基于氨綸連續(xù)聚合工藝的紡絲廊道的創(chuàng)新改造

基于氨綸連續(xù)聚合工藝的紡絲廊道的創(chuàng)新改造

氨基苯魯酯的生產包括廣泛的類型，包括物理變化和反應。不僅有加熱過程，還有傳質過程。在氨綸生產(紡絲工藝采用干法紡絲)中,使用到的一次能源主要有天然氣、油劑;二次能源主要用到電力、燃煤、機油、蒸汽;耗能介質主要有水、壓縮空氣、氮氣等。在國家戰(zhàn)略性經濟結構調整、創(chuàng)建經濟節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的時代要求下,企業(yè)推進節(jié)能減排,降低能源消耗,技術創(chuàng)新改造已成為企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分。2012年5月,煙臺泰和新材料股份有限公司(原煙臺氨綸股份有限公司)的舒適氨綸項目一次調試成功投產。煙臺氨綸是中國第一家從事氨綸生產的高新技術企業(yè),其自主開發(fā)的舒適氨綸產品主要包括細旦、抗黃變、高回彈、高伸長率、高強度、均勻型等差別化氨綸,主要用于內衣、襪類、運動服等行業(yè)。舒適氨綸項目采用目前國內最先進的連續(xù)聚合、高速紡絲工藝,三條生產線全部投產后,產能將達到1萬t。該項目中的一些關鍵技術,如紡絲甬道加熱技術,就是在總結了前期工程加熱不均、溫度無法滿足工藝要求的缺陷后進行了創(chuàng)新改造。經改造后,有效地節(jié)能降耗,為企業(yè)提高了經濟效益。1巷道幾何尺寸國內氨綸發(fā)展至今,普遍采用的是干法紡絲技術,紡絲速度在400~900m/min。以往的間歇聚合反應,成本高、生產效率低,產品質量、品種較差。因此,降低成本、提高生產效率、提高紡絲速度、穩(wěn)定和提高氨綸絲產品質量,是各氨綸企業(yè)的重要任務。目前,國內氨綸紡絲甬道幾何尺寸相對較小;側吹風整流器、分布器較粗,結構不合理;采用蒸汽伴熱或者電加熱,熱風加熱溫度有限,伴熱不均勻,難以滿足800m/min以上的紡速。這種工藝條件下生產出的氨綸的各項物理指標較差,而且紡絲溶劑——二甲基乙酰胺(DMAc)又是易燃易爆物品,如果DMAc在甬道內的濃度達到爆炸極限,有可能發(fā)生爆炸的危險。2dmac在巷道生長和產氨過程中的作用舒適氨綸連續(xù)聚合工藝如圖1所示,主要以聚醚二醇(PTG)和二異氰酸酯(MDI)為原料,通過一定的比例在第一反應器中充分混合反應進入溶解機,然后在第二反應器中進行擴鏈反應,制成具有一定濃度和黏度的預聚原液,加入添加劑后,經一定的放置時間,制成符合工藝要求的紡絲原液。將紡絲原液用精密齒輪泵定量均勻地壓送至紡絲組件,從3孔的噴絲板中擠出形成細流進入240~250℃的紡絲甬道,甬道中的高溫使原液中的DMAc溶劑迅速揮發(fā),絲條濃度不斷提高至凝固,經假捻器加捻,卷繞機卷繞成粗細不等的氨綸絲。在紡絲甬道中,DMAc揮發(fā)不勻會引起絲條伸長回彈不良、斷裂、條干不勻;如果甬道進風風速太高、風量不均勻,則可能引起絲條的抖動和震蕩,這樣就會導致生頭時產生并絲的現(xiàn)象;如果甬道進風風速太低,聚合原液在甬道內的凝固時間必然會增加,DMAc不能及時揮發(fā),造成紡絲速度、紡出來的氨綸絲密度無法提高。紡絲甬道溫度的穩(wěn)定性、均勻性也在一定程度上影響DMAc的揮發(fā),對氨綸絲的各項質量指標起著決定性的作用?？梢?要想提高紡速和產品質量,紡絲甬道內部氣流是否穩(wěn)定、分配是否均勻,起著不可或缺的作用。在甬道中,DMAc溶劑揮發(fā)和氨綸紡絲原液凝固細化是同時進行的過程,絲條在其中具有不同的溫度,按其在上、中、下甬道中行進過程和溫度變化分類,主要包括三個不同的階段,如圖2所示。第一階段:當紡絲原液細流經過噴絲板孔以一定壓力擠出后,依靠紡絲原液的潛熱和熱風的傳熱,使原液表層的DMAc溶劑急劇揮發(fā)。DMAc的揮發(fā)使得絲條表面溫度快速下降,直到濕球溫度達到平衡為止。此時絲條內部的溫度高于絲條表面溫度,絲條內部的溶劑以很快的速度擴散,但是絲條內溶劑的濃度沿絲條徑向分布差異較小。第二階段:DMAc揮發(fā)吸收的熱量和熱風傳熱的熱量達到平衡,絲條保持濕球溫度。絲條內部也保持著相對低的溫度,DMAc擴散速度降低。