第三章纺前准备设备

第三章纺前准备设备

纺前准备的主要目的是按照工艺要求为纺丝工序提供合格的高聚物熔体或溶液，不同的纺丝方法需要采用不同的纺前准备设备。 本章主要介绍熔融纺丝法中的切片干燥设备，熔体输送过程中的静态混合器和过滤器，以及溶液纺丝所采用的脱单体设备、脱泡设备和溶液混合设备。2/6/20233认识聚酯——结构与性质聚酯合成——纺丝原料切片干燥——纺前准备2/6/20234认识聚酯聚酯吸音板2/6/20235聚酯纤维－涤纶长丝短纤维2/6/20236PET纤维生产路线

2/6/20237聚酯切片干燥什么是切片？怎样得到切片？为什么要用切片？为什么要干燥？怎样进行干燥？

PET熔体→挤出铸带→水中急剧冷却→无定形PET切片（软化点低）2/6/20238为什么要用切片？切片纺丝工艺稳定、灵活，易于控制直接纺丝连续生产、效率高、能耗低第一节切片干燥设备为什么要切片干燥？1、除去切片含水湿切片含水0.4％～0.5％，干切片<0.01％。切片含水不良影响：纺丝温度下，PET酯键水解水分汽化造成纺丝断头。2、提高切片微量含水均匀性3、提高切片结晶度及软化点较低温度下（70～80℃）就变软变粘，易在螺杆挤出机中环结阻料。2/6/202310切片含水特征自由含水是可被脱除的水分，而平衡含水则是与一定的干燥条件相平衡的、不能被完全脱除的水分。若要降低平衡含水量，必须降低平衡条件下的水蒸气分压。采用抽真空、空气脱湿、提高温度等均可降低水蒸气分压。切片中的水分通常分为表面吸附水和内部结合水，前者存在于切片表面和孔隙中，较易脱除，后者则以氢键等方式与切片结合，较难脱除。当切片内部与表面存在水蒸气分压差△P时，内部结合水扩散到切片表面，进而蒸发，被干燥介质带出。 因此水分的平衡既是切片内部与表面的平衡，又是切片表面与干燥介质的平衡。前一个平衡较为困难，关系到切片微量含水的均匀性，必须有足够的时间才能达到。2/6/202312切片干燥机理

根据切片结构变化，干燥过程分预结晶和均化干燥两个阶段（机理）：（快速，恒速）预结晶阶段：迅速脱除切片表面含水，热风与切片并流，提高切片结晶度和软化点；（慢速，降速）均化干燥阶段：脱除切片内部含水，热风与切片逆流。分阶段干燥（原因）可以防止湿切片在高温下粘连，避免因表面结晶大于切片内部结晶而阻碍切片内部水分向表面扩散，从而促进切片内部结合水的脱除，达到平衡含水，并使切片微量含水均匀分布⒈干燥后切片含水率达到工艺规定的范围；⒉干燥后切片含水率和结晶度尽量一致均匀；⒊干燥过程中切片的粘度下降要小；⒋干燥过程中产生粉末少，并去除干净；⒌干燥后的切片使用前避免再度吸湿；⒍干燥过程能耗低；⒎设备操作方便、运转安全、投资节省。对干燥设备的要求一、真空转鼓干燥机⒈转鼓部分倾斜装置保证切片较好地翻动，以使传热均匀，防止切片粘结和卸料方便。⒉抽真空系统包括真空泵及其附属装置，常用机械真空泵，也可用蒸汽喷射泵。采用机械真空泵时，常采用泵组，以获得较高的真空度。⒊加热系统加热载体可采用联苯混合物、38号气缸油、甘油、饱和蒸汽和过饱和蒸汽等。＊⒋真空转鼓干燥机的特征和使用范围⑴质量高，能用较低的温度干燥切片，干燥过程中切片粘度下降小；⑵适合易氧化或热敏性的高聚物；⑶干燥时间长、生产能力低、不能连续化生产，一般用于小批量、多品种及一些特种纤维的生产。二、组合式干燥设备有预结晶器、充填干燥器和热风循环系统三部分组成。切片首先经过预结晶器被除去大部分水分（主要是表面吸附水），并具有一定的结晶度，软化点提高，使切片在高温下不再发生粘连。然后进入充填干燥器，在干燥器内保证足够且均匀的停留时间，充分去除切片水分。由于组合式干燥机较好地运用了切片干燥的原理，因而具有连续干燥、效率高、干燥质量好且稳定等特点。

