專利名稱：安全輸送和處理可紡纖維素溶液的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及安全輸送和處理適用于制造溶紡纖維素模制品，特別是適用于制造纖維、薄膜和膜的纖維素溶液的設(shè)備和方法。
本領(lǐng)域中紡制纖維素溶液的方法是已知的。在這種情況下，制備除必需的紡絲助劑以外含預(yù)處理的纖維素、纖維素的非溶劑(如水)、纖維素的溶劑(如氧化叔胺，特別是N-氧化-N-甲基嗎啉)的纖維素溶液，以得到可紡溶液(下文中稱為紡絲溶液)。該混合物僅在70-120℃的溫度時(shí)保持其可紡性。本申請(qǐng)中，可紡性是指在干-濕擠出法中將上述溶液紡制成模制品的性能。例如，EP-A0574870描述了一種由這種溶液制造纖維素模制品的方法。
相對(duì)于纖維、薄膜和膜的其它制造方法，上述的方法具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。例如，這些方法能制造在許多方面都優(yōu)于常規(guī)模制品的模制品，如粘膠纖維。這種方法也可連續(xù)制造模制品。另外，還必須強(qiáng)調(diào)其生態(tài)方面的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樵谶@種制造溶紡纖維素模制品的方法中基本上不使用或不沉淀出對(duì)健康或環(huán)境有害的化學(xué)物質(zhì)。
這些制造溶紡纖維素模制品的已知方法和設(shè)備也有缺點(diǎn)。由纖維素、氧化叔胺和水組成的上述混合物會(huì)在高溫下進(jìn)行劇烈的分解反應(yīng)，即所謂的失控反應(yīng)。另外，該分解反應(yīng)一般在不同的誘導(dǎo)期后發(fā)生，因此實(shí)際上難于預(yù)測(cè)該失控反應(yīng)的時(shí)間和溫度。
一般來(lái)說(shuō)，混合物的溫度升高，絕熱誘導(dǎo)期縮短。正確選擇溫度和時(shí)間參數(shù)對(duì)于一個(gè)安全生產(chǎn)方法來(lái)說(shuō)是關(guān)鍵的。
在生產(chǎn)規(guī)模上，如果由纖維素、氧化叔胺和水組成的混合物在115℃左右的溫度下保持16小時(shí)左右后，預(yù)計(jì)就會(huì)在該混合物中發(fā)生爆炸性的失控反應(yīng)。
為了把輸送和處理設(shè)備(如紡絲器、混合容器、供料容器、管道)和其它設(shè)備中紡絲溶液保持在紡絲所需的溫度，需在各個(gè)設(shè)備部件中配備加熱器。在這種情況下，細(xì)分為包括單個(gè)或幾個(gè)上述部件的區(qū)域是通常的做法。
本領(lǐng)域中已知不同類型的加熱器。這些加熱器主要但不是只連接在上述部件的外表面上。例如，電加熱器是已知的，而且熱水加熱器也是已知的。在熱水加熱器中，從這些部件中的管道或雙壁中流過(guò)的熱水把所需的熱量傳遞給紡絲溶液。
雖然不想局限于單一理論，但已提出了一個(gè)分解反應(yīng)的自催化機(jī)理。少量Fe(III)離子使得熱穩(wěn)定性明顯降低，但出于經(jīng)濟(jì)上的考慮，必須舍棄從生產(chǎn)混合物中除去鐵離子的想法。
有關(guān)混合物自發(fā)和爆炸性分解的問(wèn)題要求采取特別的保護(hù)措施來(lái)防止嚴(yán)重的事故以及保護(hù)輸送和處理可紡纖維素溶液的裝置(下文中稱為輸送裝置)和人員或者保護(hù)其免受嚴(yán)重的損壞和傷害。
現(xiàn)有技術(shù)中，輸送裝置或其組件配備有常規(guī)的貴重安全裝置。這些安全裝置包括裝在選定部位的防爆裝置。膨脹室或膨脹容器也用來(lái)裝膨脹的紡絲溶液。這些常規(guī)安全裝置不僅代價(jià)高，而且這些安全裝置的作用僅局限于減少可紡纖維素溶液爆炸(pass through)時(shí)的影響，從而避免損壞這些輸送設(shè)備。同時(shí)，也保護(hù)了操作人員的安全。
