных нитей, следующие:

а) путь нити в ванне не более 400--500 мм;

б) низкая или даже отрицательная фильерная вытяжка;

в) величина гидравлического сопротивления движению формующейся нити в ванне не должна превышать прочности волокна, что особенно важно при мягком, замедленном способе формования.

Материал для желобов - химически стоек к растворам; изготавливают из: винипласта, ПП, свинец ...

Индивидуальные вертикальные трубки на каждое рабочее место применяют для производства одиночных нитей при длительном времени формования, необходимом для коагуляции волокна из струек прядильного раствора. Хотя в этом случае технологически возможно и горизонтальное параллельное движение формующихся нитей в общих желобах, практически этот способ применяют только при выработке штапельного волокна, так как для одиночных нитей он неудобен в эксплуатации.

Рис.

Состоит из неподвижной головки 1 с открывающимся дном 2, в котором закреплена фильера 3 с червяком, подводящим прядильный раствор от фильтр-пальца к фильере. На головке 1 установлена стеклянная колба 4, к которой и присоединена стеклянная трубка 5 длиной от 1 до 3 м, т. е. длиной, равной необходимому пути нити в ванне. В верхней части трубка 5 обычно заканчивается переливной воронкой 6, устанавливаемой для погашения скорости движения ванны в трубке и предотвращения выплескивания и фонтанирования ванны. Ванна подается в трубки под постоянным гидростатическим напором через питающие трубки 7.

Индивидуальные горизонтальные трубки в основном предназначены для уменьшения гидравлического сопротивления ванны движению нити при переходе на высокие скорости или на режим мягкого формования волокна с удлинением пути нити в ванне. Это сопротивление возникает из-за разности скоростей движения нити в ванне и скорости течения ванны.

При формовании волокна в горизонтальной трубке гидростатический напор позволяет создать в трубке поток ванны с высокой скоростью, направление которого совпадает с направлением движения нити, и тем самым уменьшить относительную скорость и снизить гидравлическое сопротивление ванны движению в ней нити.

Рис.

Трубка состоит из желоба 6, разделенного перегородками на три отсека. В нижнем отсеке 1 проложена питающая труба, по которой подается свежая ванна. Нижний отсек перекрыт перфорированным листом 2, служащим дном верхнего отсека 3, и, таким образом, свежая ванна все время поступает из нижнего в верхний отсек, в котором помещены фильеры 4 и трубки 5 с воронками. Оси фильер поставлены горизонтально и совпадают с продольными осями трубок 5. На входном конце с помощью регулируемого перелива в верхнем отсеке все время поддерживается один и тот же уровень ванны, который и создает гидростатический напор.

Вопросы для закрепления материала:

а) классификация прядильных машин;

б) группы рабочих механизмов любой прядильной машины;

в) по расположению рабочих механизмов и конструкции, прядильные машины бывают …;

г) перечислите механизмы подачи и распределения растворов и расплавов;

д) дозирующие насосы - требования к ним;

е) дозирующие насосы - техническая характеристика;

ё) фильтр-палец - устройство;

ж) фильтр-палец - его назначение;

з) фильеры - назначение и виды;

и) перечислите механизмы для формования волокна;

й) индивидуальные вертикальные трубки - устройство;

к) индивидуальные вертикальные трубки - схема движения раствора;

л) индивидуальные горизонтальные трубки - устройство;

м) индивидуальные горизонтальные трубки - схема движения раствора.

Механизмы для вытягивания, приема, отделки химических волокон. Вытяжные механизмы

Вытяжные механизмы машин для формования химических волокон предназначаются для придания волокнам различных физико-механических свойств. Изменение этих свойств достигается путем вытягивания волокна в процессе его формования при соблюдении соответствующих условий.

В качестве вытяжных механизмов применяются не менее двух систем роликов, дисков, вальцов, цилиндров, конусов, имеющих различные окружные скорости и по своей конструкции и схеме заправки нити обеспечивающих минимальный процент скольжения вытягиваемого волокна по поверхности вытяжных механизмов.

Величину вытяжки формуемого волокна определяют исходя из технологических условий формования и дальнейшей обработки данного вида и типа химического волокна.

Вследствие высоких скоростей формования (400-1200 м/мин) ПА, ПЭ, ПП вытяжку волокон на 300-500% производят обычно не на прядильных, а на специальных машинах -- крутильно-вытяжных для нитей и вытяжных станах -- для жгутов штапельного волокна. Вытяжку хим. волокон можно производить в одну или несколько последовательных ступеней, с нагревом или без нагрева вытягиваемого участка волокна.

