分离超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝中所含白油的方法及设备与流程

1.本发明涉及一种用于分离超高分子量聚乙烯纤维生产过程中产生的冻胶丝内所含白油的方法及其专用设备。


背景技术：

2.目前国际上将超高分子量聚乙烯纤维(uhmwpe纤维)与碳纤维、芳纶并称为世界三大高性能纤维，其具有密度小(密度为0.97g/cm3)、强度/模量高、不吸水、耐候性(抗紫外线老化)好、耐化学腐蚀、比吸收能量高等特点，是目前已知比强度最高的纤维。
3.另外，uhmwpe纤维的耐低温性、耐磨、耐弯曲性能、张力疲劳性能、抗切割性能也是现有高性能纤维中最强的。该纤维广泛应用于军用/警用防弹防护材料、轻质复合材料、高强绳缆、养殖网箱、防切割手套等劳保用品、钓鱼线等众多领域。因此，开发和应用这种纤维具有重要意义。
4.在超高分子量聚乙烯纤维的生产中，一种技术路线是使用白油溶解超高分子量聚乙烯树脂粉末，制成纺丝溶液，该溶液经过滤、纺丝、冷却后形成冻胶态初生丝(初生丝由白油和溶解在其中的聚乙烯构成，行业习惯称之为“冻胶丝”)。每次开停车都会产生大量无用的冻胶丝，其中白油含量在九成以上。
5.目前，提取冻胶丝中白油的方法大致有两种：自然沥干法和萃取分离法。自然沥干法效率极低，耗时长且回收效率低下。萃取法需选用有机溶剂先将冻胶丝中白油溶解，再将有机溶剂中白油分离，然而，这种方法分离效率虽好，但成本极大，且易污染环境。
6.本发明涉及专为分离冻胶丝中的白油而设计的方法及装置。


