中空纤维装置技术手册

1、中空纤维装置第一节 中空纤维装置的工艺组成及工艺原理中空纤维装置是一套公称生产能力为年产涤纶中空纤维7500吨（年开工333天）的切片纺短纤维生产线。工艺采用东华大学（原中国纺织大学）三维卷曲中空纤维专利技术；前纺设备由北京中丽化纤机械有限公司制造，后纺设备由郑州纺织机械厂制造，切片输送干燥系统、空调系统、打包机则分别由郑州中原干燥设备工程有限公司、南京金陵空调设备总公司、上海安祥机电成套设备有限公司生产；整套装置由中国纺织工业设计院设计。装置中由于同时具有紧张热定型机、松弛热定型机及色母粒添加等设备，因此既可以生产中空纤维又可生产差别化涤纶短纤维。2003年，又对纺丝系统、蒸汽系统及工艺空调

2、加湿系统进行了改造（其中纺丝系统改为上海二纺机设备），并增加了色母粒干燥设备，使得生产线真正实现了柔性化。1、工艺组成装置采用切片纺生产工艺，可分为前纺和后纺两部分。前纺部分：聚酯切片经振动筛选，通过脉冲输送系统输送至湿切片料仓，然后经回转阀进入予结晶、干燥装置；经过结晶、干燥处理后的干切片进入螺杆挤压机，经挤压熔融而成为熔体；熔体再通过熔体过滤器、熔体输送管道并经计量泵计量后进入纺丝组件；从喷丝板喷出的熔体，经过环吹风冷却成形为丝束；丝束经油轮上油后，通过七辊牵引机、五辊牵引机和喂入轮落入盛丝桶。后纺部分：盛丝桶中的原丝在经过一定的时间平衡之后，按一定的桶数进行集束；集束后的原丝经导丝机、第

3、一牵伸机、第二牵伸机、蒸汽加热箱、第三牵伸机进行一步或两步牵伸；牵伸后的丝束经紧张定型机、叠丝机及蒸汽予热箱后进入卷曲机中卷曲；再经冷却输送带、曳引张力机进入切断机中切断成短纤维；短纤维在松弛热定型机中处理后，落入打包机中打包为成品。生产工艺有如下主要特点：（1）、湿切片输送采用密相脉冲气流输送；（2）、干燥工艺采用沸腾床连续予结晶加柱塞充填式干燥。干燥能力为1200kg/h，干切片含水率可在3050ppm之间调节；（3）、纺丝采用两台150螺杆挤压机，切换式熔体过滤器，低压、低阻尼开放式环吹气和气相热媒循环系统。纺丝机为两个箱体、12个位，每个位能与不同的组件、环吹筒相配以满足生产不同品种的

4、需要；（4）、卷绕为油轮双面上油的高速卷绕机；（5）、后牵伸同时具备高速水浴一段热牵伸或一水一汽两段热牵伸的条件；紧张定型机、松驰热定型机为生产差别化短纤维和中空纤维提供条件。生产线具有流程短、工艺控制灵活、转换品种方便等特点。 主产品为6.67dtex单孔中空纤维（有硅、无硅）、8.33dtex四孔中空纤维和1.56 dtex普通棉型纤维三种，切断长度分别为64mm和38mm。采用改变工艺参数、更换喷丝板、添加色母粒等措施可以生产多种差别化纤维。色母粒干燥系统色母粒添加系统生产工艺流程方框图如下 螺杆挤压熔融切片结晶、干燥pet切片脉冲输送原料pet吨袋切片上油甬道环吹风纺丝组件计量过滤集束

5、架盛丝桶喂入轮五辊牵引机七辊牵引机导丝辊紧张热定型第三牵伸机第二牵伸机第一牵伸机浸油槽打包机松弛热定型切断机曳引张力机卷曲机叠丝机生产工艺流程方框图2、工艺原理（1）熔体纺丝过程的物态变化 结晶、干燥后的聚酯切片通过螺杆挤压、熔融而成熔体，在纺丝压力下经圆中孔或“c”型中空等异形孔挤出，在一定条件下冷却凝固形成非对称结构的纤维。纺丝过程中根据物态变化，可划分为5个区：入口区、孔流区、膨化区、形变区和稳定区。当290左右的熔体从喷丝板喷出，受到1925环吹空气强制对流传热，粘流态熔体细流的轴向速度不断加大，直径变细，温度下降，聚合物大分子不断改变其聚集状态，使熔体细流逐渐凝固成低预取向的初生纤维

