第三章 纺前准备设备

1、第三章第三章 纺前准备设备纺前准备设备 纺前准备的主要目的是按照工艺要纺前准备的主要目的是按照工艺要 求为纺丝工序提供求为纺丝工序提供合格的高聚物熔体或合格的高聚物熔体或 溶液溶液，不同的纺丝方法需要采用不同的，不同的纺丝方法需要采用不同的 纺前准备设备。纺前准备设备。 本章主要介绍熔融纺丝法中的本章主要介绍熔融纺丝法中的切片干切片干 燥燥设备，熔体输送过程中的设备，熔体输送过程中的静态混合器静态混合器 和过滤器和过滤器，以及溶液纺丝所采用的，以及溶液纺丝所采用的脱单脱单 体设备、脱泡设备和溶液混合设备体设备、脱泡设备和溶液混合设备。 2021-7-13 认识聚酯认识聚酯结构与性质结构与性质

2、聚酯合成聚酯合成纺丝原料纺丝原料 切片干燥切片干燥纺前准备纺前准备 2021-7-14 认识聚酯认识聚酯 聚酯吸音板 2021-7-15 聚酯纤维涤纶聚酯纤维涤纶 长丝长丝 短纤维短纤维 2021-7-16 PET纤维生产路线纤维生产路线 2021-7-17 聚酯切片干燥聚酯切片干燥 什么是切片？什么是切片？ 怎样得到切片？怎样得到切片？ 为什么要用切片？为什么要用切片？ 为什么要干燥？为什么要干燥？ 怎样进行干燥？怎样进行干燥？ PETPET熔体熔体挤出铸带挤出铸带水中急剧冷却水中急剧冷却 无定形无定形PETPET切片（软化点低）切片（软化点低） 2021-7-18 为什么要用切片？为什么要

3、用切片？ v切片纺丝 工艺稳定、灵活，易于控制 v直接纺丝 连续生产、效率高、能耗低 第一节第一节 切片干燥设备切片干燥设备 为什么要切片干燥？为什么要切片干燥？ 1、除去切片含水、除去切片含水 v湿切片含水湿切片含水0.40.40.50.5，干切片，干切片0.010.01。 v切片含水不良影响：纺丝温度下，切片含水不良影响：纺丝温度下，PETPET酯键水解酯键水解 水分汽化造成纺丝断头。水分汽化造成纺丝断头。 2、提高切片微量含水均匀性、提高切片微量含水均匀性 3、提高切片结晶度及软化点、提高切片结晶度及软化点 v较低温度下（较低温度下（70708080）就变软变粘，易在螺杆挤出机）就变软变

4、粘，易在螺杆挤出机 中中环结阻料。环结阻料。 2021-7-110 切片含水特征切片含水特征 自由含水是可被脱除的水分，而平衡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、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。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、提高的水蒸气分压。采用抽真空、空气脱湿、提高 温度等均可温度等均可降低水蒸气分压降低水蒸气分压。 切片中的水分通常分为切片中的水分通常分为表面吸附水表面吸附水和和内部结内部结 合水合水，前者存在于切片表面和孔隙

5、中，较易脱，前者存在于切片表面和孔隙中，较易脱 除，后者则以除，后者则以氢键氢键等方式与切片结合，较难脱等方式与切片结合，较难脱 除。当切片内部与表面存在水蒸气分压差除。当切片内部与表面存在水蒸气分压差P时，时， 内部结合水扩散到切片表面，进而蒸发，被干内部结合水扩散到切片表面，进而蒸发，被干 燥介质带出。燥介质带出。 因此因此水分的平衡既是切片内部与表面的平衡，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又是切片表面与干燥介质的平衡。前一个平衡。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。须有足够

6、的时间才能达到。 2021-7-112 切片干燥机理切片干燥机理 根据切片结构变化，干燥过程分根据切片结构变化，干燥过程分和和两两 个阶段个阶段（机理）（机理）： （快速，恒速）预结晶阶段：迅速脱除切片表面含（快速，恒速）预结晶阶段：迅速脱除切片表面含 水，热风与切片水，热风与切片并流并流，提高切片结晶度和软化点；，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，（慢速，降速）均化干燥阶段：脱除切片内部含水， 热风与切片热风与切片逆流逆流。 分阶段干燥分阶段干燥（原因）（原因）可以防止湿切片在高温下粘连，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

