СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАСТВОРОВ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ В ВОДОСОДЕРЖАЩЕЙ ОКИСИ ТРЕТИЧНОГО АМИНА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Сущность изобретения: дисперсию целлюлозы в смеси вода-окись третичного амина непрерывно вводят в устройство и в нем осуществляют непрерывное перемещение дис-персии в виде слоя толщиной 1,5-15 мм, распределенного на поверхности и нагретого до70-800С, при давлении 100-150 мбар в течение 3-4 мин. Радиальное расстояние от смеси-тельных лопастей до внутренней стенки сосуда выбрано не превышающим 20 мм. Входной патрубок для суспензии целлюлозы расположен в верхней части сосуда. Выходной патру-бок для гомогенного раствора целлюлозы расположен в нижней части сосуда. Устройство также снабжено установленным на смесительном валу распределительным кольцом для распределения суспензии целлюлозы на внутренней стенке сосуда. Смесительные лопасти установлены на валу с возможностью изменения угла их наклона к оси вала. 2 с.п.ф-лы. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способу получения растворов целлюлозы в водосодержащих окисях третичного амина из суспензии целлюлозы в водном растворе окиси третичного амина подачей тепла при пониженном давлении, а также к устройству для осуществле-ния способа.
Известен способ получения растворов целлюлозы, заключающийся в том, что целлю-лозу суспендируют в водном растворе окиси третичного амина, который содержит до 40 мас.% воды, и нагревают при перемешивании до 90-1200С.
Одновременно уменьшают давление до 80-150 мбар и отводят воду до тех пор, пока целлюлоза не растворяется. Таким путем можно получить прядильные растворы с 15 мас.% целлюлозы.
Формованием этих растворов получают пленки нити или формованные изделия на основе целлюлозы, т.е. предметы, которые в настоящее время получают в большом мас-штабе по вискозному способу. Но прядильные растворы целлюлозы в водных окисях третичного амина относительно совместимости с окружающей средой имеют по сравнению с вискозой решающее преимущество: в то время как при прядении окись третичного амина можно рекуперировать и снова применять, при разложении вискозы образуется Н2S, COS, CS2 и коллоидная сера. Эти вещества можно нейтрализовать с трудом.
Вышеназванный способ с окисями третичных аминов в качестве агентов растворения до настоящего времени не смогли осуществить, так как он имеет еще ряд недостатков.
Так, в котле с мешалкой из-за неблагоприятного отношения поверхности жидкости к объему жидкости можно лишь с трудом отводить воду, что приводит к продолжительным временам пребывания в пределах 2 - 4 ч в котле с мешалкой. В течение этого времени про-исходит частичное расщепление полимерной целлюлозной цепи, которое ускоряется по-вышением температуры. Это частичное расщепление снова оказывает отрицательное вли-яние на определенные свойства конечных продуктов после процесса прядения, например, на их прочность, удлинение и прочность в петле. Далее, известно, что особенно при нагре-вании выше 130°С может происходить сильное обесцвечивание вследствие разложения примененной окиси ямина. Это разложение у некоторых соединений, как например N-метил-морфолин-N-окиси, может протекать даже подобно взрыву, при интенсивном выде-лении газа, так что имеющиеся в котле с мешалкой растворы вследствие их количества представляют риск с точки зрения безопасности.
Поэтому при крупном промышленном осуществлении способа следовало бы работать с применением в качестве котлов с мешалками, автоклавов высокого давления, которые по причинам экономичности не применимы для непрерывного производства.
С другой стороны, в котле с мешалкой и без предохранительного устройства возможен только периодический принцип работы. в результате чего гибкость способа ограниче-на, так как параметры, например, температуру и норму отработанного пара, можно изме-нять с трудом. К этому следует еще добавить, что вследствие высокой вязкости растворов целлюлозы много прядильной массы остается в котле с мешалкой, что затрудняет чистку котла и ухудшает дальше экономичность.
