Растворители непрерывного действия обеспечивают равномерную "сдвиговую" обработку раствора и его равномерный и быстрый нагрев до требуемой температуры, причем разогрев происходит за счет преодолевания сил вязкого трения раствора при высокоинтенсивной обработки в адиабатических условиях (до 96% подводимой энергии расходуется на нагрев раствора). Обработка в указанном выше диапазоне градиентов скорости сдвига обеспечивает перевод растворов полимеров в режим аномально вязкого течения, при котором происходит значительные изменения их структуры, что в конечном итоге, выражается в снижении структурной вязкости растворов в 6-10 раз. Процесс растворения при высоких градиентах скорости сдвига принципиально отличается от обычного растворения в бак с мешалками.
Аппарат непрерывного действия роторно-пульсационного типа ПРГ - 320 для растворения полимеров при высоких градиентах скорости сдвига представляет собой горизонтальный аппарат, состоящий из корпуса с центроосевым патрубком входа и радиальным патрубком выхода обрабатываемой среды. Внутри корпуса консольно на приводном валу закреплён ротор, представляющий собой диск с отверстиями, по обе стороны которого расположены роторные решётки. В корпусе и фланце корпуса привода крепится статор. Роторные и статорные решётки представляют собой полые цилиндры с радиальными прямоугольными прорезями. Роторные решётки располагаются между статорными решётками с радиальным зазором 1 мм. Числом прорезей на внутренних роторной и статорной решётках ровно 30, на всех последующих - 30. Из соображенной прочности, цилиндры выполнены переменной толщины - от 14 мм на внутренней до 9 мм на наружной и статорной решётках.
На диске ротора смонтирована крыльчатка, представляющая собой непрофилированные лопасти, предназначенные для улучшения условий всасывания, дробления комков твёрдой фазы и создания напора для транспортировки обрабатываемой среды.
Во входном патрубке аппарата смонтирована крестовина, служащая совместно с крыльчаткой, ступенью предварительного измельчения крупных включений обрабатываемой среды.
Для уплотнения вала используется сальниковое уплотнение, в качестве уплотняющего и охлаждающего материала, в котором применена набивка марки АФТ по ГОСТ 5152-77. Для повышения долговечности и надёжности уплотнение выполнено с подвижной втулкой, позволяющей сократить нагрузку на втулку и тем самым уменьшить её выработку.
Аппарат ПРГ - 320 смонтирован на общей с электродвигателем раме, вращение от электродвигателя передаётся через упругую муфту. В раме предусмотрены дополнительные отверстия для установки в случае необходимости сменного электродвигателя.
Поступающая во входной патрубок обрабатываемая среда подвергается предварительному грубому измельчению при прохождении через крестовину и осевые зазоры между лопастями крестовины и крыльчатки. Заполняет рабочие полости по обе стороны роторного диска, дополнительно измельчается в радиальном зазоре между лопастями крыльчатки и внутренней статорной решёткой. Благодаря форме лопастей решёток принудительно "втирается" в зазоры статорной решётки и под действием напора, создаваемого насосом на входе в аппарат, а также развиваемого крыльчаткой, проходит последовательно через прорези роторных и статорных решёток (тонкое измельчение), а затем удаляется через выходной патрубок.
При вращении ротора происходит последовательное совмещение и перекрытие прорезей, что вызывает высокочастотную пульсацию потока, высокие градиенты скоростей сдвига, гидравлические удары и другие гидродинамические воздействия, что в совокупности с механическим срезом обеспечивает высокую интенсивность заданных процессов.
Такие аппараты было предложено применять и для растворения ксантогената целлюлозы [13].
Большие возможности совершенствования процесса растворения ксантогената целлюлозы, его значительной интенсификации, снижения металлоёмкости и энергозатрат открывается при применении растворителей роторно-пульсационного действия в вискозном производстве. При этом становится реальным совершенствование всего технологического процесса подготовки вискозы, а именно: снижение его стадийности, уменьшение длины вискозопроводов, оптимизация температурного режима и так далее. Так гомогенность вискозы, поступающей на формование, в большей степени от технологических условий и подготовки к формованию, последовательности отдельных операций, а также от способа проведения фильтрации.
Этот процесс необходим в любом случае, так как в вискозе, независимо от способа проведения растворения ксантогената целлюлозы и подогрева вискозы, всегда присутствуют механические примеси, внесенные с целлюлозой, растворами и из коммуникаций. Поэтому заключительной стадией, которая определяет гомогенность вискозы, поступающей на формование, является процесс фильтрации.
Гель - частицы и микрогель - частицы вызывают различные нарушения в процессе формования: засор фильер, обрыв элементарных волокон, неравномерность их свойств по длине и другие.