因此，這些現(xiàn)有安全裝置的缺點(diǎn)是它們的作用局限于減少可紡纖維素溶液爆炸時(shí)的影響，而不是限制紡絲溶液本身的爆炸。
本發(fā)明的目的是克服這些現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，并提供能防止生產(chǎn)混合物通過(guò)的安全裝置和方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種制造溶紡纖維素模制品的安全設(shè)備和方法。這種安全設(shè)備和方法能防止可紡纖維素溶液發(fā)生爆炸，但對(duì)輸送、處理和生產(chǎn)過(guò)程沒(méi)有任何破壞性的影響，如不必中斷生產(chǎn)過(guò)程。
本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供能避免使用昂貴防爆設(shè)備和/或膨脹設(shè)備的安全設(shè)備和方法。
本發(fā)明的這些目的通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求中所述的技術(shù)特征加以實(shí)現(xiàn)。從屬權(quán)利要求描述了優(yōu)選的實(shí)施方式。
本發(fā)明不僅基于有限量紡絲溶液的局部過(guò)熱不會(huì)立即導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)爆炸的認(rèn)識(shí)，而且還基于整個(gè)系統(tǒng)或至少足夠大體積內(nèi)的均勻高溫必然會(huì)導(dǎo)致這些物質(zhì)或混合物爆炸的認(rèn)識(shí)。
基于將熱水加熱設(shè)備用作調(diào)溫系統(tǒng)(tempering system)的制造溶紡纖維素模制品的已知生產(chǎn)設(shè)備，本發(fā)明通過(guò)連續(xù)監(jiān)控設(shè)備中的各個(gè)區(qū)域或組件中的紡絲溶液溫度，并根據(jù)預(yù)定的參數(shù)降低加熱設(shè)備的熱水溫度和/或?qū)⒗渌ㄈ爰訜嵩O(shè)備來(lái)防止紡絲溶液發(fā)生爆炸。
本發(fā)明的決竅是將紡絲溶液的溫度降低到它不發(fā)生爆炸的溫度值。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，紡絲溶液的溫度保持在沒(méi)有降低到低于紡絲法所需最低溫度，從而較好地既防止了紡絲溶液爆炸的危險(xiǎn)，又沒(méi)有中斷生產(chǎn)過(guò)程。
在另一個(gè)實(shí)施方式中，分步降低加熱裝置中熱水的溫度并向加熱裝置分配系統(tǒng)中加入冷卻水。
在第一步驟中，當(dāng)超過(guò)紡絲溶液的第一預(yù)定限制溫度時(shí)，連續(xù)降低加熱裝置中熱水的溫度，使熱水的溫度降低到紡絲溶液的溫度之下，從而對(duì)紡絲溶液進(jìn)行冷卻，即降低其溫度，并伴有從紡絲溶液傳熱到熱水中。熱水的溫度可用基本上已知的方法進(jìn)行降低，如使用熱交換器。也可在加熱系統(tǒng)的熱水中加入部分冷卻水。然而，后一種方法不能回收過(guò)程熱量。
如果第一步驟中采用的措施是成功的，且紡絲溶液的溫度返回到紡絲工藝所需的預(yù)定溫度范圍內(nèi)，則結(jié)束本發(fā)明的安全方法，并且配置加熱系統(tǒng)按其正常技術(shù)要求進(jìn)行操作。
如果第一步驟中采用的措施不能將紡絲溶液的溫度降低到所需的特定溫度范圍內(nèi)，且紡絲溶液的溫度超過(guò)了第一預(yù)定限制溫度之上的第二預(yù)定限制溫度，則啟動(dòng)本發(fā)明安全方法的第二步驟措施。
如果在啟動(dòng)第一步驟措施或其產(chǎn)生作用之前，紡絲溶液的溫度上升太快，超過(guò)到第二預(yù)定限制溫度，則也啟動(dòng)本發(fā)明安全方法的第二步驟措施。
