Книга
← К списку книгЗагрузка разделов…
активнаАктивные записи участвуют в каталоге и синках. Неактивная книга скрыта, но не удалена из базы.
Книга
ОТ ИЗДАТЕЛЬСТВА
В брошюре содержатся сведения о полимерах, видак химических волокон, свойствах ацетилцеллюлозного волокна. Отдельные главы знакомят с производством ацетилцеллюлозы, ее растворением и подготовкой раствора к формованию, описан процесс формования волокна и его текстильная обработка. Специальный раздел посвящен вопросам техники безопасности.
Пособие предназначено для учащихся профессионально- технических училищ, но может быть использовано рабочими, подготавливаемыми непосредственно на производстве и повышающими свою квалификацию, а также при курсовом обучении, в системе всеобуча.
Отзывы и замечания просим направлять по адресу: Москва, И-51, Неглинная ул., 29〃4, издательство ^Высигая школа».
ВВЕДЕНИЕ
Химическая промышленность — важнейшая отрасль тяжелой индустрии. ^Развитие химии в большой мере определяет технический прогресс развития всего народного хозяйства. В настоящее время ；химия дает нам новые высококачественные искусственные и синтетические материалы, помогает увеличивать производство сельскохозяйственных продуктов и товаров широкого потребления.
В декабре 1963 г. состоялся Пленум ЦК КПСС, который подвел итоги работы за 5 лет, прошедшие со времени майского (1958 г.) Пленума ЦК КПСС, и поставил новые грандиозные задачи перед работниками химической индустрии.
На Пленуме отмечался большой рост производства химической продукции в нашей стране. В 1963 г. производство синтетических смол и пластических масс достигло 590 тыс. т или возросло за последнее десятилетие в 5,6 раза, производство химических волокон возросло в 5 раз и составило около 310 тыс. т, производство минеральных удобрений достигло 20 млн. т, т. е. увеличилось по сравнению с 1953 г, в 2,9 раза. Значительно увеличилось к 1963 г. производство важнейших исходных веществ для получения продуктов органического синтеза: производство газа достигло почти 92 млрд. м3т нефти 206 млн. т, т. е. возросло за последнее десятилетие соответственно в 11 и в 3,9 раза.
Однако для дальнейшего ускорения роста промышленной продукции и сельского хозяйства, производства товаров широкого потребления химическая промышленность должна развиваться еще более бурными темпами. Пленум наметил увеличить объем валовой продукции химической промышленности к 1970 г. по сравнению с 1963 г. в 3—3,3 раза.
Рост объема производства основных видов продукции, выпускаемой химической промышленностью, приведен в таблице.
За 7 лет намечено построить примерно 200 новых и реконструировать свыше 500 действующих предприятий. Общая сумма капиталовложений в развитие химической промышленности и комплексную химизацию сельского хозяйства составит за семилетие около 42 млрд. руб.
Химические продукты и материалы находят широкое применение в народном хозяйстве и быту. Химия сегодня ——это пластические массы, используемые в машиностроении, на транспорте, в строительстве, для изготовления изделий широкого потребления, в сельском хозяйстве; это химические волокна различных видов, служащие первоклассным сырьем для легкой промышленности и технического сектора; это синтетический каучук, некоторые марки которого превосходят по своему качеству натуральный каучук.
Наименование
1963 г.
1970 г.
Рост в 1970 г. к 1963 г.
Минеральные удобрения (млн.- г)... Пластмассы и синтетические смолы
20
70—80
3,4—4 раза
(тыс. г) ■ • J •, • / ■• ■ • " ■ * 1 • 1 ■ '： » > *
590
3500-4000
6—7 раз
Химические волокна (тыс. т)....
308
1350
4,4 раза
Автомобильные покрышки (млн. шт.)
22,6
44
2 раза
С развитием химии связано дальнейшее увеличение производства сельскохозяйственной продукции. Выпуск в больших размерах минеральных удобрений, химических средств защиты растений и борьбы с сельскохозяйственными вредителями и рациональное использование их позволят добиться в ближайшие годы обильных и устойчивых урожаев. Замена сельскохозяйственного сырья, в том числе продуктов питания, химическим, освобождение посевных площадей за счет замены некоторых натуральных волокон химическими, получение белкового корма для скота из нефти тоже дают возможность увеличить количество пищевых продуктов, производимых для населения.
Без развития химии были бы невозможны грандиозные успехи в освоении космоса. Ракетное топливо и тысячи конструктивных элементов и деталей космического корабля ——продукты химии.
Среди огромного многообразия продуктов химической промышленности особое место занимают полимерные материалы.
Современная химия выпускает полимерные изделия со свойствами, которыми не обладают природные органические полимеры. Например, производятся полимеры, имеющие высокую прочность, малый удельный вес, исключительно высокую химическую стойкость, теплостойкость, ионообменные свойства и др.
Полимеры, обладающие этими свойствами, применяются при изготовлении изделий специального назначения. Например, синтетический полимер фторпласт-4 употребляется при изготовлении изделий, для которых необходима высокая химическая стойкость или малый коэффициент трения: прокладки для химической аппаратуры и трубопроводов, подшипники и т. д. Ряд
ионообменных смол позволяет умягчать обычную или опреснять морскую воду, улавливать некоторые металлы.
Одна из важнейших областей использования полимерных материалов — производство химических волокон.
Увеличение производства химических волокон делает необходимым дальнейшее расширение и улучшение подготовки специалистов и квалифицированных рабочих. В этой книге, предназначенной для учащихся профессионально-технических училищ, приводятся основные сведения о получении одного из видов химических волокон——ацетил целлюлозного волокна, производство которого в последние годы увеличилось в несколько раз и продолжает расти быстрыми темпами. В книге приводятся основные теоретические понятия, необходимые для работы аппаратчиков в различных цехах заводов ацетатного или триацетатного волокна, описание технологического процесса, краткое описание машин и аппаратов, обоснование применяемых технологических параметров, краткие сведения о получении и свойствах ацетилцеллюлозы и качестве ацетатного и триацетатного волокна. Более подробные сведения о конструкции отдельных машин, рабочих приемах и т. д. будут изложены при непосредственном инструктаже на рабочем месте, в лекциях мастеров и рабочих инструкциях. Для более глубокого изучения химии и технологии производства ацетилцеллюлозных и других видов химических волокон целесообразно воспользоваться литературой, приведенной в конце книги.
Глава I. ХИМИЧЕСКИЕ ВОЛОКНА
Химическими волокнами называются волокна, получаемые химической переработкой природных или синтетических высокомолекулярных соединений.
Высокомолекулярные соединения (полимеры)——вещества с большим молекулярным весом ——от нескольких тысяч до многих миллионов. Поэтому большие молекулы полимеров называют макромолекулами (от греческого слова《макрос》一большой). Макромолекула состоит из многократно повторяющихся участков, называемых элементарными звеньями.
Высокомолекулярные соединения могут быть получены искусственно из низкомолекулярных веществ, называемых мономерами. В народном хозяйстве и быту широко используются природные полимеры, образуемые в процессе биохимического синтеза.
Важнейшие природные полимеры ——целлюлоза (основная часть древесины), крахмал и некоторые другие■—получаются соединением в растении многих молекул углекислого газа, воздуха и воды под действием энергии солнечных лучей в присутствии биохимических катализаторов. В образовании каждого элементарного звена принимают участие несколько молекул углекислого газа и воды. Полимер в свою очередь состоит из нескольких сотен или тысяч повторяющихся элементарных звеньев. Реакция протекает по схеме:
6/zCO-j + 5/zH^O —> (СбН1оО・>)仪 + 6/zO.
Число элементарных звеньев, из которых состоит макромолекула полимера, принято называть степенью полимеризации высокомолекулярных соединений. Поэтому в приводимых выше формулах вместо изображения полимера в виде бесконечной цепи, например:
—С6Н10О5 — С6Н10О5 — С6Н1С)О5 — CGH10O5 一， формулу полимера можно условно изобразить как многократно повторяющееся элементарное звено (——С6Н'юО5—)п, где п — 6
степень полимеризации. Естественно, что молекулярный вес макромолекулы полимера равен весу элементарного звена, помноженному на степень полимеризации.
Синтетические полимеры получают соединением мономеров. От количества соединенных мономеров зависит молекулярный вес получаемого высокомолекулярного соединения. Например, при соединении молекул газа этилена, получаемого при переработке нефти, образуется полиэтилен, широко используемый для получения различных формованных изделий, пленок, волокон и т. д. Полиэтилен получают разрывом двойных связей в этилене по схеме:
пСН2 = СН2 一 (— СН2 — СН2 f
Этилен Полиэтилен(мономер) (полимер)
1, Искусственные и синтетические волокна
Химические волокна делятся на две большие группы. К первой группе относятся волокна, состоящие из исходного природного полимера и полученные путем его химической переработки. Эту группу волокон называют искусственными волокнами. Важнейший вид волокна этой группы ——вискозное волокно, получаемое из древесной целлюлозы.
Вторая группа — волокна из полимеров, синтезированных на химических заводах из низкомолекулярных веществ ——мономеров. Эти волокна называются синтетическими. К ним относятся капрон, анид (найлон), лавсан, нитрон и др.
Бурный рост производства химических волокон объясняется тем, что получение и использование их в различных отраслях промышленности экономически более выгодно, чем природных волокон.
Производство химических волокон основано на широкой сырьевой базе. Исходными продуктами для получения химических волокон служат древесина, нефть, каменный уголь, природный газ.
Из одной тонны древесины, т. е. из 2—2,5 м3, может быть выделено 400 кг целлюлозы. Из этого количества может быть получено 350 кг вискозного волокна или 〜600 кг ацетилцеллюлозного волокна. Из 1000 ж3 природного газа может быть получено около 300 кг ацетилена, а при дальнейшей переработке его — 500 кг акрилонитрила, из которого получается примерно 450 кг волокна .нитрон, или: из каменноугольной смолы выделяется фенол ——исходное сырье для получения капронового волокна. Из одной тонны фенола можно получить 800 кг капро-
лактама, из которого может быть выработано 700 кг волокна капрон.
Предприятия, выпускающие химические волокна и сырье для них, работают круглый год, территориальное размещение и масштабы производства химических волокон не зависят от климатических и почвенных условий. Поэтому при значительном расширении производства химических волокон можно будет освободить миллионы гектаров посевных земель для возделывания других культур. Заводы, производящие химические волокна, можно размещать в любой климатической зоне страны, руководствуясь при этом близостью к источникам сырья, энергии и потребителям волокон.
Себестоимость многих химических волокон значительно ниже, чем натуральных. Следует отметить, что снижение себестоимости химических волокон происходит тоже быстрее, чем природных. Это объясняется возможностью дальнейшей рационализации производства, прежде всего усовершенствованием технологии, дальнейшей механизацией и автоматизацией про， цессов. а
Одна из важнейших причин более низкой себестоимости хи- мических волокон по сравнению с натуральными ——более низкие затраты труда при их производстве. Так, затраты труда на получение хлопкового или льняного волокна в 8——10 раз^выше, чем вискозного штапельного волокна, в 6——7 раз выше, чем при производстве штапельного волокна нитрон. Трудовые затраты на выработку одного и того же количества шерсти в 20 раз выше, чем на производство штапельного волокна лавсан, в 30 раз выше, чем на получение штапельного волокна нитрон. Трудоемкость производства натурального шелка в 44 раза выше, чем вискозного, и в 25 раз выше, чем капронового шелка.
Искусственные и синтетические волокна получают продавливанием раствора или расплава полимера через отверстия волок- нообразователя (так называемой фильеры). Если волокнообразующие полимеры плавятся без разложения, то наиболее целесообразно получать из них волокна формованием из расплава. Таким способом получают капрон, найлон, лавсан и некоторые другие волокна. При формовании из расплава наблюдается быстрое застывание струек расплава, образующих нити, благодаря чему скорость формования из расплава высока и достигает 3000 м/мин,.
Если полимеры не плавятся без разложения, для них должен быть подобран доступный растворитель (вода, разбавленная щелочь, ацетон и др.). Однако не все полимеры растворимы в доступных растворителях. Иногда это удается сделать, лишь изменив химический состав полимера. Например, при получении вискозного волокна на целлюлозу действуют сероуглеродом, 8
получая сложный эфир целлюлозы и дитиоугольной кислоты (содержащей в своем составе серу). Это соединение целлюлозы растворимо в дешевом растворителе ——слабом водном растворе щелочи.
Полученный раствор называют вискозой, а волокно, сформованное из него, — вискозным. Получаемое в результате процесса формования волокно состоит из исходного полимера——целлюлозы, а химические изменения были необходимы лишь для перевода ее в растворимое состояние.
Формование волокон из растворов может проводиться двумя способами: сухим и мокрым.
Если полимер растворен в растворителях с невысокой температурой кипения (не выше 150°), его целесообразно превращать в волокно формованием сухим способом, т. е. испарением растворителя из струек раствора полимера в шахте под действием теплого воздуха. Такой способ делает возможным формование при сравнительно высоких скоростях (до 500——600 м/мин) и имеет ряд других достоинств, которые будут разобраны ниже (глава IV). Этим способом формуют ацетатный и триацетатный шелк и волокно нитрон.
Некоторые волокна, например вискозное волокно, можно формовать только мокрым способом, так как при формовании сухим способом испарится только вода, а на нитях останется щелочь.
При мокром способе скорость формования невелика (не превышает 100——150 м/мин) из-за большого гидравлического сопротивления жидкой осадительной ванны. При увеличении скорости формования волокно рвется, разбрызгивается жидкость и т. д.
В зависимости от дальнейшей переработки и областей применения химические волокна выпускаются в виде непрерывной нити или штапельного волокна.
Непрерывная нить состоит из большого числа непрерывных скрученных элементарных волокон. Непрерывную нить, употребляемую для текстильной промышленности, называют шелковой нитью или текстильной филаментной нитью, употребляемую для шинной промышленности ——кордной нитью. Кордная нить значительно более низкого номера, т. е. более толстая, чем текстильная нить.
Номер нити или элементарного волокна показывает, сколько метров нити или отдельного волокна содержится в 1 г. Общий номер нити зависит от номера элементарного волокна и количества их в нити и определяется по формуле
N =--; N =-
где N — общий номер нити; L — длина нити в м；
G — вес нити в 2；
п ——номер элементарного волокна;
а ——число элементарных волокон в нити (число отверстий в фильере).
В настоящее время введена новая, более удобная система измерения толщины волокон ——система «Текс» (от слова текстильная) .По этой системе толщина волокон определяется весом в граммах одного километра нити:
/ = —2 КМ.
где G — вес отрезка волокна (нити) в г;
L ——длина отрезка волокна (нити) в км.
Соотношение между номером и Текс определяется по формуле
Помимо непрерывной подкрученной нити, заводы выпускают химические волокна в жгутах различной толщины. Этим волокнам обычно придается извитость для улучшения сцепляемости при дальнейшей текстильной переработке. Волокно передается на химические фабрики в жгуте или разрезанное на отрезки длиной в 40——150 мм. Эта продукция носит название штапельного волокна. Главная характеристика тонины штапельного волокна ——номер элементарного волокна. При выпуске в жгуте определяют и номер жгута.
Рассмотрим основные показатели физико-механических свойств волокон, которые нужно учитывать при выборе областей их применения для изготовления изделий широкого потребления и для технических целей.
Прочность волокна характеризуется удельной нагрузкой до разрушения волокна. Так как волокна бывают различной толщины, то учитывают не абсолютную прочность, а прочность, не зависящую от толщины волокна. Обычно прочность характеризуют разрывной длиной в км. Разрывная длина показывает, при какой длине нити она разорвется под собственным весом. Если, например, нить № 90 разрывается при нагрузке в 200 г, то разрывная длина нити равна:
NP1000NP100096 200100096 2001000=18,0 км、=18,0 км、
NP
1000
NP
1000
96 200
1000
96 200
1000
=18,0 км、
=18,0 км、
где L — разрывная длина в /см;
N— номер волокна в м/г;
Р——абсолютная разрывная нагрузка в а.
Прочность волокон измеряют также в 先2/加附2,冗 е. в обычных единицах измерения удельной прочности (называемой также разрывным напряжением) различных материалов. Удельная прочность в этих единицах связана с разрывной длиной следующим соотношением：
где g — удельная прочность в кг/мм2;
L — разрывная длина в км;
d ——удельный вес в г/см3.
Прочность волокна зависит от вида полимера, взаимного расположения и длины макромолекул. Так, более вытянутые вдоль оси волокна (ориентированные) макромолекулы обеспечивают большую прочность. Поэтому, изменяя условия формования и последующей обработки волокна, можно в довольно больших пределах изменять его прочность.
Разрывное удлинение волокна характеризует увеличение его длины к моменту разрыва (в процентах от начальной длины):
I =生 100,
где / — разрывное удлинение в %;
厶о ——начальная длина волокна;
/р ——увеличение длины волокна к моменту разрыва.
После снятия определенной нагрузки, которая растягивала образец, он снова укоротится, но не до первоначальных размеров. Поэтому различают обратимую и необратимую части общего удлинения волокна.
Наиболее важно для изделий широкого потребления обрати- -\юе удлинение (так называемое эластическое). Пластическое удлинение вызывает необратимое увеличение длины, вытягивание нити или изделия. Поэтому те химические волокна, которые обладают большой эластической частью удлинения, служат наиболее ценным сырьем для изготовления различных текстильных изделий.
