一种碳纤维生产过程中脱单脱泡提浓的方法及其设备
阅读说明：本技术 一种碳纤维生产过程中脱单脱泡提浓的方法及其设备 (Method and equipment for demonomerization, deaeration and concentration in carbon fiber production process ) 是由 赵彦国 张立坚 张伟 刘运波 沈传石 杨昆 陈志敏 孙毅 刘根房 张超 王春晓 于 2021-10-21 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种碳纤维生产过程中脱单脱泡提浓的方法及其设备,设有浓缩塔,所述浓缩塔包括筒体、上封头、下封头,所述上封头上设有进料管,所述进料管上连接下料管,所述下料管上设有固定法兰,所述固定法兰上设有喷淋口,所述下料管上设有物料均分管,所述筒体内还设有均散盘,所述均散盘下方设有栅格支撑,所述栅格支撑下方设有填料,所述填料下方设有驼峰支撑,所述驼峰支撑下部设有蒸汽筒,所述蒸汽筒上连接再沸器,所述筒体上方连接真空系统,所述下封头底部设有出料口。其解决了现有碳纤维生产中不能有效控制聚合液的浓度、聚合液中的单体、气泡脱不净、产能受限、设备内产生凝胶的技术问题。本发明可广泛应用于碳纤维生产中。(The invention provides a method and equipment for demonomerization, defoamation and concentration in the production process of carbon fibers, which are provided with a concentration tower, wherein the concentration tower comprises a cylinder body, an upper end enclosure and a lower end enclosure, the upper end enclosure is provided with a feeding pipe, the feeding pipe is connected with a blanking pipe, the blanking pipe is provided with a fixing flange, the fixing flange is provided with a spray port, the blanking pipe is provided with a material equalizing pipe, the cylinder body is also internally provided with an equalizing disc, a grid support is arranged below the equalizing disc, a filler is arranged below the grid support, a hump support is arranged below the filler, a steam cylinder is arranged below the hump support, the steam cylinder is connected with a reboiler, the cylinder body is connected with a vacuum system, and the bottom of the lower end enclosure is provided with a discharge port. The method solves the technical problems that the concentration of a polymerization liquid, monomers and bubbles in the polymerization liquid cannot be effectively controlled, the capacity is limited and gel is generated in equipment in the existing carbon fiber production. The invention can be widely applied to the production of carbon fiber.)
技术领域
本发明涉及一种碳纤维生产方法及其设备，特别是涉及一种碳纤维生产过程中脱单脱泡提浓的方法及其设备。
背景技术
在碳纤维生产过程中，聚合液后续处理尤为关键，尤其是脱单、脱泡以及浓度的控制，直接影响着原丝的成品率和质量。以往的设备不能有效解决聚合液浓度控制、单体是否脱净、气泡是否脱出、内部结胶等问题，严重影响聚合液的均匀性，导致后续生产的产品合格率较低甚至不合格，故浓缩塔在整个聚合液生产中有着至关重要的作用。