技术实现要素：

7.本发明的一个目的在于提供一种分离、回收超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝中所含白油的方法，这种方法能够克服现有技术的不足，将冻胶丝中含有的至少31％，优选47％以上，更优选80％以上的白油分离出来。这些白油使用传统方法很难回收，甚至是无法回收，通过本发明装置和方法都变得可以回收。
8.本发明的另一目的在于提供一种分离冻胶丝中白油的专用设备，该设备简单、通用，回收效率高，操作简单，自动化程度高，能够大大降低超高分子量聚乙烯纤维的生产成本。
9.本发明的一个方面提供一种用于分离超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝内所含白油的方法，其特征在于，采用离心分离法从所述冻胶丝内分离所含白油。
10.优选的，离心分离的时间为40
‑
50分钟。
11.本发明还提供一种用于分离超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝内所含白油的设备，其特征在于，所述设备包括离心机、粗白油储罐、进液过滤器、离心泵、精细过滤器、高精细过滤器、三通阀(7)和连接管道，其中，在离心机排液管后，连接粗白油储罐，在粗白油储罐底部连接进液过滤器，再连接离心泵，离心泵后分出两路，一路回到粗白油储罐，另一路经由
精细过滤器、高精细过滤器直接进入到白油回收系统管路中。
12.本发明还提供一种分离超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝内所含白油的方法，包括以下步骤：将含有白油的冻胶丝投入到离心机中；开启离心机，设定转数及离心时间；将分离出的粗白油导入粗白油储罐中储存；当粗白油储罐中白油到达一定液位高度后，开启离心泵，使白油通过过滤器进入离心泵并由离心泵打出；由离心泵打出的白油通过三通阀，一路经过精细过滤器和高精细过滤器，进入白油回收系统管路进行回收，另一路返回到粗白油储罐进行循环。
13.其中优选的离心时间为40
‑
50分钟。
14.本发明具有以下有益的技术效果：
15.本发明的方法及设备能够将超高分子量聚乙烯纤维生产过程中产生的冻胶丝中含有的大部分无法回收的白油分离出来，变得可以回收，从而大大节约了超高分子量聚乙烯纤维的生产成本，另外，减少了超高分子量聚乙烯纤维生产过程中对环境的污染。
16.使用离心法及配套设备能够将超高分子量聚乙烯纤维生产过程中产生的冻胶丝中含有的大部分无法回收的白油分离至少31％，优选47％以上，更优选80％以上。
17.此外，使用配套过滤器可以去除分离白油中的聚乙烯树脂粉末，使白油能够直接回收。
18.本发明的其他方面将在下面的描述中提出，本发明的优点将通过描述变得显而易见或通过实践本发明而获知。
附图说明
19.图1为根据本发明的整套设备系统的整体流程图。
20.图2为本发明中采用的粗白油储罐结构示意图。
21.图3为本发明中采用的离心机结构示意图。
具体实施方式
22.以下结合附图对本发明的实施方案进行描述，本发明的这些和/或其他方面将变得显而易见且更易于理解。
23.首先，选取100kg超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝，使用传统的静置分离法进行实验，取得实验数据如表1所示。
24.【表1】
[0025][0026]
从试验结果来看，传统的静置分离法耗费3天时间，分离大概30.5％的白油。效率低，耗时长，且分离效率不理想。
[0027]
在本发明中，采用离心分离法分离超高分子量聚乙烯纤维生产过程中产生的冻胶丝内所含的白油。优选地，采用离心机进行分离。
[0028]
下面使用选定的离心机进行分离实验。其中a型离心机的型号为psb800型(江苏恒大离心机有限公司)，b型离心机的型号为psb1000型(江苏恒大离心机有限公司)。在两台离心机内均投放100kg超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝。实验数据如表2所示。
[0029]
【表2】
[0030]
试验机型b型离心机a型离心机初始重量100kg100kg结束重量48.9kg52.7kg离心时间10分钟10分钟分离重量51.1kg47.3kg分离效率51.1％47.30％
[0031]
此外，进一步对b型离心机进行多次实验，实验数据如表3所示。实验结果表明，离心时间对分离效率有影响，时间越长，分离越充分。
[0032]
【表3】
[0033]
试验机型b型b型b型b型b型b型初始重量100kg100kg100kg100kg100kg100kg结束重量48.9kg26.4kg19.8kg16.3kg16.1kg15.98离心时间10分钟20分钟30分钟40分钟50分钟60分钟分离重量51.1kg73.6kg80.2kg83.7kg83.9kg84.02kg分离效率51.1％73.6％80.2％83.5％83.9％84％
[0034]
实验表明，使用离心机分离冻胶丝内白油的方法确实有效，在离心时间40
‑
50分钟时，分离效率可以达到83.5％
‑
83.9％。但之后，随着离心时间更长，进一步分离出来的白油
却有限，由此，从经济效益角度不优选。因此，优选的，离心分离时间为40
‑
50分钟，分离效率为83.5％