В мокром состоянии прочность волокна падает, а удлинение увеличивается тем сильнее, чем больше сродства к воде у макромолекулы полимера, из которого сформовано волокно. У волокон, которые имеют сродство к воде (гидрофильные), в мокром состоянии значительно уменьшается прочность и увеличивается удлинение, в основном его пластическая часть. Например, прочность вискозного и медноаммиачного волокна, в мокром состоянии уменьшается почти вдвое, а разрывное удлинение повышается на 40—60%. Некоторые волокна, не обладающие сродством к воде (гидрофобные), почти не изменяют прочности и удлинения в мокром состоянии. Это, например, хлорин, лавсан, полиэтиленовое и полипропиленовое волокна.
Устойчивость волокон к истиранию и изгибу, прочность в узле, сминаемость, гигроскопичность (влагопоглощение), устойчивость к действию света и к действию высоких и низких температур, удельный вес, устойчивость к действию различных реагентов, теплопроводность, устойчивость к действию микроорганизмов и моли и ряд других показателей свойств также имеют большое значение при изготовлении изделий широкого потребления и при применении химических волокон для технических целей.
Свойства ацетатного и триацетатного волокон
Ацетатное и триацетатное волокна, т. е. волокна из ацетилцеллюлозы, в большом количестве выпускаются промышленностью химических волокон. Ацетатное волокно стало производиться в промышленном масштабе в двадцатых годах текущего столетия. iB последние годы доля ацетил целлюлозного волокна составляет 7—8% от общего мирового производства всех химических волокон. В настоящее время в мире производится около 300 тыс. т волокон из ацетилцеллюлозы.
В послевоенные годы и особенно за последние 5—10 лет в СССР бурно развивается промышленность органического синтеза, позволяющая обеспечить сырьем производство ацетилцеллюлозы. Первый завод ацетатного шелка в Серпухове начал выпуск продукции в начале пятидесятых годов, через несколько лет началось проектирование и строительство новых заводов ацетатного волокна. Эти крупные заводы введены в строй.
Проектирование и строительство новых заводов ацетатного и триацетатного волокна в настоящее время продолжается.
Выпуск ацетилцеллюлозного волокна увеличивается более быстрыми темпами, чем общий объем производства химических волокон. Поэтому, если в 1961 г. ацетатного и триацетатного волокон производилось немногим больше 1 % от общего объема производства химических волокон в нашей стране, то к 1970 г. его доля увеличится до 6——7%.
Быстрый рост производства ацетилцеллюлозных волокон объясняется следующими причинами:
экономические преимущества производства этого вида волокна;
относительная безвредность производства;
сравнительно высокие показатели некоторых свойств ацетатного и триацетатного волокон.
Строительство заводов ацетилцеллюлозного волокна требует капиталовложений примерно на 25——30% меньше, чем на строительство заводов вискозного волокна. Производство ацетатного и триацетатного волокон характеризуется небольшой трудоемкостью. Так, затраты труда на получение ацетатного волокна
примерно на 】/з ниже, чем на производство такого же количества вискозного волокна. Общий расход химикалий при получении ацетатного волокна в 2—2,5 раза меньше, чем при производстве вискозного. Значительные экономические выгоды имеет применение более производительного сухого способа формования волокна. и
Осуществление разработанных в последние годы способов получения дешевой уксусной кислоты и уксусного ангидрида — важнейших исходных продуктов для производства ацетатного волокна — позволит уменьшить его себестоимость до уровня вискозного волокна. “
Вторая важная причина, обусловливающая большой рост производства ацетатного и триацетатного волокон в нашей стране—относительная безвредность производства.
Известно, что ацетон или мети ленхлор ид, применяемые для растворения1 ацетилцеллюлозы — значительно менее токсичные вещества, чем, например, сероуглерод и сероводород, которые выделяются при различных стадиях производства вискозного волокна. Вопрос безвредности производства особенно важен для нашей страны, проявляющей большую заботу об условиях труда рабочих.
Третья причина дальнейшего увеличения производства аце- тилцеллюлозных волокон ——хорошие показатели ряда их свойств, обеспечивающие широкое применение их для изготовления разнообразных изделий широкого потребления.
Выше рассматривались две группы химических волокон ——искусственные и синтетические. Ацетилцеллюлозное волокно —— промежуточное между этими двумя группами, так как хотя основой его и служит природный полимер (целлюлоза), но оно почти наполовину состоит из присоединенных к нему уксуснокислых групп, получаемых при действии уксусного ангидрида. Уксусный ангидрид и уксусная кислота — продукты промышленности органического синтеза. Многие свойства ацетатного (особенно триацетатного) волокна тоже промежуточные между свойствами искусственных и некоторых синтетических волокон.
В настоящее время выпускают два вида ацетилцеллюлозы для производства волокна: триацетилцеллюлоза и вторичная ацетилцеллюлоза (см. стр. 17).
Волокно из триацетилцеллюлозы называется триацетатным волокном, а из вторичной ацетилцеллюлозы ацетатным волокном. Ацетатное и триацетатное волокна, как и все другие типы волокон из сложного эфира целлюлозы и уксусной кислоты, объединены под общим названием ——ацетилцеллюлозные волокна (или ацетатцеллюлозные волокна, что химически более правильно).
Прочность ацетатного и триацетатного волокон, сформованных сухим способом, 10——13 ркм при разрывном удлинении от
20 д(х30%. Хотя прочность ацетатного и триацетатного волокон,、 сформованных сухим способом, ниже, чем вискозных, изделия широкого потребления, изготовленные из ацетилцеллюлозных: волокон, обладают при носке рядом преимуществ перед изделиями из вискозного волокна. Это объясняется тем, что у ацетилцеллюлозных волокон сравнительно большая величина эластической части удлинения. Поэтому изделия из ацетилцеллю- лозных волокон во время носки достаточно эластичны и почти не подвержены необратимому вытягиванию при тех сравнительно небольших нагрузках, которые возникают во время эксплуатации этих изделий. Благодаря хорошим упругим свойствам ацетил целлюлозные волокна обладают меньшей сминаемостью,. чем вискозные.
Прочность ацетатной нити с петлей или узлом составляет 8—— 10 ркм.
Прочность ацетатного волокна в мокром состоянии составляет 60——65% от прочности в сухом состоянии (при относительной влажности 65% и температуре 20°).
Триацетатное волокно в мокром состоянии сохраняет 65—— 75% от прочности в сухом состоянии. При разрыве в мокром состоянии ацетатное и триацетатное волокна удлиняются на 5—- 8% больше, чем в сухом состоянии. Набухание в воде ацетатного волокна в 2——2,5 раза ниже, чем вискозного, что позволяет в несколько раз сократить продолжительность сушки изделий из ацетатного волокна по сравнению с сушкой изделий из вискозного волокна. Еще меньше набухает в воде триацетатное волокно.
Удельный вес ацетилцеллюлозных волокон составляет 1,3 г/m3, что также доказывает преимущество ацетатного и триацетатного волокон перед вискозным волокном, удельный вес которого 1,5 г/см3.
Влажность ацетатного волокна в стандартных условиях составляет 6—7%, а триацетатного волокна — около 4%. Это вла- гопоглощение вполне достаточно для изготовления разнообразных текстильных изделий широкого потребления. За счет более- высокой гигроскопичности изделия из ацетил целлюлозных волокон обладают лучшими гигиеническими свойствами (впитывание пота и последующее испарение с поверхности изделия), чем из большинства синтетических волокон.
Триацетатный шелк, не подвергнутый специальной обработке, обладает физико-механическими показателями, близкими к ацетатному волокну. Однако после специальной тепловой обработки волокно приобретает ряд новых ценных свойств. Поэтому триацетатное волокно или полученные из него ткани почти всегда подвергают термообработке. Тепловая обработка проводится под действием горячего воздуха, пара или горячей воды под давлением, при помощи нагретых цилиндров, инфракрасными лу-
чаМи и т. д. Продолжительность обработки воздухом при температуре 180—210° составляет от 1 до 4 мин., причем чем выше температура, тем меньше время, необходимое для тепловой обработки.
После термообработки триацетатное волокно, приобретает повышенную стойкость к высоким температурам, превосходящую стойкость многих химических волокон. Например, если в течение недели выдерживать волокна при температуре около 170°, прочность волокна найлон падает в 10 раз, хлопка в 5 раз, вискозного волокна более чем в 2 раза, а шерсти на 40%. В то же время, если при той же температуре выдерживать термообработанное триацетатное волокно в течение 10—11 суток, то его прочность уменьшится менее чем на '/з* Триацетатное волокно, подвергнутое термообработке, можно гладить при температуре до 230——250°, тогда как ацетатное волокно нельзя гладить при температуре выше 140—150°.
Изделия из триацетатного волокна, подвергнутого термообработке, почти не мнутся, им можно придавать складку, которая устойчива в процессе носки. Поэтому это волокно используют для изготовления плиссерованных и гофрированных изделий, брюк с《вечной》складкой и т. п.
у триацетатного волокна повышенная светостойкость (т. е. стойкость к разрушению под действием солнечных лучей) и устойчивость к действию гнилостных бактерий. Триацетатное волокно, как и ацетатное, не подвергается порче молью.
Изделия из триацетатного волокна хорошо стираются, т. е. с них легко удаляются загрязнения, они не усаживаются и не вытягиваются при стирке и быстро сохнут. После стирки и сушки изделия из триацетатного волокна не требуют глажения или требуют незначительного глажения. Плиссе, гофре и другие специально приданные складки сохраняются после стирки.
Недостаток ацетатного и триацетатного волокна ——низкая устойчивость к истиранию. Поэтому, например, из этих волокон не производят чулочно-носочные изделия.
Другой недостаток ацетатного и триацетатного волокон по сравнению с вискозным — довольно высокая электризуемость. .Это явление свойственно большинству синтетических волокон. Повышенная электризуемость затрудняет текстильную переработку волокна (нити расходятся, перепутываются, ворсятся и т. д.). Повышенная электризуемость может вызвать некоторые неудобства (например, прилипание) и при эксплуатации изделий. В настоящее время проводятся исследовательские работы по улучшению свойств ацетатного и триацетатного волокон.
Триацетатный и ацетатный шелк и штапельное волокно употребляются для изготовления разнообразных тканых и трикотажных изделий широкого потребления. Ацетатный шелк высоких момеров перерабатывается в тонкие ткани, очень похожие на
ткани из натурального шелка. (Весьма красивы также более тяжелые плательные ткани из шелка низких номеров. Ацетатные и триацетатные ткани получают как из шелка, так и из штапельного волокна, причем штапельное волокно чаще всего используется в смеси с другими волокнами. Из чистых ацетилцеллюлозных тканей и смешанных с другими химическими или натуральными волокнами изготовляют женские блузки, платья и. костюмы, мужские костюмы и брюки, халаты, галстук% различные плиссерованные и гофрированные изделия и т. д. Из ацетатного и триацетатного волокон производят разнообразные трикотажные изделия: свитеры, блузки, кофты, спортивную- одежду, белье и т. д.
Ацетатное и триацетатное штапельные волокна используются и при производстве нетканых материалов.
Триацетатный шелк, обладающий хорошими электроизоляционными характеристиками в атмосфере сухого и влажного воздуха, используется в технике для электроизоляции проводов.
Глава II. АЦЕТИЛЦЕЛЛЮЛОЗА, ПРИМЕНЯЕМАЯДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА волокон
Техническая характеристика ацетилцеллюлозы,предназначенной для получения волокна
Спирты могут вступать в реакцию с кислотами, образуя химическое соединение, которое называется сложным эфиром. Реакция образования эфира называется реакцией этерификации.
Выше приводилась общая химическая формула целлюлозы： (С6Н10О5)п. Более точно можно изобразить строение макромолекулы целлюлозы формулой [С6Н7О2(ОН)з]п, учитывая, что в： каждом элементарном звене есть три спиртовые гидроксильные- группы ОН. Эти спиртовые группы (все или частично) тоже могут взаимодействовать с кислотами, в результате чего получаются сложные эфиры. Например, при взаимодействии целлюлозы и азотной кислоты получают нитрат целлюлозы, из которого производят формованные целлулоидные изделия, пленки, лаки,, порох и т. д.
Ацетилцеллюлоза ——сложный эфир целлюлозы и уксусной кислоты ——применяется для производства волокна, пленок, различных формованных изделий. Особенность получения этого* сложного эфира состоит в том, что он практически не образуется при взаимодействии целлюлозы с уксусной кислотой. Ацетилцеллюлозу (иначе ацетат целлюлозы) получают при действии на целлюлозу уксусного ангидрида. Уксусный ангидрид полу* 16
чают, отнимая молекулу воды от двух молекул уксусной кислоты:
СНзСОО 迎一HQ СНзСО'о
СН3СО：ОН； СНзС。/
Уксусная кислотаУксусный ангидрид
Реакция образования сложного эфира целлюлозы и уксусной кислоты (реакция ацетилирования) изображается следующей схемой:
СНзСО\[CGH7O2 9H)з〃 + З/г >0— f
ЦеллюлозаУксусный ангидрид
т [С6.Н7О2(ОСОСН.з)3]„ + 3"СНзСООН. Триацетат целлюлозы Уксусная кислота
В результате реакции получается полностью замещенный эфир целлюлозы, называемый триацетатом целлюлозы, т. е. все гидроксильные группы замещены уксуснокислыми остатками. Однако триацетат целлюлозы растворим в ограниченном числе растворителей (метиленхлорид, уксусная кислота). Если частично омькчить триацетат целлюлозы (триацетилцеллюлозу), т. е. отщепить часть связанной уксусной кислоты, то получается ацетилцеллюлоза, которая обладает хорошей растворимостью в более дешевых и доступных растворителях, например в ацетоне. Этот продукт обычно называют вторичной ацетилцеллюлозой. При этом в 100 элементарных звеньях из 300 гидроксильных групп 230—240 замещены на ацетильный остаток, а остальные 60—70 групп свободны.
Важный показатель свойств ацетилцеллюлозы ——ацетильное число. Оно показывает, сколько процентов уксусной кислоты связано в ацетилцеллюлозе. Ацетильное число подсчитывается по формуле
л 60-л -100 0-
162 + 42*，0
где % ——число замещенных гидроксильных групп в элементарном звене целлюлозы;
60 ——молекулярный вес уксусной кислоты;
162 — молекулярный вес элементарного звена целлюлозы;
42 ——увеличение молекулярного веса ацетилцеллюлозы при замещении одной гидроксильной группы.
Например, если замещены все три гидроксильные группы в
17
элементарном звене целлюлозы (триацетат), ацетильное число будет равно:
Ал.=Ал.=603100162+42-3603100162+42-3=62,5%.=62,5%.
Ал.=
Ал.=
603100
162+42-3
603100
162+42-3
=62,5%.
=62,5%.
Пусть замещено 238 гидроксильных групп в 100 элементарных звеньях целлюлозы. Тогда число замещенных групп в расчете на элементарное звено составит в среднем (условно) 2,38, а ацетильное число будет равно:
А.чА.ч60 2 38・100162+42-2,3860 2 38・100162+42-2,38=54,6%=54,6%
А.ч
А.ч
60 2 38・100162+42-2,38
60 2 38・100162+42-2,38
=54,6%
=54,6%
Можно проводить и обратный расчет, т.巳，зная величину ацетильного числа, определить число замещенных гидроксильных групп.
Рассмотрим основные требования к ацетилцеллюлозе, применяемой для производства волокна.
Ацетильное число зависит от того, для производства какого типа волокна используется ацетилцеллюлоза. Так, для получения ацетатного шелка необходимо применять ацетилцеллюлозу, хорошо растворимую в ацетоне, с 53,5——55% связанной уксусной кислоты. При большем или меньшем содержании уксуснокислых групп растворимость ацетилцеллюлозы в ацетоне (или смеси ацетон ——вода) ухудшается, растворы получаются неоднородными и очень вязкими.
Для получения триацетатного волокна используют триацетилцеллюлозу, т. е. сложный эфир целлюлозы и уксусной кислоты с максимально возможной степенью замещения.
Как уже указывалось, если замещены все 300 гидроксильных групп в 100 элементарных звеньях целлюлозы, то ацетильное число составляет 62,5%. Это максимальное теоретически возможное ацетильное число. При производстве триацетилцеллюлозы обычно трудно провести полное замещение. Поэтому считают необходимым, чтобы в триацетилцеллюлозе, применяемой для производства волокна, ацетильное число было не ниже 61,5%, т. е. допускается небольшое содержание незамещенных гидроксильных групп. Такая триацетилцеллюлоза хорошо растворяется в смеси метиленхлорида и спирта.
Средняя степень полимеризации, т. е. число элементарных звеньев в макромолекуле ацетилцеллюлозы или триацетилцеллюлозы, должна составлять 200——300. Если применять ацетилцеллюлозу с более низкой степенью полимеризации, то ухудшаются свойства волокна, например: уменьшается прочность и устойчивость к истиранию, волокно становится хрупким.
Нецелесообразно и значительно увеличивать степень полимеризации, так как при этом повысится вязкость раствора (при одной и той же концентрации ацетилцеллюлозы). Это затруднит растворение, фильтрование и другие стадии технологического процесса.
Важное значение имеет не только средняя степень полимеризации, но и однородность макромолекул по молекулярному весу. Например, нельзя считать пригодной ацетилцеллюлозу со средней степенью полимеризации 230, если 3/4 общего числа макромолекул имеют степень полимеризации около 300, а остальная 1/4 часть——менее 100. Если количество низкомолекулярной ацетилцеллюлозы (со степенью полимеризации менее 100——120) превышает 5——7%, получаемое ацетатное волокно обладает более низкими физико-механическими свойствами.
