温度影响溶解工艺的研究

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：NMMO水溶液的熔点会随溶剂浓度的提高而升高，溶解的工艺温度必须高于溶液的熔点。不能采用过高的温度和NMMO分解温度相关，实验表明，当温度超过130℃时，NMMO的分解反应明显增加。实验表明，NMMO水溶液在120℃时，便出现明显的变色反应，溶剂的变色是由于溶剂分解反应产生了带色基团，在生产中它将直接影响所生产纤维的颜色。

溶解温度的选择首先要考虑NMMO水溶液自身的特点，仅就温度对溶解的影响而言，温度高，有利于纤维素和NMMO分子的运动，能够加速溶解过程，也有利于降低纤维素溶液的黏度，因此，对物料的热传导和输送都有利。但在实际生产中，所采用的工艺温度既不能过低，也不能过高。NMMO水溶液的熔点会随溶剂浓度的提高而升高，溶解的工艺温度必须高于溶液的熔点。不能采用过高的温度和NMMO分解温度相关，实验表明，当温度超过130℃时，NMMO的分解反应明显增加。因此，为了保证生产过程的安全性，必须将溶液温度控制在130℃以下。

工业生产中，溶解是紧接在溶胀后的一个连续工艺过程，故这个中间产物的纤维素浓度、温度、NMMO浓度等都已经处在一定范围内，物料在进薄膜蒸发器前，纤维素的浓度一般在11%～12%，温度在80～90℃，NMMO的浓度约为80%。溶解阶段是通过继续脱水，提高NMMO浓度的过程。由于NMMO溶液的熔点与其浓度相关，这也意味着随着NMMO浓度的提高，其熔点也在不断提高，工艺控制就必须保证被加工的物料始终处于液体状态。由NMMO/H2O的相图可见，随着溶液中水分的不断减少，熔点快速上升，当水分减少到10%左右时，熔点就上升到100℃，随着水分的继续减少，熔点还会进一步升高，纯NMMO的熔点高达184℃。实验中经常会遇到一种现象，在100℃左右溶解工艺条件下，当操作不当，脱水过多时，脱水设备的功率会迅速增加，已经形成的溶液变成了坚硬的块状物，不再具有流动性，其可能的原因是操作温度已经低于NMMO水溶液的熔点，故物料进入固体状态。正因为如此，我们所能采取的方法，要么在保证其有足够的溶解能力的前提下，将NMMO的浓度控制在一定的范围内；要么将工艺温度进一步提高以防止NMMO溶液的固化，但提高纺丝溶液的温度对NMMO的稳定性不利。实际生产中，采用了第一种方法，即将NMMO浓度控制在87%左右，在这一浓度下，NMMO溶液对纤维素有很好的溶解能力，同时，还能保证有一定的操控余地。

不同的设备对温度的要求也有所不同，薄膜蒸发器由于物料在设备中停留时间短，因此，可以采用高的加热温度，其加热温度甚至可以高达150℃，当然，由于停留时间短，物料的真实温度不会达到150℃。温度加速了溶解过程，可进一步缩短停留时间，这一措施可提高设备的生产能力。尽管高温会带来一些风险，但由于时间短，物料从薄膜蒸发器排出后直接与冷却器相连接，可使物料温度迅速下降，较好地解决了生产线的瓶颈问题。LIST设备或双螺杆设备不能采用过高的工艺温度，因为这类设备的脱水面积较小，NMMO溶液浓度的提高需要较长的时间，为保证溶解的均匀性，必须采用低温加较长停留时间的工艺。

NMMO是一种氧化剂，化学性质活泼，对温度敏感。实验表明，NMMO水溶液在120℃时，便出现明显的变色反应，溶剂的变色是由于溶剂分解反应产生了带色基团，在生产中它将直接影响所生产纤维的颜色。副反应的发生不仅会增加溶剂回收的负担，还会明显影响NMMO的回收率。实验表明，如果进一步将NMMO加热到175℃时，NMMO可完全分解，分解产物有甲醛、甲酸、N-甲基吗啉、甲基吗啉、二氧化碳等，NMMO在纤维素存在下，情况更为严重。所以，纤维素溶液的温度不宜超过120℃，纤维素溶液长时间超过120℃，极易产生纤维素的降解，甚至经一系列的连锁反应而发生爆炸。因此，溶解温度通常控制在100℃左右。

温度影响溶解工艺的研究

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