薄膜处理设备的制造方法
【专利说明】
[0001] 分案申请 本申请为分案申请。原申请的申请号为200880021156. 0,申请日为2008年6月13日， 发明名称为"薄膜处理设备"。
技术领域
[0002] 本发明涉及一种薄膜处理设备，其适于制造水性有机溶剂中的纤维素溶液。所述 设备特别适于但不仅限于制造用于生产再生纤维素纤维（lyocell fibre)的纤维素溶液。
【背景技术】
[0003] 再生纤维素的生产是公知技术。主要地，料浆形式的纤维素与水、用于纤维素的有 机溶剂和稳定剂混合。在加热和减压的作用下，一部分水蒸发离开，从而产生有机溶剂中的 纤维素溶液，该纤维素溶液中还包含剩余部分的水。这种溶液然后进行纺织处理，由此所述 溶液被形成为成形件，通常为丝线，然后处理所述丝线以溶去水性有机溶剂，从而沉积出纤 维素并因而形成纤维素成形件。
[0004] 量产纤维是大规模使用的产品，而且纤维生产过程必须使纤维的生产成本相对于 作为竞争产品的纤维素纤维(例如，棉或黏胶丝纤维或甚至诸如聚酯纤维之类的人造纤维） 具有经济可行性。
[0005] 这意味着，所述生产过程在经济上使得：对于再生纤维素纤维、特别是量产再生纤 维素纤维的制造而言，用于生产溶液的设备需要具有可年产数万吨溶液量的规模。
[0006] 对大规模生产纤维的需求已经导致采用特定的纤维素溶液制造工艺。在可替代的 过程中，纤维素和水和/或有机溶剂按量混合在一起，以实现直接溶解。然而，这很难大规 模进行。在现已商业化的与本发明相关的另一过程中，所述过程涉及制造纤维素、稳定剂、 过量水和有机溶剂的预混合物，然后加热和蒸发所述过量水以浓缩允许纤维素溶解的有机 溶剂。
[0007] 通过这种商业化过程生产溶液的已有设备的最成功形式是竖直取向的薄膜处理 设备，例如，由Buss AG制造并以商标Filmtruder销售的设备。在EP 0 356 419 Bl中公 开了这种类型的薄膜处理设备，本发明也可用于这种设备。在这种公开设备中，预混合物 通过入口被栗送至薄膜处理设备中并向下传送通过薄膜处理设备，上述操作部分地在重力 作用下进行，但主要通过中心转子上的输送叶片向下推动进行。薄膜处理设备的内表面被 加热，并施加真空以使过量水蒸发离开。这产生了水性溶剂中的纤维素溶液，此纤维素溶 液通过排出口被栗送出薄膜处理设备之外。有机溶剂的优选形式为N-甲基吗啉N氧化物 (N-methyl morpholine N oxide)，通常缩写为 ΝΜΜ0。
[0008] 通过薄膜处理设备生产的纤维素溶液可用于制备多种类型的产品。通过这种纤维 素溶液制造的主要产品为纤维素纤维。不过，也可生产许多其它纤维素材料，例如，膜或海 绵或管。
[0009] 在EP 0 660 743中公开了一种使用薄膜处理设备生产纤维素溶液的改进过程。 尤其是，此文献涉及根据溶液产量和能耗而对EP O 356 419的过程进行优化。
[0010] 对这种已知过程的进一步的修改在WO 97/11973中公开。
[0011] 必须注意的是，虽然生产能力的增加对于工程人员而言是不言自明的任务，不过， 对于所述工艺(尤其是再生纤维素工艺)的规模化存在一些苛刻限制。这是因为在薄膜处理 设备中形成的纤维素溶液具有放热的性质。因此，难以在面对由于系统温度升高所致的放 热反应风险的同时增加再生纤维素工艺的生产能力。
【发明内容】
[0012] 本发明的目的在于，对用于制造纤维素溶液、特别是以商业化规模制造纤维素溶 液的薄膜处理设备的使用进行更进一步的改进。因此，本发明进一步的目的在于，提供一种 可用于制造纤维素溶液的改进的薄膜处理设备。
[0013] 在第一方案中，上述目的通过根据权利要求1所述的薄膜处理设备得以实现。根 据本发明的薄膜设备的优选实施例在从属权利要求中公开。
[0014] 根据本发明的薄膜处理设备包括具有至少一个柱形部分的转子，至少一个刮擦叶 片被布置在所述柱形部分上，所述刮擦叶片包括至少两个齿，所述齿相互间隔分开，由此形 成间隙，其特征在于，一个齿的长度L与位于所述齿的邻近处的间隙的长度G之间的平均比 率V相应地大于2:1。
[0015] 已令人惊讶地发现，如果在位于薄膜处理设备上的叶片上的齿的长度L与邻近于 所述齿的间隙的长度G之间的平均比率V增加，则薄膜处理设备的生产能力可显著增加。
[0016] 特别是已发现，通过使用根据本发明的薄膜处理设备，可增加生产能力，而同时使 诸如系统温度之类的系统参数从工艺安全方面来看保持在可接受的水平。
[0017] 在EP 0 660 743 Bl中公开了位于叶片(其可采取具有集成齿的条的形式)上的齿 可包括所述条的竖直长度的10%至40%。这意味着比率V显著小于2:1。
[0018] 应理解的是，对于相应布置在根据本发明的设备上的所有的齿和相邻间隙而言， 齿的长度L与相应相邻间隙的长度G之间的比率V不必相同。
[0019] 在一个实施例中，对于布置在所述设备上的所有的齿而言，比率V可高于2:1。
[0020] 在其它实施例中，在所述设备的某些区域中，比率V可低于2:1，而在其它区域中， 比率可显著更高。不过重要的是，根据位于所述设备上的所有齿计算出的比率V的平均值 高于2:1。