① и льтруемо сть прядильного раствора. Раствор полимера, используемый для формования волокна, принято условно называть прядильным раствором, хотя такое название недостаточно правильно.
Фильтруемость раствора определяется вязкостью его, наличием механических загрязнений и продуктов, не растворимых полностью в смеси ацетон—вода (в случае раствора для формования ацетатного волокна) или в смеси метиленхлорид ——спирт (в случае раствора для формования триацетатного волокна). Фильтруемость прядильного раствора влияет на подготовку раствора и на формование волокна. Не полностью растворимые продукты, которые, по-видимому, являются недостаточно или неравномерно проацетилированными остатками целлюлозных волокон, забивают поры фильтровального материала, а при попадании в волокно (наиболее мелкие частицы) ухудшают его качество. Эти набухшие, но нерастворенные включения называют гель-частицами. Крупные гель-частицы можно подсчитывать, высаживая определенное количество раствора ацетилцеллюлозы в жидкий осадитель, удельный вес которого меньше, чем раствора, и подсчитывая число утолщений в образуемой нити. Фильтруемость раствора в лабораторных условиях определяют обычно по уменьшению скорости фильтрования определенного количества раствора через стандартный фильтровальный материал (например, сетка, ткань или специальная бумага) при постоянном давлении.
Различные загрязнения и примеси определяются также измерением прозрачности раствора. Прозрачность раствора ацетилцеллюлозы в ацетоне (концентрацией 10%) должна быть не менее 15—17 см.
Наконец, известной характеристикой загрязненности ацетилцеллюлозы служит определение полноты растворения. Для этого получают разбавленный раствор ацетилцеллюлозы и фильтрованием определяют нерастворившийся остаток. Растворимость
ацетилцеллюлозы, определенная таким способом, должна быть не ниже 99,5%.
Важный показатель, нарушение которого приводит к выпуску шелка с оттенками, — цветность раствора.
Зольность ацетилцеллюлозы должна быть не выше 0,1 %. Особенно вредное влияние оказывают соли некоторых двухвалентных металлов, например кальция. Они ухудшают свойства прядильного раствора, повышая его вязкость.
Кислотность ацетилцеллюлозы должна быть не выше 0,01 %. Повышенная кислотность чаще всего связана с недостаточно тщательной промывкой ацетилцеллюлозы от уксусной кислоты. Повышенное содержание кислоты может вызвать попадание в раствор солей железа, образующихся вследствие коррозии трубопроводов и аппаратуры, особенно в том случае, если они выполнены из черного металла.
Термостабильность ацетилцеллюлозы определяется постепенным нагревом образца в парафиновой бане и определением температуры, при которой начинается потемнение (начало разложения) образца. Недостаточная термостабильность связана с тем, что при получении ацетилцеллюлозы наряду с образованием эфира целлюлозы с уксусной кислотой происходит нежелательная побочная реакция — получение сернокислых эфиров целлюлозы. Эти эфиры омыляются при повышенной температуре, выделяя серную кислоту, которая разлагает ацетилцеллюлозу. Если волокно получено из ацетилцеллюлозы высокой термостабильности, то при глажении тканей можно применять более высокую температуру. Термостабильность вторичной ацетилцеллюлозы или триацетилцеллюлозы для производства волокна должна быть не ниже 210°.
Влажность ацетилцеллюлозы. По существующим техническим условиям влажность вторичной ацетилцеллюлозы не должна превышать 5%, а триацетилцеллюлозы ——3%. Однако желательно получение ацетилцеллюлозы возможно меньшей влажности. При повышенной влажности вторичной ацетилцеллюлозы во время сухого матирования не происходит равномерного распределения частиц двуокиси титана. Повышенное содержание воды в триацетилцеллюлозе, кроме того, вызывает увеличение вязкости полученного из нее раствора, затруднения при формовании волокна, коррозию оборудования. Поэтому желательно применять ацетилцеллюлозу с влажностью не выше 3%, а триацетилцеллюлозу необходимо дополнительно подсушивать на заводе триацетатного волокна (после смешения в силосах).
Изложение методов анализа ацетилцеллюлозы приводится в книге «Справочник по аналитическому контролю в производстве искусственных и синтетических волокон». Гизлегпром, 1957, стр.226—259.
Производство ацетилцеллюлозы
Получение ацетилцеллюлозы (ацетилирование целлюлозы) может быть проведено как в гомогенной (т. е. однородной), так и в гетерогенной (неоднородной) среде. При ацетилировании целлюлозы в гомогенной среде получающийся продукт постепенно растворяется в ацетилирующей смеси, образуя раствор ацетилцеллюлозы. В качестве растворителей обычно применяют уксусную кислоту или метиленхлорид. Полученную в результате ацетилирования триацетилцеллюлозу можно высадить водой, а можно и равномерно омылить в растворе до ацетонорастворимого продукта.
При омылении от молекул триацетилцеллюлозы отщепляется часть ацетильных групп по схеме:
—СбН?。? (ОСОСНз)з — С6Н7О2 (ОСОСН3)3— + Н2О f Триацетилцеллюлоза
H2SO4
——СбН^О? (ОСОСНз)з —CGH7O2(OCOCH3)2OH —"FВторичная ацетилцеллюлоза
+ сн3соон.
Уксусная кислота
При получении ацетилцеллюлозы ацетилированием в гетерогенной среде в состав реакционной массы входит разбавитель, т. е. вещество, не растворяющее ни целлюлозу, ни образующуюся триацетилцеллюлозу. В качестве разбавителя обычно используют бензол или толуол, которые легко удаляются отгонкой. Таким образом, при ацетилировании в гетерогенной среде как исходная целлюлоза, так и образующийся триацетат целлюлозы находится в виде волокнистой массы.
Основное количество ацетилцеллюлозы, используемой для производства ацетатного или триацетатного волокна, получают ацетилированием в гомогенной среде (рис. 1).
Поэтому ниже кратко будет рассмотрен этот способ.
Для производства ацетилцеллюлозы обычно используют хлопковую целлюлозу, получаемую отваркой хлопкового пуха —— коротких волоконец, не пригодных для текстильной переработки. Можно применять также облагороженную древесную целлюлозу.
Первая операция технологического процесса ——активация целлюлозы, вызывающая ее набухание для облегчения последующего проникновения в нее ацетилирующей смеси. Для активации предварительно разрыхленную целлюлозу обрабатывают концентрированной (не менее 98%) уксусной кислотой при 60° в течение 0,5 часа. Уменьшение концентрации уксусной кислоты при ацетилировании требует дополнительного расхода уксусного ангидрида на реакцию связывания воды, что экономически невыгодно.
••纟ffl WOHHENOdHIrsmE Iqmolmllrlf告 ImmE E№08mH0dII ЙЮ KEMyHJOIfoHXOI ・I UHd••纟ffl WOHHENOdHIrsmE Iqmolmllrlf告 ImmE E№08mH0dII ЙЮ KEMyHJOIfoHXOI ・I UHd
••纟ffl WOHHENOdHIrsmE Iqmolmllrlf告 ImmE E№08mH0dII ЙЮ KEMyHJOIfoHXOI ・I UHd
••纟ffl WOHHENOdHIrsmE Iqmolmllrlf告 ImmE E№08mH0dII ЙЮ KEMyHJOIfoHXOI ・I UHd
Активация проводится в активаторе — горизонтальном аппарате с мешалкой и рубашкой для обогрева горячей водой. При активации осуществляется распыление подогретой уксусной кислоты на целлюлозу и затем перемешивание целлюлозы, пропитанной уксусной кислотой.
Ацетилирование целлюлозы — наиболее важная стадия технологического процесса. При ацетилировании активированную целлюлозу обрабатывают ацетилирующей смесью, состоящей из трех компонентов: уксусного ангидрида, катализатора и растворителя.
Уксусный ангидрид взаимодействует с целлюлозой по приведенной выше реакции (стр. 17), образуя в конечном итоге три- ацетилцеллюлозу. Часть уксусного ангидрида расходуется на побочную реакцию с водой, которая в небольших количествах содержится в целлюлозе, в уксусной кислоте и других реагентах. Количество уксусного ангидрида в реакционной смеси составляет обычно около 300% от веса сухой целлюлозы.
Ацетилирование целлюлозы в производственных условиях протекает только в присутствии катализатора, т, е. вещества, небольшое количество которого ускоряет реакцию, не участвуя в ней. В качестве катализатора процесса ацетилирования в гомогенной среде чаще всего употребляется серная кислота. Количество катализатора составляет 1—2% от веса целлюлозы.
В качестве растворителя чаще всего используется метиленхлорид. В системе находится также некоторое количество уксусной кислоты, внесенной с активированной целлюлозой и получившейся в результате реакции образования ацетилцеллюлозы и при взаимодействии уксусного ангидрида с водой. Уксусная кислота тоже растворяет образующуюся ацетилцеллюлозу.
В ацетилятор загружают до 2000 кг целлюлозы. Количество растворителя составляет 500——600% от веса целлюлозы. Общее количество вносимых жидких реагентов в 8—9 раз превышает количество загружаемой целлюлозы.
Ацетилирующую смесь обычно загружают в четыре стадии. Сначала подается часть уксусного ангидрида, а затем тремя порциями ацетилирующая смесь, состоящая из уксусного ангидрида, метиленхлорида и серной кислоты. Ацетилирование проводится при температуре 40—45° в течение 9—10 час. По окончании реакции ацетилирования получается вязкий раствор триацетилцеллюлозы (называемый в производстве «сиропом»).
Ацетилирование проводится в ацетиляторах ——горизонтальных цилиндрических аппаратах с мощной мешалкой и рубашкой для охлаждения. Так как ацетилирующая смесь химически очень агрессивна по отношению к черным металлам, то ацетилятор изготовляют из специальной кислотоупорной стали или фосфористой бронзы. Емкость ацетилятора достигает 25——30 ж3.
Если конечная продукция ——триацетилцеллюлоза, то по окончании ацетилирования проводят отгонку метиленхлорида и высаживание триацетилцеллюлозы. При получении вторичной (ацетонорастворимой) ацетилцеллюлозы необходимо провести частичное омыление триацетилцеллюлозы. Омыление осуществляется водой в присутствии катализатора ——серной кислоты.
Омыление проводят обычно в две стадии. В первой стадии в ацетилятор подается нагретая до 75° вода. Наряду с отщеплением уксуснокислых групп в первой стадии происходит реакция взаимодействия избытка уксусного ангидрида (не вступившего в реакцию ацетилирования) с водой. При этом давление в ацети- ляторе поднимается до 1,5—1,7 атм. Продолжительность первой стадии составляет около 3,5 час.
□о окончании первой стадии добавляют вторую порцию воды и «сироп» выгружается в другой аппарат — высадитель. Выса- дитель представляет собой вертикальный аппарат из кислотоупорной стали или фосфористой бронзы с якорной мешалкой и рубашкой. В высадителе проводят реакцию при 50° в течение 6—7 час. После окончания омыления проводят связывание (нейтрализацию) серной кислоты уксуснокислым натрием, затем отгоняют метиленхлорид, нагревая «сироп» горячей водой через рубашку высадителя.
Пары метиленхлорида конденсируются в конденсаторе ——холодильнике. -Сконденсированный метиленхлорид может снова использоваться в качестве растворителя.
Следующая операция — высаживание ацетилцеллюлозы—проводится обычно постепенным добавлением 10% уксусной кислоты для более равномерного высаживания. Концентрация уксусной кислоты после высаживания составляет около 35%. Если увеличить концентрацию кислоты, то останется невы- саженной значительная часть ацетилцеллюлозы, т. е. уменьшится выход продукта. Уменьшать содержание кислотьГ также нецелесообразно, так как в этом случае будут высаживаться и низкомолекулярные фракции ацетилцеллюлозы, оказывающие вредное влияние на свойства ацетатного волокна.
После высаживания проводят измельчение ацетилцеллюлозы.
Промывание ацетилцеллюлозы проводится в специальном аппарате — промывателе, который представляет собой вертикальный аппарат из нержавеющей стали с мешалкой наложным дном, через которое стекает вода.
Вначале промывают слабой уксусной кислотой (4%), затем чистой водой. Промывку проводят многократно, причем используемая для первых промывок слабая кислота получается в ре-, зультате последующих промывок водой. При промывке получается также 10%-ная уксусная кислота, которую используют для высаживания ацетилцеллюлозы.
Разбавленная кислота после первой промывки вместе с кислотой после высаживания подается в цех регенерации уксусной кислоты. Концентрация кислоты составляет 20—25%. В цехе регенерации уксусную кислоту извлекают с помощью этилацетата, который затем отгоняется, а уксусная кислота подвергается вакуумной перегонке. Концентрированную уксусную кислоту вновь используют в производстве.
После промывки ацетилцеллюлозу отжимают в центрифуге непрерывного действия. При этом удаляется большая часть влаги. Перед сушкой ацетилцеллюлоза содержит 60——70% влаги.
Сушку ацетилцеллюлозы осуществляют при температуре от 45° (в начале сушки) до 80° (в конце сушки) при вакууме не менее 650 мм рт. ст. Сушилка представляет собой горизонтальный аппарат с паровой рубашкой и гребковой мешалкой с паровыми змеевиками. Невысокая температура сушки и вакуум применяются для предотвращения разложения ацетилцеллюлозы. В сушилку загружается 1500 ке ацетилцеллюлозы (в расчете на сухую). Сушка продолжается в течение 7—8 час.
В настоящее время на некоторых заводах применяется полунепрерывный процесс получения ацетилцеллюлозы, т. е. непрерывно осуществляются лишь некоторые операции (например, активация целлюлозы или промывка ацетилцеллюлозы на движущихся сетках, непрерывное высаживание и т. д.). Разработан и внедрен в промышленном масштабе непрерывный процесс получения ацетилцеллюлозы. Этот высокопроизводительный и экономичный процесс используется на некоторых новых заводах ацетилцеллюлозы.
Методом ацетилирования в гетерогенной среде получают триацетилцеллюлозу, используемую главным образом для производства кино- и фотопленок и лишь в некоторых случаях для получения волокна.
Глава III. РАСТВОРЕНИЕ АЦЕТИЛЦЕЛЛЮЛОЗЫ
И ПОДГОТОВКА РАСТВОРА К ФОРМОВАНИЮ
Смешение ацетилцеллюлозы
Ацетилцеллюлоза, используемая для получения волокна, поступает на заводы партиями, отличающимися некоторыми показателями свойств.
Чтобы обеспечить относительную равномерность свойств прядильного раствора и особенно получаемого из него волокна, ацетилцеллюлозу различных партий смешивают. Приведенная ниже схема применяется для смешения как вторичной ацетилцеллюлозы, так и триацетилцеллюлозы (рис. 2).
Поступившую в контейнерах или мешках ацетилцеллюлозу загружают в приемный бункер, откуда с помощью ковшового
транспортера 3i подают в башни для хранения (силосы) С\ ——С6> причем автоматически обеспечивают определенный уровень заполнения каждой башни.
В каждый из силосов загружается ацетилцеллюлоза с определенным ацетильным числом. Ацетильные числа ацетилцеллюлозы, загруженной в соседние силосы, могут отличаться друг or друга на 0,2—0,3%. Например, в силосы может быть загружена ацетилцеллюлоза с ацетильными числами около 53,6% (&)» 53,9% ⑹)，54,2% (С3), 54,4% (С4), 54,6% (С5), 54,9% (С6).
Рис. 2. Схема смешения ацетилцеллюлозы в силосах:
3, Зг, Зз — элеваторы (ковшовые транспортеры), &—Ku — винтовые конвейеры (шнекн)» &—Сб—силосы хранения ацетилцеллюлозы, С?—Сю — силосы смешения ацетилцеллюлозы, 31—Зе — соленоидные затворы с пневмоприводом, Д1—Ди — дозаторы с электроприводом, Б ——промежуточный бункер, X — указатели уровня
Рассчитанное количество ацетилцеллюлозы периодически дози* руется с помощью дозаторов 厶一4 через бункер 5 в силосы смешения С7 ——Сю. Дозируемое из каждого силоса количество ацетилцеллюлозы рассчитывают таким образом, чтобы обеспечить равномерность состава ацетилцеллюлозы в силосах смешения.
После достижения нижнего указателя уровня в одном из силосов смешения Сю (в результате израсходования ацетилцеллюлозы) автоматически включается подача ацетилцеллюлозы из силосов хранения в силосы смешения С7 ——С10. По достижении верхнего указателя уровня в том же специальном силосе Сю загрузка автоматически прекращается. Башня (С10), из которой поступают сигналы, загружается через промежуточный бункер лишь после загрузки остальных башен. Поэтому после поступления сигнала о прекращении загрузки полностью загруженными оказываются все силосы смешения, а во время сигнала о начале загрузки опустошен только силос С10, а остальные башни заполнены. Ацетилцеллюлозу смешивают циркуляцией ее в силосах смешения с помощью системы дозаторов и шнеков, причем из разных башен дозируется различное количество ацетилцеллюлозы.
С помощью элеватора Зз и системы шнеков ацетилцеллюлоза периодически в зависимости от потребности химического цеха отбирается в загрузочные бункера растворителей. Вместо элеватора и шнеков для транспортировки ацетилцеллюлозы может использоваться пневмотранспорт.
Для интенсивного перемешивания скорость циркуляции ацетилцеллюлозы в силосах смешения в 8—10 раз превышает скорость отбора ацетилцеллюлозы для растворения. Количество ацетилцеллюлозы, находящейся в силосах, обеспечивает работу завода в течение длительного времени (более месяца).