Нагрев волокна можно производить горячим воздухом, нагретой жидкостью -- пластификационной ванной, острым водяным паром, контактом с нагретыми поверхностями. При вытяжке в среде горячего воздуха вытягиваемые нити проходят внутри электронагревательных труб.

Трубка для пластификации паром состоящая из кожуха 8 и цилиндра 6. Кожух имеет отверстия 4 для подачи пара и 2 для отвода конденсата; на входе и выходе волокна в трубку поставлены нитепроводники 1. В цилиндре расположены полость 5 подачи пара, камеры пластификации 7 и конденсации 3. Кожух, а равно и цилиндр имеет заправочную щель, направленную вдоль оси трубки. При заправке волокна щели кожуха и цилиндра совмещаются путем поворота цилиндра 6. При нагреве контактным способом вытягиваемые нити огибают нагретые диски или пластины (утюги).

На машинах для формования текстильных и кордных нитей в качестве вытяжных механизмов наибольшее распространение получили тянущие диски, устанавливаемые в два ряда и имеющие различные окружные скорости. Диски изготавливаются из пластмасс, фарфора, стекла, кислотоупорных сталей, причем рабочая их поверхность может быть рифленой или гладкой. Диаметры дисков от 120-250 мм; рабочая ширина 40-100 мм.

Рис.

Схема секционного вытяжного элемента прядильной машины для вискозного штапельного волокна. Жгуты волокна, выходящие из восьми-десяти фильер 1, поступают на ряд неподвижных жгуто-проводников 2, по которым собираются к середине данной секции машины в один жгут. При 12 000 отверстий в фильере и толщине элементарного волокна 1,6 текс масса 1 м жгута равна 20 г. Вытяжка элементарных волокон происходит равномерно. В середине секции жгут поступает на первый тянущий диск 3 (облегчает движение жгутов от фильер до секционной вытяжной системы). Система состоит из двух пар цилиндров 4 и 5 и размещенного между ними желоба б для пластификационной ванны. Каждая пара цилиндров имеет взаимно перекрещивающиеся оси, т.е. служит механизмом непрерывного перемещения движущейся нити или жгута.

Рис.

Жгут охватывает первую пару цилиндров 4, затем направляется в желоб пластификационной ванны и на вторую пару цилиндров 5, которые также охватываются жгутом в несколько витков. Со второй пары цилиндров, жгуты по неподвижным жгутопроводникам вдоль машины к ее хвостовой части, а затем поступают на последующие машины штапельного агрегата.

Достоинства: большая равномерность коагуляции и пластичности волокон

Недостаток: сложность конструкции прядильных машин, большие выделения паров сероуглерода и сероводорода в капсульном пространстве машин.

Приемные механизмы

Предназначены для приема сформованных нитей или жгутиков и намоткой их в паковку определенной формы и массы или укладки их в контейнера. В качестве приемных механизмов при выработке текстильной и технических нитей на прядильных машинах применяют бобины, электроцентрифуги, кольцевые веретена. При получении штапельного волокна в качестве приемных устройств для жгутиков применяют бобины, навои, тазы, контейнеры.

Прядильные электроцентрифуги

Рис

Прядильная кружка служит приемным и одновременно крутильным механизмом центрифугальных машин для формования химических волокон. Прядильные кружки приводятся в движение от специальных электродвигателей - электроверетен. Прядильная кружка состоит из корпуса с днищем, пятки и крышки. Материал- алюминий, покрытый лаком. Диаметр (верх) 170-182 мм; высота 90-168 мм; масса кулича = 300-1000 г (сухого).

Прядильная кружка вместе с электроверетеном и аппаратурой управления составляет машинное устройство, называемое электроцентрифугой.

Частота вращения от 6000-10 000 об/мин. Цикл работы 4-12 часов (разбег веретена =25с, намотка кулича =4-12 час, торможение кружки с куличом =25с, останов для выемки =30-60 с.) Электроверетено - частота вращения 8000-9000 об/мин, высота 0,350м, d = 0,165 м.

Кольцевое крутильное веретено

Рис.

Является приемным и одновременно крутильным механизмом на некоторых типах прядильных машин для формования текстильных нитей и почти на всех машинах и агрегатах для непрерывного процесса получения текстильных и кордных нитей хим. волокон, состоящего из формования, отделки, сушки и крутки.

