薄膜處理設(shè)備的制造方法
【專利說明】
[0001] 分案申請 本申請為分案申請，原申請的申請?zhí)枮?00880021236. 6,申請日為2008年6月13日， 發(fā)明名稱為"薄膜處理設(shè)備"。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及一種薄膜處理設(shè)備，其適于制造水性有機(jī)溶劑中的纖維素溶液。所述 設(shè)備特別適于但不僅限于制造用于生產(chǎn)再生纖維素纖維（lyocell fibre)的纖維素溶液。
【背景技術(shù)】
[0003] 再生纖維素的生產(chǎn)是公知技術(shù)。主要地，料漿形式的纖維素與水、用于纖維素的有 機(jī)溶劑和穩(wěn)定劑混合。在加熱和減壓的作用下，一部分水蒸發(fā)離開，從而產(chǎn)生有機(jī)溶劑中的 纖維素溶液，該纖維素溶液中還包含剩余部分的水。這種溶液然后進(jìn)行紡織處理，由此所述 溶液被形成為成形件，通常為絲線，然后處理所述絲線以溶去水性有機(jī)溶劑，從而沉積出纖 維素并因而形成纖維素成形件。
[0004] 量產(chǎn)纖維是大規(guī)模使用的產(chǎn)品，而且纖維生產(chǎn)過程必須使纖維的生產(chǎn)成本相對于 作為競爭產(chǎn)品的纖維素纖維(例如，棉或黏膠絲纖維或甚至諸如聚酯纖維之類的人造纖維） 具有經(jīng)濟(jì)可行性。
[0005] 這意味著，所述生產(chǎn)過程在經(jīng)濟(jì)上使得：對于再生纖維素纖維、特別是量產(chǎn)再生纖 維素纖維的制造而言，用于生產(chǎn)溶液的設(shè)備需要具有可年產(chǎn)數(shù)萬噸溶液量的規(guī)模。
[0006] 對大規(guī)模生產(chǎn)纖維的需求已經(jīng)導(dǎo)致采用特定的纖維素溶液制造工藝。在可替代的 工藝中，纖維素和水和/或有機(jī)溶劑按量混合在一起，以實(shí)現(xiàn)直接溶解。然而，這很難大規(guī) 模進(jìn)行。在現(xiàn)已商業(yè)化的與本發(fā)明相關(guān)的另一工藝中，所述工藝涉及制造纖維素、穩(wěn)定劑、 過量水和有機(jī)溶劑的預(yù)混合物，然后加熱和蒸發(fā)所述過量水以濃縮允許纖維素溶解的有機(jī) 溶劑。
[0007] 通過這種商業(yè)化工藝生產(chǎn)溶液的已有設(shè)備的最成功形式是豎直取向的薄膜處理 設(shè)備，例如，由Buss AG制造并以商標(biāo)Filmtruder銷售的設(shè)備。在EP 0 356 419 Bl中公 開了這種類型的薄膜處理設(shè)備，本發(fā)明也可用于這種設(shè)備。在這種公開設(shè)備中，預(yù)混合物 通過入口被栗送至薄膜處理設(shè)備中并向下傳送通過薄膜處理設(shè)備，上述操作部分地在重力 作用下進(jìn)行，但主要通過中心轉(zhuǎn)子上的輸送葉片向下推動進(jìn)行。薄膜處理設(shè)備的內(nèi)表面被 加熱，并施加真空以使過量水蒸發(fā)離開。這產(chǎn)生了水性溶劑中的纖維素溶液，此纖維素溶 液通過排出口被栗送出薄膜處理設(shè)備之外。有機(jī)溶劑的優(yōu)選形式為N-甲基嗎啉N氧化物 (N-methyl morpholine N oxide)，通?？s寫為 ΝΜΜ0。
[0008] 通過薄膜處理設(shè)備生產(chǎn)的纖維素溶液可用于制備多種類型的產(chǎn)品。通過這種纖維 素溶液制造的主要產(chǎn)品為纖維素纖維。不過，也可生產(chǎn)許多其它纖維素材料，例如，膜或海 綿或管。
[0009] 在EP 0 660 743中公開了一種使用薄膜處理設(shè)備生產(chǎn)纖維素溶液的改進(jìn)過程。 尤其是，此文獻(xiàn)涉及根據(jù)溶液產(chǎn)量和能耗而對EP O 356 419的過程進(jìn)行優(yōu)化。
[0010] 對這種已知過程的進(jìn)一步的修改在WO 97/11973中公開。
[0011] 必須注意的是，雖然生產(chǎn)能力的增加對于工程人員而言是不言自明的任務(wù)，不過， 對于所述工藝(尤其是再生纖維素工藝)的規(guī)?；嬖谝恍┛量滔拗?。這是因?yàn)樵诒∧ぬ幚?設(shè)備中形成的纖維素溶液具有放熱的性質(zhì)。因此，難以在面對由于系統(tǒng)溫度升高所致的放 熱反應(yīng)風(fēng)險的同時增加再生纖維素工藝的生產(chǎn)能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的目的在于，對用于制造纖維素溶液、特別是以商業(yè)化規(guī)模制造纖維素溶 液的薄膜處理設(shè)備的使用進(jìn)行更進(jìn)一步的改進(jìn)。因此，本發(fā)明進(jìn)一步的目的在于，提供一種 可用于制造纖維素溶液的改進(jìn)的薄膜處理設(shè)備。