Во время продолжительного перемешивания, в результате различных механических воздействий, ацетилцеллюлоза измельчается. Поэтому дополнительно измельчать ацетилцеллюлозу для ускорения растворения не нужно.
Таким образом, силосы служат не только складом ацетилцеллюлозы, но и первым производственным отделением, в котором проводятся важные технологические операции ——смешение ацетилцеллюлозы с целью выравнивания ее состава и измельчение ее для ускорения процесса растворения.
Матирование
Большая часть шелка выпускается в матированном виде. Матирование проводится для устранения блеска волокна. В качестве матирующего агента могут быть использованы различные твердые, жидкие и газообразные вещества (сернокислый барий, двуокись титана, воздух в виде мельчайших пузырьков), однако широкое практическое применение нашла только двуокись титана (химическая формула ——TiOs). Специально приготовленная двуокись титана обладает малым размером частиц (0,001—0,005 жм) и поэтому не оседает на фильтровальном материале и не засоряет отверстия фильер. У этого матирующего агента показатель преломления света значительно отличается от показателя преломления ацетилцеллюлозного волокна. Это дает хороший матирующий эффект.
Добавление двуокиси титана не улучшает, а несколько ухудшает физико-механические свойства волокна. Однако матирование волокна применяется очень широко, что вызвано требованиями моды. Количество двуокиси титана, вводимой в волокно, задается потребителем и обычно составляет от 0,5 до 2% от веса ацетилцеллюлозы. Значительно реже матирование достигается поверхностным омылением готового волокна или тканей на отделочных фабриках или созданием шероховатой поверхности волокна при формовании мокрым способом.
Наиболее широкое применение имеет так называемый сухой способ матирования ацетатного и триацетатного волокна. При матировании этим методом двуокись титана смешивается с
частью ацетилцеллюлозы (примерно 1/4 общего количества) в специальном смесителе в течение 3——4 час. Притяжение частиц двуокиси титана к ацетилцеллюлозе происходит за счет электростатических сил. Поэтому необходимо, чтобы влажность вторичной ацетилцеллюлозы не превышала 3%, в противном случае распределение частиц TQ будет недостаточно равномерным. Триацетилцеллюлоза имеет более низкую кондиционную влажность, чем ацетилцеллюлоза, обеспечивающую достаточно равномерное распределение частиц двуокиси титана, однако влажность применяемой триацетилцеллюлозы не должна превышать 1 %, так как повышенное содержание воды ухудшает качество прядильного раствора, затрудняет формование волокна, снижает его свойства и вызывает коррозию аппаратуры.
Матирование двуокисью титана может также проводиться подачей в растворитель матирующей пасты или специально приготовленной смеси ацетилцеллюлозы и двуокиси титана. Матирующая паста представляет собой раствор ацетилцеллюлозы с большим содержанием двуокиси титана, а также с добавками стабилизаторов (для создания устойчивой дисперсии)4 Приготовление тесной смеси ацетилцеллюлозы и двуокиси титана (в производстве называется «крошкой» или «вальцмассой») осуществляется аналогично описанному ниже (стр. 41) методу приготовления «крошки» дисперсных красителей. Эти схемы матирования более сложны, чем матирование ацетилцеллюлозы сухим способом. Так как равномерность матирования волокна сухим способом не меньше, чем при использовании матирующей пасты или «крошки», матирование ацетатного и триацетатного волокна осуществляется в основном сухим способом.
Матирование, растворение ацетилцеллюлозы, фильтрование и обезвоздушивание прядильного раствора, а иногда и некоторые другие операции (смешение раствора, крашение) осуществляются в цехе приготовления прядильного раствора, который в производстве иногда называют химическим цехом.
Растворение ацетилцеллюлозы
Ацетилцеллюлоза и триацетил целлюлоза могут растворяться в различных органических растворителях, хотя для триацетилцеллюлозы известно меньшее число растворителей. Например, ацетилцеллюлоза растворима в уксусной кислоте, ацетоне, пиридине, диметил формамиде и некоторых других растворителях. Триацетилцеллюлоза растворима в уксусной кислоте, хлористом метилене (метиленхлориде) и дихлорэтане.
Однако практически в качестве растворителя для получения ацетатного волокна сухим способом применяется ацетон (с небольшой добавкой воды), а для получения триацетатного волокна——метиленхлорид (в смеси со спиртом), так как они отве-
чают большей части требований к растворителям, применяемым в производстве химических волокон: обладают хорошей растворяющей способностью, невысокой стоимостью, сравнительно малой токсичностью (вредностью), их можно легко улавливать и возвращать в производство. Для формования сухим способом большое значение имеет температура кипения и летучесть растворителя. Растворитель не должен обладать очень высокой температурой кипения, так как это увеличивает расход тепла и делает необходимым мощную теплоизоляцию машин для формования. Температура кипения ацетона 56°, а метиленхлорида 40—41°. Однако летучесть растворителя не должна быть и очень большой, а температура кипения низкой, так как это приводит к значительным потерям растворителя, испаряющегося во время различных стадий технологического процесса.
Недостаток ацетона — свойство образовывать взрывоопасные смеси с воздухом в широком диапазоне концентраций. Недостаток метиленхлорида ——возможность коррозии аппаратуры и трубопроводов, выполненных из нестойких к кислотам марок сталей. Корродирующее действие метиленхлорида проявляется в присутствии воды.
Для приготовления прядильных растворов из вторичной ацетилцеллюлозы в качестве растворителя применяется смесь ацетон —вода (96 : 4).
Для растворения триацетилцеллюлозы используется смесь метиленхлорид — этиловый спирт (91 :9). Содержание воды в прядильном растворе не должно превышать 0,5%.
Применение второго компонента связано с тем, что у вторичной ацетилцеллюлозы (а в небольших количествах и у триацетилцеллюлозы) есть свободные гидроксильные группы, с которыми взаимодействуют более полярные компоненты растворяющей смеси (вода, спирт). Ацетон и метиленхлорид проявляют растворяющее действие главным образом за счет взаимодействия с ацетильными группами. При применении смеси растворителей получаются менее вязкие прядильные растворы с меньшим содержанием гель-частиц. При употреблении бинарной смеси растворителей значительно улучшается процесс формования волокна, так как после удаления большей части легколетучего компонента (метиленхлорид, ацетон), остается компонент с более высокой температурой кипения (вода, спирт), что облегчает вытяжку волокна. Однако слишком большое количество воды или спирта ухудшает качество раствора и полученного из него волокна, так как эти компоненты в чистом виде не растворяют ацетилцеллюлозу, а при добавлении в больших количествах высаживают ацетилцеллюлозу. При небольшом по сравнению с оптимальным количеством увеличении их содержания высаживающее действие выражается в увеличении вязкости раствора одной и той же концентрации, худшей растворимости ацетилцел-
люлозы, большем содержании набухших, но нерастворенных частиц.
Концентрация вторичной ацетилцеллюлозы в прядильных растворах составляет обычно 24——25%, концентрация триацетилцеллюлозы в прядильных растворах, предназначенных для формования сухим способом 20—22%.
Прядильные растворы ацетилцеллюлозы и триацетилцеллюлозы отличаются от прядильных растворов при производстве некоторых других типов химических волокон (вискозное, медно- аммиачное) тем, что они устойчивы, т. е. в течение длительного времени не изменяют своих свойств (если не допускать испарения легколетучего растворителя).
Концентрированные растворы ацетилцеллюлозы (называемые в производстве прядильными) обладают очень высокой вязкостью, причем вязкость резко возрастает при сравнительно небольшом увеличении концентрации раствора.
Другая важная для технологической практики особенность прядильных растворов ——значительное снижение вязкости их при повышении температуры. Например, вязкость прядильных растворов ацетилцеллюлозы в смеси ацетон — вода (концентрацией 24%) при 20° составляет 800——900 сек.* а при 40°—200—— 250 сек., т. е. падает почти в 4 раза.
Такой характер изменения вязкости связан с увеличением гибкости макромолекул ацетилцеллюлозы (или триацетилцеллюлозы).
Большой длиной макромолекул объясняется также и тот факт, что продолжительность растворения ацетилцеллюлозы значительно больше, чем низкомолекулярных веществ.
Ацетилцеллюлозу растворяют в вертикальных или горизонтальных аппаратах, называемых растворителями (рис. 3). В настоящее время в промышленности применяются растворители только периодического действия. Для интенсивного перемешивания растворитель снабжен мощной лопастной или винтовой мешалкой.
Наиболее часто применяются лопастные мешалки, т. е. мешалки, к оси которых прикреплены плоские лопасти или лопасти специальной формы.
Профиль нижней лопасти иногда соответствует форме дна растворителя, т. е. имеет якореобразный вид. Иногда в растворителях устанавливают противолопасти, т. е. лопасти, неподвижно прикрепленные к корпусу растворителя и расположенные между лопастями мешалки.
Помимо лопастных мешалок, применяются (в основном в горизонтальных растворителях) винтовые мешалки. Растворители
Вязкость прядильного раствора в секундах ——условная величина, определяемая по времени падения стандартного стального шарика (весом 0,11 г} через столб раствора высотой 20 см.
Рис. 3. Растворитель вертикального типа:
/ — фланцевый электродвигатель, 2 — редуктор, 5 — загрузочный люк, 4 — крышка из биметалла (нержавеющая сталь внутри), 5 — штуцер ввода горячей воды, 6 — штуцер ввода холодной воды, 7 — штуцер отвода холодной воды, 8 — штуцер отвода горячей воды, 9 — корпус из биметалла (внутренняя поверхность — нержавеющая сталь), 10 — рубашка для обогрева или охлаждения, 〃一штуцер для подачи растворяющей смеси, /2 — лопасти ме- шалкн, 13 — вал мешалки,)4 — штуцер для взятия пробы раствора, 乃一 штуцер для выгрузки раствора
обычно снабжаются рубашками для подогрева или охлаждения раствора. Емкость растворителей различных типов составляет от 6 до 12 ж3.
Чтобы в прядильный раствор не попали соли железа, которые могут образоваться под действием следов свободной кислоты, содержащейся в растворе, сталь защищается специальными покрытиями ——эмалью, керамическими плитками или оцинковкой. Необходимо учитывать, что защитное действие оцинковки будет достаточно долговременным и эффективным лишь при использовании ацетилцеллюлозы с показателем кислотности, не превышающим допустимую норму.
В последние годы некоторые типы растворителей изготовляют из биметалла, т. е. наружный, наиболее толстый слой изготовлен из обычной стали, а внутренняя поверхность, соприкасающаяся с прядильным раствором, из кислотоупорной нержавеющей стали. Растворители из биметалла применяются в основном для растворения триацетилцеллюлозы.
Осуществляется также защитное покрытие остального оборудования химического цеха: фильтрпрессов, промежуточных баков, трубопроводов. Трубопроводы для прядильного раствора после последнего фильтрования целесообразно изготовлять из нержавеющей стали, так как соли железа оказывают вредное влияние на свойства прядильного раствора и получаемого из него волокна.
Предварительно взвешенную ацетилцеллюлозу загружают из бункера в растворитель через матерчатый или металлический рукав. Применение матерчатых рукавов не рекомендуется, так как в результате трения ацетилцеллюлозы при загрузке накапливается статическое электричество.
Растворители могут быть рассчитаны на работу под давлением. Давление создается инертным газом для подлавливания раствора к насосам. Однако растворители, работающие под давлением, довольно дорогие аппараты, требующие более сложного обслуживания. Поэтому целесообразно применять аппараты, не рассчитанные на работу под давлением. В этом случае выгрузка раствора производится под напором столба раствора. Для этого необходимо, чтобы растворители были расположены выше зубчатых (или плунжерных) насосов, а у соединяющего их трубопровода был достаточно большой диаметр.
Применяются различные параметры процесса растворения ацетилцеллюлозы и триацетилцеллюлозы. Выбранный режим зависит от конструкции растворителя, состава растворяющей смеси, свойств ацетилцеллюлозы, принятого способа матирования и ряда других факторов.
Применяется, например, следующий режим растворения вторичной ацетилцеллюлозы. После включения мешалки с помощью счетчиков-дозаторов заливается рассчитанное количество сме-
си ацетон — вода. Затем постепенно (чтобы не образовались комки) через специальный люк загружается взвешенная ацетилцеллюлоза. Иногда в начале растворения, когда растворяющаяся масса еще не нагрелась вследствие перемешивания, ее обогревают через рубашку горячей водой до 40°.
iB процессе растворения ацетилцеллюлозы получается вязкая масса, которая разогревается при перемешивании (в результате перехода механической энергии в тепловую). Поэтому во второй период растворения аппарат охлаждают водой до температуры не выше 40—45°. При более высокой температуре раствора возможно улетучивание ацетона.
Через 6 час. после начала растворения отбирают пробу раствора. Если концентрация ацетилцеллюлозы в растворе отличается от заданной более чем на 0,25%, добавляют необходимое количество ацетона (если концентрация завышена) или ацетилцеллюлозы (при заниженной концентрации). Затем раствор перемешивается в течение 20 мин. при добавке ацетона или в течение 2 час. при добавке ацетилцеллюлозы.
Продолжительность процесса растворения составляет 6—■ 8 час., а общий цикл работы растворителя, учитывая время загрузки и выгрузки, длится 8—10 час.
В растворитель, наряду с ацетилцеллюлозой, могут загружаться волокнистые отходы, получаемые при заправке прядильных машин, бракованное волокно. Однако количество растворяемых волокнистых отходов не должно превышать 10—15% от количества загружаемой ацетилцеллюлозы. Отходы окрашенного шелка загружают в растворитель, в котором методом крашения по потоку получают прядильный раствор, использ\емый для получения шелка, окрашенного в черный цвет.
Фильтрование раствора. Удаление воздуха
После анализа, с помощью которого установлено, что раствор обладает нужной концентрацией и достаточно однороден (проба под микроскопом), раствор перекачивают в промежуточные баки. Прядильный раствор транспортируют с помощью зубчатого или плунжерного насоса. Зубчатый насос передает раствор, заключенный в промежутках между зубьями каждой из двух шестерен и корпусом насоса.
С помощью плунжерного насоса раствор транспортируется за счет движения специальных поршней (плунжеров). Для более равномерной подачи (без пульсации) применяют насосы с несколькими плунжерами (например, трехплунжерные насосы, рис. 4).
Перед первым фильтрованием (после растворителя) обычно предусматривается удаление случайных крупных механических загрязнений. Для этого прядильный раствор пропускают через
фильтрловушку, представляющую собой фильтр с корзинообразной сеткой.
Из промежуточного бака раствор подается на первое фильтрование. Фильтрование прядильного раствора —— одна из важнейших стадий технологического процесса. Если раствор плохо профильтрован, снижается производительность машин для формования (вследствие забивания отверстий филье-
Рис. 4. Трехплунжерный насос
ры) и ухудшается качество полученного волокна. Проводить фильтрование непосредственно из растворителя нецелесообразно, так как растворитель сравнительно сложный и дорогой аппарат. Поэтому растворитель быстро освобождают от прядильного раствора, чтобы дать возможность провести следующий цикл растворения.
В ацетилцеллюлозе н в по/тучаемом из нее растворе есть механические загрязнения, которые сравнительно легко отделяются при фильтровании. Кроме того, как уже указывалось, в прядильном растворе содержатся набухшие, но нерастворенные частицы (так называемые гель-частицы). Отделение их наиболее сложно, так как они могут проскальзывать через поры фильтровального материала. Поэтому очистка раствора от гель- частиц ——главная задача фильтрования.
Так как прядильный раствор нмеет высокую вязкость, а поры фильтровального материала очень малы, то для преодоления этого сопротивления перед фильтрматериалом создается повышенное давление с помощью зубчатого или плунжерного насоса.
В процессе фильтрования прядильный раствор проходит через мелкие поры, в которых механические загрязнения и гель- ч а ст и цы частично задерживаются. Степень очистки тем выше, чем меньше диаметр пор, чем больше длина капилляров пор и чем меньше давление перед фильтрматериалом. Однако при улучшении вследствие этих факторов чистоты профильтрованного раствора значительно уменьшается скорость фильтрования, измеряемая количеством раствора, профильтрованного в единицу времени с единицы поверхности фильтрматериала (например, л/м2•час).
Поэтому для сохранения высоких скоростей фильтрования процесс проводится в несколько стадий. Чаще всего используют трехкратное фильтрование. Во время первой стадии раствор очищается от сравнительно крупных загрязнений, а затем от более мелких. Соответственно увеличивается плотность применяемого фильтровального материала (уменьшается размер пор и увеличивается длина пути раствора в капиллярах). Последнее фильтрование прядильного раствора проводят на машине для формования волокна через фильтрпалец и тканевую зарядку фильеры.
После того как забилась большая часть пор фильтровального материала, его заменяют. При засорении пор возрастает сопротивление продавливанию прядильного раствора, т. е. увеличивается давление перед фильтрматериалом (если скорость фильтрования остается неизменной). Можно проводить фильтрование прядильного раствора и при постоянном давлении, но в этом случае будет уменьшаться скорость фильтрования. В промышленности обычно осуществляют фильтрование при постоянной скорости. Фильтрматериал меняют после засорения фильтра. Время смены фильтрматериала определяют по значительному возрастанию давления перед фильтрпрессом (например, в 2 раза по сравнению с начальным).