KF式干燥设备

KF式（德国KARLFISCHER公司）干燥设备为连续式气流干燥设备，由切片输送系统、充填干燥塔和热风循环系统组成.切片输送系统:主要包括大料仓、小料仓、旋风分离器和真空泵等组成。1.料仓2.干燥塔3.干空气加热器4.进风风机5.吸风风机6.旋风分离器7.热交换器8.脱湿器9.水分离器10.空气冷却器11.空气过滤器KF充填干燥塔1.进料管2.干空气进口3.干空气出口4.搅拌器5.预结晶器6.粒位管7.充填式干燥器8.出料口干燥塔分为上下两段，上段是预结晶器，下段是充填式干燥器。切片靠自重落至干燥塔的预结晶部分，停留3～60min。预结晶器和干燥器间有开孔的不锈钢倒锥形板分隔，开孔大小应小于切片尺寸，仅让热空气上升，切片则从中央落料管下落到干燥部分。在预结晶器顶部装有立式搅拌器，防止切片急剧受热发生粘结。切片输出量的调节可通过改变预结晶器出口落料管的长度来实现，产量有150、200、300、600、1000kg／h。第二节原液混合与脱泡设备溶液聚合方块流程图溶剂单体引发剂聚合水洗过滤干燥固体聚合物溶剂回收分离单体回收聚合物溶液生产流程：加热→真空脱单体→过滤→调配→聚合物溶液加热→真空脱单体脱溶剂→挤出→造粒→聚合物粒料

溶液纺丝过程中，为了保证纺丝原液质量均一，一般要经过混合、过滤、脱泡等工序，以除去原液中的不溶性微粒，机械杂质及气泡，才能顺利纺丝。聚丙烯腈均相聚合工艺流程图146AIBNTUD溶剂及衣康酸丙烯腈丙烯酸甲酯异丙醇聚合物溶液混合槽过滤器流量计聚合釜转化率控制器冷却器脱单体器脱泡器喷淋塔过滤机加热器加热器加热器配料---聚合---脱单体---原液准备一、脱单体、脱泡设备⒈脱单体塔

原液由顶部总管流入，分配在五个锥角为120°的伞上，最上面的一个伞只起挡板作用，防止单体脱除时将溶液带出。在下面的四个伞上，原液成薄膜状流下，增加表面积，未反应的单体在伞面上激烈蒸发，由抽真空口排出、并通往单体冷凝器，经10℃的冷凝液喷淋冷凝后再循环使用。脱单体塔外层有蒸气伴管保温，以补偿单体挥发时损耗的汽化潜热。

目的：脱单体，防原液粘度变化，影响成品质量，恶化劳动条件。方式：在一定真空度下，使未聚合的单体（多少与聚合工艺有关）从溶液中闪蒸出来，残留的单体在脱泡时，再随气泡一并抽出。材质：Cr18Ni12Mo2Ti不锈钢。过程：溶液——锥形套管——伞面——蒸发——单体混合液喷淋冷凝后回用——溶液泵送下道工序。⒉脱泡塔

由于脱泡塔排气量比较低，且溶液粘度较高，脱泡时溶液不易被气体带出，所以最上层不设挡板伞面，其内四层伞面均用于脱泡。伞面锥角为60°，伞面倾斜度加大，可使溶液在伞面上的行程增加，以有利溶液流动和薄层的展开，提高脱泡效果。真空度可达3000pa。四根同心进管，各对应一个伞面，管与伞面可调间隙，控制液层厚。二、混合设备混合设备有带外循环泵的卧式混合槽，装有搅拌装置的立式罐及管道混合器，混合槽应有较大的容积以容纳若干批或较长周期内的物料，使之充分混合，以消除前面工序中各种因素变化造成在质量上的差异，同时也起到原液“仓库”的作用。

管道混合器由若干节混合器和两个管接头串联组成。外形为正方体，内部分为前后两段，并被三块隔板分成四个导流口，前后导流口的方位各转向90°而相互垂直。安装时相邻两节混合器接口内的隔板需互相垂直，形成16个小方口。这样，原液在流经混合器时受到分流、转向等作用而被充分混合。

