專利名稱：：薄膜處理設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種薄膜處理設(shè)備，其適于制造水性有機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(lyocellfibre)的纖維素溶液。
背景技術(shù)：
：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溶劑，從而沉積出纖維素并因而形成纖維素成形件。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)濟可行性。這意味著，所述生產(chǎn)過程在經(jīng)濟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。對大規(guī)模生產(chǎn)纖維的需求已經(jīng)導致采用特定的纖維素溶液制造工藝。在可替代的過程中，纖維素和水和/或有機溶劑按量混合在一起，以實現(xiàn)直接溶解。然而，這很難大規(guī)模進行。在現(xiàn)已商業(yè)化的與本發(fā)明相關(guān)的另一過程中，所述過程涉及制造纖維素、穩(wěn)定劑、過量水和有機溶劑的預混合物，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溶劑。通過這種商業(yè)化過程生產(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BussAG制造并以商標Filmtruder銷售的設(shè)備。在EP0356419Bl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，預混合物通過入口被泵送至薄膜處理設(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行，但主要通過中心轉(zhuǎn)子上的輸送葉片向下推動進行。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泵送出薄膜處理設(shè)備之外。有機溶劑的優(yōu)選形式為N-甲基嗎啉N氧化物(N-methylmorpholineNoxide)，通?？s寫為匪0。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。EP0660743公開了一種使用薄膜處理設(shè)備生產(chǎn)纖維素溶液的改進過程。尤其是，此文獻涉及根據(jù)溶液產(chǎn)量和能耗而對EP0356419的過程進行優(yōu)化。對這種已知過程的進一步的修改在WO97/11973中公開。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┛量滔拗啤＿@是因為在薄膜處3理設(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)備的使用進行更進一步的改進。因此，本發(fā)明進一步的目的在于，提供一種可用于制造纖維素溶液的改進的薄膜處理設(shè)備。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)備得以實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的薄膜設(shè)備的優(yōu)選實施例在從屬權(quán)利要求中公開。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，所述齒相互間隔分開，由此形成間隙，其特征在于，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。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。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。EP0660743Bl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。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。在一個實施例中，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。在其它實施例中，在所述設(shè)備的某些區(qū)域中，比率V可低于2:l，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)備上的所有齒計算出的比率v的平均值高于2:i。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，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:i。所述齒的長度L可相應(yīng)地在40mm至200mm的范圍內(nèi)，且優(yōu)選地為90mm至110mm。在根據(jù)本發(fā)明的薄膜處理設(shè)備的更優(yōu)選的實施例中，至少一部分所述齒形成大于0°的朝向豎直方向的角度a，其中，所有所述齒的平均角度a,j、于14°。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，以形成大于O。的朝向豎直方向的角度a，從而迫使材料被向下輸送通過所述設(shè)備?