在碳纤维行业中通常采用单个筒体形式直接连接抽真空系统，或者简单的填料模式，不注重设备形式，无法控制聚合液的浓度，无法除净聚合液中的气泡，无法消除内部零部件上的结胶问题；由于设备及工艺问题的存在，导致产量较低，聚合液指标不稳定，使生产成本大幅增加，无法满足现代化生产需求。
发明内容
本发明针对现有碳纤维生产中不能有效控制聚合液的浓度、聚合液中的单体、气泡脱不净、产能受限、设备内产生凝胶的技术问题，提供一种可以方便控制聚合液的浓度、有效脱单脱泡、产能大幅增加、有效避免设备产生凝胶的碳纤维生产过程中脱单脱泡提浓的方法及其设备。
为此，本发明的技术方案是，一种碳纤维生产过程中脱单脱泡提浓的设备，设有浓缩塔，所述浓缩塔包括筒体、上封头、下封头，所述上封头位于所述筒体的上方，所述下封头位于所述筒体的下方，所述上封头上设有进料管，所述进料管上连接下料管，所述下料管上设有固定法兰，所述下料管通过固定法兰固定在所述上封头上，所述固定法兰上设有喷淋口，所述下料管上设有物料均分管，所述筒体内还设有均散盘，所述均散盘下方设有栅格支撑，所述栅格支撑下方设有填料，所述填料下方设有驼峰支撑，所述驼峰支撑之间有间隙，所述驼峰支撑下部设有蒸汽筒，所述蒸汽筒上连接再沸器，所述筒体上方连接真空系统，所述下封头底部设有出料口。
优选的，所述筒体上还设有上部人孔、下部人孔，所述下部人孔设在填料处的筒体上，所述下部人孔上设有堵板。
优选的，所述上封头上设有上部视镜，所述驼峰支撑下方的筒体上设有下部视镜，所述进料管上方设有检查口，所述下封头上设有温度计插口、取样口和备用口，所述温度计插口上设有热电阻温度计。
优选的，每个固定法兰上设有三个喷淋口，所述喷淋口与喷淋系统连接，所述喷淋系统上设有电磁阀，所述喷淋系统采用DCS控制电磁阀的开关。
优选的，所述物料均分管采用环形物料均分管，所述填料采用散堆填料。
一种碳纤维生产过程中脱单脱泡提浓的方法，具体步骤为：
(1)聚合液从进料管进入下料管，经过下料管上的环形物料均分管流入到均散盘上，使聚合液均匀分布，且聚合液在下降流淌过程中形成聚合液薄膜；
(2)喷淋系统间歇启动，通过喷淋口对浓缩塔内的聚合液进行对角喷淋，调整聚合液浓度，防止筒体内上部的零件结胶；
(3)通过均散盘后均匀分布的聚合液落在散堆填料上，在散堆填料上形成更薄的聚合液薄膜，使聚合液和气相充分接触，聚合液脱出大量的单体、气泡及溶剂；
(4)再沸器通过蒸汽筒向浓缩塔输送高温气态溶剂，提升浓缩塔内温度，使聚合液内的溶剂和单体气化，蒸发出来的气体被真空系统抽走；
(5)通过散堆填料后的聚合液，穿过驼峰支撑间的间隙，掉落至浓缩塔底部，在掉落过程中，脱出聚合液中剩余的单体、气泡和部分溶剂；
(6)聚合液从出料口流出，完成聚合液的脱单脱泡提浓。
优选的，所述喷淋系统采用DCS控制电磁阀，实现喷淋系统的间歇启动。
优选的，通过调整再沸器的溶剂供应量调整聚合液的浓度。
优选的，通过调整喷淋系统的溶剂供应量调整聚合液的浓度。
本发明有益效果是，
(1)通过设置喷淋口，通过喷淋系统对聚合液进行对角喷淋，可以有效稀释聚合液，调整聚合液浓度，并且可以放在筒体内零部件的结胶，实现连续生产，提高产量；
(2)通过聚合液的下落过程以及在散堆填料上的均布，容易使聚合液形成薄膜，增加聚合液与气相接触面积，有利于脱出聚合液中的单体、气泡以及溶剂；
(3)通过再沸器给薄膜形态的聚合液加热，可以进一步增加聚合液与气相的接触面积，并且更加均匀，使聚合液里面的单体和部分溶剂汽化，在真空系统的作用下，气态的单体和溶剂被抽出浓缩塔外，薄膜状态的聚合液里面的气泡也被脱去；
(4)本设备设有用于检修的上部人孔和下部人孔，在下部人孔处设有堵板，防止聚合液集结在下部人孔处，下部人孔的设置可以满足散堆填料的检修需求；上部视镜和下部视镜用于观察浓缩塔内聚合液流动情况和内部结构件的状态；
(5)本申请通过配置喷淋系统解决了浓缩塔内结构件的结胶问题，通过设置再沸器输入气态溶剂，给聚合液升温并且可以实现浓度的调整；通过设置真空系统将聚合液中汽化的气态物质和气泡抽走，进一步调整聚合液的浓度；结构简单，可以实现连续化生产，增大产量的同时，降低了生产成本。
附图说明
图1是本发明实施例的整体结构示意图。
图中符号说明：
1.上封头；2.固定法兰；3.环形物料均分管；4.进料管；5.检查口；6.下封头；7.下料管；8.喷淋口；9.上部视镜；10.真空系统连接口；11.筒体；12.散堆填料；13.驼峰支撑；14.蒸汽筒；15.再沸器连接口；16.温度计插口；17.取样口；18.出料口；19.备用口；20.下部视镜；21.下部人孔；22.堵板；23.栅格支撑；24.均散盘；25.上部人孔。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。