Наиболее близким к предлагаемому является способ получения растворов целлюлозы путем нагревания дисперсии целлюлозы в водном растворе окиси третичного амина в ци-линдре экструдера с удалением воды до содержания ее в образующемся растворе целлюло-зы 6%. Полученный раствор далее подвергается экструзии с получением различных изде-лий.
Недостатком этого способа является невозможность достижения в используемых условиях высокой мощности испарения воды из суспензии. По этой причине для получения суспензии должна использоваться высококонцентрированная аминоокись с более низ-ким содержанием воды (около 25,27 мас.%). Это имеет тот недостаток, что не может ис-пользоваться непосредственно товарная аминоокись, которая перед приготовлением сус-пензии целлюлозы должна доводиться до нужной концентрации. Кроме того, для приго-товления суспензии целлюлозы в известном способе необходим изопропиловый спирт.
Наиболее близким к данному устройству по технической сущности и достигаемому результату является устройство для получения растворов целлюлозы, содержащее вертикально установленный косвенно обогреваемый вакуумируемый сосуд, размещенное в нем перемешивающее устройство с центральным смесительным валом и смесительными лопастями на нем и входной и выходной патрубки для суспензии целлюлозы и гомогенного раствора целлюлозы.
Недостатком его являются плохие условия диффузии в суспензии, что отрицательно сказывается на теплообмене греющей поверхности.
Целью изобретения является упрощение способа.
Указанная цель достигается тем, что в способе получения растворов целлюлозы в во-досодержащей окиси третичного амина, включающим 'непрерывное введение дисперсии целлюлозы в смеси вода – окись третичного амина в устройство, перемещение в нем дисперсии с одновременным ее нагреванием при пониженном давлении и частичным удалением воды, перемещении дисперсии осуществляют в виде тонкого слоя толщиной 1.5-15мм. Распределенного на поверхности и нагретого до 70-80°С. при давлении 100-150 бар в течение 3-4мин.
Целью изобретения также является повышение качества готового продукта.
Поставленная цель достигается тем, что радиальное расстояние от смесительных ло-пастей до внутренней стенки сосуда выбрано не превышающим 20 мм, при этом входной патрубок для суспензии целлюлозы расположен в верхней части сосуда, а выходной па-трубок для гомогенного раствора целлюлозы - в нижней части сосуда.
Кроме того, устройство снабжено установленным на смесительном валу распредели-тельным кольцом для распределения суспензии целлюлозы на внутренней стенке сосуда.
Смесительные лопасти могут быть установлены на смесительном валуе возможно-стью изменения угла их наклона к оси сосуда.
Распределение суспензии целлюлозы в виде слоя или пленки над греющей поверхно-стью приводит к большой поверхности жидкости, которая облегчает отвод воды. Одно-временно оно делает возможным быстрое нагревание суспензии до температуры, необхо-димой для получения раствора. Передвижением над греющей поверхностью достигают постоянного перемешивания суспензии, которое ускоряет дальше теплообмен и массооб-мен.
Для регулирования относительной вязкости раствора и для воздействия на набухае-мость целлюлозы в суспензии можно добавлять суспензию разбавитель, как, например эта-нол.
Особенно хорошего перемешивания достигают, когда расположенный над греющей поверхностью слой имеет толщину предпочтительно 1,5 - 5 мм.
Выгодно применять в качестве окиси третичного амина N-метил-морфолин-N-
окись, предпочтительно в водном растворе с 40 мас.% воды.
Предпочтительный вариант осуществления способа по изобретению отличается тем, что суспензию доводят до 70 - 80°С, предпочтительно и подвергают давлению от 100 мбар до 150 мбар.
Особенно благоприятным оказалось, если суспензию поддерживают в контакте с греющей поверхностью в течение 3 - 4 мин. Этот промежуток времени, с одной стороны, является достаточным, чтобы получать однородный раствор, и, с другой стороны, является таким коротким, что в значительной степени можно препятствовать разложению окиси третичного амина и расщеплению целлюлозы.
