Увеличение мощности производств вискозных волокон вызывает необходимость разработки новых высокопроизводительных и экономичных процессов фильтрации и новых фильтровальных перегородок. В связи с этим всё больше внимания уделяется изучению теоретических основ процесса фильтрации вискозы [18].
С целью интенсификации процесса фильтрации целесообразно усовершенствовать конструкцию фильтр - прессов.
Для обеспечения необходимой чистоты вискозы фильтрация обычно проводится в несколько стадий, традиционно в основном применяются рамные фильтр - прессы. Фильтрация вискозы на рамных фильтр - прессах требует большого расхода хлопчатобумажных материалов, таких как байка, бязь, шифон, гамджа и других. Кроме того перезарядка фильтр - прессов требует применения тяжелого ручного труда во вредных условиях, больших производственных площадей, а также имеет большую металлоёмкость.
Дисковые фильтры с намывным слоем, применяемые для фильтрации вискозы, работают по непрерывной схеме, автоматизированы, расход фильтрующего материала (мелконарезанное гидратцеллюлозное волокно) гораздо меньше. Но из-за нерешенных проблем регенерации фильтрующего материала, они не нашли широкого применения. Наибольший интерес представляют фильтры, в которых фильтрующая перегородка постоянно очищается от загрязнений. Их представителями являются следующие типы аппаратов:
патронные фильтры [19, 20] ;
свечевые фильтры [21] ;
механизированные фильтр - прессы с обратной промывкой [22] ;
ситовые фильтры с непрерывной регенерацией фильтровального слоя типа "Durso" [23].
Керамические патронные фильтры не нашли широкого применения при фильтрации вискозы из-за ряда конструктивных недостатков, трудностей полного восстановления фильтрующих свойств фильтрующей перегородки.
Свечевые фильтры также не рекомендованные для фильтрации вискозы из-за невысоких скоростей фильтрации, недостаточной чистоты фильтрата.
За рубежом в производстве вискозных волокон наиболее широкое применение нашли высокопроизводительные фильтры Швецкой фирмы "Sund" [24].
Разработанные фильтры самоочищающиеся непрерывного действия фирмой "Вискоматик" с фильтрующими поверхностями 1,25 и 0,5 м2 широко используются в настоящее время за рубежом. Оптимальные величины входного и выходного давлений в фильтре составляет 0,86*105 и 0,6*105 Па. По данным проспектов фирмы при фильтрации вискозы фильтр работает в режиме постоянной скорости, которая достигает 5 м3/ м2*ч. Регенерация осуществляется обратным током фильтрата, поступающего из корпуса фильтра в регенерационный шток.
В США для фильтрации вискозы создан ситовый фильтр с поверхностью фильтрации 4,75 м2 [25]. Фирма "Brunswick" - США предлагает самоочищающийся фильтр, обеспечивающий непрерывную очистку вискозы со средними скоростями фильтрации 1,0-1,5 м3/м2*ч. Фильтр состоит из цилиндрического корпуса и фильтрующего элемента, который представляет собой полый перфорированный цилиндр. Отложившиеся на поверхности фильтрующей перегородки гель - частицы и механические примеси удаляются обратным током фильтрата через полый шток. По данным фирмы, один фильтр поверхностью 5 м2 заменит фильтр - пресс поверхностью 160 м3.
Высокое качество и большое количество в производстве волокна требуют специальных фильтрационных систем, сконструированных с учетом высоких требований, предъявляемых к качеству конечного продукта.
Основываясь на вышеназванных фактах, система фильтрации фильтров KKF фирмы "Chemifasern Lenzing AG" (Австрия) [26] была усовершенствованна и отвечает следующим требованиям:
оптимальное корректирование качества;
автоматическая регенерация фильтра без прерывания процедуры фильтрации;
гибкость в модернизации существующих производственных линий;
высокая эффективность за счет низкой себестоимости технологического процесса;
малогабаритная установка и небольшая зона технического обслуживания;
высокая эффективность эксплуатации за счет автоматического регулирования уплотнительной системы;
устранение воздухозаборника (деаэрированный) прядильный раствор;
усовершенствование производств линии по выпуску вискозного волокна за счет сочетания установки фильтрации и системы регулирования давления;
минимальные потери за счет оптимальной системы регенерации;
безопасность в эксплуатации благодаря закрытой системе.