，F(xiàn)在已令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，如果所有齒的平均角度、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工藝極限。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a的平均值。在一個實施例中，薄膜處理設(shè)備的所有齒可以是傾斜的，因而所有角度a將大于(T。在進一步的優(yōu)選實施例中，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O。的朝向豎直方向的角度。于是，平均角度aj乃為所有角度a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am將為平均值，即，13。。優(yōu)選地，平均角度Qm小于11°，優(yōu)選地為IO。。在又一優(yōu)選實施例中，根據(jù)本發(fā)明的薄膜處理設(shè)備的特征在于，所述刮擦葉片或所述齒的厚度T相應(yīng)地大于5mm。已令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，通過使用相應(yīng)最小厚度T大于5mm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工藝極限。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。厚度T可大于llmm，優(yōu)選地為17mm至55mm，最優(yōu)選地為22mm。根據(jù)本發(fā)明的薄膜處理設(shè)備尤其適于通過所述水性叔胺氧化物(tertiaryamineoxide)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。在下文中，將通過示例和附圖更詳細地描述本發(fā)明。圖1是根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的示意性剖視圖。圖2是圖1中所示系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子的頂部的端視圖。圖3是葉片與轉(zhuǎn)子的連接的更詳細視圖。圖4是圖3的結(jié)構(gòu)的立體圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的薄膜處理設(shè)備的轉(zhuǎn)子的一部分的視圖。圖6是例示出根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的薄膜處理設(shè)備的轉(zhuǎn)子葉片的示例性形狀的示意性俯視圖。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。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。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。具體實施例方式參見圖l，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。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。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5IO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。在柱形部分9的上端存在設(shè)置有排出導管14的供應(yīng)腔13，可通過排出導管14去除蒸發(fā)的水汽。預混合后的材料通過管線7被送入腔13中，并當整體上由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。利用外部電動馬達17使轉(zhuǎn)子16的中心軸旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子16設(shè)置有一系列葉片18，這些葉片18將在下文中進行更詳細的描述。在操作中，將較低壓力施加于導管14中，由此，當利用加熱元件IO加熱預混合物時，水在薄膜處理設(shè)備的操作過程中被蒸發(fā)，從而在預混合物被加熱時減少其水含量。這種連續(xù)加熱和蒸發(fā)導致預混合物中的水(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。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)備的漸縮部分11的底部處的頸部中。通過螺旋構(gòu)件21的旋轉(zhuǎn)，溶劑中的纖維素溶液被送到由電動馬達23驅(qū)動的泵22。由此，溶液通過適合管道結(jié)構(gòu)被送到紡織噴嘴25。螺旋構(gòu)件21利用電動馬達26'進行旋轉(zhuǎn)，對電動馬達26'的控制與對電動馬達6和17的控制相結(jié)合以控制通過系統(tǒng)的溶液流動。圖2至4更詳細顯示出圖1中整體上以16例示的轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)。從圖2和3中可見，轉(zhuǎn)子包括柱形中心部分26，柱形中心部分26在其下端具有漸縮錐形部分。