Производства поликапроамида для текстильных нитей

Температура плавления - 12,3оС

ρ при Т = 20Со  -  1062 кг/м3

Молекулярный вес - 166

Массовая доля при t = 20ºС - 0,024

Температура вспышки - 115оС

  Электрическое сопротивление 1,35*10-3м/см2

В качестве матирующего средства  используется   двуокись титана, (ТiO2)  по ГОСТу 9808-61:

Внешний вид – сыпучий порошок белого цвета

Концентрация  (ТiO2), % не более - 98

Вещества растворимые в воде, % не более - 0,5

Растворимые в воде фосфаты (Р) в частях на миллион - 300-750

Диспертруемость, не менее - 100

Содержание железа (17) мл/л, не более - 100

Содержание влаги, не более - 0,5%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выбор и обоснование методА производства и оборудования

 

Существуют три способа производства нитей и волокон из поликапроамида:

1. Периодический способ – периодический  синтез полимера, при котором  осуществляются периодические процессы  экстракции и сушки крошки  и непосредственно формование  из гранулята;

2. Непрерывный способ  с получением  крошки, при котором проходит  непрерывный синтез капролактама, экстракция, сушка гранулята и непосредственно само формование волокна из гранулята;

3. Непрерывный  способ – с  формованием комплексных нитей  непосредственно из расплава, синтезированного  капролактама

При периодическом процессе полимеризации капролактам предварительно расплавляют при температуре 85-90ºС в специальном аппарате -  расплавителе. В этом аппарате, снабженном рубашкой и мешалкой, проводят перемешивание капролактама с активатором и стабилизатором. Затем реакционная смесь отфильтровывается под давлением азота через ткань на обогреваемом керамическом или стеклянном фильтре и подается в автоклав.

Для равномерного распределения двуокиси титана в полимере при получении матированного волокна требуемое количество двуокиси титана добавляют в виде водной суспензии одновременно с капролактамом в автоклав через 2-3 минуты после начала полимеризации. По окончании полимеризации расплавленная масса под давлением выдавливается в течение 1,5 часа из аппарата, а иногда пропускается через песочный фильтр для очистки от механических примесей и вытекает через широкую щель в виде ленты или жилки. Ленту пропускают обычно через ванну с водой. Полимер, полученный в виде ленты или жилки, как правило, непосредственно не используется для формования. Для проведения последующих операций, в частности экстракции лактама из полиамида и сушки, необходимо значительно увеличить поверхность полимера. Для этого жилка или лента, выходящая из ванны с водой, подается на рубильный станок и измельчается, а полученная крошка пневматическим транспортом направляется на экстракцию и сушку. Мономер и низкомолекулярные водорастворимые фракции удаляют из крошки экстракцией горячей водой. Экстракция проводится путем ряда последовательных обработок крошки при температуре 90-100ºС. Для экстракции применяется метод противоточной промывки. Водный раствор, полученный после экстракции, направляется на вакуум-выпарку. Это необходимо для регенерации лактама. В результате регенерации лактама удельный расход мономера уменьшается на 6-8%. Метод регенерации лактама из промывочной воды путем выпаривания недостаточно экономичен, однако более рациональные методы пока не разработаны. Сушка полиамида производится в барабанных вакуумных сушилках 18-24 часа при температуре 125ºС и остаточном давлении 5-6 мм рт. ст. Общая продолжительность технологического процесса получения поликапроамида периодическим методом достигает 50-60 часов. На процесс удаления низкомолекулярных соединений из ПКА крошки при синтезе поликапроамида периодическим способом приходится 53,1% капитальных вложений и 51,8% трудовых затрат в химическом цехе завода капронового волокна.

Периодический способ является первым реализованным в промышленности. Этот способ утратил свое значение и начинает вытесняться более усовершенствованным непрерывным.

Непрерывный  способ – с формованием комплексных нитей непосредственно из расплава, синтезированного (ПКА) поликапроамида. Он является наиболее перспективным и технологически верным с точки зрения постоянства и равномерности свойств получения полимера, а также этот метод    более    выгоден по той   причине, что   можно   улучшать   как

 

механизацию, так и автоматизацию производства. Метод подходит более для производства ПКА для  кордной нити. Расчеты показывают, что при производстве кордной нити из поликапроамида по непрерывной схеме (без промежуточного получения крошки) капитальные затраты снижаются на 13%, эксплуатационные расходы на 10% и трудовые затраты на 17%.  Этот метод получения поликапроамида сделал возможным соединение в едином технологическом потоке  процессов синтеза и формования нитей непосредственно из раствора полимера (прямое формование). При непрерывном способе получения поликапроамида и формования нити, исключается часть операций, связанных с получением крошки, удалением  из крошки низкомолекулярных соединений и сушки её. Кроме того, значительно упрощается конструкция машин для формования нити, так как используются прядильные головки, не имеющие плавильных устройств – формовочные головки. Такой способ полиамидирования можно назвать универсальным, так как он позволяет синтезировать полимер, из которого можно получать как техническую, так и текстильную нить.