在本發(fā)明方法的第二步驟中，基本上停止向加熱系統(tǒng)中通入熱水，并向該加熱系統(tǒng)中的分配系統(tǒng)供入冷卻水。即使在用第一步驟中措施調(diào)節(jié)過(guò)熱水的溫度的情況下，冷卻水的溫度會(huì)明顯低于熱水的溫度。
雖然對(duì)冷卻水溫度的選擇沒(méi)有特別的限制，但必須記住，冷卻水的溫度應(yīng)低到足以盡可能多地從紡絲溶液中散熱，從而防止紡絲溶液發(fā)生爆炸，另外，冷卻水的溫度又必須高到足以防止生產(chǎn)設(shè)備和/或分配系統(tǒng)的熱應(yīng)力上升到損壞分配系統(tǒng)或其它生產(chǎn)設(shè)備部件的值。這種損壞例如包括由溫度變化引起的應(yīng)力開(kāi)裂。
根據(jù)現(xiàn)有的專業(yè)知識(shí)或通過(guò)簡(jiǎn)單的常規(guī)適當(dāng)技術(shù)操作，本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員可以確定冷卻水的溫度。在這個(gè)溫度下，加入冷卻水不會(huì)損壞生產(chǎn)設(shè)備，同時(shí)又能保證從紡絲溶液中散去足夠的熱量。一個(gè)合適的冷卻水溫度為20℃。
可以這樣采用上述的措施，使本發(fā)明的方法作用于整個(gè)生產(chǎn)裝置，或者僅作用于單個(gè)部件，如紡絲器、混合容器、儲(chǔ)罐、供料管道和其它部件。
以下將根據(jù)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作更詳細(xì)的描述。
在裝備有熱水加熱系統(tǒng)的由含預(yù)處理的纖維素、纖維素的非溶劑和纖維素的溶劑的纖維素溶液制造溶紡纖維素模制品的常規(guī)生產(chǎn)系統(tǒng)中配備用于測(cè)量紡絲溶液溫度的溫度傳感器。在這種情況下，將該系統(tǒng)分成各個(gè)區(qū)域，如管道區(qū)、混合器、擠出機(jī)和其它部件。這些區(qū)域都容納足以讓紡絲溶液爆炸的溶液量。在這樣設(shè)立的每個(gè)區(qū)域中配備至少一個(gè)溫度傳感器。
為了提高安全性，可以在各個(gè)區(qū)域配備幾個(gè)溫度傳感器。上述的溫度傳感器優(yōu)選是所謂的雙溫度傳感器。這種雙溫度傳感器包括兩個(gè)測(cè)量幾乎相同部位的紡絲溶液溫度并把溫度信號(hào)傳遞給系統(tǒng)控制器的溫度傳感器。這種雙溫度傳感器中的溫度傳感器還比較測(cè)量結(jié)果，并發(fā)出由單獨(dú)信號(hào)產(chǎn)生的測(cè)量結(jié)果偏差。單獨(dú)信號(hào)(也稱為缺陷信號(hào))向系統(tǒng)控制器發(fā)出溫度傳感器失誤的警報(bào)信號(hào)。在本實(shí)施方式中，系統(tǒng)控制器由安全電路連接到各個(gè)配置加熱系統(tǒng)。這樣，這些配置加熱系統(tǒng)可以由系統(tǒng)控制器響應(yīng)缺陷信號(hào)自動(dòng)停止工作。使用雙溫度傳感器的本發(fā)明實(shí)施方式還提高了安全性。合適的溫度傳感器是市售的，商品名為PT-100。
測(cè)量傳感器在至少一個(gè)區(qū)域探測(cè)紡絲溶液的局部過(guò)熱，并把溫度值傳遞給安全電路。預(yù)設(shè)的第一限制溫度和第二限制溫度參數(shù)作為安全電路中的切換點(diǎn)。所述的參數(shù)是可變的，并設(shè)定為所用紡絲溶液的函數(shù)。
在本實(shí)施例中，98℃的第一限制溫度設(shè)定為第一切換點(diǎn)。當(dāng)紡絲溶液的溫度超過(guò)第一切換點(diǎn)時(shí)，通過(guò)把通過(guò)熱交換器中冷卻水的流速轉(zhuǎn)變到最大值，來(lái)提高熱交換器的能力。
