Способ получения растворов целлюлозы в водосодержащей окиси третичного амина и устройство для его осуществления

союз сОВетскихСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 5 Ц, 1797 О 01 Р 2/00, В 01 3 19/1 2, С 081 1/02,РЕ Н К ПАТЕНТУ уста- менеф-лы,ится к способу поюлозы в водосодерго амина из суспеном растворе окиси чей тепла при пониже к устройству для Изобретение атно лучения растворов цел жащих окисях третично зии целлюлозы в вод третичного амина пода женном давлении, а та осуществления способ растворов м, что целм растворе й содержит ри перемеГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАСТВОРОВЦЕЛЛЮЛОЗЫ В ВОДОСОДЕРЖАЩЕЙОКИСИ ТРЕТИЧНОГО АМИНА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Известен способ получения целлюлозы, заключающийся в то люлозу суспендируют в водно окиси третичного амина, которы до 40 мас,% воды, и нагревают и шивании до 90 - 120 С,(57) Сущность изобретения; дисперсию целлюлозы в смеси вода-окись третичного амина непрерывно вводят в устройство и в нем осуществляют непрерывное перемещение дисперсии в виде слоя толщиной 1,5 - 15 мм, распределенного на поверхности и нагретого до 70 - 80 ОС, при давлении 100 - 150 мбар в течение 3-4 мин. Радиальное расстояние от смесительных лопастей до внутренней стенки сосуда выбрано не превышающим 20 мм, Входной патрубок для суспензии целлюлозы расположен в верхней части сосуда.Выходной патрубок для гомогенного раствора целлюлозы расположен в нижней части сосуда. Устройство также снабжено установленным на смесительном валу рас- пределительным кольцом для распределе.ния суспензии целлюлозы на внутренней стенке сосуда. Смесительные лопновлены на валу с возможностьюния угла их наклона к оси вала, 22 з.п. ф-лы,2 ил,4Одновременно уменьшают давление до О 80 - 150 мбар и отводят воду до тех пор, Сд пока целлюлоза ие растворяется, Таким пу- С) тем можно получить прядильные растворы с 15 мас,% целлюлозы.Формованием этих растворов получают пленки нити или формованные изделия наоснове целлюлозы, т,е. предметы, которые в настоящее время получают в большом масштабе по вискозному способу, Но прядильные растворы целлюлозы в водных окисях третичноГО амина Относительно совместимости:с окружающей средой. имеют по сравнению с вискозой решающее преиму10 20 25 30 35 40 45 50 55 щество: в то время как при прядении окись третичного амина можно рекуперировать и снова применять, при разложении вискозы образуется НгЯ, СОЯ, СЯг 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 объемужидкости 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 происходит частичное расщепление полимерной целлюлозной цепи, которое ускоряется повышением температуры. .)то частичное расщепление снова оказывает отрицательное влияние на определенные свойства конечных продуктов после процесса прядения, например, на их прочность, удлинение и прочность в петле, Далее, известно, что особенно при нагревании выше 130 С может происходить сильное обесцвечивание вследствие разложения примененной окиси амина. Это разложение у некоторых соединений, как например И-метил-морфолин-й-окиси, может протекать. даже подобно взрыву, при интенсивном выделении 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 ограничена, так как параметры, например, температуру и норму отработанного пара. можно изменять 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 целлю"лозы путем нагревания дисперсии целлюлозы в водном растворе окиси третичного амина в цилиндре экструдера с удапением воды до содержания ее в образующемся растворе целлюлозы 6, Полученный раствор далее подвергается экструзии с получением различных изделий.Недостатком этого способа является невозможность достижения в используемых условиях высокой мощности испарения воды из суспензии. По этой причине для получения суспензии должна испольэоваться высококонцентрированная аминоокись с более низким содержанием воды (около 25,21 мас. ). )то имеет тот недостаток, что не может использоваться непосредственно товарная аминоокись, которая перед приготовлением суспенэии целлюлозы должна доводиться до нужной концентрации, Кроме того, для приготовления суспензии целлюлозы в известном способе необходим изопропиловый спирт,Наиболее близким к данному устройству по технической сущности и достигаемому результату является устройство для поаучения 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 водосодержащей 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 1,5-15 мм, распределенного на поверхности и нагретого до 70 - 80 С, при давлении 100-150 бар в течение 3-4 мин. Целью изобретения также является повышение качества готового продукта.Поставленная цель достигается тем, что радиальное расстояние от смесительных лопастей до внутренней стенки сосуда выбрано не превышающим 20 мм, при этом входной патрубок для суспенэии целлюлозы расположен в верхней части сосуда, а выходной патрубок для гомогенного раствора целлюлозы - в нижней части сосуда.