新型纺丝甬道技术在氨纶生产中的应用

1、新型纺丝甬道技术在氨纶生产中的应用张之泰，韩 虎（烟台泰和新材料股份有限公司，山东 烟台 264000）氨纶生产涉及范围广，既有物理变化，又有化学反应；不仅有传热过程，而且存在着传质过程 1。在 氨纶生产 （纺丝工艺采用干法纺丝） 中，使用到的 一次能源主要有天然气、油剂；二次能源主要用到 电力、燃煤、机油、蒸汽；耗能介质主要有水、压 缩空气、氮气等 2。在国家战略性经济结构调整、 创建经济节约型、环境友好型社会的时代要求下， 企业推进节能减排，降低能源消耗，技术创新改造 已成为企业可持续发展的重要组成部分。2012 年 5 月，烟台泰和新材料股份有限公司（原烟台氨纶股份有限公司） 的舒适氨纶

2、项目一次 调试成功投产。烟台氨纶是中国第一家从事氨纶生 产的高新技术企业，其自主开发的舒适氨纶产品主 要包括细旦、抗黄变、高回弹、高伸长率、高强 度、均匀型等差别化氨纶，主要用于内衣、袜类、 运动服等行业。舒适氨纶项目采用目前国内最先进的连续聚 合、高速纺丝工艺，三条生产线全部投产后，产能 将达到 1 万 t。该项目中的一些关键技术，如纺丝 甬道加热技术，就是在总结了前期工程加热不均、温度无法满足工艺要求的缺陷后进行了创新改造。经改造后，有效地节能降耗，为企业提高了经济效 益。国内氨纶纺丝甬道技术的现状国内氨纶发展至今，普遍采用的是干法纺丝 技术，纺丝速度在 400900 m/min。以往的间

3、歇聚 合反应，成本高、生产效率低，产品质量、品种较 差。因此，降低成本、提高生产效率、提高纺丝速 度、稳定和提高氨纶丝产品质量，是各氨纶企业的 重要任务 3。目前，国内氨纶纺丝甬道几何尺寸相对较小； 侧吹风整流器、分布器较粗，结构不合理；采用蒸 汽伴热或者电加热，热风加热温度有限，伴热不均 匀，难以满足 800 m/min 以上的纺速 4。这种工艺 条件下生产出的氨纶的各项物理指标较差，而且纺 丝溶剂 二甲基乙酰胺 （dmac） 又是易燃易爆 物品，如果 dmac 在甬道内的浓度达到爆炸极限， 有可能发生爆炸的危险。1氨纶连续聚合工艺流程及在甬道2中的成形舒适氨纶连续聚合工艺如图 1 所示，主

4、要以聚收稿日期：2012-10-25 修回日期：2012-12-19作者简介：张之泰 （1986），男，中北大学设备及自动化类专业硕士研究生毕业，从事设备管理工作。摘 要：以烟台泰和新材料股份有限公司投资建造的舒适氨纶项目为背景，对其连续聚合工艺中采用的关键设备纺丝甬道进行技术研究和创新改造。研究了氨纶丝条在甬道中的变化过程，进行了新型 甬道的创新改造，分析了甬道的物理结构及加热保温回收系统对纺丝性能指标的影响，制定了甬道加热 系统的工艺参数和使用维护方案，以保证甬道能合理满足工艺要求。实践证明：在新型甬道中纺出来的 氨纶的力学性能指标达到了国际同类产品领先水平。关键词：氨纶；纺丝甬道；技术改

5、造中图分类号：tq342.76 文献标志码：b 文章编号：1001-7054 （2013） 01-0034-04图 1 连续聚合工艺流程图图 2 丝条温度在甬道中的变化2013, 42(1) 张之泰，韩 虎. 新型纺丝甬道技术在氨纶生产中的应用 35 醚二醇 （ptg） 和二异氰酸酯 （md）i为原料，通过一定的比例在第一反应器中充分混合反应进入溶 解机，然后在第二反应器中进行扩链反应，制成具 有一定浓度和黏度的预聚原液，加入添加剂后，经 一定的放置时间，制成符合工艺要求的纺丝原 液 5。将纺丝原液用精密齿轮泵定量均匀地压送至纺 丝组件，从 3 孔的喷丝板中挤出形成细流进入240250 的纺丝