Как уже указывалось выше, при подогреве значительно снижается вязкость прядильного раствора. Следовательно, за счет подогрева можно увеличить скорость фильтрования. Поэтому иногда перед фильтрованием раствор подогревают до 40—50° в трубчатых теплообменниках с помощью горячей воды. Но одновременно с увеличением скорости фильтрования при повышении температуры раствора более вероятным становится проскальзывание гелеобразных частиц через поры фильтрматериала, Поэтому повышать температуру раствора целесообразно лишь перед первой стадией фильтрования и без специального подогрева с помощью теплообменников, так как прядильный раствор после растворения нагрет до 40—45°.
Фильтрование прядильных растворов ацетилцеллюлозы или триацетилцеллюлозы проводится на рамных фильтрпрессах.
Фильтрпрессы состоят из рам и рифленых плит, чередую-
щихся между собой. Материалом для плит и рам служит чугун, защищенный цинковым или бакелитовым покрытием. Между плитами и рамами зажимается фильтровальный материал. Чтобы предотвратить прилипание фильтровального материала к плите, приводящее к уменьшению эффективной поверхности фильтрования, у плиты закрепляется сетка из нержавеющей стали.
Прядильный раствор по питающему трубопроводу подается в фильтрпресс (рис. 5), через отверстия в рамах попадает в про
□ И □ I □ 1 □□ И □ I □ 1 □Рис. 5. Схема движенияраствора в фильтрпрессе:1 — вход раствора, 2 — выходраствора, 3 — плита, 4 — рама,5 — фильтровальный материал,6 — сеткаРис. 5. Схема движенияраствора в фильтрпрессе:1 — вход раствора, 2 — выходраствора, 3 — плита, 4 — рама,5 — фильтровальный материал,6 — сеткастранство между прилегающими к плитам фильтровальными полотнами, фильтруется через них, продавливается по рифленым по-
□ И □ I □ 1 □
□ И □ I □ 1 □
Рис. 5. Схема движенияраствора в фильтрпрессе:
1 — вход раствора, 2 — выходраствора, 3 — плита, 4 — рама,5 — фильтровальный материал,6 — сетка
Рис. 5. Схема движенияраствора в фильтрпрессе:
1 — вход раствора, 2 — выходраствора, 3 — плита, 4 — рама,5 — фильтровальный материал,6 — сетка
верхностям плиты к диаметрально противоположным отверстиям и поступает в выпускной трубопровод фильтрпресса.
Рамы и плиты подвешиваются на горизонтальных станинах. При смене фильтровального материала рамы и плиты раздвигают, после зарядки вновь плотно сжимают, чтобы не допустить подтекания прядильного раствора. Зажим осуществляют обычно с помощью централизованной гидравлической системы (рис. 6). Масляный насос может создать при зажиме давление до 250—— 300 атм.
В настоящее время при производстве ацетатного и триацетатного волокон применяются фильтрпрессы с различным чис-
лом и величиной плит и рам, т. е. с различной фильтрующей поверхностью. Обычно применяются фильтрпрессы с фильтрующей поверхностью от 24 до 30 м2. Размеры рам не превышают 1 м2. Фильтрпрессы рассчитаны на давление 35—40 атм.
Производительность фильтрпресса может быть рассчитана по формуле
Р = 2PsM
где Р — количество профильтрованного раствора в л；
и — скорость фильтрования в л/м2 • час;
S ——фильтрующая поверхность каждой плиты (рамы) в м?; п ——число внутренних плит;
/ — продолжительность фильтрования в час.
Рис. 6. Фильтрпресс： гидравлическим зажимом, б — с
7 — с централизованным
зажимом
ручным гидравлическим
Может быть проведен и обратный расчет, т. е. скорость фильтрования можно определить исходя из известного количества профильтрованного прядильного раствора.
Для фильтрования прядильных растворов ацетилцеллюлозы или триацетилцеллюлозы могут применяться бумажные или тканые фильтровальные материалы. При применении как бумажных, так и тканых материалов в качестве фильтр материала используется также вата. Тканые материалы сравнительно дороги и не дают высокой чистоты профильтрованного раствора. Поэтому экономически и технически целесообразно использовать бумажные фильтрматериалы, применяя более высокое давление перед фильтрпрессом.
На некоторых заводах для улучшения чистоты профильтрованного раствора фильтруют с применением вспомогательного вещества, состоящего, например, из специально подготовленных целлюлозных волокон определенной длины. Его замешивают при растворении ацетилцеллюлозы. Приготовленный таким образом прядильный раствор циркулирует через фильтрпресс, образуя слой вспомогательного вещества на фильтрматериале. После того как слой достиг определенной толщины, с фильтрпресса начинают отбирать профильтрованный раствор. Таким образом, вспомогательное вещество создает дополнительный, достаточно равномерный и плотный слой фильтровального материала и облегчает очистку раствора.
Приводим один из применяемых режимов фильтрования прядильных растворов ацетилцеллюлозы. В качестве фильтрмате- риалов используется гофрированная бумага и прессованная вата, которая равномерно распределена между двумя полотнами марли и хлопчатобумажной ткани (типа миткаля или бязи), имеющей вспомогательное значение ——облегчает очистку пресса во время смены фильтровальных материалов.
Между каждой плитой и рамой при первом фильтровании заряжается 20—30 слоев гофрированной пористой бумаги, при втором—30—40 слоев, третьем — 40—50 слоев.
Давление перед фильтрпрессом в начале фильтрования составляет 6——8 атм. По мере засорения фильтровального материала давление перед фильтрпрессом возрастает. Когда давление достигнет 24 атм, меняют (перезаряжают^ фильтрматериалы. Конструкция фильтрпрессов рассчитана на давление 36 атм. т. е. в 1,5 раза выше максимального рабочего. Скорость фильтрования одинакова на всех стадиях и составляет около 30//现2 • час.
Частота перезарядки фильтровального материала зависит от качества ацетилцеллюлозы и полученного из нее раствора (фильтруемости, количества гель-частиц, прозрачности). Меняют фильтрматериалы обычно через 2 суток на фильтрпрессах первого фильтрования, через 2—3 недели на фильтрпрессах
второго фильтрования, через 1 — 1,5 месяца на фильтрпрессах третьего фильтрования.
После смены фильтрматериалов раствор циркулирует через фильтрпресс в течение 2 час., чтобы вызвать частичную закупорку некоторых крупных пор и удалить воздух. После этого раствор фильтруется в промежуточный бак.
Специального подогрева раствора перед фильтрованием не проводят. Раствор поступает на первое фильтрование вскоре после растворения с температурой около 40°. В химическом цехе поддерживается температура 26——27°, при этой температуре проводят последующие стадии фильтрования.
При смене фильтрматериалов прядильный раствор собирается в поддоны, расположенные под фильтрпрессами, и используется для повторного растворения. Загрязненный фильтровальный материал, между слоями которого содержится некоторое количество прядильного раствора, помещается в сушилку, где испаряется ацетон. Пары ацетона с помощью вентиляторов отсасываются в цех регенерации растворителей.
Раствор, подаваемый к машинам для формования, не должен содержать пузырьков воздуха, размеры которых близки или превышают размеры отверстий фильеры. В противном случае будет происходить обрыв элементарных волокон при формовании.
Если размеры пузырьков воздуха, содержащихся в растворе, значительно меньше размера отверстий фильеры, то они не оказывают большого влияния на формование и не ухудшают заметно качество волокна: Поэтому, прежде всего, нужно предотвратить содержание в растворе пузырьков воздуха, размеры которых больше размеров отверстий фильер. Для этого должна быть обеспечена достаточная герметизация оборудования. Конструкция мешалок в растворителях не должна допускать ^замешивания» воздуха в раствор. Одна из главных целей циркуляции раствора через фильтрпресс — удаление воздуха, попадающего в раствор при смене фильтрматериалов.
При соблюдении этих условий продолжительность выстаивания раствора перед формованием для обезвоздушивания не превышает 6—8 час., а иногда почти совсем исключается. При выстаивании пузырьки воздуха удаляются из-за их меньшего удельного веса. Но так как вязкость прядильного раствора очень велика, за это время не удаляются очень мелкие пузырьки воздуха. При подготовке прядильных растворов в производстве триацетатного и ацетатного волокна обычно не осуществляется обезвоздушивание под вакуумом. Это связано с тем, что ацетон и метиленхлорид ——легколетучие вещества, и поэтому возможны их значительные потери за счет испарения и одновременно неравномерное повышение концентрации полимера в растворе.
Крашение волокна «日 массе»
Некоторое количество ацетатного или триацетатного волокна выпускается заводами в окрашенном виде. Окрашивают во* локно введением красителя в прядильный раствор. Этот способ окрашивания называют крашением《в массе». В настоящее время разработано большое количество красителей для крашения 《в массе» ацетатного и триацетатного волокон.
Красить можно подачей красителя в прядильный раствор, находящийся в баке-растворителе, или с помощью закрашивающего аппарата перед формованием волокна.
Работа по первой схеме называется крашением по потоку. Она применяется в том случае, если в течение длительного времени предусматривается выпуск большого количества шелка, окрашенного в определенный цвет.
Для крашения по потоку используются пигментные или аце- тонорастворимые красители. Растворитель загружается отфильтрованным нематированным прядильным раствором, после чего при включенной мешалке вводят ацетонорастворимый краситель или тесную смесь пигментного красителя с ацетилцеллюлозой (называемую в производстве крошкой или вальцмассой). Через 5—6 час. с начала вращения мешалки включается насос для циркуляции раствора в течение 2——4 час. После однократного фильтрования и обезвоздушивания раствор подается в цех формования волокна.
Применение тесной смеси («крошки») пигментного красителя с ацетилцеллюлозой обеспечивает устойчивость суспензии красителя и равномерность распределения его частиц в растворе и волокне. Смесь красителя с ацетилцеллюлозой в виде 《кротки》получают с предприятий, производящих краситель, или готовят на заводе ацетил целлюлозного волокна. Для этого тщательно смешивают триацетилцеллюлозу или ацетилцеллюлозу, пигмент и растворитель (метиленхлорид или ацетон), например, в соотношении 2:2:3. Иногда добавляют стабилизаторы, т. е. вещества, способствующие образованию устойчивой дисперсии красителя. Растворитель удаляется подогревом глухим паром.
Переход на выпуск шелка, окрашиваемого в другой цвет, требует тщательной очистки всей системы (растворитель, фильтр-прессы, промежуточные баки, трубопроводы) или выпуска большого количества шелка переходных цветов.
Для крашения с помощью закрашивающего аппарата (рис. 7) подготавливают маточный раствор красителя. Маточный рас- твор содержит 5—10% красителя и 10—12% а цетил цел л юл оз ы (или триацетилцеллюлозы). Для приготовления маточного рас-
твора используют ацетонорастворимые марки красителей, так как пигментные красители образуют осадок.
Пррфильтрованный нематированный раствор смешивается с маточным раствором красителя перед поступлением в коллектор машины для формования. В смеситель (называемый иногда за- тнрателем) закрашивающего аппарата непрерывно дозируется
рис. 7. Схема крашения ацетилцеллюлозного волокна с помощью закрашивающего аппарата:
/ — бак для маточного раствора красителя, 2 — зубчатый насос для дози-ровки маточного раствора, 3 — смеситель, 4 — компенсационный бачок,5 _ Иасос дозировки неокрашенного раствора, 6 — иасос для подачи окра-шенного раствора к машине, 7 — привод насосов
рассчитанное количество прядильного раствора и маточного раствора красителя, смешивается в нем и непрерывно подается на машину для формования.
При этом способе крашения труднее получить равномерно окрашенный раствор и шелк, чем при работе по первой схеме, однако проще обеспечить широкий ассортимент окрасок. Установка занимает небольшую площадь. Так как при крашении с помощью закрашивающего аппарата размеры аппарата и протяженность коммуникаций невелики, то сравнительно легко обеспечить переход на окрашивание шелка в другой цвет.
Глава IV. ФОРМОВАНИЕ АЦЕТИЛЦЕЛЛЮЛОЗНЫХволокон
Основные закономерности процесса формованияацетил целлюлозных волокон
Ацетилцеллюлозные волокна можно получать как мокрым> так и сухим способом формования.
При формовании мокрым способом струйки раствора, вытекающие под давлением из отверстий нитеобразователя (фильеры), коагулируют в жидкой среде. Коагулирующая жидкость, называемая осадительной ванной, должна высаживать (коагулировать) полимер из раствора. Однако высаживание не должно происходить очень быстро, чтобы волокно не получилось хрупким. Коагулирующая жидкость должна смешиваться с растворителем полимера. Волокно можно вытягивать между специальными дисками. Нить принимается непосредственно на бобину или через приемный диск в центрифугу или на бобину.
При сухом формовании волокно образуется в результате испарения органического растворителе из струек раствора, вытекающего из отверстий фильеры. Волокна формуются в закрытой шахте, через которую продувается подогретый воздух. При испарении растворителя полимер выделяется из раствора в виде тонких волоконец. Сформованное волокно по выходе из шахты принимается на вращающийся приемный диск или бобину.
Ацетатное и триацетатное волокно получают в основном сухим способом формования. Это объясняется следующими экономическими преимуществами сухого метода формования по сравнению с мокрым：
Для формования волокна сухим способом применяются обычно более вязкие, а следовательно, и более концентрированные растворы, чем для формования мокрым способом. Это позволяет уменьшить объемы боковой аппаратуры и удельный расход растворителей.
Скорости формования волокна сухим способом значительно (в 5—10 раз) выше, чем мокрым, что связано с гидравлическим сопротивлением осадительной ванны при мокром формовании. При формовании волокна сухим способом существует лишь аэродинамическое сопротивление (сопротивление воздуха), величина которого во много раз меньше гидравлического.
Однако при повышении скорости формования нужна такая продолжительность нахождения нити в шахте, при которой происходит достаточно полное удаление растворителя. Поэтому длина шахты при сухом способе формования обычно бывает значительно большей, чем длина пути нити в осадительной ванне при мокром способе формования.
Сформованное сухим способом волокно не подвергается мокрым обработкам и сушке. После формования волокна мокрым способом проводят отделку и сушку волокна. Для^ этих операций обычно нужен специальный отделочно-сушильный цех.
При формовании сухим способом нить движется сверху вннз： т. е. фильера расположена в верхней части машины. Горячий воздух может подаваться в одном направлении с движением нити или навстречу движению нити. В зависимости от этого различают прямоточную или противоточную схему подачи воздуха.
При прямоточной схеме подогретый воздух подается в верхнюю часть шахты и движется по направлению движения струек раствора и образующейся затем нити. Температура подаваемого воздуха не должна превышать температуру кипения растворителя во избежание закипания его в струйках раствора, вытекающего из фильеры. Для более быстрого испарения растворителя из волокна необходимо дополнительно подогревать воздух. Для этого шахты снабжаются обогревающими рубашками, по которым циркулирует горячая вода.
Более целесообразен противоточный способ подачи воздуха. В этом случае горячий воздух подается в нижнюю часть шахты—навстречу движению нити. Температура горячего воздуха превышает температуру кипения ацетона или метиленхлорида. Благодаря этому обеспечивается ускоренная сушка нити —удаление остаточного растворителя. По мере движения навстречу нити воздух охлаждается (за счет расхода тепла на испарение ацетона или метиленхлорида) и насыщается парами растворителя. Струйки прядильного раствора обдуваются воздухом невысокой температуры, содержащим значительное количество растворителя, что обусловливает более мягкие условия формования. При использовании противоточной схемы подачи воздуха обогревающая рубашка не применяется. Сушка нити по противоточной схеме подачи воздуха проходит значительно быстрее, чем по прямоточной. Поэтому при одной и той же высоте^шахт скорость формования при подаче воздуха по противоточной схе： ме значительно выше, чем при подаче воздуха по прямоточной схеме, а при одной и той же скорости формования высота шахт машин, работающих противоточным способом подачи воздуха, меньше, чем высота шахт машин, работающих прямоточным способом движения воздуха.
Машины для формования волокна сухим способом
Для формования ацетилцеллюлозного волокна сухим способом применяются два типа машин. Одна из них работает по противоточной, а другая по прямоточной схеме подачи воздуха.
Машина с противоточной системой подачи воздуха конструкции английской фирмы 《Кур-
Рис. 8. МаШ|Ина -ПА-240 для формования волокна сухим способом:'
/ — растворопровод, 2 — фильтрпалец, 3 — нагревательная го-ловка, 4 — шахта, 5 — шахтиая коробка, 6 — трубопровод отво-да газовоздушной смеси, 7 — замасливающее устройство, 8 —приемный диск, 9 — электроверетеио, 10 — кольцо, 11 — меха-низм Подъема веретен
т о л ь д с» (рис. 8). Условимся в дальнейшем называть ее ПА-240 (прядильная ацетатная с расстоянием между осями шахт или веретенами в 240 мм).
Машины этого типа обладают высокой производительностью при относительно небольшой высоте шахты (—3 м) и обеспечивают хорошее качество получаемого волокна.
Это двухэтажная машина с двумя изолированными сторонками. Между сторонками есть проход для обслуживания. В верхней части между двумя сторонками сооружена общая рабочая площадка. На машине 100 рабочих мест (по 50 мест на сторонке) .Каждая сторонка работает обособленно, независимо от другой сторонки, т. е. у каждой есть индивидуальный привод насосного вала, приемных дисков, замасливающих шайб и вентилятор технологического воздуха. Это удобно для обслуживания и ремонта машин.
В нижней части машины расположены привод насосного вала и приемных дисков, механизм нанесения замасливателя на волокно, механизм раскладки нити, приемные диски, электроверетена. В верхней части машины (рис. 9) расположены насосный мост, растворопроводящая гарнитура, обогревающие головки, вентилятор и воздуховод газовоздушной смеси.