柱形部分在其上端具有終端板28，馬達15的旋轉(zhuǎn)軸連接到終端板28。轉(zhuǎn)子中心部分26基本上為中空柱體，中空柱體具有整體上從其突出的一系列(例如為六個)平行的葉片根部(例如29、30)。這些葉片根部延伸轉(zhuǎn)子中心部分26的長度。葉片根部被焊接到轉(zhuǎn)子中心區(qū)域并形成轉(zhuǎn)子中心區(qū)域的集成部分。形成薄膜處理設(shè)備實際葉片的一系列板31、32、33、34、35和36被栓接到所述根部，例如根部30。如圖3中更清楚所示，葉片板38利用傳統(tǒng)螺栓40栓接到葉片根部39。如圖4中可見，葉片板41具有延伸到葉片板41的遠邊緣的一系列齒構(gòu)件42、43、44和45，葉片板41利用螺栓47、48和49被緊固到葉片根部46。葉片齒42至45可以是傾斜的以將粘性預混合物和粘性溶液向下推動通過薄膜處理設(shè)備。由于薄膜處理設(shè)備8的轉(zhuǎn)子16以豎直配置布置，因此，傾斜葉片作用與重力作用相結(jié)合以促進預混合物和溶液向下移動通過處理設(shè)備。圖5示意性例示出本發(fā)明的優(yōu)選實施例，參見兩個相鄰葉片41、35(未示出)，其上分別布置有齒42、43、44和齒42'、43'、44'。根據(jù)圖5中所示的實施例，一部分齒沿豎直取向(S卩，齒42、43、44)，而另一部分齒(即，齒42'、43'、44')朝向豎直方向傾斜，由此形成大于O。的角度ci。每個齒具有長度L(如圖5中分別對于齒42和42'所示)。為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，對傾斜的齒而言，長度L是指齒在鉛垂線上的投影的長度(如圖5中對于齒42'所示)。相鄰的齒，例如齒42和43，相互間隔分開，由此形成間隙G。齒長度L與間隙長度G的比率為比率V。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，對于位于轉(zhuǎn)子柱形部分上的所有的齒和相鄰間隙而言，平均比率V應(yīng)相應(yīng)地大于2:1。而且，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，作為所有齒(包括不傾斜的齒)的角度a的平均值，平均角度Qm應(yīng)小于11°。圖6示意性例示出齒42的實施例的形狀。齒42具有前面42a，前面42a與將被處理的材料接觸并在柱形部分9的內(nèi)表面之上分配和輸送材料。前面42a大致平行于柱形部分9的內(nèi)表面延展。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，齒的前面42a呈現(xiàn)出厚度T，厚度T應(yīng)大于5mm。示例薄膜處理設(shè)備的生產(chǎn)能力尤其受限于兩個因子l)葉片的最大周向速度；2)設(shè)備內(nèi)的最大溫度(在套處測量)。在示例性的薄膜處理設(shè)備中，因子1)(S卩，最大周向速度)可具有約7m/s的值。最大溫度(因子2))應(yīng)不超過160°C，以避免發(fā)生放熱反應(yīng)的風險。這兩個值的乘積(其將在下文中被稱為最大"F因子")限定了生產(chǎn)能力增加的范圍。即，在未達到技術(shù)極限或不發(fā)生危險的放熱反應(yīng)的情況下，不可能使生產(chǎn)能力增加至高于該乘積值。關(guān)于本示例，因子1)和2)的乘積，即，最大"F因子"，為1120°Cm/s。示例1:本示例采用具有八葉片(厚度T=llmm)轉(zhuǎn)子的薄膜處理設(shè)備。所述設(shè)備用于將水性NMM0的纖維素懸浮液處理為具有13%纖維素的纖維素溶液。在對照示例中，葉片上布置的齒的長度相應(yīng)地為62mm。鄰近于所述齒的間隙的長度相應(yīng)地為31mm。S卩，平均比率V為2:1。在根據(jù)本發(fā)明的示例中，齒的長度為102mm，而間隙的長度保持為31mm不變。艮卩，平均比率V為3.3。為了實現(xiàn)本示例的目的，詞語"長度"是指齒的實際面長度。對于設(shè)備中所用的傾斜的齒而言，其在鉛垂線上的投影長度僅稍稍不同于實際面長度，并因而不會改變平均比率V。通過調(diào)節(jié)周向速度和/或薄膜處理設(shè)備加熱套的溫度，設(shè)定不同的操作點。這些操作點與特定的比產(chǎn)量(每m2設(shè)備表面積所生產(chǎn)的以kg/d為單位的纖維，其中基于llX的含水量；這是指可通過由所述設(shè)備所生產(chǎn)的纖維素溶液而紡出的纖維的量)相關(guān)。測量F因子，F(xiàn)因子基于為實現(xiàn)特定產(chǎn)量所必需的處理條件(周向速度和溫度)。實驗結(jié)果總結(jié)在下表中7<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>由上表并由圖7中可見，與比率V僅為2:1(F因子983.8)的設(shè)備相比，使用具有較高比率V(V二3.3:1)的薄膜處理設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)在低得多的F因子(891.9)下以1750kg/d.m2的比產(chǎn)量進行生產(chǎn)。對于圖7，進一步可見的是，如果對通過F因子相對于比產(chǎn)量的繪圖所獲得的基本線性的圖線進行外推，則與V僅為2:l的薄膜處理設(shè)備的1940kg/d.n^相比，使用比率V為3.3:l的薄膜處理設(shè)備可獲得2390kg/d.m1勺最大產(chǎn)量，其中未超過最大F因子112(TCm/So示例2:其實驗設(shè)置與示例1中相同，其不同之處在于在對照示例中，葉片上布置的齒的長度相應(yīng)地為62mm。