如图1所示，一种碳纤维生产过程中脱单脱泡提浓的设备，设有浓缩塔，浓缩塔包括筒体11、上封头1、下封头6，筒体11内还设有均散盘24，均散盘24通过下方的栅格支撑23固定在筒体11上，栅格支撑23下方设有散堆填料12，散堆填料12表面粗糙度在Ra≤0.4μm。散堆填料12下方设有驼峰支撑13，驼峰支撑13之间有间隙，驼峰支撑13下部设有蒸汽筒14，蒸汽筒14由粗的圆管加工而成，加工成半管形式，有利于蒸汽的整体扩散，蒸汽筒14距离驼峰支撑13下部距离1米。蒸汽筒14通过再沸器连接口15上连接再沸器，筒体11上方连接真空系统连接口10，真空系统连接口10上连接真空系统，下封头6底部设有出料口18。上封头1位于筒体11的上方，下封头6位于筒体11的下方，上封头1上设有进料管4，进料管4上连接下料管7，下料管7可分为6组或18组或42组等，根据产能可调整初始设计，均散盘24的数量与下料管7对应。下料管7上设有环形物料均分管3，环形物料均分管3向物料管线方向开口，下料管7上设有管道、固定法兰2、活套法兰，活套法兰连接在环形物料均分管3引出的管线上，主要为了在日常检维修时方便安装，下料管7通过固定法兰2固定在上封头1上，固定法兰2内部设有喷淋液流道槽，固定法兰2上设有喷淋口8，每个固定法兰2上设有三个喷淋口8，喷淋口8与喷淋系统连接，喷淋系统上设有电磁阀，喷淋系统采用DCS控制电磁阀的开关，实现喷淋系统的间歇启动。固定法兰2可拆卸，可以方便检修连接在固定法兰2下方的喷淋口8。下料管7采用套管结构，内外部全部抛光至镜面，物料均散盘24形状由半圆和梯形组成，半圆连接梯形的下底，水平安装在下料管7的正下方100mm，其梯形的上底指向筒体11的中轴线，每个物料均散盘24上有3处小挡板，防止物料均散盘24上的聚合液流淌不均匀。
筒体11上还设有上部人孔25、下部人孔21，下部人孔21设在填料处的筒体11上，下部人孔21上设有堵板22。上封头1上设有上部视镜9，驼峰支撑13下方的筒体11上设有下部视镜20，进料管4上方设有检查口5，下封头6上设有温度计插口16、取样口17和备用口19，温度计插口16上设有热电阻温度计。
浓缩塔内表面及零部件表面均抛光至镜面，可以减少聚合液粘连在零件表面上，在喷淋系统的喷淋作用下，可以实现一个生产周期内保持设备内表面不结胶。
喷淋系统内的溶剂带有稳定的压力，通过DCS控制每个电磁阀开关，控制喷嘴喷淋，在生产时，可根据塔内运行情况设置DCS电磁阀开启时间及时间间隔，靠近中心有6组喷淋，第二层有12组，第三层有24组，还可根据产能需求另行设计。
一种碳纤维生产过程中脱单脱泡提浓的方法，具体步骤为：
(1)聚合液从进料管4进入下料管7，经过下料管7上的环形物料均分管3流入到均散盘24上，使聚合液均匀分布，且聚合液在下降流淌过程中形成聚合液薄膜；
(2)喷淋系统间歇启动，通过喷淋口8对浓缩塔内的聚合液进行对角喷淋，调整聚合液浓度，防止筒体11内上部的结构件结胶；
(3)通过均散盘24后均匀分布的聚合液落在散堆填料12上，在散堆填料12上形成更薄的聚合液薄膜，使聚合液和气相充分接触，聚合液脱出大量的单体、气泡及溶剂；
(4)再沸器通过蒸汽筒14向浓缩塔输送高温气态溶剂，提升浓缩塔内温度，使聚合液内的溶剂和单体气化，蒸发出来的气体被真空系统抽走；
(5)通过散堆填料12后的聚合液，穿过驼峰支撑13间的间隙，流淌至浓缩塔底部，在流淌过程中，聚合液呈线性形状流淌，越接近下部，聚合液线柱越细，驼峰支撑13底部留有足够的距离，亦是为了脱出聚合液中剩余的单体、气泡和部分溶剂；
(6)聚合液从出料口18流出，完成聚合液的脱单脱泡提浓，可以通过调整再沸器中溶剂进料量、浓缩塔内真空度大小以及喷淋系统的喷淋量等操作，生产所需的聚合液。
喷淋系统可分为6组或18组或42组等，和下料管7的数量对应，在下料管7的固定法兰2正下方根部开喷淋口8，连接喷嘴。由喷嘴喷出的雾状溶剂喷淋到浓缩塔上部，雾状溶剂的作用是稀释聚合液。连接每个固定法兰2喷淋液的外部管线由软管和电磁球阀组成，每个电磁阀均连接到DCS，整个系统采用DCS间歇式控制，使喷淋到浓缩塔内的溶剂较少，且能起到较佳效果，减少浓缩塔内负荷和热量的消耗。
通过设置喷淋口8，通过喷淋系统对聚合液进行对角喷淋，可以有效稀释聚合液，调整聚合液浓度，并且可以放在筒体11内零部件的结胶，实现连续生产，提高产量；通过聚合液的下落过程以及在散堆填料12上的均布，容易使聚合液形成薄膜，增加聚合液与气相接触面积，有利于脱出聚合液中的单体、气泡以及溶剂；通过再沸器给薄膜形态的聚合液加热，可以进一步增加聚合液与气相的接触面积，并且更加均匀，使聚合液里面的单体和部分溶剂汽化，在真空系统的作用下，气态的单体和溶剂被抽出浓缩塔外，薄膜状态的聚合液里面的气泡也被脱去；本设备设有用于检修的上部人孔25和下部人孔21，在下部人孔21处设有堵板22，防止聚合液集结在下部人孔21处，下部人孔21的设置可以满足散堆填料12的检修需求；上部视镜9和下部视镜20用于观察浓缩塔内聚合液流动情况和内部结构件的状态；本申请通过配置喷淋系统解决了浓缩塔内结构件的结胶问题，通过设置再沸器输入气态溶剂，给聚合液升温并且可以实现浓度的调整；通过设置真空系统将聚合液中汽化的气态物质和气泡抽走，进一步调整聚合液的浓度；结构简单，可以实现连续化生产，增大产量的同时，降低了生产成本。
惟以上所述者，仅为本发明的具体实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，故其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修改，皆应仍属本发明权利要求书涵盖之范畴。