Прядильный раствор из химического цеха поступает в цех формования волокна по общему трубопроводу. Затем раствор подается в коллектор машин для формования с помощью зубчатого насоса. Раствора подается больше, чем потребляется для формования, а избыточная часть раствора циркулирует в коллекторе. Этим достигается равномерность поступления раствора к каждому рабочему месту.
Через канал в насосной стойке раствор зубчатым насосом производительностью 1,75 см^ за оборот подается в фильтрпа- лец с фильтрующей поверхностью 300 см2. Насос точно дозирует прядильный раствор,
В зависимости от скорости формования, номера волокна и концентрации ацетилцеллюлозы в растворе подсчитывается подача раствора дозирующим насосом. Расчет может быть сделан по формуле
Ng，
где п — число оборотов дозирующего насоса в минуту;
и ——скорость формования в м/мин;
N — номер нити;
К — коэффициент, учитывающий кондиционную влажность волокна;
丁 ——удельный вес раствора;
с — концентрация ацетилцеллюлозы в растворе в %； g — подача дозирующего насоса в сж3 за один оборот.
В фильтрпальце и перед фильерой раствор последний раз фильтруется главным образом от случайных загрязнений, которые могли попасть при прохождении раствора от баков к фильере. Фильтрпалец (свечевой фильтр) состоит из рифленого пальца и корпуса, выполненных из бронзы. Палец обматывается фильтровальной тканью.
Рис. 9. Верхняя часть машины ПА-240 (вид со стороны фильтрпальцев и дозирующих насосов):
/ — насосный вал, 2 — шестерня дозирующего устройства, ? — дозирующий иасос, 4 — фильтрпалец, 5 ——червяк, 6 — водяной подогреватель прядильного раствора, 7 — отвод паровоздушной смеси, 8 — пробковая изоляция, 9 — смотровое стекло, /0 ——заправочный поршневой иасос
Перед поступлением к фильере раствор подогревается в змеевиковом теплообменнике водой с температурой 75——78°. Вода нагревается паром, циркулируя через теплообменник, общий для нескольких машин.
Нагретый раствор профильтровывается через тканевую фильтрующую зарядку фильеры и в виде тонких струек продавливается через отверстия фильеры.
Свежий воздух, используемый для подачи в шахты, отбирается из помещения цеха, профильтровывается через ватный фильтр и смешивается с горячим воздухом. Количество воздуха, отбираемое из цеха (равное подаваемому в шахты), в несколько раз меньше, чем количество воздуха, циркулирующего в коллекторе через калорифер (воздухонагреватель). У каждой сторонки машины самостоятельная система циркуляции воздуха. Общий лишь воздуховод, по которому свежий воздух отбирается из цеха. Давление в воздуховоде после вентилятора составляет 42——45 мм вод. ст. Количество и давление воздуха регулируется специальными заслонками.
Высота каждой шахты машины примерно 3 м, внутренний диаметр 150 мм. Материал шахт ——алюминий. Шахты и воздуховоды имеют мощную теплоизоляцию (асбест, шлаковата). В верхней части шахты установлено смотровое устройство, состоящее из алюминиевого цилиндра с пробковой изоляцией и смотрового стекла. Расстояние между осями шахт или веретенами 240 мм.
На выходящую из шахты нить наносится замасливатель с помощью двух стальных шайб. Нижняя шайба погружена в ванну с замасливателем. Верхняя шайба состоит из двух дисков и имеет V-образный профиль сечения и зазор. Верхняя шайба получает вращение от нижней шайбы в результате трения. Замасливатель попадает в зазор верхней шайбы с помощью нижней шайбы. Замасливатель наносится на нить при проходе через зазор верхней шайбы. Изменяя скорость вращения шайб и величину зазора, можно регулировать количество наносимого на волокно замасливателя.
Нить с нанесенным замасливателем поступает на приемный диск, скорость вращения которого определяется скоростью формования волокна. Диаметр приемного диска 190 мм. На поверхности диска недопустимы даже мелкие царапины и щербины. Поэтому поверхность диска никелируют, хромируют или тщательно полируют.
Через нитепроводник волокно поступает на кольцекрутильную часть машины. На индивидуальные электроверетена (по одному на каждом месте) подается ток частоты 100, 133 и 167 пер [сек, что соответствует 6000, 8000, 10 000 об/мин веретена. Ток из сети с частотой 50 пер/сек преобразователем частоты преобразуется в ток одной из указанных частот (в зависимости от принятой скорости вращения веретена). - '
На валу электроверетена укреплен бобинодержатель. Бобина изготовлена из анодированного алюминия. Вес шелка на бобине 800——850 г.
При приеме нити на бобину шелк получает небольшую подкрутку. При одной и той же скорости формования крутка волокна тем выше, чем больше скорость вращения веретена. Величина крутки (точнее неравномерность крутки) зависит от толщины слоя волокна, намотанного на бобину. При увеличении диаметра намотки величина крутки несколько уменьшается. Подкрутка составляет до 15——20 витков на метр. Нить проходит через бегунок, который вращается по кольцу. Кольцо получает смазку через фитиль. Вертикальный бегунок изготовлен из стальной проволоки и вес его подбирается в зависимости от номера волокна и скорости формования.
Раскладка нити по бобине осуществляется за счет движения веретен с бобинами в вертикальном направлении. Кольцевая планка остается неподвижной. Этим достигается устойчивость баллона, а следовательно уменьшение возможности обрыва и более простая заправка нити.
Движение бобин в вертикальном направлении осуществляется гидроприводом.
Теоретическая производительность машины для формования зависит от скорости формования, числа мест на машине, номера выпускаемого волокна и времени работы машины.
Теоретическая суточная производительность машины вычисляется по формуле
—М1000，
где Л ——теоретическая производительность машины для формования шелка в кг!сутки\
и ——скорость формования в м/м〃а； п — число фильер на машине;
N — вырабатываемый номер шелка;
60 и 24 — число минут в часе и часов в сутках;
1000 — число граммов в килограмме.
Примем для примера и = 500 м/мин^ п= 100, А/ = 90.
Тогда теоретическая суточная производительность машины
л 500-100-60-24,
Л 800
90-1000'丿
Практически суточная производительность машины несколько меньше, так как шелк не нарабатывается непрерывно на всех рабочих местах. Это связано с перезаправкой машин, засором фильер, заменой наработанных бобин на пустые (шелк в это время наматывается на приемные диски).
Бобинная машина БПА - 200 с прямоточной системой подачи в о з д у ха. Это двухсторонняя двухэтажная машина с шахтами высотой 3 м.
Зубчатый насос создает в коллекторе давление 15 атм. Избыточная часть раствора циркулирует по закольцованному трубопроводу.
Каждое место оборудовано дозирующим зубчатым насосом с подачей 0,6—0,8 см3 за оборот, фильтрпальцем с фильтрующей поверхностью 100 см2 (фильтрование через два слоя сванс- боя и два слоя батиста «из пальца》)，червяком и фильерой, заряженной байкой, батистом и вискозным шелком для последнего фильтрования. .
Прядильный раствор, подогретый до 40—45° перед последним фильтрованием, окончательно подогревается в нагревательных головках с помощью электроподогревателя.^
В верхнюю часть шахты подается подогретый воздух, очищенный масляными фильтрами. Количество подаваемого воздуха контролируется расходомерами типа кольцевых весов. Из нижней части машины через сборный коллектор и газоход паровоздушная смесь отсасывается вентиляторами высокого давления, установленными в цехе рекуперации.
Каждая шахта снабжена дифференциальными жидкостньп ми манометрами. При нормальной работе разрежение в нижней части шахты должно составлять 3—5 мм вод. ст. Манометр в верхней части шахты должен показывать перепад давления 2—— 4 мм вод. ст. Разрежение в нижней части шахты и давление в верхней части должно быть одинаковым по всем шахтам машины. Нарушение паровоздушного и теплового режима в шахте, обеспечивающего выпуск волокна высокого качества, может произойти, например, вследствие засорения воздухораспределительной решетки в верхней части шахты или в результате засорения отверстий на выходе газовоздушной смеси. 。
Шахты снабжены рубашками для обогрева горячей водой (температура воды 80—85°). Подогреватели и центробежные насосы для циркуляции воды установлены для каждой машины. Поверхность шахт покрыта теплоизоляцией. Расстояние между осями шахт составляет 200 мм.
Сформованная нить замасливается с помощью стеклянных вращающихся валиков, погруженных в ванночку с замасливате- лем на глубину 2 см, Нить касается стеклянного валика на расстоянии около 5 мм.
На цилиндрическую бобину наматывается некрученый шелк. Для получения шелка постоянного номера необходимо, чтобы линейная скорость намотки оставалась постоянной, т. е. по мере увеличения диаметра намотки уменьшалось число оборотов бобин. Для этого в головном приводе машины (в нижней части) установлены коллекторные электродвигатели, которые работают по заданному графику изменения скорости вращения во времени. В верхней части машины есть самостоятельный привод.
На каждое место надеваются две бобины, приводимые во
вращение различными электродвигателями. По окончании наработки съема включается электродвигатель, приводящий в движение пустые бобины, затем работница переводит нити с наработанных бобин на пустые и выключает электродвигатель, приводящий в движение наработанные бобины. Это обеспечивает быстроту перезаправки при минимальном количестве отходов.
Расстояние между соседними бобинами составляет 100 мм, между работающими бобинами ——200 мм. Диаметр бобины 75 мм, длина 180 мм. На бобину наматывается 270——300 г шелка.
У описанной бобинной машины для формования ацетилцеллюлозного волокна есть ряд недостатков: низкие скорости формования, малый вес паковки, большая неравномерность показателей физико-механических свойств сформованного телка, необходимость поддержания повышенной температуры в цехе,, ухудшающей условия труда и др.
В более совершенных современных машинах с прямоточной системой подачи воздуха указанные недостатки устранены: уве* личена паковка, применяется лучшая система сохранения по* стоянства линейной скорости нити при приеме ее на бобину (это улучшает равномерность показателей свойств волокна) и др. Однако повышение скорости формования, как уже указывалось выше, приводит к увеличению высоты шахты и высоты машины^ а дополнительный водяной обогрев воздуха в шахтах при прямоточной системе усложняет конструкцию и эксплуатацию машины.
Основные параметры процесса формования ацетатноговолокна
Точное выдерживание установленных параметров процесса формования ——необходимое требование для получения высококачественного волокна. Условия формования выбираются в зависимости от конструкции машин, температуры раствора, способа подачи воздуха, номера получаемого волокна, состава прядильного раствора, размера отверстий фильеры и ряда других факторов. Рассмотрим основные параметры процесса формования волокна из вторичной ацетилцеллюлозы.
Скорость формования. Во время нахождения нити в шахте ацетон должен достаточно полно испариться из нити. Можно увеличить скорость формования, сохранив время пребывания волокна в шахте, т. е. увеличив высоту шахты. Скорость формования может быть увеличена повышением концентрации ацетилцеллюлозы в прядильном растворе и повышением номера элементарного волокна. Более быстрого испарения ацетона, а следовательно, и более высокой скорости формования можно достичь, повысив температуру паровоздушной смеси или понизив содержание в ней ацетона. Однако очень быстрое испарение
ацетона недопустимо, так как это уменьшает пластичность волокна в процессе формования, что ухудшает качество шелка. Понижать концентрацию ацетона в паровоздушной смеси нецелесообразно еще и потому, что это удорожает и усложняет ре- генерацию ацетона.
Скорость формования зависит прежде всего от способа подачи воздуха. Так, при приблизительно одинаковой высоте шахты (около 3 м) на машинах ПА-240, работающих с подачей воздуха по принципу противотока, скорость формования составляет 450—— 550 м/мин (в зависимости от номера шелка) вместо 250— 270 м/мин на машинах типа БПА-200. Чтобы довести скорость формования до 500 м/мин для машин, работающих по принципу прямоточной подачи воздуха, высота шахты должна быть увеличена до 5—6 м.
Концентрация паров ацетона в шахте в зависимости от номера формуемого волокна составляет 25—40 мг/л. (Формование волокна при более низкой концентрации паров ацетона в шахте приводит к получению менее эластичного шелка, увеличивает расход пара и электроэнергии и ухудшает эффективность регенерации растворителя. Необходимо учитывать, что ацетон образует с воздухом взрывоопасную смесь при содержании в ней ацетона от 60 (нижний предел взрывоопасности) до 290 мг/л (верхний предел). Таким образом, волокно формуется при концентрации ацетона в шахте ниже нижнего предела взрывоопасности.
По противопожарным нормам допускается транспортировка паровоздушной смеси (п.в.с.) с содержанием ацетона не более 50% от нижнего предела взрывоопасности. Поэтому в коллекторных газоходах предусматривается подсос свежего воздуха для разбавления смеси до допустимой концентрации паров ацетона.
Количество подаваемого воздуха при заданной концентрации зависит от скорости формования и номера волокна и составляет от 8 до 30 м^/час на одну шахту. Очень важно, чтобы количество воздуха, подаваемого на каждую шахту, было одинаковым и постоянным во времени.
Более благоприятно для формования волокна распределение концентрации ацетона по высоте шахты при формовании волокна на машинах с противоточной схемой подачи воздуха. В этом случае концентрация паров растворителя около фильеры максимальна и постепенно убывает до нуля по пути выхода нити из шахты.
Температурный режим в шахте зависит от способа подачи воздуха. При прямоточной подаче воздух подается в верхнюю часть шахты с температурой 38—42° (машина БПА-200).
Для компенсации тепла, которое расходуется на испарение
ацетона из волокна, и для постепенного повышения температурь! паровоздушной смеси по ходу нити шахты обогреваются водой с температурой 80——85°. Температура паровоздушной смеси благодаря этому повышается на выходе из шахты до 56—60°.
При противоточной подаче воздух подается в нижнюю часть шахты с температурой 80——85° и отбирается из верхней части с температурой 50—60°. Таким образом, температура паровоздушной смеси у фильеры значительно выше, чем при прямоточной подаче воздуха. Более высокая температура возможна вследствие того, что при противоточной подаче воздуха в паровоздушной смеси у фильеры содержится большое количество паров ацетона.
Понижение температуры паровоздушной смеси по сравнению с оптимальной вызывает склеивание и расплющивание элементарных волокон, а повышение температуры приводит к получению хрупкого, ворсистого и менее прочного шелка.
Фильерная вытяжка. Этот показатель характеризует степень вытягивания формующегося волокна на пути от фильеры к приемному устройству (бобина или диск). Фильерная вытяжка определяется из соотношения
0.6. .100%,
где V ——скорость формования в м/мин；
S——скорость истечения раствора из отверстий фильеры в м/мин.
Скорость истечения прядильного раствора из отверстий фильеры может быть найдена из формулы '
где g — подача дозирующего насоса в т3 за 1 оборот;
/г — число оборотов дозирующего насоса в минуту;
〃 一число отверстий в фильере;
d ——диаметр отверстий фильеры в см.
Для формования ацетатного волокна на машине БПА-200 применяются в основном фильеры с диаметром отверстий 0,07 мм (обычно 25 отверстий для шелка с общим номером 90, 15 отверстий для шелка с общим номером 150).
Фильерная вытяжка при скорости формования 250——260 м/мин и концентрации раствора 23—25% составляет от 100 до 200%.
На машинах ПА-240 применяют более высокие скорости формования, поэтому стремятся уменьшить величину фильерной вытяжки для уменьшения возможности обрыва формующейся нити. Для этого применяют фильеры с отверстиями меньшего диаметра (обычно 0,05—0,06 мм). Фильерная вытяжка составляет при этом от 20 до 40%. Уменьшение размера отверстий фильеры
вызывает повышенные требования к чистоте прядильного раствора.
Фильеры изготовляются из специальных сортов нержавеющей стали. Диаметр отверстий фильеры не должен отклоняться от заданного более чем на 0,005 мм.
Температура раствора перед фильерой. Для снижения вязкости прядильного раствора, более быстрого испарения ацетона при формовании волокна и улучшения эластических свойств шелка раствор перед поступлением в фильеру подогревается в специальном нагревателе (так называемой головке) .В машинах БПА-200 электрообогрев обеспечивает температуру 58—61° при давлении до 15 атм. В машинах ПА-240 применяются фильеры с меньшим размером отверстий, что требует поднять давление перед фильерой выше 20 атм и позволяет повысить температуру раствора до 75—80° (ацетон не кипит благодаря высокому давлению).
Замасливание волокна снижает электризуемость, уменьшает трение о нитепроводящие детали при текстильной переработке и делает нить более компактной. На волокно наносится около 3% замасливателя (от веса волокна). Применяются как водные эмульсии замасливателя (например, 8% эмульсия типа «Неввол»), так и безводные замасливатели (на основе минерального масла). Применение безводного замасливателя более целесообразно, так как при работе с водной эмульсией замасливателя шелк увлажняется. При большом содержании влаги возрастает обрывность шелка во время формования и при последующей текстильной переработке за счет меньшей прочности влажного шелка.
Шелк, обработанный безводным антистатическим замасли- вателем, меньше электризуется и поэтому обладает лучшей перерабатывающей способностью на текстильных предприятиях по сравнению с шелком, обработанным замасливателем типа «Неввол» в виде водной эмульсии.
Особенности формования триацетатного волокна
Формовать триацетатное волокно сухим способом можно на тех же машинах, которые применяются для формования волокна из вторичной ацетилцеллюлозы. При установлении параметров формования учитывается большая летучесть метиленхлорида.