На фиг,1 изображен общий вид устройства, реализующего предлагаемый способ,продольный разрез; на фиг.2 - разрез А - Ана фиг.1,Устройство для получения растворовцеллюлозы содержит вертикально установленный обогреваемый вакуумируемый цилиндрический сосуд 1, размещенное в немперемешивающее устройство с центральным смесительным валом 2, размещеннымв сосуде 1 в подшипниках по центру, привоКроме того, устройство снабжено установленным на смесительном валу распределительным кольцом для распределения суспензии целлюлозы на внутренней стенке сосуда.Смесительные лопасти могут быть установлены на смесительном валу с воэможностью изменения угла их наклона к оси сосуда,Распределение суспензии целлюлозы в виде слоя или пленки над греющей поверхностью приводит к большой поверхности жидкости, которая облегчает отвод воды. Одновременно оно делает возможным быстрое нагревание суспензии до температуры, необходимой для получения раствора. Передвижением над греющей поверхностью достигают постоянного перемешивания суспензии, которое ускоряет дальше теплообмен и массообмен,Для регулирования относительной вязкости раствора и для воздействия на набухаемость целлюлозы в суспенэии можно добавлять в суспензию разбавитель, как например этанол,Особенно хорошего перемешивания достигают, когда расположенный над греющей поверхностью слой имеет толщину предпочтительно 1,5 - 5 мм.Выгодно применять в качестве окиси третичного амина Н-метил-морфолин-К- окись, предпочтительно в водном растворе с 40 мас.ф, 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. димым в движение мотором 3 и имеющимсмесительные лопасти 4,Внутренняя стенка 5 сосуда 1 большейчастью окружена греющей рубашкой б с пат 5 рубками 7 и 8 для подачи и отвода теплоносителя,Устройство также содержит входной ивыходной патрубки 9 и 10 для суспензии целлюлозы и гомогенного раствора целлюлозы,10 Смесительные лопасти.4 выполненыплоскими и расположены радиально к оси,причем радиальное расстояние б от них довнутренней стенки 5 сосуда 1 выбрано непревышающим 20 мм.15 Входной патрубок 9 для суспензии целлюлозы расположен в верхней части сосуда1, а выходной патрубок 10 для гомогенногораствора - в нижней части сосуда 1,Устройство также снабжено установ 20 ленным на смесительном валу 2 перемешивающего устройства . распределительнымкольцом 1 для распределения суспенэиицеллюлозы на внутренней стенке 5 сосуда 1.Смесительные лопасти 4 установлены25 на смесительном валу 2 с возможностьюизменения угла а их наклона к оси 12вала 2.В верхней части сосуда 1, а именно выше плоскости распределительного кольца30 11, предусмотрено отверстие 13 для вакуумирования сосуда 1 и для отвода водяногопара,Устройство работает следующим образом,35 Суспензию целлюлозы - в случае необходимости с предварительно установленным температурным режимомнепрерывно вводят через входной патрубок9 в сосуд 1, который находится при пони 40. женном давлении, ее принимает распределительное кольцо 11, распределяет навнутренней стенке 5, и емесительные лопасти 4 передвигают ее вдоль косвенно обогреваемой внутренней стенки 5, которая45 служит греющей поверхностью, к выходному патрубку 10, на нижнем конце сосуда 1,для косвенного обогрева применяются теплоносители, как вода, масло или пар.Во время передвижения суспензии цел 0 люлозы вдоль косвенно обогреваемой внутренней стенки 5 суспензия нагревается,причем одновременно. вследствие пониженного давления выпаривается вода, так чтоокись третичного амина концентрируется,5 пока не растворяется целлюлоза.На фиг.2 подробно видно, как перерабатывают суспензию целлюлозы в сосуде1. Показаны смесительный вал 2 вместе сосмесительнйми лопастями 4, внутренняястенка 5 и греющая рубашка б, причем на 1797630правление вращения смесительного вала 2предполагалось по направлению часовойстрелки и показано стрелкой. Распределение слоя или толщина слоя суспензии целлюлозы обеспечивается радиальнымрасстоянием б смесительных лопастей 4 отобогреваемой внутренней стенки 5. На смесительнцх лопастях 4 по причине вращательного движения образуются головныеударные волны из суспензии целлюлозы, которые показаны схематически на фиг.2. Вэтих головных ударных волнах - как показано на фиг.2 - циркулируют частички целлюлозы, причем это движение переноситсятакже на распределенный на внутреннейстенке 5 слой суспенэии, В результате этогообеспечивается постоянное переслаивэниеи интенсивное перемешивание суспензии,которое значительно благоприятствует теплообмену и массообмену.Для неп рерывного осуществления способа по изобретению решающее значениеимеетто, что осажденный водяной пар отво, дится в противотоке к передвижению суспензии. Кроме того, важно, чтобы былопредусмотрено для быстрого отвода водяного пара достаточно большое выпарноепространство 14, которое имеется в том случае, если отношение длины к диаметруцилиндрической части сосуда 1 имеет величину между 4 и 8,Изобретение позволяет получать растворы целлюлозы с концентрацией до 30мас.