鄰近于所述齒的間隙的長度相應(yīng)地為31mm。所有齒的平均角度am(朝向豎直方向)為14°。齒具有l(wèi)lmm的厚度T。在根據(jù)本發(fā)明的示例中采用相同設(shè)備，不過所有齒的平均角度cim為10°。仍然測量F因子，F(xiàn)因子基于為實現(xiàn)特定產(chǎn)量所必需的處理條件(周向速度和溫度)。實驗結(jié)果總結(jié)在下表中8<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>由上表并由圖8中可見，與平均角度、為14°(F因子747.5)的設(shè)備相比，使用朝向豎直方向的平均角度a^為10°的薄膜處理設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)在低得多的F因子(702.1)下以1250kg/d.m2的比產(chǎn)量進行生產(chǎn)。對于圖8，進一步可見的是，如果對通過F因子相對于比產(chǎn)量的繪圖所獲得的基本線性的圖線進行外推，則與a^為14。的薄膜處理設(shè)備的2110kg/d.n^相比，使用平均角度Qm為lO。的薄膜處理設(shè)備可獲得2550kg/d.n^的最大產(chǎn)量，其中未超過最大F因子1120°Cm/s。示例3:其實驗設(shè)置與示例1和示例2中基本相同，不過，在此示例中采用的薄膜處理設(shè)備具有的轉(zhuǎn)子僅有四個葉片。在對照示例中，葉片上布置的齒的長度相應(yīng)地為62mm。鄰近于所述齒的間隙的長度相應(yīng)地為31mm。齒具有l(wèi)lmm的厚度T。在根據(jù)本發(fā)明的示例中采用相同設(shè)備，不過，齒具有22mm的厚度T。實驗結(jié)果總結(jié)在下表中<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>由上表并由圖9中可見，與厚度T為llmm(F因子924.5/1063.8)的設(shè)備相比，使用齒厚度T為22mm的薄膜處理設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)在低得多的F因子(905.4/921.6)下以1250kg/d.m2的比產(chǎn)量進行生產(chǎn)。對于圖9，進一步可見的是，如果對通過F因子相對于比產(chǎn)量的繪圖所獲得的圖線進行外推，則與T為llmm的薄膜處理設(shè)備的1300kg/d.m2相比，使用齒厚度T為22mm的薄膜處理設(shè)備可獲得1510kg/d.m2的最大產(chǎn)量，其中未超過最大F因子1120°Cm/s。權(quán)利要求一種薄膜處理設(shè)備(8)，包括具有至少一個柱形部分(26)的轉(zhuǎn)子(16)，至少一個刮擦葉片(32，33，34，35，36，41)被布置在所述柱形部分上，所述刮擦葉片包括至少兩個齒(42，43，44，42′，43′，44′)，所述齒相互間隔分開，由此形成間隙，其特征在于，一個齒(41)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。2.如權(quán)利要求l所述的薄膜處理設(shè)備(8)，其特征在于，所述平均比率V大于3:l，優(yōu)選地為3.3:1。3.如權(quán)利要求1或2所述的薄膜處理設(shè)備(8)，其特征在于，所述齒(42，43，44，42'，43'，44')的長度(L)相應(yīng)地為40mm至200mm，且優(yōu)選地為90mm至110mm。4.如前述權(quán)利要求中任一項所述的薄膜處理設(shè)備(8)，其特征在于，至少一部分所述齒(42，43，44，42'，43'，44')形成大于0°的朝向豎直方向的角度a，所有所述齒的平均角度a,j、于14°。5.如權(quán)利要求4所述的薄膜處理設(shè)備(8)，其特征在于，所述平均角度cim小于ir，優(yōu)選地為10°。6.如前述權(quán)利要求中任一項所述的薄膜處理設(shè)備(8)，其特征在于，所述刮擦葉片或所述齒(42，43，44，42'，43'，44')的厚度(T)相應(yīng)地大于5mm。7.如權(quán)利要求6所述的薄膜處理設(shè)備(8)，其特征在于，所述厚度(T)大于llmm，優(yōu)選地為17mm至55mm，最優(yōu)選地為22mm。8.—種如前述權(quán)利要求中任一項所述的薄膜處理設(shè)備的使用，用于通過水性叔胺氧化物的纖維素懸浮液而制造在所述水性叔胺氧化物的可模制的纖維素溶液。全文摘要本發(fā)明涉及一種薄膜處理設(shè)備(8)，包括具有至少一個柱形部分(26)的轉(zhuǎn)子(16)，至少一個刮擦葉片(32，33，34，35，36，41)布置在所述柱形部分上，所述刮擦葉片包括至少兩個齒(42，43，44，42′，43′，44′)，所述齒相互間隔分開，由此形成間隙，其特征在于，一個齒(41)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。文檔編號B01J10/02GK101754805SQ200880021156公開日2010年6月23日申請日期2008年6月13日優(yōu)先權(quán)日2007年6月21日發(fā)明者C·施雷姆普夫,F·蘇喬梅爾,W·弗爾梅爾申請人:連津格股份公司