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　　文：昂一工程技術(shù) ( 上海 ) 有限公司吳崢

　　在傳統(tǒng)的熔融紡絲工藝中，如尼龍、聚乙烯、聚丙烯或滌綸的工藝中，聚合物顆粒被熔融并通過(guò)紡絲頭不斷被擠出。纖維從紡絲頭擠出時(shí)，冷空氣將同時(shí)冷卻纖維。在拉伸和上紡絲油劑后，即可生產(chǎn)出纖維，無(wú)需提前制備任何溶液。一般來(lái)說(shuō)，加工1噸聚合物熔體將會(huì)產(chǎn)生1噸合成纖維產(chǎn)品。

　　Lyocell工藝是溶劑紡絲工藝，使用干噴濕法紡絲。這意味著基礎(chǔ)的產(chǎn)品纖維素在溶劑（NMMO）中溶解。制備的溶液以熔融紡絲工藝中同樣的方法被擠出。冷卻氣體(空氣)將紡絲溶液冷卻至可以在空氣隙中形成絲束的程度。與傳統(tǒng)熔融紡絲工藝對(duì)比，產(chǎn)生的絲束在經(jīng)過(guò)空氣隙后必須進(jìn)入紡絲浴，以濾去溶劑并接收(沉淀)纖維素以成纖維形狀。一般來(lái)說(shuō)，在Lyocell工藝中生產(chǎn)1噸Lyocell纖維需要6～10噸的紡絲溶液。

　　假設(shè)在工藝溫度下粘性范圍與熔融紡絲工藝相同，Lyocell紡絲設(shè)備例如過(guò)濾器、泵或換熱器，在相同尺寸下，與熔融紡絲工藝的產(chǎn)品產(chǎn)出相比，Lyocell纖維產(chǎn)出僅為10%～15%。這導(dǎo)致了Lyocell工藝需要相對(duì)更重和更大型的設(shè)備。同樣，這也導(dǎo)致了與聚乙烯或聚丙烯工廠相比，Lyocell工廠需要更高的特定資本支出。

　　以經(jīng)濟(jì)合理的規(guī)?；a(chǎn)Lyocell纖維時(shí)如何處理較高產(chǎn)量的紡絲溶液是Lyocell工藝的重大挑戰(zhàn)之一。設(shè)備尺寸和重量，確保恒定不變的質(zhì)量，避免流動(dòng)不穩(wěn)定性和老化紡絲溶液的降解都是需要解決的問(wèn)題。ONE-A公司有克服這些障礙的經(jīng)驗(yàn)和專有技術(shù)，針對(duì)“紡絲溶液連續(xù)供應(yīng)”這個(gè)主題，ONE-A已有兩項(xiàng)發(fā)表的專利：換熱器管道系統(tǒng)（專利號(hào) ：WO 2013/030402）和清潔流體的措施與過(guò)濾裝置（專利號(hào) ：WO 2014/085836 ）。

　　為輸送和過(guò)濾紡絲溶液和熔體提供改進(jìn)方法和裝置

　　為輸送粘性流體，需提供一個(gè)熱交換管道系統(tǒng)，其中包括多個(gè)設(shè)計(jì)為管道部件的獨(dú)立熱交換器，且管道系統(tǒng)里和管道橫截面上有預(yù)先設(shè)定的控制溫度和（或）壓力分布。這些以管道部件形式存在的熱交換器，在管道系統(tǒng)中以固定的間距進(jìn)行排布。根據(jù)保持管道系統(tǒng)里的預(yù)先設(shè)定的溫度和（或）壓力分配，來(lái)確定固定的間距。