Система фильтрации KKF это полностью автоматизированная система непрерывного действия, функционирующая по принципу глубинной фильтрации. В качестве материала для фильтра используется металлическая ткань (ткань из металлического волокна), которая удерживает (фиксирует) частицы различных размеров и форм благодаря своему глубинному эффекту и заменяет стадии 1 и 2 фильтрации. По мере загрязнения в определенной степени, фильтр промывается обратным потоком, при этом происходит загрузка фильтра (новой фильтровальной среды). Обратный поток с примесями - загрязнениями, включениями - удаляется при помощи режекторного механизма, отбраковывается.
Неотфильтрованный материал проходит в камеру через входное отверстие при помощи подающего насоса. Сепарация происходит в то время, когда неотфильтрованный материал проходит из камеры в камеру. Между двумя этими камерами фильтрованный материал размещается на перфорированном барабане. Фильтрованный материал выгружается через выпускное отверстие и направляется в прядильную ванну (бак).
В случае максимальной степени загрязнения общая поверхность фильтровального материала очищается способом обратной промывки. Это происходит при передвижении выбрасывающего поршня от крышки к основанию и назад. Канальные отверстия между поршневыми кольцами, которые плотно прилегают к внутренней поверхности перфорированного барабана (держатель фильтровального материала) осуществляют обратную промывку минимального количества фильтрата, необходимого для промывания фильтровального материала от загрязнений (примесей). После промывания всей поверхности происходит перепад давления и выбрасывающий поршень остаётся в позиции "ожидания" до тех пор, пока не будет достигнут рассчитанный начальный момент для следующей промывки.
Анализ литературы показывает, что основной тенденцией в разработке оборудования для фильтрации вискозы является применение самоочищающихся фильтров, обеспечивающих достаточно высокое качество фильтрата, возможность многократной регенерации фильтрующей перегородки и высокую производительность аппаратуры.
Литературный обзор и исследования последних лет в области высокопроизводительных процессов и аппаратов, обеспечивающих получение гомогенных вискоз для формования волокон и комплексных нитей, показывает реальную возможность создания перспективной технологии процессов получения и подготовки вискозы к формованию, которая обеспечит высокие технико-экономические показатели производства.
Одним из основных этапов создания такой технологии является разработка и внедрение в производство высокопроизводительных растворителей непрерывного действия, в которых растворение ксантогената целлюлозы осуществляется в градиентном поле. Оно обеспечивает получение вискозы, в которой ксантогенат целлюлозы находится в тонкодисперсном состоянии (диаметр частиц меньше или равно 0,2 мм) с одновременным бесконтактны её подогревом до заданной температуры (~ 30-35 0С), при этой температуре вискоза поступает в смесители с эмалированной поверхностью, работающий при давлении большем или равном 19,6*104 Па. Такой способ смешения нескольких партий вискозы исключает возможность образования плёнок. Температура вискозы поддерживается за счет обогрева рубашки смесителя горячей водой, с той же температурой, что и поступающая вискоза.
Температура процесса растворения и смешивания рассчитывается так, чтобы по завершению этих процессов вискоза имела минимальную вязкость, с которой она направляется на следующие технологические операции - фильтрацию и обезвоздушивание.
Применение фильтров непрерывного действия с самоочищающейся фильтрующей перегородкой фирмы "Lenzing AG" позволит сократить количество фильтраций до двух, а, соответственно, и баковой аппаратуры, исключается применение остродефицитных и дорогих хлопчатобумажных тканей, сокращаются производственные площади.
Технологический процесс с применением растворителей роторно-пульсационного действия ПРГ-320 и фильтров KKF полностью автоматизирован.
В связи с поиском путей прямого растворения целлюлозы представляют интерес исследования способов повышения её растворимости в водно - щелочных растворах. Поскольку в растворах основного характера целлюлоза обладает нижней критической температурой смешения, одним из таких способов может быть охлаждение раствора. Однако снижение температуры растворения ограничено замерзанием водно - щелочных растворов, поэтому повышение растворимости целлюлозы в этих растворах можно достигнуть путем подбора оптимальных условий растворения при низких температурах. В частности, большое значение имеет добавка низкомолекулярных веществ, понижающих температуру замерзания растворителя и не ухудшающих растворения целлюлозы.
Добавление мочевины улучшает растворимость целлюлозы и при постоянном содержании едкого натра. Мочевина ослабляет межмолекулярные водородные связи и в присутствии этого вещества усиливается сольватация групп ОН целлюлозы, которая приводит к улучшению её растворимости.