[0013] 在第一方案中，上述目的通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜處理設(shè)備得以實(shí)現(xiàn)。根 據(jù)本發(fā)明的薄膜設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施例在從屬權(quán)利要求中公開。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的薄膜處理設(shè)備包括具有至少一個柱形部分的轉(zhuǎn)子，至少一個刮擦葉 片被布置在所述柱形部分上，所述刮擦葉片包括至少兩個齒，其特征是，所述刮擦葉片或所 述齒的厚度T分別大于5 _。
[0015] 已令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，通過使用相應(yīng)最小厚度T大于5 mm的葉片或齒，薄膜處理設(shè) 備的生產(chǎn)能力可顯著增加，而同時從工藝安全的方面來看不會超出過程極限。
[0016] 對于厚度T，其應(yīng)被理解為葉片或齒的前面的相應(yīng)厚度。所述前面是葉片的與將被 處理的材料接觸的面，其在薄膜處理設(shè)備的內(nèi)表面之上分配和輸送材料。
[0017] 厚度T可大于11 mm，優(yōu)選地為17 mm至55 mm，最優(yōu)選地為22 mm。
[0018] 在根據(jù)本發(fā)明的薄膜處理設(shè)備的進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述齒相互間隔分開，由此 形成間隙，一個齒的長度L與位于所述齒的鄰近處的間隙的長度G之間的平均比率V相應(yīng) 地大于2:1。
[0019] 已令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，如果在位于薄膜處理設(shè)備上的葉片上的齒的長度L與鄰近于 所述齒的間隙的長度G之間的平均比率V增加，則薄膜處理設(shè)備的生產(chǎn)能力可顯著增加。
[0020] 特別是已發(fā)現(xiàn)，通過使用根據(jù)本發(fā)明的薄膜處理設(shè)備，可增加生產(chǎn)能力，而同時使 諸如系統(tǒng)溫度之類的系統(tǒng)參數(shù)從工藝安全方面來看保持在可接受的水平。
[0021] 在EP 0 660 743 Bl中公開了位于葉片(其可采取具有集成齒的條的形式)上的齒 可包括所述條的豎直長度的10%至40%。這意味著比率V顯著小于2:1。
[0022] 應(yīng)理解的是，對于相應(yīng)布置在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備上的所有的齒和相鄰間隙而言， 齒的長度L與相應(yīng)相鄰間隙的長度G之間的比率V不必相同。
[0023] 在一個實(shí)施例中，對于布置在所述設(shè)備上的所有的齒而言，比率V可高于2:1。
[0024] 在其它實(shí)施例中，在所述設(shè)備的某些區(qū)域中，比率V可低于2:1，而在其它區(qū)域中， 比率可顯著更高。不過重要的是，根據(jù)位于所述設(shè)備上的所有齒計(jì)算出的比率V的平均值 高于2:1。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述平均比率V大于3:1，優(yōu)選地為3. 3:1。同樣，對于 布置在所述設(shè)備上的所有的齒而言，比率V可大于2:1，優(yōu)選地為3. 3:1。
[0026] 所述齒的長度L可相應(yīng)地在40至200 mm的范圍內(nèi)，且優(yōu)選地為90至110 mm。
[0027] 在根據(jù)本發(fā)明的薄膜處理設(shè)備的更優(yōu)選的實(shí)施例中，至少一部分所述齒形成大于 〇°的朝向豎直方向的角度α，其中，所有所述齒的平均角度〇"小于14°。
[0028] 已知的是，特別是為了制備纖維素溶液，被布置在薄膜處理設(shè)備上的至少一部分 所述齒可以是傾斜的，從而形成大于0°的朝向豎直方向的角度α，從而迫使材料被向下 輸送通過所述設(shè)備。
[0029] 現(xiàn)在已令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，如果所有齒的平均角度α "小于14°，則薄膜處理設(shè)備的 生產(chǎn)能力可顯著增加，而同時從工藝安全的方面來看不會超出過程極限。
[0030] 對于詞語"平均角度"而言，其為由所有齒朝向豎直方向形成的所有角度α的平 均值。