6、。这种纤维是非晶态的；在生产中空纤维时，纤维的大分子是非对称的。（2）原丝存放中的微细结构变化， 原丝微细结构是过冷的非晶相，属非平衡态的亚稳体系，相转变的速度很小，由于大分子链的应力松驰，表征光学各向异性的双折射率逐渐降低，大约8小时左右达到恒定。（3）后加工机理 原丝微细结构取向度、结晶度都低，经过后加工牵伸，使高聚物内无序态的大分子链伸展并沿纤维轴向取向，大分子链间作用力增强，同时通过牵伸和松驰热定型作用，增强原丝内部的应力差，扩大潜在卷曲势能显现出来，使纤维形成螺旋形结构的三维卷曲。3、原料、产品质量指标（1）聚酯切片质量指标见下表项目单位工艺值备注特性：半消光聚酯切片特性粘度dl/g

7、.5±0.02端羧基含量mol/t33熔点259二甘醇%14二氧化钛含量%m±0。0610um凝集粒子个/毫克5。010um二氧化钛凝聚粒子个/毫克2。0黄色指数-12灰份%0。1铁含量ppm5（2）产品质量指标见下表 三维卷曲中空涤纶短纤维的质量指标序号项 目质 量 指 标三维卷曲中空(单孔)涤纶短纤维无硅絮棉型无硅充填型有硅絮棉型有硅充填型优等品一等品合格品优等品一等品合格品合格品合格品1线密度偏差率， %±14±16±18±14±16±18±162长度偏差率， %±8±10

8、77;8±103卷曲数， 个/25mm10.0±4.010.0±6.010.0±4.010.0±5.010.0±5.04卷曲率， %22.0±4.022.0±6.020.0±6.022.0±4.022.0±5.020.0±6.022.0±7.05中空度， %201817201817206膨松度v1， cm3/g1501401301401301101351307膨松度v2， cm3/g404035403530308倍长纤维含量，g/100g40509040506010

9、09含油率， %0.160.120.160.120.3010卷曲弹性率， %积累数据11回潮率， %12断裂强度， cn/dtex13断裂伸长， %14卷曲回复率， %注： （1）名义线密度和名义长度可根据用户要求确定。一旦确定不得任意变更。（2）线密度偏差率和长度偏差率分别以名义线密度和名义长度为计算依据。（3）中空率原丝和成品丝选择一项考核。 切片纺涤纶短纤维质量指标序号考 核 项 目质 量 指 标优等品一等品合格品1断裂强度， cn/dtex5.255.004.82断裂伸长率， %26±4.026±5.026±8.03线密度偏差率， %±3.0&#

10、177;4.0±8.04长度偏差率， %±3.0±6.0±10.05超长纤维率， %0.51.03.06倍长纤维含量， mg/100g2.06.0307疵点含量， mg/100g2.08.040.08卷曲数， 个/25mmm1±2.5m1±3.5m1±3.59卷曲率， %m2±2.5m2±3.5m2±3.510180干热收缩率， %5±2.05±3.05±3.011比电阻， cmn×108n×109n×1091210%定伸长强度， cn

11、/dtex2.652.02.013断裂强度变异系数， %10.015.015.014含油率， %0.12±0.03供需商定供需商定15回潮率， %0.60.60.8注： 线密度偏差率以名义线密度为计算依据。 长度偏差率以名义长度为计算依据。 断裂伸长率中心值因原料变化或应用户要求可作适当调整。 m1、m2供需双方协商确定，确定后不得任意变更。 n大于等于1.0小于10.0。 公定回潮率为0.4%。 第二节 切片的预处理过程与控制由于切片内含有不规则的切片、粉尘、包装袋碎片等杂物，因此在将湿切片送入料仓之前必须进行筛选。湿切片经加料斗进入振动筛后，在振动电机的振动下，物料得以筛选，分离