Однако при получении полиамидной текстильной нити в большинстве случаев пока используется так называемый полунепрерывный метод (непрерывный процесс полимеризации мономера, дробления полимера, экстракции и сушки крошки и последующее плавление её в экструдере). Так как время пребывания крошки в экструдере не превышает 5 минут, то и без демономеризации в фильеру поступает расплав поликапроамида, содержащий только 1,5 – 2% низкомолекулярных фракций. В этом случае промывка полученной текстильной нити также является излишней. Это свидетельствует о перспективности и целесообразности более широкого применения непрерывного метода получения капроновой нити.

 Для непрерывного процесса  полиамидирования  применяют два типа аппаратов непрерывной полимеризации (АНП): прямоточные и U- образные.

Прямоточные   АНП  наиболее простой    конструкции, состоят из одной

 

трубы,   в которой   реакционная масса самотеком медленно и равномерно

перемещается сверху вниз. Используются для получения полимера в виде крошки. Прямоточные аппараты, несмотря на простоту конструкции, не находили широкого применения в промышленности из-за того, что увеличение производительности аппарата связано с изменением высоты аппарата. Кроме того, в прямоточных аппаратах затруднен выход из реакционной массы паров воды и газов, выделяющихся в процессе полимеризации.

Этого недостатка лишен U-образный аппарат непрерывной полимеризации. Используется для производства штапельного волокна и текстильных нитей. Он представляет собой аппарат непрерывной полимеризации, состоящий из трех вертикальных труб. Вследствие разности уровней в трубах реакционная масса в этом аппарате совершает сложный путь. В начале масса движется сверху вниз, затем снизу вверх и вновь сверху вниз, то есть совершая путь в виде буквы U. Работа аппарата обеспечивается автоматическим регулированием дозировки капролактама с добавками и разности уровней в трубах в зависимости от расхода готового полимера. Несмотря на сложность конструкции по сравнению с прямоточными аппаратами U- образные аппараты имеют меньшие габариты при большей производительности, готовый полимер надежно защищен от проникновения (проскока) в него капролактама и низкомолекулярных продуктов, прогрев реакционной массы в тонком слое (колосниках) и кольцевом сечении обуславливает получение равномерного по свойствам полимера, обеспечивается выход паров и газов из продукта.

Вследствие увеличения длины пути реакционной массы в аппарате и характерного U-образного движения последней опасность перемешивания слоев уменьшается, и в таком, аппарате полимер может быть получен с большей молекулярной массой, чем в аппарате прямоточного типа.

 

 

На основании  выше  изложенного в своем курсовом проекте я выбираю

непрерывный   способ     с   получением    крошки, при   котором  проходит

непрерывный синтез капролактама, экстракция, сушка гранулята и непосредственно само формование волокна из гранулята; синтез провожу  в  аппарате непрерывной полимеризации U- образного типа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОПИСАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ

 

Установка непрерывного плавления капролактама УЦП – 14,5. Производительность – 14,5 т. в сутки. Она состоит из бункера, теплового питателя, расплавителя, лактомосборника, насоса, фильеры, фильтрловушки, системы трубопроводов.

Бункер – цилиндрический сосуд, с коническим днищем изготовленный из нержавеющей стали. Внутри установлен лопастной рыхлитель и ворошитель, с вертикальным приводом. На крышке установлено двухволновая дробилка. К разгрузочному патрубку бункера присоединен шнековый питатель. Корпус снабжен рубашкой для охлаждения водой. В торце питателя есть виток шнека, имеющий обратное направление. Выходной патрубок питателя соединён с загрузочным люком расплавителя. Производительность питателя регулируется в зависимости от уровня лактама в растворителе и лактамосборнике.

Расплавитель – вертикальный цилиндрический аппарат. Состоит из корпуса с приваренной рубашкой для обогрева горячей водой и конической с фланцем крышкой. В аппарате установлена мешалка якорного типа. Привод смонтирован на крышке аппарата и состоит из редуктора и электродвигателя. На крышке есть смотровые стёкла, штуцера для входа азота, загрузочный люк. Отвод лактама производится через штуцер, в нижней части имеется люк для чистки дна расплавителя.

Лактамосборник – аппарат аналогичен расплавителю, но без загрузочного люка и с мешалкой пропеллерного типа, помещённой в диффузоре. Имеется уровнемер, связанный с приводом шнекового питателя. Для подачи расплава через фильтр в отделение полимеризации применяются консольные центробежные насосы с устройством для обогрева. Перед насосами есть фильтрловушка. Фильтр свечевой состоит из цилиндрического корпуса, рубашки для обогрева и крышки, прикрепленной к корпусу. Внутри есть свеча из двух перфорированных трубок с фильтрматериалом. На крышке есть патрубок для установки датчика. В качестве рубашки для обогрева трубопроводов применяются трубы большого диаметра.

Смеситель – вертикальный бак с пропеллерной мешалкой внутри и рубашкой для обогрева. Для контроля уровня установлены сигнализаторы уровня.