‑
83.9％。
[0035]
通过表1和表3的对比可以看出，本发明的离心分离方法优于传统的静置分离法。传统的静置分离法实验周期长，分离效率不高；本发明的离心分离方法，大大提高了分离效率。
[0036]
图1所示为本发明的分离超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝中所含白油的整套设备系统的整体流程示意图。其中的附图标记分别表示：1：离心机，2：粗白油储罐，3：进液过滤器，4：离心泵，5：精细过滤器，6：高精细过滤器，7：三通阀。
[0037]
图2所示为粗白油储罐结构示意图。其中，粗白油储罐包括进油口、出油口、排污口以及回流口，并安装有翻板液位计，另外可以连接液位变送器。
[0038]
图3所示为离心机结构示意图。其中，离心机包括离心机外壳、离心机内胆以及转鼓，并连接电机，设置有传动皮带和减震地脚
[0039]
以下具体描述本发明的分离回收设备及操作方法。
[0040]
本发明的分离超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝中所含白油的设备包括：离心机1、粗白油储罐2、进液过滤器3、离心泵4、精细过滤器5、高精细过滤器6、三通阀7及相应连接管道。具体地，在离心机1排液管后连接粗白油储罐2，粗白油储罐2底部连接进液过滤器3，再连接离心泵4，离心泵4后分出两路，一路回到粗白油储罐2，另一路经由精细过滤器5、高精细过滤器6直接进入到白油回收管路中。
[0041]
以下对其中的各装置进行说明。
[0042]
(1)粗白油储罐：作用在于存储离心出来的粗白油。
[0043]
通过离心机离心出来的粗白油中含有一定的杂质。杂质主要为聚乙烯树脂粉末、冻胶丝的碎丝头。杂质的密度大于白油，经过粗白油储罐的沉淀，可以从粗白油储罐的排污口排出。
[0044]
粗白油储罐的有效容积大于离心机容积的150％，粗白油储罐安装有液位计。当液位达到储罐90％，连锁启动离心泵，将白油打出。液位低于20％时，连锁停止离心泵，防止泵空转，也防止泵将底部沉积杂质抽出。
[0045]
(2)进液过滤器：作用在于防止粗白油储罐内杂质进入离心泵。
[0046]
进液过滤器为篮式过滤器。其滤网要求不低于20目且不高于50目，能够有效过滤冻胶丝碎丝头，防止损坏离心泵。目数过高则进液阻力太大，导致离心泵空转。
[0047]
(3)离心泵：作用在于将白油打入回收系统。
[0048]
离心泵的流量根据粗白油储罐的容积选择，扬程需要满足过滤器后压力高于白油系统压力。可以从受介质影响及成本考虑选择离心泵。
[0049]
(4)过滤器：作用在于过滤白油中的杂质。
[0050]
经过前面进液过滤器后，离心泵打出的白油中仍含有部分杂质，杂质主要为聚乙烯树脂粉末、冻胶丝的碎丝头。这样是不能直接进入回收系统的。过滤器的作用是过滤白油中的杂质。
[0051]
过滤器包括精细过滤器5和高精细过滤器6。如果杂质中的聚乙烯树脂粉末颗粒直径大于37微米，精细过滤器滤网可以为200目，高精细过滤器滤网目数可以为400目。
[0052]
过滤器安装压力变送器，工作压力不高于0.8mpa，当工作压力高于0.6mpa后，清理
或更换滤网。
[0053]
精细过滤器的压力变送器与三通阀连锁，根据压力控制三通阀开度。高精细过滤器出口加装止回阀，防止白油回收系统内反流。
[0054]
(5)三通阀：作用在于调节进入过滤器的白油的流量。
[0055]
三通阀开度由过滤器的压力变送器控制。当过滤器压力达到0.6mpa后，三通阀开度逐渐减小，将白油分流至白油回路，返回粗白油储罐；当过滤器压力到达0.8mpa则三通阀关闭，且连锁关闭离心泵。
[0056]
在操作本发明的设备，分离超高分子量聚乙烯纤维冻胶丝中所含的白油时，将含有白油的冻胶丝投入到离心机1中；开启离心机，设定转数及离心时间；将分离出的粗白油导入粗白油储罐中2储存；粗白油储罐2中白油到达一定液位高度后，开启离心泵4，将白油通过粗白油过滤器3进入离心泵4打出；离心泵打出的白油通过三通阀7，一路经过精细过滤器5、高精细过滤器6，最后进入白油回收系统管路由白油回收系统进行回收，另一路由回路返回到粗白油储罐2进行循环。三通阀7的开度受精细过滤器5上的压力变送器控制，压力越高，开度越小，到达一定压力后三通阀7通往过滤器的管路完全关闭，此时清理过滤器。
[0057]
本发明的分离回收系统自动化程度高，仅投料步骤需人工操作。
[0058]
可以通过选择离心机的最佳投放量、离心时间及转速，设定好参数后投入适量的冻胶丝进行离心操作，分离出的白油会从离心机排液口流出，自然流到粗白油储罐中；当储罐内白油到达指定液位时，离心泵自动开启，将白油打出。低于低液位时，泵自动关闭；白油经过滤器后进入白油系统，此流程结束。另外需要注意过滤器压力，及时清理或更换滤网，以及定时清理粗白油储罐内沉积的杂物。
[0059]
尽管以上参考实施例对本发明进行了具体说明，但是本发明不限于此，并且可以进行各种修改和替代形式。另外，上述实施方式和变形例也可以组合。尽管已经说明了被认为是本发明的优选实施方式，但是本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明的思想的情况下，可对其做出其他和进一步的变形，并且旨在要求保护落入本发明的实质范围内的所有这样的实施方式。