Например, при формовании триацетатного шелка на машине БПА-200 температура подаваемого воздуха составляет 30°, температура отсасываемой из нижней части шахты паровоздушной смеси ——44——46°. Шахта обогревается водой с температурой 85°. Раствор перед подачей к фильере подогревается до 46—47°. Концентрация паров растворителей в паровоздушной смеси составляет 30—40 мг/л. *
При формовании триацетатного волокна обычно применяют низкую фильерную вытяжку (близкую к 0%). Так как вода оказывает быстрое высаживающее действие на раствор триацетилцеллюлозы, то для улучшения качества сформованного волокна подается нагретый воздух пониженной влажности.
Сформованное ацетатное и триацетатное волокно выдерживается некоторое время (до 24 час.) в условиях цеха формования (непосредственно в цехе нлн в отдельной камере) для улучшения равномерности волокна по содержанию замасливателя и остаточного растворителя.
Затем шелк передается в отделение комплектации партий. Скомплектованные партии шелка транспортируются в крутиль- ный цех подвесными конвейерами или наземным транспортером (тележки, автокары). После формования обычно проводят первичную сортировку шелка в отделении комплектации партий или в цехе формования при съеме шелка с машины.
Глава V. ТЕКСТИЛЬНАЯ ОБРАБОТКА
Кручение ацетил целлюлозного шелка
На заводах ацетатного и триацетатного волокна нити подкручивают. Главная цель кручения ——создание компактной нити взаимным сцеплением элементарных волокон. Переработка нитей на текстильных фабриках проходит хорошо только тогда, когда элементарные волокна плотно прилегают друг к другу, в противном случае наблюдается большая обрывность нитей, шишковатость и ворс в результате обрыва элементарных волокон и т. д.
При кручении ацетил целлюлозного шелка до определенного* предела, называемого критической круткой, прочность нити немного повышается, после чего резко падает. Однако даже при кручении до величины, значительно меньшей критической крутки, ухудшается ряд физико-механических свойств шелка, например уменьшается устойчивость к истиранию и число двойных изгибов, выдерживаемых шелком до разрушения. Поэтому на заводах ацетатного и триацетатного шелка целесообразно проводить лишь небольшую подкрутку шелка. Чтобы нить была компактна и хорошо перерабатывалась на оборудовании ткацких и трикотажных фабрик, она должна быть замаслена препаратом, обеспечивающим некоторую подклейку элементарных волокон и снижающим электризуемость. Кроме того, на нити должны отсутствовать такие дефекты, как налеты, «плевки», ворс и т.工，что достигается применением высококачественного сырья, чистотой раствора и правильным проведением процесса формования.
Крутка нити характеризуется числом кручений на 1 м длины нити. На заводах ацетатного и триацетатного волокна целесообразно подкручивать шелк до 80—100 кр1м, а для части ассортимента 15——30 кр[м. Однако в настоящее время часть шелка выпускается с круткой 130——180 кр【м, что экономически нецелесообразно. Если применяются машины для формования, принимающие шелк на веретено (например, ПА-240), то непосредственно с них можно получать шелк с подкруткой до 20 кр/м. Если необходима более высокая крутка, то ее по
Рис. 10, Направ-Рис. 10, Направ-лучают на крутильных машинах.
Рис. 10, Направ-
Рис. 10, Направ-
Для небольшой части ассортимента на текстильных фабриках осуществляют высокую крутку ацетатного шелка.
Шелк может быть скручен таким образом, что витки элементарных волокон направлены снизу вверх направо или снизу вверх налево. В первом случае крутка называется правой и обозначается буквой Z, а во втором ——левой и обозначается буквой S (рис. 10). Основное количество аце-
татного и триацетатного шелка выпускается лення крутки с круткой S.S н Z
Кручение ацетатного и триацетатного
шелка выполняют главным образом на этажных крутильных магшнах. Крутка осуществляется вращением питающей паковки —бобины с некрученым шелком. У шелка на питающих паковках уже может быть небольшая подкрутка, полученная на веретенах машины для формования. Нить сматывается с быстро вращающейся бобины, образуя баллон, и получает крутку. С помощью нитеводителя нить раскладывается на приемный патрон в форме цилиндра. Намотка имеет крестовую форму.
Для экономии места питающие бобины и приемные паковки устанавливаются в 2——3 яруса (чаще в 2 яруса). Поэтому маши
ны данного типа называются этажными машинами.
Для кручения химических волокон применяются и кольцекрутильные машины. На машинах этого типа кручение осуществляется быстрым вращением приемной шпули, а питающая паковка неподвижна или медленно вращается, подавая нить. Для кручения ацетатного и триацетатного волокна кольцекрутильные машины не применяются (кроме случаев кручения нити с числом кручений менее 70—80 на метр), так как нить сравнительно невысокой прочности испытывает в баллоне кольцекрутильной машины большое и неравномерное напряжение. Кроме того, применение этажных машин позволяет получить товарную паковку довольно высокого веса (до 2 кг), не требующую дополнительной перемотки. На заводах ацетатного шелка широко применяется этажная крутильная машина марки КЭ-250-И
(рис. 11). У этой машины два яруса и две сторонки. Веретена, на которых питающие бобины укреплены бобинодержателями, вращаются действием бесконечного плоского ремня, приводимого в движение шкивами электродвигателя. У первого и второго яруса машины индивидуальные приводы. Веретена вращаются с необходимой скоростью до 8000 об/мин. Приемные бобины вращаются при помощи фрикционных цилиндров.
Рис. 11. Этажная крутильная машина КЭ-250-И
Раскладка нити осуществляется вследствие возвратно-поступательного движения специальной штанги с укрепленными на ней нитепроводниками.
Скорость намотки нити на бобину от II до 114 м!мин. Вес шелка на питающей и выходной паковке 800—850 г.
Крутка шелка определяется из соотношения
А =——Кр Я,
где п — число оборотов питающей бобины в минуту;
и — скорость намотки нити на приемную паковку в м/мин.
Однако эта формула неточна, так как при постоянной скорости вращения питающей паковки величина крутки незначительно изменяется из-за уменьшения диаметра намотки пита-
ющей паковки по мере сматывания с нее нити. Величина крутки, получаемая нитью в начале сматывания, на несколько кручений, на метр меньше, чем в конце.
Перемотка, сортировка и упаковка шелка
Шелк после кргткн с браком намотки перематывается на конические шпули. К устранимому браку намотки относятся хорды, бугристость, неправильная намотка и т. д. Кроме того, некоторые мелкие текстильные фабрики не приспособлены к переработке шелка с цилиндрических бобин, поэтому для удовлетворения их запросов пока необходимо выпускать часть шелка на конических шпулях. Перематывается не более 10—20% от общего количества выпускаемого шелка.
Ацетатный и триацетатный шелк перематывают на бобинаж-^ но-перемоточных машинах БП-6, БП-12, ПКС-2, ПКС-4 и некоторых других марок со скоростью 250—300 м/мин.
Механические свойства ацетатного и триацетатного шелка- при перемотке несколько ухудшаются: возрастает число оборванных элементарных волокон, увеличивается количество тнтек» ворса, возрастает обрывность нитей при последующей текстильной переработке. Поэтому перемотка шелка на конические шпули применяется в ограниченных размерах.
Весь шелк с устранимым браком намотки и значительную- часть шелка без этого брака более целесообразно перематывать на ткацкие или трикотажные навои. Эта операция обязательна на текстильных фабриках, выпускающих ткани или трикотаж.. Проведение ее на заводе ацетатного или триацетатного шелка более целесообразно по следующим причинам:
полностью ликвидируется операция перемотки и перемоточное отделение;
из-за ликвидации перемотки повышается качество шелкь_ и изделий из него;
появляется возможность использовать угары и отходы^ шелка, получаемые вследствие некоторой разницы длины нити в паковках (повторное растворение отходов);
улучшается механизация транспортировки благодаря замене мелкоштучного груза на крупноштучный; отпадает необходимость в обороте большого числа шпуль и патронов между текстильной фабрикой и заводом ацетатного и триацетатного волокна и т. д.
При сновке цилиндрические паковки с крутильных машин устанавливаются на стержни так называемого шпулярника. Со, шпулярника пучок нитей (состоящий обычно из нескольких сотен нитей) проходит через нитепроводники и наматывается на флянцевую катушку.
После крутки шелк сортируется (рис. 12). Пакоаки с шелком подаются к сортировщице ленточным конвейером. Рабочее место сортировщицы интенсивно и равномерно освещено люминесцент- ннмн лампами. Сортировщица осматривает каждую бобину и сортирует шелк в соответствии с требованием ГОСТ 9513—64.
Отправляемый потребителям шелк из вторичной ацетилцеллюлозы согласно требованиям этого ГОСТ подразделяется на два сорта.
Рис. 12. Отделение сортировки шелка
Для отнесения к тому или иному сорту подсчитывают количество внешних дефектов на условный вес шелка в бобине 1000 а (узлы на бобине, оборванные элементарные волокна на поверх- ности и торцах бобины, бугристость намотки, оттенки по белизне и блеску, хорды на торцах бобины, шишки и налеты на нити). Каждый из этих показателей, а также количество внутрибобин- -ных дефектов в расчете на 10 000 м нити должны быть не выше предусмотренных нормой.
Паковки с шелком, соответствующим ГОСТ, заворачивают в тонкую бумагу и упаковывают в пачки, картонные коробки или ящики по сортам. Затем шелк загружают в контейнеры и отправляют железнодорожным или автомобильным транспортом на ткацкие или трикотажные фабрики.
Глава VI. РЕГЕНЕРАЦИЯ РАСТВОРИТЕЛЕЙ.МЕРОПРИЯТИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ
Адсорбция летучих растворителей
Улавливание летучих растворителей, отсасываемых в виде паров при формовании ацетатного и триацетатного волокна,, может быть осуществлено по различным схемам. Наибольшее практическое применение нашло улавливание растворителей активным углем.
Поглощение растворителей твердыми веществами называется адсорбцией. При адсорбции молекулы растворителя поглощаются (адсорбируются) на поверхности твердого вещества, называемого адсорбентом. Чтобы поглощалось значительное количество растворителя, адсорбент должен обладать большой поверхностью. Высокоразвитой поверхностью обладают твердые тела с большим количеством мелких пор. К ним принадлежат и различные марки активного угля.
Если адсорбент с поглощенным растворителем нагреть (например, горячим воздухом или водяным паром), то пары растворителя вновь отделятся от адсорбента. Эта операция называется десорбцией. На охлажденный и освобожденный от влаги адсорбент можно снова улавливать пары растворителя.
У активного угля большое количество мелких пор. Их суммарная поверхность в 1 а активного угля составляет около 1000 力卢.Поэтому активный уголь поглощает большое количество растворителя.
Важнейшая производственная характеристика активного угля —его динамическая активность. Динамической активностью называется количество растворителя {в % от веса угля), поглощаемого углем при нормальной температуре до момента появления на выходе из адсорбера паров растворителя. Например, динамическая активность хороших марок активного угля достигает 20% (по ацетону). Статической активностью угля называется предельное количество растворителя, которое, при данной температуре и концентрации паров растворителя в паровоздушной смеси может быть поглощено углем, В производственных условиях во избежание потери растворителей адсорбцию проводят до достижения динамической активности угля.
На трубопроводе, по которому паровоздушная смесь передается из цеха формования в отделение регенерации растворителей, устанавливаются огнепреградители, которые в случае загорания паров должны предотвращать распространение огня по трубопроводам из цеха формования или из отделения регенерации. В обычных условиях огнепреградители не должны оказывать большого сопротивления движению паровоздушной
■смеси. Действие огнепреградителей основано на быстром поглощении специальной насадкой тепла, выделяющегося при горении паров ацетона. В качестве насадки применяются сыпучие материалы (чаще всего гравий) или несколько рядов металлических сеток (имеющих 150——200 отверстий на 1 сж2). Слой сыпучего материала заключается между двумя сетками и перфорированными цилиндрами. Одна из предохранительных мем- ：6ран, установленных с обеих сторон огнепреградителя, разрывается при прохождении взрывной волны из цеха формования или отделения регенерации. Мембраны изготовляются из тонколистового металла (толщиной 0,1—0,2 мм).
Паровоздушная смесь отбирается от машины для формования и просасывается сквозь слой активного угля в адсорберах вентиляторами высокого давления. Как уже указывалось, пс противопожарным нормам разрешается транспортировать смесь 怨 содержанием паров растворителя, не превышающим 50% от нижнего предела взрывоопасности.
Смесь очищается от механических загрязнений (обрывки волоконец, пыль) фильтрами. Фильтрование проводится через суконные рукава или масляные ячейковые фильтры. В масляных фильтрах механические загрязнения прилипают к маслу, смачивающему сыпучую насадку (щебень, керамические кольца). Для смачивания широко применяют, например, специальную эмуль- -сию, приготовленную из машинного масла, едкого натра и глицерина, называемую висциновым маслом.
Перед подачей в адсорбер паровоздушная смесь охлаждает- ，ся до 20° холодной артезианской водой в пластинчатых калориферах с большой поверхностью теплообмена.
Адсорбер представляет собой вертикальный или горизонтальный аппарат, заполненный углем. Уголь загружается на слой гравия или сетку, лежащие на решетке. Высота слоя угля 1 ——1,5 м. В адсорберах такой конструкции нет развитой поверхности слоя угля. В последние годы широко применяются адсорберы с кольцевым слоем угля (рис. 13). Вследствие развитой поверхности слоя угля уменьшается продолжительность всех фаз цикла адсорбции и увеличивается производительность при одной и той же емкости аппарата. Поэтому адсорберами с кольцевым слоем угля оснащаются новые заводы ацетатного и триацетатного волокна.
Технологический цикл работы адсорбера может состоять из четырех фаз: адсорбции, десорбции, сушки угля, охлаждения угля. Можно проводить все четыре операции (четырехфазный цикл адсорбции), три (трехфазный цикл) и даже две операции (двухфазный цикл). При работе по трехфазному и двухфазному циклу практически протекают все четыре фазы, но две фазы совмещаются в одной операции (например, охлаждение во время адсорбции, сушка одновременно с десорбцией).
На одном из заводов, например, применяют следующий режим адсорбции паров ацетона в вертикальных адсорберах. Продолжительность адсорбции, т. е. время, прошедшее от начала просасывания паровоздушной смеси через слой угля до достижения динамической активности угля, составляет 4——5 час. После этого подачу паровоздушной смеси переключают на другой адсорбер, а в первом адсорбере проводят десорбцию. Десорбция —
Рис. 13. Адсорбер с кольцевым слоем угля:Рис. 13. Адсорбер с кольцевым слоем угля:
Рис. 13. Адсорбер с кольцевым слоем угля:
Рис. 13. Адсорбер с кольцевым слоем угля:
/ — установочная/ — установочная二 ：二二OTitn лапа, 2 ——штуцер для подачи газовоздушной смеси, су
/ — установочная
/ — установочная
шильного или охлаждающего воздуха, 3 ——опора для основания цилиндров, 4 ——корпус, 5 н 6 — внешний и внутренний перфорированные цилиндры, 7 — крышка, 8 — смотровой люк, 9 — загрузочный люк, /0 — бункер- компенсатор, 〃一штуцер предохранительного клапана, 12 — угольная шихта, 13 ——основание цилиндров, 14 — разгрузочный люк, /5 ——днище, 16 — штуцер для отвода отработанного воздуха и подачи водяного пара, /7 — штуцер для отвода паров и конденсата при десорбции
отгонка растворителя ——проводится острым паром при 105——120b в течение 1 ——1,5 часа. Растворитель отгоняется вместе с водяным паром, затем конденсируется и охлаждается в кожухотрубных конденсаторе и холодильнике. Полученная водоацетоновая смесь поступает в сборники и в дальнейшем подвергается разгонке на ректификационных колоннах. Так как пары воды частично сконденсировались на угле, влажный уголь сушат горячим воздухом (с температурой 120——125°). Эта операция —— третья фаза цикла. Поглотительная способность угля резко возрастает при понижении температуры. Поэтому для начала нового цикла адсорбции уголь охлаждают холодным воздухом
(четвертая фаза цикла). Общая продолжительность четыреХ- фазного цикла работы адсорбера около 10 час.
На одном из заводов ацетатного волокна, оснащенном адсорберами с кольцевым слоем угля, общая продолжительность трехфазного цикла работы адсорбера 2 часа. При этом варианте трехфазного цикла исключают специальную операцию охлаждения. Продолжительность адсорбции 1 час, десорбции 0,5 часа, сушки 0,5 часа. Наиболее полное использование активного угля в адсорберах с кольцевым слоем угля достигается в том случае, если паровоздушная смесь подается во внешнюю поверхность кольцевого слоя. При десорбции пар подают в обратном направлении, т. е. из центральной части адсорбера к периферии.
При адсорбции активным углем улавливается не менее 95% ацетона, поступившего на регенерацию. Сконденсированная после десорбции водоацетоновая смесь содержит до 20—25% яцетона.
Адсорбция смеси паров метиленхлорид — этиловый спирт осу- ш℃твляется по аналогичной схеме и на таком же оборудовании, что и адсорбция паров ацетона. Полученные после десорбции пары конденсируются и смесь воды и растворителей охлаждается. Конденсат разделяется в разделительном баке на два слоя: верхний ——водный слой, состоящий из воды, метиленхлорида и этилового спирта, и нижний слой, состоящий в основном из метиленхлорида с небольшими примесями этилового спирта и воды. Каждый слой подается в свой сборный бак и подвергается разгонке на ректификационных колоннах.