結(jié)果，降低了配置加熱器中熱水的溫度，同時(shí)配置加熱器中冷卻量的水啟動(dòng)了局部過(guò)熱紡絲溶液和已冷卻的熱水間的傳熱。在建立了預(yù)定和所需的紡絲溶液溫度分布后，就可自動(dòng)或手動(dòng)地確定這種安全設(shè)定，并把配置加熱器調(diào)節(jié)到正常技術(shù)狀態(tài)。
將100℃的第二限制溫度作為第二切換點(diǎn)。當(dāng)達(dá)到第一切換點(diǎn)后不能控制時(shí)，達(dá)到這個(gè)切換點(diǎn)。
一旦達(dá)到或超過(guò)第二切換點(diǎn)時(shí)，停止向調(diào)溫系統(tǒng)中供應(yīng)熱水，同時(shí)排出熱水和加入冷卻水。
在本實(shí)施例中，第二切換點(diǎn)啟動(dòng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換兩個(gè)三通球閥，一個(gè)獨(dú)立的緊急冷卻水系統(tǒng)通過(guò)轉(zhuǎn)換的球閥設(shè)定結(jié)合到受影響的加熱系統(tǒng)中。緊急冷卻水系統(tǒng)由冷卻水罐、壓力控制輸送泵和分配系統(tǒng)組成。在正常狀態(tài)下，緊急冷卻水系統(tǒng)處于規(guī)定的系統(tǒng)壓力之下。輸送泵由壓力膜切換，以保持設(shè)定系統(tǒng)壓力恒定。
轉(zhuǎn)換三通球閥開(kāi)始在冷卻水系統(tǒng)中產(chǎn)生壓降，從而啟動(dòng)冷卻水系統(tǒng)中的輸送泵。通過(guò)輸送泵通入的冷卻水使溫水進(jìn)入熱水系統(tǒng)，通入冷水(20℃)降低了受影響區(qū)域中紡絲溶液的溫度。
達(dá)到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)值后，再啟動(dòng)三通球閥和熱水加熱系統(tǒng)的安全設(shè)定。這種啟動(dòng)既可以自動(dòng)進(jìn)行，也可以手動(dòng)進(jìn)行。
在操作安全裝置或?qū)嵤┌踩椒ǖ娜魏螘r(shí)候，紡絲溶液的溫度都不會(huì)降低到生產(chǎn)過(guò)程必須停止的數(shù)值。
權(quán)利要求
1.在裝備調(diào)溫系統(tǒng)的設(shè)備中和在70-100℃的溫度范圍內(nèi)安全輸送和處理可紡纖維素溶液的方法，所述的可紡纖維素溶液由纖維素、纖維素的溶劑、纖維素的非溶劑和如果需要的紡絲助劑組成，其特征在于所述的調(diào)溫系統(tǒng)用于當(dāng)可紡纖維素溶液的溫度達(dá)到或超過(guò)預(yù)定溫度值的切換點(diǎn)時(shí)有控制地從所述設(shè)備至少一個(gè)區(qū)域中的可紡纖維素溶液中散熱。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在整個(gè)過(guò)程中監(jiān)控溫度。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于在所述方法中設(shè)立兩個(gè)切換點(diǎn)，第二切換點(diǎn)設(shè)定在超過(guò)第一切換點(diǎn)的第一溫度的第二預(yù)定溫度。
4.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于當(dāng)可紡纖維素溶液的溫度達(dá)到或超過(guò)第一切換點(diǎn)時(shí)，降低所述調(diào)溫系統(tǒng)中熱水的溫度，優(yōu)選通過(guò)熱交換器最大限度地冷卻所述的熱水。
5.如權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于當(dāng)所述可紡纖維素溶液的溫度達(dá)到或超過(guò)第二切換點(diǎn)時(shí)，將緊急冷卻系統(tǒng)結(jié)合到所述的調(diào)溫系統(tǒng)中，所述調(diào)溫系統(tǒng)中的熱水量基本上完全被冷水取代。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述的緊急冷卻系統(tǒng)通過(guò)轉(zhuǎn)換所述緊急冷卻系統(tǒng)中的閥和配件產(chǎn)生內(nèi)壓降來(lái)進(jìn)行啟動(dòng)。