7、切片内部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，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达到平衡含水，并使切片微量含水均匀分布 干燥后切片干燥后切片含水率含水率达到工艺规定的范围；达到工艺规定的范围； 干燥后切片含水率和结晶度尽量一致均干燥后切片含水率和结晶度尽量一致均 匀；匀； 干燥过程中切片的干燥过程中切片的粘度下降要小粘度下降要小； 干燥过程中产生干燥过程中产生粉末粉末少，并去除干净；少，并去除干净； 干燥后的切片使用前干燥后的切片使用前避免再度吸湿避免再度吸湿； 干燥过程干燥过程能耗低能耗

8、低； 设备操作方便、运转安全、投资节省。设备操作方便、运转安全、投资节省。 对干燥设备的要求对干燥设备的要求 一、真空转鼓干燥机一、真空转鼓干燥机 转鼓部分转鼓部分 倾斜装置保证切片较好地倾斜装置保证切片较好地翻动翻动，以，以 使传热均匀，防止切片粘结和卸料方便。使传热均匀，防止切片粘结和卸料方便。 抽真空系统抽真空系统 包括真空泵及其附属装置，常用包括真空泵及其附属装置，常用机机 械真空泵械真空泵，也可用蒸汽喷射泵。采用机，也可用蒸汽喷射泵。采用机 械真空泵时，常采用械真空泵时，常采用泵组泵组，以获得较高，以获得较高 的真空度。的真空度。 加热系统加热系统 加热载体可采用加热载体可采用联苯联

9、苯混合物、混合物、38号号 气缸油、甘油、气缸油、甘油、饱和蒸汽和过饱和蒸汽饱和蒸汽和过饱和蒸汽 等。等。 真空转鼓干燥机的特征和使用范围真空转鼓干燥机的特征和使用范围 质量高，能用质量高，能用较低的温度较低的温度干燥切片，干干燥切片，干 燥过程中切片粘度下降小；燥过程中切片粘度下降小； 适合易氧化或适合易氧化或热敏性热敏性的高聚物；的高聚物； 干燥时间长、生产能力低、干燥时间长、生产能力低、不能连续化不能连续化 生产生产，一般用于小批量、多品种及一些，一般用于小批量、多品种及一些 特种纤维的生产。特种纤维的生产。 二、组合式干燥设备二、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

10、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。 排水 冷冻水出 冷冻水进 11 10 9 8 7 6 4 3 5 2 1 进料 KF式干燥设备 KF式（德国KARL FISCHER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.

11、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360min。 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

12、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、1000kgh。 第二节第二节 原液混合与脱泡设备原液混合与脱泡设备 v 溶液纺丝过程中，为了保证纺丝原液质量溶液纺丝过程中，为了保证纺丝原液质量 均一，一般要经过均一，一般要经过混合、过滤、脱泡混合、过滤、脱泡等工等工 序，以除去原液中的序，以除去原液中的不溶性微粒，机械杂不溶性微粒，机械杂 质及气泡质及气泡，才能顺利纺丝。，才能顺利纺丝。 1 46 AIBNTUD 溶剂及溶剂及 衣康酸衣康酸 丙烯腈丙烯腈 丙烯酸甲酯丙烯酸甲酯 异丙醇异丙醇 聚合物溶液聚合物溶液 混合槽混合槽 过滤器过滤器 流量计流量计 聚

13、合釜聚合釜 转化率控制器转化率控制器 冷却器冷却器 脱单体器脱单体器 脱泡器脱泡器 喷淋塔喷淋塔 过滤机过滤机 加热器加热器 加热器加热器 加热器加热器 一、脱单体、脱泡设备一、脱单体、脱泡设备 脱单体塔脱单体塔 原液由顶部总管流入，分配在五个原液由顶部总管流入，分配在五个 锥角为锥角为120的伞上，最上面的一的伞上，最上面的一 个伞只起挡板作用，防止单体脱除个伞只起挡板作用，防止单体脱除 时将溶液带出。在下面的四个伞上，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，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，未反应的单体在伞面上激烈蒸发， 由抽真空口排出、