12、出的过大切片、合格切片、过小切片、分别送到前面的三个出料口，过大切片、过小切片作为废料搜集，合格切片借自重进入供料仓，在脉冲输送系统pc机的控制下，用压缩空气周期性输送到湿切片料仓。切片的预结晶是在“沸腾床”上连续进行的。湿切片通过回转阀进入预结晶器，热风从沸腾床下部吹出，通过一个筛孔板进入切片层。床面下部热风通道被分割成左右两个通道，在脉动机的作用下，热风从左右两个通道交替吹向切片，从而使切片呈沸腾状态，这样既烘干了切片的表面水分，又由于热风的搅拌作用使切片不会粘结。经过结晶的切片落入干燥塔内继续干燥以达到最小的含水率。干燥塔是一个圆柱形充填塔，切片自上而下在塔内呈柱塞状流动，与从塔下部进入

13、的自下而上的干燥热风相向而行，在一定的温度和时间的作用下，切片内部的分子结合水排出。根据切片用料量的大小，通过选择干燥塔的50、75和100料位来控制切片的干燥时间。主要工艺指标如下表原则流程图如下图 切片加料斗脉冲输送器切片中间料仓振动筛湿切片料仓 切片 电 电 风 风 切片 切片 切片 切片 预结晶器噪 噪 粉切螺杆挤压机干燥塔 声 声 层 片 排 排 排 切片 切片 放 放 放 风电加热器 至纺丝 风除湿机 风切片输送干燥系统第三节 前纺的生产过程与控制1、螺杆挤压熔融纺丝经干燥后的切片，进入螺杆挤压机。螺杆挤压机采用分段加热和独立的控制系统，进料口采用水冷却，防止切片粘结。切片在螺杆挤

14、压机中挤压熔融成约290的熔体进入熔体过滤器。熔体过滤器每系列两台，交替使用；随使用时间的增加，过滤器的进出口压差增大，当达5mpa时进行切换。滤过杂质的熔体经静态混合器被均匀地送到纺丝机。挤压机的转速由熔体过滤器出口处的熔体压力传感器控制。纺丝线上有2个纺丝箱体，一个纺丝箱体有6个纺丝位。纺丝箱体内熔体管道采用幅射式分配，熔体经针形阀、计量泵gp（70cc/转）进入纺丝组件，最后熔体从喷丝板细孔中挤出以环吹风冷却成形。单个箱体两头纺丝位的计量泵出口处有压力检出指示，压力上升到规定值时更换纺丝组件。计量泵电机以变频器控制，通过改变变频器的频率来控制计量泵的转速。纺丝系统中的挤出头、熔体管道和纺

15、丝箱体的加热与保温系统，由热媒炉集中供热，经过特殊设计的热媒蒸汽循环系统，保证系统内各点温度均匀一致。2、卷绕工序从纺丝机纺出的丝条经卷绕机的上、下油轮双面上油，又经废丝吸口、丝条切断器、鼓型辊、直型自由辊导向，将12位的丝条合成一股，通过牵引机的七辊牵引机、五辊牵引机、送入喂入轮。七辊牵引速度即为纺丝速度，设计最高生产速度1350 米/分，喂入轮可分别使用内外两个丝道以提高使用寿命。七辊牵引、五辊牵引和喂入轮的电机分别用变频器控制，调节各变频器的频率可以相应调整它们的转速，喂入轮与牵引辊的速度比为11.09：1，以保持丝束的牵引张力。上下油轮油剂是由油剂供给槽通过油剂循环泵不断输送的。在卷绕

16、机的油轮前和自由导向辊、牵引辊处设有光电缠辊报警装置，喂入轮处设有微动开关。当一个纺丝位上的丝条发生断头时，丝条切断器和空气式吸引器只切断和吸引该纺丝位的丝条。当牵引辊、喂入轮发生缠辊时，所有12个纺丝位丝条全部被切断和吸引。丝束采用移动式空气吸丝枪进行生头操作的。3、往复装置丝桶往复装置以设定速度横向和纵向运行，将自喂入轮落下的原丝均匀地铺入盛丝桶中。丝束满桶出桶、空桶与满桶间丝束剪断和空桶送入均由一个小型计算机和逻辑电子元件按丝束定长设定和定时设定参数自动控制，在主控室可以设定满桶时间。装满的盛丝桶由叉车运送至集束架。4、主要工艺指标前纺的主要工艺控制参数见下表（1.56dtex*38mm

