一种用于纤维素溶解的薄膜蒸发器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种适合产业化的以NMMO为溶剂的Lyocell纤维的生产应用设备，尤其是一种用于纤维素溶解的薄膜蒸发器。
【背景技术】
[0002]将纤维素溶解于溶剂中形成纤维素溶液，再将溶液在纺丝机中纺丝得到纤维，纤维在拉伸作用下在凝固浴中凝固成形，形成纤维素纤维。这种纤维称为“溶液纺纤维素纤维”，其典型代表为粘胶纤维。但粘胶纤维的生产过程对大气环境存在巨大污染，生产能耗高、废气废水排放量大，不利于生态环境的保护，持续大规模发展受到进一步限制。
[0003]近年来一种以有机溶剂NMMO (N-甲基吗啉-N-氧化物)和水为溶剂的溶液纺纤维素纤维的生产方法受到越来越多的关注，这种方法生产的纤维被称为Lyocell纤维，在美国专利US4246221及中国专利CN94190487.3中都进行了公开。Lyocell纤维的化学结构与粘胶纤维基本相同，除了具有天然纤维的特性如吸湿性、透气性、舒适性、光泽性、可染色性和可生物降解性外，还具有合成纤维的高强度的优点。相比其他溶液纺纤维素纤维，其具有生产流程短、能耗低、环境污染小、溶剂可回收再利用等优点，其有望替换传统的粘胶纤维，被称为21世纪绿色纤维。
[0004]Lyocell纤维的产业化中关键步骤之一为纤维素、ΝΜΜ0、水混合物料的连续均匀溶解和输出，一些公司使用了一种薄膜蒸发处理设备完成该步骤。该设备在专利号为CN101636416、CN101711182、CN1169150等的专利中进行了公开，对设备中所使用的刮板结构，设备形式、功能等做了描述。在大产能的Lyocell纤维溶解过程中，薄膜蒸发器的脱水效率和单位面积内溶解能力决定着生产线的产能，薄膜蒸发器使用的温度条件和物料的停留时间决定着生产线的安全性，这两点取决于刮板的设计、排布方式以及溶解工艺。
[0005]CN101711182中对产业化规模的薄膜处理设备进行了改进，尤其是刮板部分。该设备设计了竖直方向和朝向竖直方向角度大于0°的两种刮板，这种设计虽然可增加生产能力，但也存在薄膜表面更新慢、幅度小、更新深度略浅、溶解过程中对物料没有混合效果，可能造成溶解不均匀等问题。为了克服这些缺点就需要使用很高的溶解温度和较为严苛的真空条件，这不但造成了能量的高消耗，而且较高的溶解温度可能会造成NMMO和纤维素的分解，为生产带来安全隐患。
[0006]鉴于此提出本发明。
【发明内容】
[0007]本发明的目的为克服现有技术的不足，提供一种用于纤维素溶解的薄膜蒸发器，有效提高薄膜表面更新速度和幅度，增加薄膜表面更新深度，并在溶解过程中对物料提供一种反混合效果，有效提高了薄膜蒸发器单位面积的溶解能力和溶解均匀性。
[0008]为了实现该目的，本发明采用如下技术方案:一种用于纤维素溶解的薄膜蒸发器，所述薄膜蒸发器包括一腔室，一设置在腔室内可旋转的柱形转子，一列或多列沿轴线方向设置在转子外周的刮板，所述刮板包括竖直设置的刮板和倾斜设置的刮板，所述倾斜设置的刮板包括与竖直方向成负角度的刮板和与竖直方向成正角度的刮板。
[0009]所述成正角度的刮板为沿逆时针倾斜设置的刮板，所述成负角度的刮板为沿顺时针倾斜设置的刮板。
[0010]所述竖直设置的刮板和倾斜设置的刮板间隔设置，所述相邻两列刮板的倾斜角度不同。
[0011]每列刮板包括多个沿轴向间隔设置的刮板，相邻两列刮板交错设置。
[0012]所述刮板中的一列或几列刮板由上至下均为负角度的刮板。