Кольцевое крутильное веретено - система, в которую входит ряд деталей. Собственно веретено 1 вращается с высоким числом оборотов от механического или электрического привода и установлено на веретенном брусе 2; веретено 1 помещено внутри кольца 3, на которое посажен бегунок 4 из стали, бронзы или поликапроамида, свободно перемещающийся по окружности кольца. Точно над центром веретена и кольца, расположен нитепроводник 5 (клапан). На веретено 1 надевается шпуля, катушка или патрон 6, предназначенные для приема и намотки на них поступающей сформованной нити химического волокна. Нить, выходящая из нитепроводника 5, направляется под бегунок 4, а затем по касательной идет на патрон.

Контейнеры (для синтетических волокон)

При сухом способе формования химических штапельных волокон жгуты по выходе из шахт прядильной машины изменяют направление своего движения с вертикального на горизонтальное и направляются к торцу машины, соединяясь в один общий жгут со всех фильер машины или ее сторонки. Поскольку последующие технологич. операции обработки штапельного волокна проводятся с более низкими скоростями, чем скорости формования, появляется необходимость в приемке жгутов в промежуточные паковки, которые затем будут перемещены к отделочным агрегатам.

Преимуществам: увеличение массы жгута, укладываемого в контейнер, до 500--1000 кг; простота обслуживания, автоматическая смена заполненных контейнеров на пустые, повышение производительности. Контейнер представляет собой металлическую прямоугольную или цилиндрическую емкость высотой до 2 м, выполненную из металла и приспособленную для перевозки электропогрузчиками или контейнерами. Жгуты укладываются в контейнеры с помощью специальных раскладочных механизмов.

Оборудование для отделки нитей в паковках

Паковки при отделки могут быть погружены или не погружены в рабочие растворы. Отделка может производиться при стационарной установки паковки или их механизированной перемещении.

Под вакуумом отделывают волокно на жестких паковках (бобинах), т.к. у мягких паковок - куличей нарушается структура намотки.

Под давлением отделывают волокно в жестких и мягких паковках.

Вначале бобины и куличи собираются в начале отделочных агрегатов в пакеты. При формовании вискозной текстильной нити на бобинах прядильных машин в волокне, намотанном на бобину, содержится 18-20% сероуглерода, а при центрифугальном прядении в куличах остается всего 0,5 - 1% сероуглерода, поэтому и процессы отделки этих паковок имеют различное аппаратурное оформление.

Если пакет:

- с куличами - его направляют на отделку в агрегат ОК-И

- с бобинами - сначала направляют для отгонки сероуглерода на машину ОСБ - И, а затем на машину ОБ-И (аналогичную ОК-И).

В зависимости от принятого режима к каждой барке может быть подведен один или

несколько растворов, подаваемых последовательно:

- на машине ОСБ - И к каждой из 5 барок подведена холодная и горячая вода;

- на агрегатах ОК-И и ОБ-И к каждой барке подводятся только один раствор;

- на агрегатах О-ИК (капрон) к каждой барке подводятся все требуемые отделочные растворы.

Машина ОСБ-И

Пакет с бобинами опускается в барку и промывается горячей водой под вакуумом в течении 2 ч без перемещения его из барки в барку, т.к. при подъеме горячего пакета наблюдается сильное испарение сероуглерода. Как только сероуглерод отогнан из волокна, пакет с бобинами поступает на отделку в машину ОБ -И (аналогичную ОК-И).

Отделочный агрегат типа ОК (отделка куличей)

Рис.

Предназначен для отделки вискозной текстильной нити в куличах под давлением, с погружением отделываемых паковок в рабочие растворы и с механизированным перемещением пакетов с паковками. Агрегат состоит из двух машин типа ОК-ИМ, в которых отделываются куличи, собранные в переносные свечевые пакеты. Пакет состоит из коллектора 2 трубчатого или коробчатого типа, предназначенного для распределения растворов по столбикам собранных паковок, щитков или свечей 3, на которые устанавливают паковки 4, и зажимного устройства, выполняемого или в виде общей верхней плиты 5, или же в виде индивидуальных зажимных гаек. Коллектор 2 имеет посадочный штуцер 1, предназначенный для подачи растворов внутрь пакета. Пакеты изготавливаются из коррозионностойкой стали 10Х17Н13М3Т.