Ректификация
Процесс ректификации (дробной перегонки) основан на раз- -личной летучести компонентов смеси. Например, смесь вода — ацетон (конденсат после десорбции) ректифицируется по следующей схеме (рис. 14). Из бака-сборника / смесь подается насосом 2 в напорный бак 3, откуда самотеком через трубчатый подогреватель 5 поступает на одну из тарелок средней части ректификационной колонны непрерывного действия 6. Для обогрева используется тепло отходящей кубовой жидкости. Для ректификации используют колпачковые тарельчатые колонны, причем тарелки по нескольку сгруппированы в блоки, называемые царгами. На тарелках есть слой жидкости, через который из прорезей колпачков пробулькивают пары ацетона и воды, причем на -каждой тарелке конденсируется преимущественно вода, а пары все больше обогащаются ацетоном. Сконденсированная жидкость стекает с верхних тарелок на нижние по переливным трубкам. Так осуществляется непрерывный контакт, способствующий массообмену поднимающихся паров и сливающейся вниз жидкости.
Пары ацетона по выходе из верхней части колонны конденсируются в кожухотрубном теплообменнике 8, называемом дефлегматором. Часть ацетона возвращается в верхнюю часть колонны для обогащения паров ацетоном. Эта часть ацетона называется флегмой, а отношение количества флегмы к отбираемому про-
1 — приемный бак конденсата, 2 — насос, 3 — напорныйбак, 4 — регуляторный бачок, 5 — подогреватель, 6 ——ректификационная колонна, 7 — куб колонны, 8 — де-флегматор, 9 — конденсатор, Ю — холодильник, 11 — смот-ровой фонарь, 12 — бак-приемник готового продукта
дукту называется флегмовым числом. Отбираемый ацетон проходит через конденсатор 9 для конденсации несконденсировав- шихся в дефлегматоре паров и через холодильник /°, где охлаждается до 18——20° артезианской водой.
В нижней части колонны 7 (так называемом кубе) кипящую жидкость обогревают острым или глухим паром. Кубовая жидкость представляет собой воду с малым содержанием ацетона. Перед выбросом в канализацию ее используют для подогрева смеси вода — ацетон перед разгонкой.
На заводах ацетатного волокна применяют различные режимы ректификации в зависимости от концентрации ацетона в смеси, числа тарелок и конструкции колонн. Количество воды в ацетоне, получаемом после ректификации, должно быть несколько ниже, чем необходимо для растворения ацетилцеллюлозы. После определения влажности ацетилцеллюлозы поправку делают добавлением расчетного количества воды.
При регенерации летучих растворителей в производстве трн- -ацетатного волокна после десорбции в конденсате образуется два слоя: верхний водный слой, состоящий из воды, метиленхло- рида (3%) и этилового спирта (4,5%), и нижний слой, состоящий из мегиленхлорида с небольшим количеством этилового спирта (0,6%) и воды (0,5%). Эти два слоя подвергаются раздельной разгонке на ректификационных колоннах.
Как уже указывалось, содержание воды в прядильном растворе триацетилцеллюлозы отрицательно влияет на качество прядильного раствора, условия формования и свойства волокна и, кроме того, вызывает коррозию оборудования. В техническом этиловом спирте всегда содержится вода, поэтому перед разгонкой нижнего слоя — влажного метиленхлорида — к нему добавляют спирт в количестве, превышающем расчетное. После определения влажности триацетилцеллюлозы для получения расчетного количества спирта добавляют сухой метиленхлорид, а не спирт, всегда содержащий воду. Разгонка влажного метиленхлорида, при которой он осушается, основана на способности метиленхлорида образовывать совместно с водой и спиртом кипящую при 39° смесь. После ректификации смесь, полученная при конденсации паров из верхней части колонны, разделяется на два слоя с указанным выше составом. Нижний слой вновь подвергается осушению, а верхний соединяется с верхним слоем, полученным из конденсата после десорбции. Готовый продукт —— кубовая жидкость, представляющая собой смесь метиленхлорида и этилового спирта с содержанием воды не выше 0,1 %.
При ректификации водного слоя тоже образуются пары сов- местнокипящих метиленхлорида, воды и спирта. Полученный конденсат разделяется на два слоя вышеуказанного состава, причем нижний слой передается на осушающую ректификационную колонну, а верхний вновь подвергается ректификации на колонне разгонки водного слоя. Удаляемая в канализацию кубовая жидкость состоит из воды с небольшим количеством (около 0,02%) этилового спирта.
Теплообменное и баковое оборудование и ректификационные колонны, применяемые для перегонки водного слоя и осушения влажного метиленхлорида, аналогичны по конструкции используемым для разгонки смеси вода ——ацетон в производстве ацетатного волокна. .
I 3. Техника безопасности и противопожарные мероприятия
I ；в производстве ацетил целлюлозного волокна*
[ Основные растворители, применяемые в производстве ацетатного и триацетатного волокна, ацетон и метиленхлорид, хотя
I и не относятся к сильно токсичным веществам, но все же оказы- I вают вредное действие на организм.J
I Метиловый спирт, применяемый при получении триацетатно- I то волокна мокрым способом формования,——сильнейший яд, I поэтому при работе с ним требуется соблюдать особую осторож- I ность.
г Необходимо избегать загазованности производственных по- £ мещений и отдельных рабочих мест.. Для этого должна хорошо I работать вентиляционная система. Обычно предусматриваются I специальные вытяжные устройства в местах наибольшего выде- I ления паров растворителей. Например, специальными вытяжны- I ми зонтами отсасывают воздух с парами растворителя при раз- I рядке фильтрпрессов. При этом нужно учитывать, что пары 卜 ацетона и метиленхлорида тяжелее воздуха, поэтому лучше от- I сасывать их снизу.
I При работе в цехах завода ацетатного и триацетатного волок- ■' на необходимо соблюдать общепринятые нормы техники безопас- Е ности. Вращающиеся шестерни, ремни, шкивы должны быть Е ограждены； работницы должны тщательно завязывать волосы В косынкой; необходимо соблюдать осторжность при работе с К- химическими реактивами; предусмотреть меры безопасности при ■ пользовании электрическим током; в установленных инструкция- ■ ми случаях пользоваться средствами индивидуальной защиты —— К перчатками, очками, противогазами и т. д.
В Растворители, применяемые при производстве ацетатного и «'триацетатного волокна, — горючие вещества. Особую пожаро- ■м взрывоопасность представляют пары ацетона. Могут воспла- Именяться ацетилцеллюлоза и ацетатный шелк. Поэтому при ■производстве ацетилцеллюлозных волокон необходимо тщатель- ■но соблюдать правила пожарной безопасности.
Трубопроводы, по которым движется ацетилцеллюлоза (на- Ипример, с помощью пневмотранспорта), заземляют, так как при ■ зтом могут образовываться заряды статического электриче- .ства.
При транспортировке прядильного раствора или ацетона Иподдавливанием газом нельзя применять сжатый воздух. Для ■ этого н&ользуют азот или другой инертный газ с содержанием ■ кислорода не более 5%.
. Как уже указывалось, смесь паров ацетона с воздухом взры- Ивоопасна в пределах от 62 до 290 也？/人，нижний предел взрывае- Имости метиленхлорида 306 也？/九,а верхний 380 也？/人，этилового ■спирта соответственно 60 и 350 мг]л. Концентрация паров раст-
ворителей при формовании волокна всегда должна быть ниже нижнего предела взрываемости, а при транспортировке газовоздушной смеси не выше 50% от нижнего предела взрывоопасности.
Тщательное соблюдение мер пожарной безопасности должна быть предусмотрено в цехе регенерации растворителей. Для этого на наружных трубопроводах устанавливаются описанные выше огнепреградители, снабженные взрывопредохраняющими мембранами. Специальные огнепреградительные устройства в случае пожара предохраняют от распространения огня по трубопроводам газовоздушной смеси.
Особую опасность представляет активный уголь, вернее угольная пыль, способная самовозгораться. Если температура самовоспламенения угля 300——400°, то угольной пыли около 200°. Угольная пыль образуется при трении зерен угля. Поэтому необходимо периодически просеивать уголь для отделения от него пыли.
Для предотвращения воспламенения угля необходимо исключить применение высоких температур нагрева угля в процес- се рекуперации, избегать наличия застойных зон, от которых с помощью воздуха плохо отводится тепло (вследствие высоких слоев угля, накопления пыли и т. д.).
Газовоздушная смесь должна транспортироваться вентиляторами взрывобезопасного типа.
В цехах приготовления раствора, формования волокна и регенерации растворителей должны применяться электрооборудование и осветительная арматура во взрывобезопасном исполнении (в цехе формования допускается устанавливать электродвигатели закрытого типа). Аппаратура и трубопроводы должны быть заземлены. iB цехах разрешается работать только бронзовыми или обмедненными инструментами, запрещается в действующих цехах пользоваться открытым огнем и проводить сварку.
Помещения цехов оборудуются так называемыми спринклерными головками, которые при повышении температуры в цехе- автоматически включаются, орошая водой помещение цеха. Кроме того, над определенными аппаратами устанавливаются так называемые дренчерные устройства.
Расположение проходов и дверей в цехах должно обеспечить быструю эвакуацию из помещений обслуживающего персонала.
Предусматривается защита производственных зданий от разрядов атмосферного электричества.
Вее вновь поступившие рабочие проходят обязательный инструктаж по соблюдению правил и норм техники безопасности на рабочем месте. Для обслуживающего персонала проводится- периодический инструктаж по технике безопасности.
Глава VII. ОСОБЕННОСТИ ПРОИЗВОДСТВААЦЕТИЛЦЕЛЛЮЛОЗНОГО ШТАПЕЛЬНОГО ВОЛОКНА
Штапельное волокно, получаемое сухим способом формования
Ацетатное или триацетатное штапельное волокно сухим способом формования получают на таких же машинах, что и шелковую нить.
Скорость формования штапельного волокна ниже, чем скорость формования шелковой нити (например, 300—350 м/мин вместо 450—550 м/мин). Фильера большего диаметра. Число отверстий в ней 130——170. Жгутики волокна на каждом месте замасливаются с помощью замасливающего ролика. Жгутик огибает приемный диск, определяющий скорость формования, а затем соединяется с другими жгутиками на сторонке. Жгуты с 3—— 4 машин объединяются в общий жгут, который подается в гоф- рировочную камеру со скоростью, равной скорости формования (300—350 м/мин).
Волокно гофрируется (придается извитость) в гофрировоч- ной камере для повышения взаимной сцепляемости волокон, необходимой при последующей текстильной переработке. В камере волокно подвергается сжатию специальными дисками. Камера обогревается снаружи паром или электричеством. При повышенной температуре волокно становится пластичным, поэтому волокну придается необходимая степень извитости, регулируемая давлением на крышку гофрировочной камеры.
Волокно может быть отправлено потребителю в жгуте для текстильной переработки по сокращенной схеме. Однако чаще всего волокно режется на отрезки определенной длины, называемые штапельками. Жгуты режут резальными машинами, обеспечивающими длину штапельков с допуском не более 土 1 мм.
В резальных машинах жгут зажимается между двумя вращающимися делительными колесами с прорезями, через которые проходят вращающиеся ножи в момент рассекания жгута. Расстояние между прорезями устанавливается в зависимости от заданной длины резки.
Готовое жгутовое волокно наматывается в клубки или укладывается раскладчиком в коробки, а резаное упаковывается прессом.
Механический (работающий от электропривода) или гидравлический пресс уплотняет волокно для облегчения транспортировки его на текстильные фабрики. Спрессованные кипы штапельного волокна упаковываются в мешковину и стягиваются железной проволокой.
Триацетатное штапельное волокно, сформованное мокрымспособом
Штапельное волокно целесообразно получать мокрым способом формования. Хотя, как указывалось выше, скорости формования мокрым способом ограничены, производительность одного места может быть очень высокой вследствие большого числа отверстий в фильере. Например, применяют фильеры, в которых до 15 000—20 000 отверстий. Для более равномерного формования каждого волокна отверстия располагаются группами, секторами.
Для получения триацетатного штапельного волокна мокрым способом триацетилцеллюлозу растворяют в смеси метиленхло- рид——метиловый спирт и формуют в осадительной ванне, основной компонент которой ——метиловый спирт. Скорость формования составляет около 100 м/мин. *
Это волокно обладает высокими качественными показателями. Его разрывная прочность около 19 кж, т. е. более высокая, чем у триацетатного волокна, сформованного сухим способом (см. гл. I). Прочность волокна в мокром состоянии составляет 13,5 км, т. е. выше, чем у вискозного, и значительно выше, чем у ацетатного и триацетатного волокна, полученного сухим способом формования. У этого волокна более высокая прочность и в петле. Эффект термообработки аналогичен действию повышенной температуры на обычное триацетатное волокно ——волокно после термообработки обладает пониженной сминаемостью, устойчивостью формы, повышенной теплостойкостью и т. д. Вследствие повышения прочности из волокна, сформованного мокрым способом, можно получать более тонкие пряжи по сравнению с триацетатным штапельным волокном, полученным сухим методом формования.
Как указывалось выше, после ацетилирования целлюлозы в гомогенной среде получается вязкий раствор ацетилцеллюлозы в ацетилирующей среде, называемый в производстве «сиропом». Экономически целесообразно этот раствор (после фильтрования и обезвоздушивания) использовать для формования волокна.
Волокно из ссиропа», полученного после ацетилирования в среде метиленхлорида, формуют в органические осадительные ванны (например, спирты), так как метиленхлорид не смешивается с водой.
В последние годы разработан непрерывный способ ацетилирования целлюлозы в гомогенной среде, при котором в качестве растворителя применяется уксусная кислота. Волокно из этого «сиропа» можно формовать в водную осадительную ванну, что экономически более выгодно. Волокно получают по обычной схеме. «Снроп》после фильтрования и обезвоздушивания подается на машину для формования штапельного волокна мокрым спо-
собом. Осадительной ванной служит вода, содержащая в своем составе уксусную кислоту и некоторые другие компоненты. После формования волокно промывают, гофрируют, замасливают, режут и сушат.
Процесс формования волокна из «сиропа» имеет большие экономические достоинства, так как значительно уменьшается число операций ——ликвидируется высаживание, промывка и сушка триацетилцеллюлозы на заводах по производству ацетилцеллюлозы, измельчение и растворение триацетилцеллюлозы на заводе триацетатного волокна. Вместо двух цехов регенерации растворителей (на заводе ацетилцеллюлозы и заводе триацетатного волокна) необходим только один. Общая продолжительность процесса получения волокна уменьшается почти вдвое. В Советском Союзе проводятся исследовательские работы по получению волокна этим способом.
Помимо формования сухим или мокрым способом, ацетилцеллюлозное штапельное волокно в настоящее время получают также гетерогенным ацетилированием целлюлозного волокна. Для этой цели применяют обычно хлопковое или штапельное .вискозное волокно.
ЛИТЕРАТУРА
Дополнительные сведения о получении, свойствах и переработке ацетатного, триацетатного и других химических волокон учащиеся могут получить в следующих книгах:
.Роговин 3. А. Химия и технология производства химических волокон. Ч. I и II, изд-во «Химия», 1964.
Р я у з о в А. Н., Груздев В, А., Костров Ю. А., Сигал М. Б. Технология производства химических волокон. Йзд-во «Химия», 1964.
Усенко В. А., У ш а ко в а К. Н.( Б а ч у kih н а Ф. Ф. Переработка ацетатного волокна. Гизлегпром, 1964.
Справочник по аналитическому контролю в производстве искусственных и ■синтетических волокон под редакцией Конкина А. А., Пакшвера А. Б. и Ку- кин^ Г. Н. Гизлегпром, 1957.
Николаевский К. М. Проектирование рекуперации летучих раство- пителей с адсорберами периодического действия. Оборонгиз, 1961.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Ci
Введение- 3
Глава I. Химические волокна
Искусственные и сиргтетические волокна 7
Свойства ацетатного и триацетатного волокон12
Глава II. Ацетилцеллюлоза, применяемая для производства волокон
Техническая характеристика ацетилцеллюлозы, предназначенной для получения волокна 16
Производство ацетилцеллюлозы21
Глава III. Растворение ацетилцеллюлозы и подготовка раствора к формованию
Смешение ацетилцеллюлозы 25
Матирование 27
Растворение ацетилцеллюлозы28
Фильтрование раствора. Удаление воздуха33
Крашение волокна «в массе»40
Глава IV. Формование ацетилцеллюлозных волокон
Основные закономерности процесса формования ацетилцеллюлозных волокон 42
Машины для формования волокна сухим способом43
Основные параметры процесса формования ацетатного волокна 5G
Особенности формования триацетатного волокна 53
Глава V. Текстильная обработка
Кручение ацетилцеллюлозного шелка54
Перемотка, сортировка и упаковка шелка57
Глава VI. Регенерация растворителей. Мероприятия по технике безопасности
Адсорбция летучих растворителей39
Ректификация . 62
Техника безопасности и противопожарные мероприятия в производстве ацетилцеллюлозного волокна65
Стр.
Глава VII. Особенности производства ацетилцеллюлозного штапельного волокна
Штапельное волокне, получаемое сухим способом формования 67
Триацетатное штапельное волокно, сформованное мокрым способом Ь5
Литература …» . . .,-• •,•.•:•:•. •. • • 。"
Ю. А. КОСТРОВ
ПРОИЗВОДСТВО АЦЕТИЛЦЕЛЛЮЛОЗНОГО ВОЛОКНА
Одобрено Ученым советом Государственного комитета
Совета Министров СССР по профессионально-техническому образованию в качестве учебного пособия для профессионально-технических
ИЗДАТЕЛЬСТВО «ВЫСШАЯ ШКОЛА» МОСКВА ] 966