[0031] 在一個實(shí)施例中，薄膜處理設(shè)備的所有齒可以是傾斜的，因而所有角度α將大于 0° 〇
[0032] 在進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例中，僅有一部分齒傾斜。這意味著，一部分齒形成0°的 朝向豎直方向的角度，而其余齒形成大于0°的朝向豎直方向的角度。于是，平均角度Ctni仍為所有角度α的平均值。例如，如果50%的齒朝向豎直方向傾斜26°角度，則平均角 度將為平均值，8卩，13°。
[0033] 優(yōu)選地，平均角度a m小于1Γ，優(yōu)選地為10°。
[0034] 根據(jù)本發(fā)明的薄膜處理設(shè)備尤其適于通過水性叔胺氧化物（tertiary amine oxide)的纖維素懸浮液而制造在所述水性叔胺氧化物的可模塑的纖維素溶液。
【附圖說明】
[0035] 在下文中，將通過示例和附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明。
[0036] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的示意性剖視圖。
[0037] 圖2是圖1中所示系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子的頂部的端視圖。
[0038] 圖3是葉片與轉(zhuǎn)子的連接的更詳細(xì)視圖。
[0039] 圖4是圖3的結(jié)構(gòu)的立體圖。
[0040] 圖5是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的薄膜處理設(shè)備的轉(zhuǎn)子的一部分的視圖。
[0041] 圖6是例示出根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的薄膜處理設(shè)備的轉(zhuǎn)子葉片的示例性形狀 的示意性俯視圖。
[0042] 圖7是顯示出薄膜處理設(shè)備的葉片齒比率V對于比產(chǎn)量的影響的圖線。
[0043] 圖8是顯示出薄膜處理設(shè)備的平均角度am對于比產(chǎn)量的影響的圖線。
[0044] 圖9是顯示出薄膜處理設(shè)備的葉片厚度T對于比產(chǎn)量的影響的圖線。
【具體實(shí)施方式】
[0045] 參見圖1，其示意性顯示出的系統(tǒng)用于執(zhí)行形成叔胺N氧化物中的纖維素溶液的 過程。
[0046] 叔胺N氧化物，例如N-甲基嗎啉N氧化物，沿線路2被供應(yīng)到容器1中。而且還 提供了纖維素供應(yīng)線路3和水供應(yīng)線路4。通常，通過將這些組分混合而形成的預(yù)混合物 通常包括：重量百分比為12%的纖維素，重量百分比為20%的水，和重量百分比為68%的 N-甲基嗎啉N氧化物。利用由電動馬達(dá)6旋轉(zhuǎn)的螺旋葉片5,這三種組分在容器1中被混 合。螺旋葉片攪動混合物，并將混合后的組分沿管線7送到整體上由8表示的薄膜處理設(shè) 備。所述管線優(yōu)選地具有使其總是被充滿的直徑，或者可在所述管線通入薄膜處理設(shè)備的 出口中提供限制結(jié)構(gòu)，使得管線7中的材料不會暴露于處理設(shè)備8中的真空。
[0047] 薄膜處理設(shè)備8包括處于柱形構(gòu)件9內(nèi)的轉(zhuǎn)子，柱形構(gòu)件9在外側(cè)利用加熱元件 10被加熱。加熱元件可為電加熱元件、或充油元件、或完全的充蒸汽或充熱水的加熱套。在 柱形部分9的下端存在引向排放線路12的漸縮部分11。
[0048] 在柱形部分9的上端存在設(shè)置有排出導(dǎo)管14的供應(yīng)腔13,可通過排出導(dǎo)管14去 除蒸發(fā)的水汽。預(yù)混合后的材料通過管線7被送入腔13中，并當(dāng)整體上由16表示的轉(zhuǎn)子 旋轉(zhuǎn)時通過分配板15而圍繞薄膜處理設(shè)備分配。
[0049] 利用外部電動馬達(dá)17使轉(zhuǎn)子16的中心軸旋轉(zhuǎn)。
[0050] 轉(zhuǎn)子16設(shè)置有一系列葉片18,這些葉片18將在下文中進(jìn)行更詳細(xì)的描述。在操 作中，將較低壓力施加于導(dǎo)管14中，由此，當(dāng)利用加熱元件10加熱預(yù)混合物時，水在薄膜處 理設(shè)備的操作過程中被蒸發(fā)，從而在預(yù)混合物被加熱時減少其水含量。
[0051] 這種連續(xù)加熱和蒸發(fā)導(dǎo)致預(yù)混合物中的水（即，非溶劑）的組分降低到一定程度， 使得纖維素形成真正的在叔胺N氧化物中的溶液。
[0052] 因此，在薄膜處理設(shè)備8的下部分中形成有粘性溶液，粘性溶液通過錐形構(gòu)件20 上的傾斜葉片19被向下推入薄膜處理設(shè)備