7.在裝備調(diào)溫系統(tǒng)的設(shè)備中和在70-100℃的溫度范圍內(nèi)安全輸送和處理可紡纖維素溶液的設(shè)備，所述的可紡纖維素溶液由纖維素、纖維素的溶劑、纖維素的非溶劑和如果需要的紡絲助劑組成，其特征在于在體積足以讓紡絲溶液發(fā)生爆炸的各設(shè)備區(qū)域中配置至少一個(gè)溫度傳感器，所述的安全裝置還包括具有至少一個(gè)切換點(diǎn)的安全電路，所述的切換點(diǎn)由限制溫度確定，其特征還在于提供用于降低熱水溫度的裝置，所述的安全電路按如下方式與溫度傳感器和降溫裝置相連接，即當(dāng)所述可紡纖維素溶液的溫度達(dá)到或超過(guò)第一切換點(diǎn)時(shí)，至少在紡絲溶液溫度超過(guò)第一限制溫度的區(qū)域內(nèi)降低所述調(diào)溫系統(tǒng)中熱水的溫度。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于所述的安全電路按下述方式連接，即當(dāng)在區(qū)域中達(dá)到或超過(guò)第一限制溫度時(shí)，降低整個(gè)設(shè)備中熱水的溫度。
9.如權(quán)利要求7或8所述的設(shè)備，其特征在于所述的安全電路具有能在第二限制溫度處啟動(dòng)的第二切換點(diǎn)，所述的第二限制溫度超過(guò)第一限制溫度。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于所述的設(shè)備還包括冷卻水系統(tǒng)，該冷卻水系統(tǒng)能在達(dá)到或超過(guò)第二切換點(diǎn)時(shí)通過(guò)所述的安全電路啟動(dòng)，并把冷卻水供入所述的調(diào)溫系統(tǒng)中。
11.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于所述的冷卻水系統(tǒng)包括儲(chǔ)水槽、膜控輸送泵、轉(zhuǎn)換配件和閥，所述的輸送泵按如下方式啟動(dòng)，即用轉(zhuǎn)換所述的閥和配件在冷卻水系統(tǒng)中產(chǎn)生的內(nèi)壓降來(lái)啟動(dòng)所述的輸送泵。
12.如權(quán)利要求7-11中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于所述的溫度傳感器是按下述方式連接的雙溫度傳感器，即如果所述的溫度傳感器之一失誤，則把缺陷信號(hào)傳遞給所述的安全電路。
13.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其特征在于收到所述的缺陷信號(hào)時(shí)，啟動(dòng)所述的安全電路，使得至少受影響區(qū)域中加熱裝置停止工作。
全文摘要
本發(fā)明揭示了安全輸送和處理纖維素溶液的設(shè)備和方法。所述的纖維素溶液適于制造溶紡纖維素模制品，特別是適于制造纖維、薄膜和膜。在該安全輸送和處理可紡纖維素溶液的設(shè)備中配置調(diào)節(jié)裝置，一旦纖維素溶液中的溫度至少超過(guò)第一限制溫度，就降低調(diào)溫系統(tǒng)中的溫度，從而使紡絲溶液的溫度降低，并防止該反應(yīng)混合物發(fā)生爆炸。本發(fā)明也揭示了具有兩個(gè)切換步驟的方法和裝置。
文檔編號(hào)D01D1/00GK1451059SQ00816961
公開(kāi)日2003年10月22日 申請(qǐng)日期2000年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月8日
發(fā)明者R·－U·鮑爾, E·勃蘭特 申請(qǐng)人:阿塞如施瓦茲有限公司