Имеющиеся в литературе данные о влиянии размера гель - частиц, содержащихся в вискозе, на засор фильер - самые разноречивые, что объясняется разной их природой и, соответственно, разными свойствами, гель - частицы размером до 40 мкм могут менять свою форму под действием градиентного поля в отверстие фильеры, вытягиваться вдоль оси отверстия и, не засоряя его, попадать в формующееся волокно. При этом ухудшаются свойства свежесформованного или готового волокна по прочностным характеристикам. [14]
Твёрдые же частицы (механические примеси) такого размера вызывают закупорку отверстий фильеры, что приводит к обрыву элементарного волокна. Засор фильер могут вызвать гель - частицы самого разного размера - от 30-40 до 5-8 мкм и даже от 1 до 2 мкм.
Достаточно подробно изучено влияние гель - частиц на фильтруемость вискозы. Плохо фильтруемая вискоза содержит в 10 раз больше гель - частиц по сравнению с хорошо фильтруемой. Установлена зависимость между числом гель - частиц порядка 40 мкм и закупоркой отверстий фильер. Установлено, что гель - частицы менее 10 мкм практически не задерживаются в процессе фильтрации, а между гель - частицами размером ~ 25 мкм и фильтруемостью вискозы существует прямая зависимость.
В работе [15] приведены данные о влиянии общего числа гель - частиц с разными размерами на дефектность и прочность готового волокна. Влияние гель - частиц на число дефектов волокон изучено также в работе [14]. Приведенные данные свидетельствуют о том, что при формовании вискозы через фильеру с диаметром отверстий 50 мкм наличие в ней гель - частиц размером больше или равно 40, числом более 10 штук в 1мл вискозы приводит к обрыву элементарных волокон и получению ворсистой комплексной нити.
Микрогель - частицы неблагоприятно влияют на физико-механические свойства волокон. По данным авторов [16] между прочностью волокна и средним диаметром микрогель - частиц существует прямая зависимость. Так при увеличении среднего размера микрогель - частиц с 0,1 до 2 мкм прочность готового волокна снижается более, чем на 30%.
Приведённый выше краткий анализ литературных данных показывает, что гель - частицы и микрогель - частицы и механические примеси, содержащиеся в вискозе, существенно влияют на стабильность процесса формования и качественные показатели полученных волокон. Из-за их наличия вискоза подвергается многократной фильтрации, что значительно усложняет технологический процесс получения и переработки вискоз и ухудшает технико-экономические показатели. Поэтому большой интерес представляют работы, направленные на улучшение качественных показателей вискозы по гомогенности до фильтрации и, в первую очередь, исследующие влияние на гомогенность вискозы различных способов и технологических условий процесса растворения.
Очистка вискозы от примесей и нерастворившихся частиц ксантогената целлюлозы является важной стадией процесса получения и подготовки вискозы, от эффективности которой в значительной мере зависит процесс формования и качества готовой продукции.
Для фильтрации вискозы перед формованием широко используется нетканый материал "гамджа", изготовленный из отбеленной хлопковой ваты и марли. Вследствие дефицитности хлопковой ваты и марли необходимо создать нетканый материал с фильтрующими свойствами на уровне гамджи.
Наиболее широко за рубежом для фильтрации прядильных растворов применяются различные нетканые материалы, изготовленные по иглопробивному способу, что обусловлено их высокой грязеёмкостью, низким гидравлическим сопротивлением и хорошей устойчивостью к стиркам.
Для замены хлопчатобумажной гамджи на отечественных предприятиях разработан нетканый иглопробивной фильтр - материал из смеси поливинилхлоридного волокна и хлопка в соотношении 75: 25. Применение небольшого количества хлопка в смеси волокон позволяет повысить способность фильтр-материала сорбировать органические примеси вискозы, а также уменьшить или вообще исключить течи вискозы по кромкам материала в процессе фильтрации.
Опытно - промышленной проверкой [17] иглопробивного материала "Эврика" показана реальная возможность замены "гамджи" на этот материал без ухудшения качества вискозы и готового волокна и без внесения изменений в технологический процесс фильтрации.
Внедрение фильтровального материала "Эврика" на предприятиях позволит исключить из использования для процесса фильтрации вискозы 300 т. хлопка - сырца и 1 млн. м. марли.
Механизм фильтрации вискозы отличается от механизма обычных процессов осветлительной фильтрации тем, что происходит в основном во внутренних слоях фильтрующей перегородки. В зависимости от применяемого фильтр - материала и числа стадий фильтрации удаляются частицы всех размеров до 5-6 мкм, в том числе частицы, диаметр которых значительно меньше диаметра пор фильтрующей перегородки. С уменьшением их размера доля частиц, отделяемых в процессе фильтрации, уменьшается.