特点：设计精巧，构造简单，制造方便，除循环泵消耗动力外，不需要其他机械搅拌装置，是一种高效的混合器。第三节

熔体混合和过滤设备一、静态混合器(匀温、匀料） 高粘度的高聚物在管道中流动时，由于与管壁的摩擦，熔体内部的粘滞性，流动的层流状态等原因造成了热量的分布不均，对纺丝不利。 此外，高聚物切片在纺丝时，往往要添加不同组成的高聚物或某些稳定剂、抗静电剂等多种助剂，故对纺丝熔体提出了更高的要求。 解决的办法：在熔体输送管道中设置静态混合器。

＊定义：静态混合器是一种借助流体管路的不同结构，在很宽的范围（流速、粘度等）内进行流体的混合，而又无机械可动部件的流体管路结合件。 静态混合器有对物料进行分散混合和混炼的作用。

这里的分散与混合作用指通过静态混合器先把料流分成细流或薄层后又混合。 混炼是通过静态混合器不断改变物流的流动状态，从而对料流产生一定的剪切、塑化作用。

塑化—调节高分子化合物等的可塑性能的过程，塑化常指增塑。分散与混合有限

⒈螺旋片式 始于美国Kenics公司，故称肯尼克斯静态混合器。（国产JH型静态混合器属于此类型）。 材质：金属，塑料，玻璃，陶瓷等。 工作过程：分割，换位流动（有翻动）螺旋片式混合器 在物料从一个单元流向下一个单元时，形成交叉混合，里外料层相互翻动。 由于物料流经静态混合器时被分割成许多小物流，同时发生流向的改变以及各股料流间的混合作用，使物料中各组分温度、粘度和其他物理性能的不均匀性减小，其中径向温度差改变尤为显著。螺旋片式混合器计算：料流分割层数：S=2nS—料流流分割层数；

n—螺旋片元件数。料层厚度和管径关系：Sn=D/2n

式中：Sn—料层厚度（mm）；

D—静态混合器套管内径（mm）。工作过程：料流经过时，不断被分割、转向（混炼）充分混合。

⒉流道式（美国查尔斯—洛斯公司）⑴端面切有向里凹的120°切口；⑵每个端面的切口互成90°，切口底线互相垂直；⑶为了元件间的互相支撑对接，每个元件出料端切成外凸120°的楔形。这样在每两个元件对接处形成一个四面体形状的空间，物料流经后转向90°；⑷每个元件上钻四个斜的通孔，均始于同一底线，每个孔从一端外面斜通向中心。原位于中心的孔道则引向外侧。工作原理：“分割”料流进入时，首先被4个孔道分割；“换位”每元件料流中心-外侧，外侧-中心，内底线垂直；“汇合”进入两元件之间时，四股又合在一起“转向”在四面体形状空间内，受120°斜面影响，料流产生90°转向，而后又被下一元件4孔道重新分割。3.斜纹板式混合元件是金属板或塑料板轧制成斜纹或人字纹形状的波纹片使用时把波纹片组装成圆柱状或其它形状，相邻的波纹片通道方向相反。圆柱状的混合元件装入管内时彼此呈90°交叉。工作原理：每元件板片前缘起切割作用，相交通道会合点“混合小池”，料流90°转向时动压力起撕裂作用，充分分流、混合。增强式（日本东丽）

工作原理：圆柱体中并列钻两个直形通孔,中有扭转180°导向螺旋片（可并联、串联）通孔间设中间室，元件间交叉90°，完成分流—混合—分割.二、熔体预过滤器

预过滤：为了减低喷丝组件的过滤负荷，延长使用周期，减少因更换喷丝头而产生的废丝，进一步提高纺丝质量，往往在螺杆挤压机出口安装过滤器，对熔体进行预过滤。

＊预过滤器：为了区别于纺丝组件中的过滤元件，一般将熔体输送过程的过滤器称预过滤器。双滑板式双柱塞式蜡烛型⒈熔体预过滤器结构

熔体进入筒体腔室后，穿过烛形的过滤介质，由出口排出被过滤介质，阻留的杂质粒子大都附着在过滤介质表面。 采用多只圆筒形烛芯元件可增大过滤面积，通常用过滤元件表面积对过滤器腔室内熔体体积之比来衡量过滤器的结构性能。 在过滤器的前后各装一只 熔体压力表，其压力差反映了过滤器内杂质的沉积程度，并由此决定过滤器烛芯的更换周期。烛芯元件筒体过滤介质⒉过滤介质特性

常用的过滤介质有编织