DMAc在絲條中的徑向產生差異,在絲條內部的DMAc含量高于絲條外部的含量,絲條表面的溫度增高,纖維出現(xiàn)了皮芯結構,此時雖然絲條仍是圓形截面,卻在徑向發(fā)生了收縮現(xiàn)象。第三階段:DMAc在絲條內部的擴散速度變得更加緩慢,絲條內部的DMAc濃度在徑向產生更明顯的差異,絲條表面的溫度基本等于熱風的溫度,此時絲條僅固化卻不伸長。隨著DMAc的蒸發(fā),絲條的表層與內部截面產生某種程度上的不規(guī)則變化,殘留在絲條內部的DMAc在后處理中被去除。3紡絲工藝的改進連續(xù)聚合工藝的完善和改進,對紡絲甬道提出了更高的要求。煙臺泰和舒適氨綸項目采用了新型的紡絲甬道,由相互獨立的上、中、下甬道組合而成,主要由甬道腔體、進風室、回風室、進風管道、回風管道、沖孔板、濾網(wǎng)組成,甬道主體結構如圖3所示。相比傳統(tǒng)紡絲甬道,改造后的新型紡絲甬道長度增加了10%~30%,這樣有利于DMAc的充分揮發(fā)和回收;截面面積增加約20%~30%,這樣可讓紡絲原液與熱風平穩(wěn)、充分接觸,杜絕絲條在甬道內的黏連,最大限度地減少紡絲并絲現(xiàn)象發(fā)生;進、回風口面積增加約20%,有利于甬道內熱風保持穩(wěn)定的速度,減少絲條抖蕩。新型紡絲甬道主要的技術創(chuàng)新改進如下。(1)在氣流分配上,新型紡絲甬道內部設置了多層沖孔板和多層濾網(wǎng),使得氣流分配非常穩(wěn)定、均勻,氣流在整個分配面上的均勻度誤差在1%之內,對穩(wěn)定氣流的流動具有重要作用,大大地減少了氨綸的相互纏繞及并絲現(xiàn)象。同時,提高了氨綸的紡絲速度和質量,提高了生產效率。我們可以通過調整沖孔板的通孔率、數(shù)量、目數(shù)以及裝配的順序,來滿足不同的氨綸紡絲工藝。(2)甬道進、回風風量調節(jié)系統(tǒng),采用錐形過濾器過濾熱風中的雜質,利用手動控制蝶閥的開度來調節(jié)甬道風室的進、回風風量,可有效地改善紡絲間的生產環(huán)境,達到精確控制風量的目的。(3)進行加熱系統(tǒng)的更新改造:系統(tǒng)加熱器(第一加熱器)由以往的蒸汽加熱或電加熱改為導熱油伴管加熱;1個第一加熱器加熱36個紡絲位,每個紡絲位另有1個第二加熱器進行加熱,從而使溫度能迅速提升至240~250℃;紡絲甬道熱媒伴管采用更為緊湊與合理的布局特點,充分利用對流與逆流的現(xiàn)象,保證了甬道內的溫度均勻且恒定。(4)為了解決紡絲卷繞間異味過大、DMAc揮發(fā)不盡、液態(tài)溶劑會從下甬道出絲口溢出等問題,在下甬道增設了一個回風裝置,使DMAc溶劑全部揮發(fā),紡絲卷繞間異味得以減輕,并有利于DMAc的回收利用。(5)加大上甬道口處噴絲板間距,防止絲條在下落過程中相互接觸,減少并絲現(xiàn)象的發(fā)生。(6)紡絲甬道溫度監(jiān)測點增至4個,上甬道進、回風處各有1個,中甬道1個,下甬道1個,利用調節(jié)閥的開度調節(jié)熱媒導熱油的流量,從而實時準確地掌握各處的溫度狀態(tài),有利于對其進行監(jiān)測和控制,保證良好的紡絲狀態(tài)。(7)紡絲甬道加熱系統(tǒng)采用燃燒天然氣的鍋爐系統(tǒng)進行導熱油加熱,充分利用鍋爐燃燒后排放的煙氣余溫,對蒸汽進行預熱,達到了減排減放的目的,極大地降低了能源消耗。(8)上甬道上部安裝了密封性極佳的盤根,有效防止了內部熱流流失和DMAc泄露,一定程度上保證了溫度的穩(wěn)定,減少了資源浪費。(9)計算設計合理的紡絲甬道整流器間隙、格柵密度、導向角度,提升加工質量,達到理想整流效果。(10)控制分布器加工精度,準確控制熱風風速及熱風均勻性,保證差壓誤差小于±5%。(11)提高篩選過濾網(wǎng)的絲徑均勻性、篩分精度和網(wǎng)面平整度。(12)甬道伴管與甬道體加大接觸面以提高熱效率。(13)針對提高紡絲速度的要求,將進風口及回風口的直徑相應增大20%,保證送風量的充足并有足夠的調節(jié)余量。4氨綸絲的性能通過紡絲甬道的設備改造及紡絲工藝參數(shù)的優(yōu)化調整,使制得的氨綸絲無黏并,手感柔軟細膩,吸液速度快,吸水倍率高,力學性能指標達到了國際同類產品水平,吸水和吸鹽水性能指標達到國際領先水平。5土壤中熱風的防護科學合理地安裝及使用紡絲甬道,對于提高紡絲產品質量具有重要意義