　　在此提供一種清潔流體的裝置和方法。裝置包括一個(gè)至少有一個(gè)入口和一個(gè)出口的機(jī)座本體，和一個(gè)在機(jī)座本體里可以移動(dòng)的滑動(dòng)機(jī)構(gòu)，及至少有一個(gè)包含兩個(gè)對(duì)稱相反布置的過(guò)濾器；從機(jī)座本體入口開(kāi)始，流體對(duì)稱地流入通道中的過(guò)濾器并且過(guò)濾器下游直接與機(jī)座本體出口對(duì)接；一部分未通過(guò)通道流入的流體在滑動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)座本體之間的空氣隙中形成流體緩沖區(qū)；通道打開(kāi)了至少兩個(gè)對(duì)稱相反布置的出口支路，而且在通道中至少兩個(gè)進(jìn)口和兩個(gè)出口之間的間隙中至少產(chǎn)生四股沖洗液。

　　但這種方法有三個(gè)待解決的問(wèn)題：

　　一是粘性流體的輸送——壓力損失與摩擦熱產(chǎn)生。高粘度纖維素溶液通過(guò)管道的輸送會(huì)因管道中的流動(dòng)阻力和被導(dǎo)入的聚合物化合物產(chǎn)生摩擦熱。因大規(guī)模生產(chǎn)的聚合物溶液經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生雜質(zhì)，這些雜質(zhì)，例如膨脹體，必須在聚合物溶液加工前通過(guò)過(guò)濾去除。因過(guò)濾介質(zhì)會(huì)產(chǎn)生壓力損失，這是由聚合物化合物中的額外摩擦熱而產(chǎn)生的。為了將聚合物溶液導(dǎo)入獨(dú)立的加工位置，聚合物溶液常通過(guò)彎曲管、三通管、Y型管和多個(gè)分配器被分配，這會(huì)導(dǎo)致更多的壓力損失和熱量產(chǎn)生。

　　由于高粘度聚合物溶液的置換和輸送需要通過(guò)泵，這會(huì)產(chǎn)生更多的摩擦熱并影響纖維素溶液的粘度和熱敏性。

　　二是在管道橫截面的均勻分布。由于層流，粘性流體在管道的橫截面會(huì)形成速度梯度——在管道中心觀測(cè)到最大速度，在管壁處速度接近于0。此橫截面的不均勻流動(dòng)導(dǎo)致原液在橫截面的停留時(shí)間不一致，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致管道橫截面溫度分布不均勻。在高粘度流體的輸送系統(tǒng)中，幾乎不可能在管道的整個(gè)橫截面獲得有均勻速度和溫度分布的理想活塞流，但可以采取措施以找到最佳實(shí)踐解決方案。

　　三是以換網(wǎng)器清潔粘性流體。為在聚合物工業(yè)中實(shí)現(xiàn)可靠的生產(chǎn)工藝，在擠出前從紡絲溶液或熔體中去除雜質(zhì)是至關(guān)重要的。

　　傳統(tǒng)過(guò)濾裝置(換網(wǎng)器)主要包含一個(gè)機(jī)座本體，帶有雜質(zhì)流體的進(jìn)口和被過(guò)濾流體的出口，一個(gè)在機(jī)座內(nèi)可置換的過(guò)濾器載體，一個(gè)在過(guò)濾器載體內(nèi)的過(guò)濾器。如果過(guò)濾網(wǎng)被堵塞則必須被清潔或置換。因此機(jī)座中的過(guò)濾器載體必須以此方式被置換，譬如，關(guān)閉過(guò)濾器載體的進(jìn)口，含過(guò)濾器的過(guò)濾器載體送到能接受清洗的位置。之后，過(guò)濾器載體被再次置換到初始位置。

　　在過(guò)濾器載體和過(guò)濾器機(jī)座之間需要有間隙，使過(guò)濾器載體移動(dòng)不損傷載體和機(jī)座的滑動(dòng)表面。間隙被相當(dāng)于潤(rùn)滑劑的紡絲溶液或聚合物熔體沖洗。沖洗間隙會(huì)導(dǎo)致紡絲溶液的損失。此損失需盡量控制在最小程度，但必須保證載體和機(jī)座間的所有滑動(dòng)表面都能被潤(rùn)滑。為避免老化的紡絲溶液凝聚，對(duì)間隙的沖洗必須是均勻的。