На фиг.1 изображен общий вид устройства, реализующего предлагаемый способ, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг. 1.
Устройство для получения растворов целлюлозы содержит вертикально установлен-ный обогреваемый вакуумируемый цилиндрический сосуд 1, размещенное в нем переме-шивающее устройство с центральным смесительным валом 2, размещенным в сосуде 1 в подшипниках по центру, приводимым в движение мотором 3 и имеющим смесительные лопасти 4.
Внутренняя стенка 5 сосуда 1 большей частью окружена греющей рубашкой 6 с па-трубками 7 и 8 для подачи и отвода теплоносителя.
Устройство также содержит входной и выходной патрубки 9 и 10 для суспензии цел-люлозы и гомогенного раствора целлюлозы.
Смесительные лопасти 4 выполнены плоскими и расположены радиально к оси, при-чем радиальное расстояние d от них до внутренней стенки 5 сосуда 1 выбрано не превы-шающим 20 мм.
Входной патрубок 9 для суспензии целлюлозы расположен в верхней части сосуда 1, а выходной патрубок 10 для гомогенного раствора - в нижней части сосуда 1.
Устройство также снабжено установленным на смесительном валу 2 перемешиваю-щего устройства распределительным кольцом 1 для распределения суспензии целлюлозы на внутренней стенке 5 сосуда 1.
Смесительные лопасти 4 установлены на смесительном валу 2 с возможностью изме-нения угла а, их наклона к оси 12 вала 2.
В верхней части сосуда 1, а именно выше плоскости распределительного кольца 11, предусмотрено отверстие 13 для вакуумирования сосуда 1 и для отвода водяного пара.
Устройство работает следующим образом.
Суспензию целлюлозы - в случае необходимости с предварительно установленным температурным режимом - непрерывно вводят через входной патрубок 9 в сосуд 1, кото-рый находится при пониженном давлении, ее принимает распределительное кольцо 11, распределяет на внутренней стенке 5, и смесительные лопасти 4 передвигают ее вдоль кос-венно обогреваемой внутренней стенки 5, которая служит греющей поверхностью, к вы-ходному патрубку 10, на нижнем конце сосуда 1, для косвенного обогрева применяются теплоносители, как вода, масло или пар.
Во время передвижения суспензии целлюлозы вдоль косвенно обогреваемой внут-ренней стенки 5 суспензия нагревается, причем одновременно вследствие пониженного давления выпаривается вода, так что окись третичного амина концентрируется, пока не растворяется целлюлоза.
На фиг.2 подробно видно, как перерабатывают суспензию целлюлозы в сосуде 1. По-казаны смесительный вал 2 вместе со смесительными, лопастями 4. внутренняя стенка 5 и греющая рубашка 6, причем направление вращения смесительного вала 2 предполагалось по направлению часовой стрелки и показано стрелкой. Распределение слоя или толщина слой суспензии целлюлозы обеспечивается радиальным расстоянием d смесительных лопа-стей 4 от обогреваемой внутренней стенки 5. На смесительных лопастях 4 по причине вращательного движения образуются головные ударные волны из суспензии целлюлозы, которые показаны схематически на фиг.2. В этих головных ударных волнах - как показано на фиг. 2 - циркулируют частички целлюлозы, причем это движение переносится также на распределенный на внутренней стенке 5 слой суспензии. В результате этого обеспечивает-ся постоянное переслаивание и интенсивное перемешивание суспензии, которое значи-тельно благоприятствует теплообмену и массообмену.
Для непрерывного осуществления способа по изобретению решающее значение име-ет то, что осажденный водяной пар отводится о противотоке к передвижению суспензии. Кроме того, важно, чтобы было предусмотрено для быстрого отвода водяного пара доста-точно большое выпарное пространство 14, которое имеется в том случае, если отношение длины к диаметру цилиндрической части сосуда 1 имеет величину между 4 и 8.