[0021 ] 根据本发明的优选实施例，所述平均比率V大于3:1，优选地为3. 3:1。同样，对于 布置在所述设备上的所有的齿而言，比率V可大于2:1，优选地为3. 3:1。
[0022] 所述齿的长度L可相应地在40mm至200 mm的范围内，且优选地为90mm至110 mm。
[0023] 在根据本发明的薄膜处理设备的更优选的实施例中，至少一部分所述齿形成大于 〇°的朝向竖直方向的角度α，其中，所有所述齿的平均角度〇"小于14°。
[0024] 已知的是，特别是为了制备纤维素溶液，被布置在薄膜处理设备上的至少一部分 所述齿可以是倾斜的，以形成大于0°的朝向竖直方向的角度α，从而迫使材料被向下输 送通过所述设备。
[0025] 现在已令人惊讶地发现，如果所有齿的平均角度α "小于14°，则薄膜处理设备的 生产能力可显著增加，而同时从工艺安全的方面来看不会超出工艺极限。
[0026] 对于词语"平均角度"而言，其为由所有齿朝向竖直方向形成的所有角度α的平 均值。
[0027] 在一个实施例中，薄膜处理设备的所有齿可以是倾斜的，因而所有角度α将大于 0° 〇
[0028] 在进一步的优选实施例中，仅有一部分齿倾斜。这意味着，一部分齿形成0°的朝 向竖直方向的角度，而其余齿形成大于0°的朝向竖直方向的角度。于是，平均角度Ct ni仍为 所有角度α的平均值。例如，如果50%的齿朝向竖直方向倾斜26°角度，则平均角度αη 将为平均值，即，13°。
[0029] 优选地，平均角度a m小于1Γ，优选地为10°。
[0030] 在又一优选实施例中，根据本发明的薄膜处理设备的特征在于，所述刮擦叶片或 所述齿的厚度T相应地大于5 _。
[0031] 已令人惊讶地发现，通过使用相应最小厚度T大于5 mm的叶片或齿，薄膜处理设 备的生产能力可显著增加，而同时从工艺安全的方面来看不会超出工艺极限。
[0032] 对于厚度T，其应被理解为叶片或齿的前面的相应厚度。所述前面是叶片的与将被 处理的材料接触的面，其在薄膜处理设备的内表面之上分配和输送材料。
[0033] 厚度T可大于11 mm，优选地为17 mm至55 mm，最优选地为22 mm。
[0034] 根据本发明的薄膜处理设备尤其适于通过所述水性叔胺氧化物（tertiary amine oxide)的纤维素悬浮液而制造在所述水性叔胺氧化物的可模塑的纤维素溶液。
【附图说明】
[0035] 在下文中，将通过示例和附图更详细地描述本发明。
[0036] 图1是根据本发明的系统的示意性剖视图。
[0037] 图2是图1中所示系统的转子的顶部的端视图。
[0038] 图3是叶片与转子的连接的更详细视图。
[0039] 图4是图3的结构的立体图。
[0040] 图5是根据本发明优选实施例的薄膜处理设备的转子的一部分的视图。
[0041] 图6是例示出根据本发明优选实施例的薄膜处理设备的转子叶片的示例性形状 的示意性俯视图。
[0042] 图7是显示出薄膜处理设备的叶片齿比率V对于比产量的影响的图线。
[0043] 图8是显示出薄膜处理设备的平均角度a m对于比产量的影响的图线。
[0044] 图9是显示出薄膜处理设备的叶片厚度T对于比产量的影响的图线。
【具体实施方式】
[0045] 参见图1，其示意性显示出的系统用于执行形成叔胺N氧化物中的纤维素溶液的 过程。
[0046] 叔胺N氧化物，例如N-甲基吗啉N氧化物，沿线路2被供应到容器1中。而且还 提供了纤维素供应线路3和水供应线路4。通常，通过将这些组分混合而形成的预混合物 通常包括：重量百分比为12%的纤维素，重量百分比为20%的水，和重量百分比为68%的 N-甲基吗啉N氧化物。利用由电动马达6旋转的螺旋叶片5,这三种组分在容器1中被混 合。螺旋叶片搅动混合物，并将混合后的组分沿管线7送到整体上由8表示的薄膜处理设 备。所述管线优选地具有使其总是被充满的直径，或者可在所述管线通入薄膜处理设备的 出口中提供限制结构，使得管线7中的材料不会暴露于处理设备8中的真空。
[0047] 薄膜处理设备8包括处于柱形构件9内的转子，柱形构件9在外侧利用加热元件 10被加热。加热元件可为电加热元件、或充油元件、或完全的充蒸汽或充热水的加热套。在 柱形部分9的下端存在引向排放线路12的渐缩部分11。
[0048] 在柱形部分9的上端存在设置有排出导管14的供应腔13,可通过排出导管14去 除蒸发的水汽。预混合后的材料通过管线7被送入腔13中，并当整体上由16表示的转子 旋转时通过分配板15而围绕薄膜处理设备分配。
[0049] 利用外部电动马达17使转子16的中心轴旋转。
[0050] 转子16设置有一系列叶片18,这些叶片18将在下文中进行更详细的描述。在操 作中，将较低压力施加于导管14中，由此，当利用加热元件10加热预混合物时，水在薄膜处 理设备的操作过程中被蒸发，从而在预混合物被加热时减少其水含量。
[0051] 这种连续加热和蒸发导致预混合物中的水（即，非溶剂）的组分降低到一定程度， 使得纤维素形成真正的在叔胺N氧化物中的溶液。
[0052] 因此，在薄膜处理设备8的下部分中形成有粘性溶液，粘性溶液通过锥