14、并通往由抽真空口排出、并通往单体冷凝单体冷凝 器器，经经10的冷凝液喷淋冷凝后再的冷凝液喷淋冷凝后再 循环使用。脱单体塔外层有蒸气伴循环使用。脱单体塔外层有蒸气伴 管保温，以补偿单体挥发时损耗的管保温，以补偿单体挥发时损耗的 汽化潜热。汽化潜热。 目的目的：脱单体，防原液粘度变脱单体，防原液粘度变 化，化，影响成影响成品质量，恶化劳动品质量，恶化劳动 条件。条件。 v方式方式：在一定真空度下，使未在一定真空度下，使未 聚合的单体（多少与聚合工艺聚合的单体（多少与聚合工艺 有关）从溶液中闪蒸出来，残有关）从溶液中闪蒸出来，残 留的单体在脱泡时，再随气泡留的单体在脱泡时，再随气泡 一并抽出。一并抽

15、出。 v材质材质：Cr18Ni12Mo2Ti不锈钢不锈钢。 v过程过程：溶液溶液锥形套管锥形套管 伞面伞面蒸发蒸发单体混合液单体混合液 喷淋冷凝后回用喷淋冷凝后回用溶液泵送溶液泵送 下道工序。下道工序。 脱泡塔脱泡塔 由于脱泡塔排气量比较低，由于脱泡塔排气量比较低， 且溶液粘度较高，脱泡时溶且溶液粘度较高，脱泡时溶 液不易被气体带出，所以最液不易被气体带出，所以最 上层上层不设挡板伞面不设挡板伞面，其内四，其内四 层伞面均用于脱泡。伞面锥层伞面均用于脱泡。伞面锥 角为角为60，伞面倾斜度加大伞面倾斜度加大， 可使溶液在伞面上的行程增可使溶液在伞面上的行程增 加，以有加，以有利溶液流动和薄层利溶

16、液流动和薄层 的展开的展开，提高脱泡效果。真，提高脱泡效果。真 空度可达空度可达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、混合设备二、混合设备 混合设备有带外循环泵的混合设备有带外循环泵的卧式混合槽，装有搅拌装置卧式混合槽，装有搅拌装置 的立式罐及管道混合器的立式罐及管道混合器，混合槽应有较大的容积以容纳，混合槽应有较大的容积以容纳若若 干批或较长周期干批或较长周期内的物料，使之充分混合，以消除前面工内的物料，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，同时也起到序中各种因素变化造成在质量上的差异，同时也起到原液原液 “仓库仓库”

17、的作用。的作用。 由若干节混合器和两个管接头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，串联组成。外形为正方体，内部分为前后两段， 并被并被三块隔板分成四个导流口三块隔板分成四个导流口，前后导流口的方，前后导流口的方 位各转向位各转向90而相互垂直而相互垂直。安装时相邻两节混合。安装时相邻两节混合 器接口内的隔板需互相垂直，形成器接口内的隔板需互相垂直，形成16个小方口个小方口。 这样，原液在流经混合器时受到这样，原液在流经混合器时受到分流、转向分流、转向等作等作 用而被充分混合。用而被充分混合。 特点：设计精巧，构造简单，制造方 便，除循环泵循环泵消耗动力外，不需要

18、其他不需要其他 机械搅拌装置机械搅拌装置，是一种高效的混合器。 第三节第三节 熔体混合和过滤设备熔体混合和过滤设备 一、静态混合器一、静态混合器(匀温、匀料匀温、匀料） 高粘度的高聚物在管道中流动时，由于与管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 态等原因造成了态等原因造成了热量的分布不均热量的分布不均，对纺丝不利。，对纺丝不利。 此外，高聚物切片在纺丝时，往往要添加不此外，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同组成的高聚物或某些稳定剂、抗静电剂稳定剂、抗静电剂等多等多 种助剂，故对纺丝熔体提出