Через счетчик-дозатор смеситель заполняют продуктом. Предусмотрена система подачи азота. Из смесителя через фильтр смесь поступает в промежуточную ёмкость. Из неё к дозаторам смесь подаётся посредством пагружного насоса. Он состоит из диска с четырьмя отдельно просверленными отверстиями. Диск насажен на вал и вращается внутри улитки и закрыт сверху и снизу крышками. В нижней крышке есть патрубок для забора перекачиваемой жидкости. А к верхней присоединена труба, через которую под действием центробежной силы передается перекачиваемая жидкость.

Черпачковый дозатор представляет собой плоский, горизонтальный барабан с вращающимися внутри его дисками, на котором укреплены шесть ножей. В корпусе есть переливная трубка, обеспечивающая постоянный уровень капролактама, и сливная воронка. Корпус дозатора имеет охлаждающую рубашку. Передняя стенка состоит из стекла. Устанавливается два дозатора (один резервный) в аппарат для непрерывной полимеризациии – АНП - 5,5. 

Демономеризатор представляет собой аппарат цилиндрической формы, в нижней части которого имеется штуцер для отвода поликапроамида, а в верхней он соединен с конденсатором смешения, в который под действием вакуума отсасываются НМС и вода. Для передачи поликапроамида в аппарат выравнивания есть шнековый насос.

Аппарат выравнивания аналогичен с демономеризатором. Обогревается теплоносителем. Зубчатым насосом поликапроамид подаётся на формование.

Аппарат   непрерывного    полиамидирования     АНП-5,5    включает    U-образный аппарат непрерывной полимеризации емкостью  5,5м3 и производительностью до 4,5 т/сут., литьевую ванну, тянущие вальцы, машину для резки жилки, двухсекционный бункер для приема крошки, массо-насосы, коммуникации для гидротранспорта крошки.

Расплавленный капролактам (после предварительной фильтрации) из установки централизованного плавления УЦП-14,5 по магистральному трубопроводу подается в установку непрерывного полиамидирования. Все трубопроводы для расплавленного капролактам и аппараты, входящие в комплект установки (кроме аппарата полиамидирования), обогреваются горячей водой с температурой 92,5±2,5ºС. Количество капролактама, отбираемого из трубопровода и подаваемого на установку, регистрируется счетчиком-дозатором отсечного типа. Счетчик-дозатор дает возможность автоматически прекращать подачу капролактама в установку после того, как заданное количество капролактама пройдет через него. Отмеренный счетчиком дозатором капролактам поступает в вертикальный бак-мешалку для равномерного перемешивания с добавками – активатором и регулятором. Он представляет собой вертикальную емкость с эллиптическими крышкой и днищем и обогревательной рубашкой. На крышке расположены люк для загрузки активатора и стабилизатора, а также стойка с приводом пропеллерной мешалки, состоящим из редуктора и электродвигателя. На корпусе аппарата расположены каплеулавливатель , кран для взятия проб и указатель уровня. Для контроля уровня установлены сигнализаторы уровня. Чтобы расплавленный капролактам не окислялся, предусмотрена система подачи азота. Обогрев аппарата осуществляется горячей водой с температурой 92,5±2,5ºС. Мешалка расположена на расстоянии, равном половине радиуса аппарата от центральной оси, с целью предотвращения образования воронки. Все детали соприкасающиеся с расплавленным капролактамом, выполнены из стали Х18Н10Т. Рабочий объем бака-мешалки

выбирают таким образом, чтобы загрузка производилась не более 3,5±0,5 раза в сутки. Коэффициент заполнения аппарата составляет 0,75+5. Поскольку бак-мешалка работает периодически, для обеспечения непрерывной работы полимеризационного аппарата устанавливают промежуточную емкость с насосом для подачи смеси в дозатор. Обычно используют горизонтальные цилиндрические аппараты с погружными насосами, объем которых на 15±5% больше объема бака-мешалки, обогреваемые горячей водой.

Из смесителя через фильтр смесь поступает в промежуточную ёмкость. Фильтрация смеси с добавками стабилизатора аналогична фильтру установки централизованного плавления капролактама. Фильтр свечевой состоит из цилиндрического корпуса, рубашки для обогрева и крышки, прикрепленной к корпусу. Внутри есть свеча из двух перфорированных трубок с фильтрматериалом. На крышке есть патрубок для установки датчика. В качестве рубашки для обогрева трубопроводов применяются трубы большого диаметра. Основным отличием является лишь то, что фильтровальная ткань укладывается на опорную решетку, сваренную из нескольких усеченных конусов из перфорированной стали, таким образом, что основание меньшего по диаметру конуса соединяется с вершиной большего. В качестве фильтрующего материала применяют два слоя типа шифон и свансбой. Из промежуточной емкости к дозаторам смесь подаётся посредством пагружного насоса. Он состоит из диска с четырьмя отдельно просверленными отверстиями. Диск насажен на вал и вращается внутри улитки и закрыт сверху и снизу крышками. В нижней крышке есть патрубок для забора перекачиваемой жидкости. А к верхней присоединена труба, через которую под действием центробежной силы передается перекачиваемая жидкость.