[0013]所述刮板中的一列或几列刮板由上至下的部分刮板为负角度的刮板，优选所述刮板中的一列或几列刮板的下半部分为负角度的刮板。
[0014]所述成负角度的刮板，其列数为2至8列，优选2至4列。
[0015]所述成负角度的刮板与竖直方向所成角度为α，所述α为-40°?0°，优选α为-20?-2。，更优选α为-10?-3。。
[0016]所述刮板末端为齿型，齿的长度与相邻齿之间间隙之比小于2:1，优选小于1.8:1，更优选小于1.5:1，优选齿的长度小于40mm，优选10?35mm，更优选15?30mm。
[0017]所述刮板的末端设有弧形的刮膜段，弧形刮膜段的弧长为5?400mm，优选20?200mm，刮膜段末端距离薄膜蒸发器内壁距离小于10mm，优选2?5mm。
[0018]所述腔室底部设置一锥段，所述锥段后再设一直段，所述锥段和直段内设有出料螺旋，锥段部分螺旋螺纹间距大于直段部分螺旋螺纹间距。
[0019]采用本发明所述的技术方案后，带来以下有益效果:
[0020]1、本发明所述与竖直方向成负角度的刮板有效提高了薄膜表面更新速度和幅度，增加了薄膜表面更新深度，并在溶解过程中对物料提供一种反混合效果，有效提高了薄膜蒸发器单位面积的溶解能力和溶解均匀性。并且由于溶解效率的提高，在工艺条件的选择方面，能一定程度使用更低的溶解温度和真空度，从而降低了物料分解的风险，这对安全生产更为有利。
[0021]2、本发明所述与竖直方向成负角度的刮板对在内壁向下流动的物料起到一定的向上的阻力，而这种阻力会对物料有一定反混的效果，从而促使物料有更大的翻新幅度，正是这种效果使成膜的物料表面混合并更新，实现快速溶解。在竖直设置的刮板和成正角度的刮板的辅助下，这种成负角度的刮板的设计可以大大提高物料表面更新频率及更新程度，增加更新深度，更易于实现纤维素溶解。而且在进料量一定，刮板与内壁间隙一定的条件下，物料在薄膜蒸发器内的停留时间并不会因为有成负角度的刮板的阻力而增大，所以这种成负角度的刮板的存在，能有效提高单位面积内纤维素的溶解量，从而大大提高薄膜蒸发器在纤维素溶解中的产能。
[0022]3、本发明所述与竖直方向成负角度的刮板的设计对溶解过程中的物料起一定反混作用，这种作用能避免纤维素类天然高分子的不均匀性造成的溶解不均匀，从而使形成的溶液溶解彻底均一，这种优点在产业化的生产线上极其重要。这可以减少溶液过滤工序中，由于溶解不均匀或不彻底造成的滤网堵塞等现象，也可以增加滤网使用时间，减少换网过程中造成的物料浪费、溶剂损失等现象，利于提高溶剂回收率。
[0023]4、本发明所述出料螺旋连同转子转动时，粘稠难以流动的纤维素溶液能快速顺利地进入螺旋部分而受到向下的推力，使溶解的物料及时、快速、连续的排出薄膜蒸发器。
[0024]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步详细的描述。
【附图说明】
[0025]图1:本发明所述薄膜蒸发器结构示意图
[0026]图2:本发明所述薄膜蒸发器工作部分结构示意图
[0027]图3:本发明所述薄膜蒸发器出料结构示意图
[0028]图4:本发明所述薄膜蒸发器刮膜段结构示意图
[0029]图5:本发明所述薄膜蒸发器刮膜段末端结构示意图
[0030]图6:本发明所述薄膜蒸发器刮膜段末端结构示意图
[0031]图7:本发明所述薄膜蒸发器刮膜段末端结构示意图
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