% целлюлозы.Изобретение поясняется еще подробнее нэ следующих примерах.П р и м е р 1. Суспенэию от предварительного гидролиэа сульфатной целлюлозы(степень полимеризации около 1400) в водном растворе й-метил-морфолин-М-окиси ссодержанием воды 40 вес.одоводят до установленного температурного режима 70 Си непрерывно вводят в количестве 90 кг/ччерез патрубок 9 в устройство по изобретению. Содержание в суспенэии сульфатнойцеллюлозы от предварительного гидролизавыбирали таким образом, чтобы после выпаривания избыточной вОды конечная концентрация целлюлозы была 10 мас.%.Смесительный вал 2 работал с числомоборотов 450 мин ", причем толщина распределенного над внутренней стенкой 5слоя имела 15 мм. Косвенно обогреваемаявнутренняя стенка 5 имела площадь 0,5 мги нагружалась маслом-теплоносителемтаким образом, чтобы соответственно нагреванию суспензии (в противотоке к мас лу-теплоносителю) получалась средняяразность температур 83 С, В выпарном про 50 55 Раствор получали как высоковязкую массу (11.000 РаЗ с, измеренную в относительной системе), причем под микроскопом не смогли обнаружить нерастворенных частиц целлюлозы. Раствор подавали прямо на прядильную машину и пряли в целлюлознце волокна,Получающиеся соковые пары отводили в противотоке с температурой 80 С и затем конденсировали, причем поток дистиллята составлял 26 кг/1 ч. странстве 14 устанавливалось давление 100мбар,На выходе в патрубке 10 смогли пол;учать эа 1 час 72 кг одйородного раствора5 целлюлозы, что соответствует времени пребывания суспензии в устройстве по. изобретению 3 мин. Раствор можно быловыводить в дегазированной форме. Вязкость составляла 1500 РаЯ.с. (измеренная в10 относительной системе), Микроскопическим исследованием раствора было установлено, что в растворе не было никакихнерастворенных частиц целлюлозы.Получающиеся соковые пары отводили15 в противотоке с температурой 70 С и затемконденсировали, причем поток дистиллятасоставлялэ за 1 ч 29. кг,П р и м е р 2. Суспенэию измельченнойсульфатной целлюлозы предварительного20 гидролиза (степень полимеризации около1400) в водном растворе М-метил-морфолин-М-окиси с содержанием воды 40 мас,%доводит до установленного температурногорежима 80 С и непрерывно вводили в коли 25 честве 90 кг/час через патрубок 9 в устройство по изобретению. Содержаниесульфатной целлюлозы предварительногогидролиза выбирали таким образом, чтобыпосле выпаривания избыточной воды пол 30 учали концентрацию целлюлозы 15 мас.%,Смесительный вал 2 работал с числомоборотов 450 мин, причем толщина рас"пределенного над внутренней стенкой 1слоя имела 1,5 мм. Косвенно обогреваемая35 внутренняя стенка 5 имела площадь 0,5 ми нагружалэсь маслом-теплоносителем таким образом, чтобы соответственно нагреванию суспенэии (в противотоке кмаслу-теплоносителю) получали среднюю40 разность температур 112 С. В выпарномпространстве 14 устанавливали давление150 мбар.На вцходе в патрубке 10 смогли получать в 1/ч 64 кг однородного раствора, ко 45 торый получали в дегазированной форме..Этот поток массы соответствовал временипребывания 4 мин.формула изобретен и я 1. Способ получения растворов целлюлозы в водосодержащей окиси третичного амина, включающий непрерывное введение дисперсий целлюлозы в смеси. вода - окись третичного амина в устройство, перемеще.ние в нем дисперсии с одновременным ее нагреванием при пониженном давлении и частичным удалением воды, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью упрощения способа, перемещение дисперсии осуществляют в виде тонкого слоя толщиной 1,5-15,0 мм, распределенного на поверхности и нагретого до температуры 70-80 С, при давлении 100-150 мбар в течение 3-4 мин..2. Устройство для получения растворов целлюлозы в водосодержащей оиси третичного амина, содержащее вертикально установленный косвенно обогреваемый вакуумируемый сосуд и 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, о т л и-ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения качества готового продукта, радиальное расстояние от смесительных лопастей до внутренней стенки сосуда выбрано не.превышающим 20 мм, при этом входной патрубок для суспензии целл олозы расположен в верхней части сосуда, а выходной патрубок для гомогенного раствора целлюлозы - в нижней части сосуда.3; Устройство по п.2, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что оно снабжено установленным на смесительном валу распределительным кольцом для распределения суспензии целлюлозы на внутренней стенке сосуда.4;Устройство поп,2,отл и чаю щеес я тем, что смесительные лопасти установлены на смесительном валу с возможностью . измерения углаих наклона к оси вала.. Гагарина, 101 Заказ 665 Тираж В НИИПИ Государственного комитета 113035, Москва, ЖФиг я Подписноеобретениям и открытиям при ГКНТ СССРРаушская наб 4/5