19、了更高的要求。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解决的办法：在熔体输送管道中设置 ：静态混合器是一种借助流体管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，而又度等）内进行流体的混合，而又无机械可无机械可 动部件动部件的流体管路结合件。的流体管路结合件。 静态混合器有对物料进行静态混合器有对物料进行分散混合分散混合和和混混 炼炼的作用。的作用。 这里的这里的分散与混合分散与混合作用指通过静态混作用指通过静态混 合器先把料流分成合器先把料流分成细流或薄层细流或薄层后又混合。后又混

20、合。 混炼是通过静态混合器不断改变物流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的流动状态，从而对料流产生一定的剪剪 切、塑化切、塑化作用。作用。 调节高分子化合物等的可塑性调节高分子化合物等的可塑性 能的过程，塑化常指增塑。能的过程，塑化常指增塑。 分散与混合分散与混合 有限 始于美国始于美国Kenics公司，故称公司，故称肯尼克斯肯尼克斯静态混合器。静态混合器。 （国产（国产JH型静态混合器属于此类型）。型静态混合器属于此类型）。 材质：金属，塑料材质：金属，塑料 ，玻璃，陶瓷等。，玻璃，陶瓷等。 工作过程：工作过程：分割，换位流动分割，换位流动（有翻动）（有翻动）

21、 螺旋片式混合器螺旋片式混合器 在物料从一个单元流向下一个单元时，形成在物料从一个单元流向下一个单元时，形成 交叉混合交叉混合，里外料层，里外料层相互翻动相互翻动。 由于物料流经静态混合器时被分割成许多小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，其中性能的不均匀性减小，其中径向温度差改变尤为径向温度差改变尤为 显著显著。 螺旋片式混合器螺旋片式混合器 v计算计算：料流分割层数：S=2n S料流流分割层数；

22、n螺旋片元件数。 v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）。 v工作过程工作过程：料流经过时，不断被分割、 转向（混炼）充分混合。 （美国查尔斯（美国查尔斯洛斯公司）洛斯公司） 端面切有向里凹的端面切有向里凹的120切口；切口； 每个端面的切口互成每个端面的切口互成90，切口底线互相垂，切口底线互相垂直；直； 为了元件间的互相支撑对接，每个元件出料端切为了元件间的互相支撑对接，每个元件出料端切 成成外凸外凸120的楔形的楔形。这样在每两个元件对接处形。这样在每两个元件对接处形 成一个成一个四面体形状的空间四面体形状的空间，物料流经后转向，

23、物料流经后转向90 ； 每个元件上钻每个元件上钻四个斜的通孔四个斜的通孔，均始于同一底线，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。道则引向外侧。 工作原理：工作原理： v“分割”料流进入时，首先被4个孔道分割； v“换位”每元件料流中心-外侧，外侧-中心， 内底线垂直； v“汇合”进入两元件之间时，四股又合在 一起 v“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。 3.3.斜纹板式斜纹板式 l混合元件是金属板或塑料板轧混合元件是金属板或塑料板轧 制成斜纹或人字纹形

24、状的波纹片制成斜纹或人字纹形状的波纹片 l使用时把波纹片组装成圆柱状使用时把波纹片组装成圆柱状 或其它形状，相邻的波纹片通道或其它形状，相邻的波纹片通道 方向相反。方向相反。 l圆柱状的混合元件装入管内时圆柱状的混合元件装入管内时 彼此呈彼此呈 90交叉。交叉。 v工作原理：工作原理：每元件板片前缘起切割作用，每元件板片前缘起切割作用， 相交通道会合点相交通道会合点“混合小池混合小池”， 料流料流 90转向时动压力起撕裂作转向时动压力起撕裂作 用，充分分流、混合。用，充分分流、混合。 v增强式（日本东丽）增强式（日本东丽） v工作原理：工作原理：圆柱体 中并列钻两个直形 通 孔 , 中 有 扭

25、 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、熔体预过滤器二、熔体预过滤器 预过滤：为了减低喷丝组件的过滤负荷，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。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过滤元件，一般将熔体输送过程的过滤器称 预过滤器。预过滤器。 双滑板式双滑板式双柱塞式双柱塞式 蜡烛型蜡烛型 熔体预过滤器结构熔体预过滤器结构 熔体进入筒体腔室后，穿过熔体