6、甬道，甬道中的高温使原液中的 dmac 溶剂迅速挥发，丝条浓度不断提高至凝固， 经假捻器加捻，卷绕机卷绕成粗细不等的氨纶丝。到平衡为止。此时丝条内部的温度高于丝条表面温度，丝条内部的溶剂以很快的速度扩散，但是丝条 内溶剂的浓度沿丝条径向分布差异较小。第二阶段：dmac 挥发吸收的热量和热风传热 的热量达到平衡，丝条保持湿球温度。丝条内部也 保持着相对低的温度， dmac 扩 散 速 度 降 低 。 dmac 在丝条中的径向产生差异，在丝条内部的 dmac 含量高于丝条外部的含量，丝条表面的温度 增高，纤维出现了皮芯结构，此时虽然丝条仍是圆 形截面，却在径向发生了收缩现象。第三阶段：dmac 在

7、丝条内部的扩散速度变得 更加缓慢，丝条内部的 dmac 浓度在径向产生更明 显的差异，丝条表面的温度基本等于热风的温度， 此时丝条仅固化却不伸长。随着 dmac 的蒸发，丝 条的表层与内部截面产生某种程度上的不规则变化， 残留在丝条内部的 dmac 在后处理中被去除 7。在纺丝甬道中，dmac 挥发不匀会引起丝条伸长回弹不良、断裂、条干不匀；如果甬道进风风速 太高、风量不均匀，则可能引起丝条的抖动和震 荡，这样就会导致生头时产生并丝的现象；如果甬 道进风风速太低，聚合原液在甬道内的凝固时间必 然会增加，dmac 不能及时挥发，造成纺丝速度、 纺出来的氨纶丝密度无法提高。纺丝甬道温度的稳 定性、

8、均匀性也在一定程度上影响 dmac 的挥发， 对氨纶丝的各项质量指标起着决定性的作用。可 见，要想提高纺速和产品质量，纺丝甬道内部气流 是否稳定、分配是否均匀，起着不可或缺的作用。在甬道中，dmac 溶剂挥发和氨纶纺丝原液凝 固细化是同时进行的过程，丝条在其中具有不同的 温度，按其在上、中、下甬道中行进过程和温度变 化分类，主要包括三个不同的阶段 6 ，如图 2 所 示。第一阶段：当纺丝原液细流经过喷丝板孔以 一定压力挤出后，依靠纺丝原液的潜热和热风的传 热，使原液表层的 dmac 溶剂急剧挥发。dmac 的 挥发使得丝条表面温度快速下降，直到湿球温度达纺丝甬道技术改造连续聚合工艺的完善和改进

9、，对纺丝甬道提出 了更高的要求。烟台泰和舒适氨纶项目采用了新型 的纺丝甬道，由相互独立的上、中、下甬道组合而 成，主要由甬道腔体、进风室、回风室、进风管 道、回风管道、冲孔板、滤网组成，甬道主体结构 如图 3 所示。相比传统纺丝甬道，改造后的新型纺 丝甬道长度增加了 10 %30 % ，这样有利于 dmac 的充分挥发和回收；截面面积增加约 20 %30 %， 这样可让纺丝原液与热风平稳、充分接触，杜绝丝 条在甬道内的黏连，最大限度地减少纺丝并丝现象 发生；进、回风口面积增加约 20 %，有利于甬道 内热风保持稳定的速度，减少丝条抖荡。新型纺丝甬道主要的技术创新改进如下。3图 3 纺丝甬道主体

10、结构 36 合成纤维 synthetic fiber in china 2013 年第 42 卷第 1 期挥发，纺丝卷绕间异味得以减轻，并有利于 dmac的回收利用。（5） 加大上甬道口处喷丝板间距，防止丝条在 下落过程中相互接触，减少并丝现象的发生。（6） 纺丝甬道温度监测点增至 4 个，上甬道 进、回风处各有 1 个，中甬道 1 个，下甬道 1 个， 利用调节阀的开度调节热媒导热油的流量，从而实 时准确地掌握各处的温度状态，有利于对其进行监测和控制，保证良好的纺丝状态。(7) 纺丝甬道加热系统采用燃烧天然气的锅炉 系统进行导热油加热，充分利用锅炉燃烧后排放的 烟气余温，对蒸汽进行预热，达到

11、了减排减放的目 的，极大地降低了能源消耗。(8) 上甬道上部安装了密封性极佳的盘根，有 效防止了内部热流流失和 dmac 泄露，一定程度上 保证了温度的稳定，减少了资源浪费。（9） 计算设计合理的纺丝甬道整流器间隙、格 栅密度、导向角度，提升加工质量，达到理想整流 效果。（10） 控制分布器加工精度，准确控制热风风 速及热风均匀性，保证差压误差小于5 %。（11） 提高筛选过滤网的丝径均匀性、筛分精度和网面平整度。（12） 甬道伴管与甬道体加大接触面以提高热 效率。（13） 针对提高纺丝速度的要求，将进风口及 回风口的直径相应增大 20 %，保证送风量的充足 并有足够的调节余量。（1） 在气流