　　由于過(guò)濾器進(jìn)口和出口的壓力差，普通的過(guò)濾裝置不可能達(dá)到均勻的沖洗。過(guò)濾器載體沿著機(jī)座出口壁被壓出，屬摩擦。

　　ONE-A的發(fā)明旨在為輸送和過(guò)濾紡絲溶液和熔體提供改進(jìn)的方法和裝置，以避免或使上述問(wèn)題和弊端最小化。

　　四大關(guān)鍵點(diǎn)保證紡絲溶液連續(xù)供應(yīng)

　　這兩項(xiàng)專利技術(shù)有四大關(guān)鍵點(diǎn)：

　　一是熱交換器以管道部件形式設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)允許一個(gè)沿管道系統(tǒng)的預(yù)先設(shè)定控制的橫截面溫度和（或）壓力分布，如通過(guò)流體的再分層的方式。

　　熱交換器以管道部件形式提供，沿管道系統(tǒng)有固定間距。根據(jù)保持管道系統(tǒng)里的預(yù)先設(shè)定的溫度和（或）壓力分布，來(lái)確定固定的間距。

　　在熱交換器內(nèi)可以進(jìn)行調(diào)節(jié)以使粘性流體在預(yù)先設(shè)定的溫度下在熱交換器內(nèi)進(jìn)行輸送，并且視需要，提供混合組件以保持在管道橫截面上預(yù)先設(shè)定的溫度和（或）壓力分布。

　　二是混合元件。在特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，根據(jù)ONE-A的系統(tǒng)，熱交換器管道系統(tǒng)包含內(nèi)部的混合組件，至少一段管道或熱交換器。

　　一種可行的方法為安裝內(nèi)部混合組件，與在雙層夾套聚合物管道殼體內(nèi)的外部冷卻（或調(diào)節(jié)）相結(jié)合。混合組件被用來(lái)旋動(dòng)流體以此使層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鞑ⅲɑ颍臒峤粨Q器中心到截面的外部區(qū)域形成一個(gè)流體交換。熱交換僅發(fā)生在(冷卻的)管壁和與(冷卻的)管壁臨時(shí)直接接觸的打旋的聚合物之間。

　　混合組件也可以部分或獨(dú)立的熱交換器形式提供，帶有內(nèi)部混合和內(nèi)部溫度控制。

　　根據(jù)實(shí)例，與熱交換器管道系統(tǒng)相關(guān)的發(fā)明，是一個(gè)混合組件與溫度控制方式的結(jié)合，譬如，以在熱交換器內(nèi)部的傳熱介質(zhì)管道的形式。這可以通過(guò)對(duì)一個(gè)傳熱介質(zhì)管道進(jìn)行相應(yīng)形狀的纏繞實(shí)現(xiàn)。為了防止壓力損失產(chǎn)生的摩擦熱，傾向于選擇較低的填料密度。

　　三是濾網(wǎng)滑動(dòng)機(jī)構(gòu)的“潤(rùn)滑”。根據(jù)上述描述，將濾網(wǎng)移動(dòng)至“反向沖洗”或“換網(wǎng)”位置的滑動(dòng)機(jī)構(gòu)是換網(wǎng)器的關(guān)鍵部件。為在整個(gè)滑動(dòng)表面上提供潤(rùn)滑膜，ONE-A的過(guò)濾系統(tǒng)在機(jī)座與移動(dòng)式過(guò)濾器載體之間提供均勻的壓力。ONE-A過(guò)濾系統(tǒng)的獨(dú)特布置提供了流體緩沖，形成一個(gè)“浮動(dòng)軸承布置”以防止過(guò)濾器載體和過(guò)濾器機(jī)座之間的金屬摩擦。

　　為達(dá)到“流體緩沖”，至少兩個(gè)過(guò)濾層須反向布置。至少兩個(gè)進(jìn)口和至少兩個(gè)出口對(duì)稱地沿載體的外周對(duì)稱布置。這種布置會(huì)導(dǎo)致機(jī)座和載體之間的對(duì)稱受力。