Изобретение позволяет получать растворы целлюлозы с концентрацией до 30
мас.% целлюлозы.
Изобретение поясняется еще подробнее на следующих примерах.
П р и м е р 1. Суспензию от предварительного гидролиза сульфатной целлюлозы (степень полимеризации около 1400) в водном растворе N-метил-морфолин-N-окиси с со-держанием воды 40 вес.% доводят до установленного температурного) режима 70°С и непрерывно вводят в количестве 90 кг/ч через патрубок 9 в устройство по изобретению. Содержание в суспензии сульфатной целлюлозы от предварительного гидролиза выбрали таким образом, чтобы после выпаривания избыточной соды конечная концентрация цел-люлозы была 10 мас.%.
Смесительный вал 2 работал с числом оборотов 450 мин-1, причем толщина распреде-ленного над внутренней стенкой 5 слоя имела 15 мм. Косвенно обогреваемая внутренняя стенка 5 имела площадь 0,5 м2 и нагружалась маслом-теплоносителем таким образом, что-бы соответственно нагреванию суспензии (в противотоке к маслу-теплоносителю) получа-лась средняя разность температур 83°С. В выпарном пространстве 14 устанавливалось дав-ление 100 мбар.
На выходе в патрубке 10 смогли получать за 1 час 72 кг однородного раствора цел-люлозы, что соответствует времени пребывания суспензии в устройстве по изобретению 3 мин. Раствор можно было выводить в дегазированной форме. Вязкость составляла 1500 РаS.c. (измеренная в 10 относительной системе). Микроскопическим исследованием рас-твора было установлено, что в растворе не было никаких нерастворенных частиц целлюло-зы.
Получающиеся соковые пары отводили 15 в противотоке с температурой 70°С и за-тем конденсировали, причем поток дистиллята составляла за 1 ч 29 кг.
П р и м ер 2. Суспензию измельченной сульфатной целлюлозы предварительного 20 гидролиза (степень полимеризации около 1400) в водном растворе N-метил-морфолин-N-окиси с содержанием воды 40 маc/% доводит до установленного температурного режима 80°С и непрерывно вводили в количестве 90 кг/час через патрубок 9 в устройство по изоб-ретению. Содержание сульфатной целлюлозы предварительного гидролиза выбирали та-ким образом, чтобы после выпаривания избыточной воды получали концентрацию целлю-лозы 15 мас.%.
Смесительный вал 2 работал с числом оборотов 450 мин-1, причем толщина распределенного над внутренней, стенкой 1 слоя имела 1,5 мм. Косвенно обогреваемая внутренняя стенка 5 имела площадь 0,5 м2 и нагружалась маслом-теплоносителем таким образом, что-бы соответственно нагреванию суспензии (в противотоке к маслу-теплоносителю) получали среднюю разность температур 112°С. В выпарном пространстве 14 устанавливали давление 150 мбар.
На выходе в патрубке 10 смогли получать в 1/ч 64 кг однородного раствора, который получали в дегазированной форме. Этот поток массы соответствовал времени пребывания 4 мин.
Раствор получали как высоковязкую массу (11.000 РаS с, измеренную в относительной системе), причем под микроскопом не смогли обнаружить нерастворенных частиц целлюлозы. Раствор подавали прямо на прядильную машину и пряли в целлюлозные во-локна.
Получающиеся соковые пары отводили а противотоке с температурой 80°С и затем конденсировали, причем поток дистиллята составлял 26 кг/ 1 ч.

РСТ 83/04415, кл. С 08 J 3/08, опублик. 1983.
Патент Великобритании № 2001320, кл. С 08 J 1/02, опублик. 1979.
Авторское свидетельство СССР № 1058596, кл. В 01 J 19/00, 1982.