12、分配上，新型纺丝甬道内部设置了多层冲孔板和多层滤网，使得气流分配非常稳定、 均匀，气流在整个分配面上的均匀度误差在 1 %之 内，对稳定气流的流动具有重要作用，大大地减少 了氨纶的相互缠绕及并丝现象。同时，提高了氨纶 的纺丝速度和质量，提高了生产效率。我们可以通 过调整冲孔板的通孔率、数量、目数以及装配的顺 序，来满足不同的氨纶纺丝工艺。（2） 甬道进、回风风量调节系统，采用锥形过 滤器过滤热风中的杂质，利用手动控制蝶阀的开度 来调节甬道风室的进、回风风量，可有效地改善纺 丝间的生产环境，达到精确控制风量的目的。（3） 进行加热系统的更新改造：系统加热器（第一加热器） 由以往的蒸汽加热或电加热

13、改为导 热油伴管加热；1 个第一加热器加热 36 个纺丝位， 每个纺丝位另有 1 个第二加热器进行加热，从而使 温度能迅速提升至 240250 ；纺丝甬道热媒伴管采用更为紧凑与合理的布局特点，充分利用对流与逆流的现象，保证了甬道内的温度均匀且恒定。（4） 为了解决纺丝卷绕间异味过大、dmac 挥 发不尽、液态溶剂会从下甬道出丝口溢出等问题， 在下甬道增设了一个回风装置，使 dmac 溶剂全部甬道加热系统主要工艺参数 （见4表 1）通过纺丝甬道的设备改造及纺丝工艺参数的 优化调整，使制得的氨纶丝无黏并，手感柔软细 腻，吸液速度快，吸水倍率高，力学性能指标达到 了国际同类产品水平，吸水和吸盐水性能

14、指标达到 国际领先水平。纺丝甬道使用及维护科学合理地安装及使用纺丝甬道，对于提高 纺丝产品质量具有重要意义。为此，在安装及维护 过程中，还应该做到以下几方面：定期清理热风过52013, 42(1) 张之泰，韩 虎. 新型纺丝甬道技术在氨纶生产中的应用 37 表 1 甬道加热系统主要参数的温度和风量。参考文献1 顾超英. 当前与未来几年氨纶纤维上下游产需情况变化分析与预测j. 聚氨酯, 2012(2):76-81.2 刘安平. 氨纶蛛网丝的形成与丝的表面性能的关系 j. 合成纤维,2012, 41(3):40-42.3 李新立, 朱志平. 浅谈干法氨纶纺丝甬道j. 江苏纺织, 2005(7):3

15、1-33.4 杨中开,彭文娟,贾清秀,等. 解配位剂配比对 cacl2/pa6 干纺纤维结 构和性能的影响j. 合成纤维工业, 2012(2):1-4.5 吴路平, 曾健, 毛震波. 醋酸装置中甲醇吸收工艺的改进与优化j.精细化工原料及中间体, 2012(3):29-32.6 沈红娟. 一种凉爽轻薄型弹力牛仔面料的开发 j. 山东纺织科技,滤网，保证供应清洁的热风；甬道安装要保证其良好的垂直度和水平度；采用保温性能好的保温材 料，减少能量损失，提升保温效果；纺丝生头时注2012(1):11-13.7 李浩刚. 烟台氨纶建设舒适氨纶纤维工程j. 纺织服装周刊, 2010(12):29.8 郭建伟

16、, 陆伊伦. 超吸水纤维工业化试验装置中纺丝甬道的改造意保护过滤网，避免生头时损坏过滤网面8；及时清理纺丝甬道内壁及回风装置，确保热风循环畅通；根据纺丝速度、品种等的变化，合理调整热风application of new spinning chimney in comfortable spandex fiberzhang zhi-tai, han hu（yantai tayho advanced materials co. ltd., yantai 264000，shandong, china）abstract: taking yantai tayho advanced material co

17、 ltd invested and constructed comfortable spandex fiber project as the background, the technical research and innovative reform on the key equipmentspinning chimney used in continuous polymerization process are carried out. the change process of spandex filament in the spinning chimney is studied, i

18、nnovative reform of new chimney is made and effect of spin ning chimney structure and heat recovery system on spinning performance indexes is analyzed. the processparameters of chimney heating system and maintenance plan are worked out to ensure spinning chimney meeting process requirements. the practice has proved that the mechanical properties of spun spandex fiber has reached international level of similar products.key words: span