　　四是沖洗滑動(dòng)表面，防止“結(jié)塊”。老化的紡絲溶液會(huì)導(dǎo)致聚合物系統(tǒng)的多項(xiàng)問(wèn)題(質(zhì)量、工藝穩(wěn)定性、過(guò)濾網(wǎng)壽命)，因此必須盡可能防止紡絲溶液的陳化。

　　在整個(gè)滑動(dòng)表面設(shè)置一層均勻的膜能使機(jī)座和過(guò)濾器載體之間的環(huán)狀間隙得到均勻的沖洗。在周向(從進(jìn)口到出口的流動(dòng)方向)和縱向(到過(guò)濾器外部的流動(dòng)方向?qū)е滦孤┒夹枰⒕鶆虻臎_洗。

　　均勻沖洗防止老化的紡絲溶液或熔體結(jié)塊和形成。根據(jù)環(huán)狀間隙的尺寸泄漏量控制方式滿足既達(dá)到充分沖洗，又能將泄漏降到最小。

　　五大優(yōu)點(diǎn)為客戶提供高附加值服務(wù)

　　與裝備普通聚合物管道和普通聚合物過(guò)濾系統(tǒng)的聚合物系統(tǒng)相比，使用上述兩個(gè)專利技術(shù)，ONE-A的熱交換器管道系統(tǒng)和ONE-A帶有流體緩沖效果的受均勻沖洗的網(wǎng)式過(guò)濾器，具有很多的優(yōu)點(diǎn)。

　　一是熱安全性。熱交換器系統(tǒng)橫截面上均勻分布的流動(dòng)速度和聚合物溫度窄分布使得生產(chǎn)工藝操作變得十分安全。這避免了會(huì)導(dǎo)致放熱反應(yīng)的溫度峰值。

　　一個(gè)聚合物系統(tǒng)的總體安全性是由最大當(dāng)前溫度和起始溫度(能產(chǎn)生放熱反應(yīng)的聚合物臨界溫度)之間的溫差定義的。在普通系統(tǒng)中，此溫度差相對(duì)較低（大約10～30 C），在ONE-A的系統(tǒng)中，溫度差能超過(guò)40 C，相較傳統(tǒng)系統(tǒng)更為安全。

　　二是無(wú)死區(qū)。ONE-A熱交換器管道系統(tǒng)的高效混合與ONE-A網(wǎng)式過(guò)濾器系統(tǒng)的均勻沖洗能幫助避免死區(qū)，及(老化)聚合物的降解和結(jié)塊。這些措施相結(jié)合能延長(zhǎng)聚合物過(guò)濾器使用周期，減少噴絲板更換間隔的次數(shù)(噴絲板使用周期更長(zhǎng))。

　　三是老化的紡絲溶液受控排放。過(guò)濾機(jī)座和過(guò)濾器載體（流體緩沖）之間量身定制的間隙設(shè)計(jì)使紡絲溶液排放到過(guò)濾器機(jī)座外部的過(guò)程變得可控。除了避免聚合物老化，聚合物泄漏也可以被輕易收集以分析溶液的質(zhì)量和熱穩(wěn)定性。

　　四是換網(wǎng)器的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)。為了防止過(guò)濾器載體和機(jī)座之間的金屬摩擦，有一種陳舊的方式，即為安裝滑動(dòng)條(金屬或塑料材質(zhì))以確保沿過(guò)濾器載體外周有恒定的間隙。ONE-A換網(wǎng)器系統(tǒng)無(wú)需使用這種昂貴且復(fù)雜的安裝方式，流體緩沖能自動(dòng)可靠建立一個(gè)恒定的間隙。

　　五是能使每一個(gè)過(guò)濾單元有更大的過(guò)濾表面，以減少過(guò)濾單元的數(shù)量?？梢哉f(shuō)，這兩項(xiàng)專利技術(shù)能為客戶提供穩(wěn)定且安全的生產(chǎn)工藝、恒定的纖維質(zhì)量、產(chǎn)品產(chǎn)量最大化、減少昂貴過(guò)濾器組件的磨損等高附加值服務(wù)。

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