17、生产方案）序号控制点控制值1滤后压力8.0mpa2热媒温度280-2903螺杆1#280-28542-5#280-28856#280-2866计量泵频率7七辊机1150m/min8五辊机1152m/min9喂入轮1253m/min10上油轮45转/分11落桶时间60min12主风道风压1000pa13环吹风温度2114环吹风湿度85%前纺工艺流程见下图螺杆挤压机 来自切片输送干燥工序 噪音 熔体 除 油 熔体过滤器 电加热 循环冷却水 盐 剂 污油水 水 冷凝水至热力回水间油剂调配间 电加热 熔体 计量泵 传热 油剂 油剂高位槽 熔体 热辐射 组件预热炉热媒炉纺丝组件 电 熔体 油剂 卷绕机纺

18、丝机 热媒 传热 电加热 原丝 热媒泄漏 风 电 热辐射 噪音 原丝 污油水 工艺空调热力站蒸汽 喂入轮 原丝 噪音 润滑油泄漏 丝桶往复来自系统管网 外界新鲜风 噪音 润滑油泄漏 至后纺工序 前纺工艺流程第四节 后纺的生产过程与控制1、后纺的生产过程(1)集束、牵伸和卷曲工序按规定的桶数，将未牵伸丝束分别引往集束装置，通过上导丝架、下导丝架进行集束和丝束张力调整。生产线集束装置配备了二个互为备用的集束架，上导丝架也设有二个可移动的眼睛导丝架，当一批丝牵伸完毕后进行切换。在集束架和上导丝架上，分别设有乱丝、张力异常检测和尾丝光电报警系统。从下导丝架引出的丝束，经导丝机进入油剂浴槽（cb槽）浸油

19、，在此丝束被调整成三束均匀的丝片，每片宽度约200mm。丝束经浸油后，接着进入第一牵伸机（df1），然后通过牵伸浴槽（db槽）进入第二牵伸机（df2）、蒸气加热箱（hbx）和第三次牵伸机（df3）。根据产品的不同，丝束可以只在第一牵伸机和第二牵伸机间进行水浴牵伸（一段牵伸）；也可以既在第一牵伸机和第二牵伸机间进行水浴牵伸，同时又在第二牵伸机和第三牵伸机间进行蒸汽牵伸（二段牵伸）。牵伸后的丝束，接着进入紧张热定型机（hr）和叠丝机（ta）。在紧张热定型机上，视产品的不同，丝束可在张力作用下进行或不进行热处理；而在叠丝机上则设置有二只上油辊，可以给三片丝束均匀地进行双面上油（第二油剂）。上油后的丝

20、束，在叠丝机上通过可以改变角度的罗拉将三片丝束叠合成一片（宽约210230 mm）。叠合后的丝束，通过蒸汽预热箱（sbx），进入卷曲机（cp），在此赋予纤维卷曲性能（三维卷曲中空纤维在牵伸后即具有卷曲性能，此时，卷曲机主要起提供张力和释放张力的作用）。卷曲机的卷曲轮为¢300*200mm，内通除盐水。从卷曲机出来的卷曲丝束温度约为100左右，被送至冷却输送带（toc），通过空气强制透过丝束冷却至玻璃化温度以下，以保持丝束的卷曲度不受损失。牵伸和卷曲设备均采用变频控制，根据产品性能的需要，可以方便地进行牵伸速度、牵伸比的调整。(2)切断、松驰、打包工序从冷却输送带出来的丝束，通过第一丝

21、结检测器、张力架后被拉上三楼，在三楼经第二丝结检测器、喷油水机、张力调节机，随后进入压切式切断机（cu）。丝束卷绕在切断盘上，在压辊和刀刃的共同作用压切成一定长度的纤维。两个丝结检测器用于控制切断机速度，第一丝结检测器遇有丝结，带动限位开关动作，使切断机低速运转，为处理丝结作准备。第二丝结检测器遇有丝结，切断机停机，进行丝结处理。切断机下有换向档板，正常纤维落入松驰热定型机的链板上，进行松弛状态下的热处理；废丝落入废丝包。松驰热定型机有10个加热区和2个冷却区。生产中空纤维或表面硅化处理的差别化纤维时，19kgf/cm2的蒸汽经加热盘管，对通过松驰热定型各个区的风进行加热，热风强制穿透链板上的

22、纤维而使纤维在松弛状态下热定型。在冷却区，纤维被冷却至常温，并随着链板的移动，在松弛热定型机出口处落入打包机储料斗内。经4次自动计量装置计量和预压后，打包箱旋转1800，由油压泵通过主压缩缸对纤维进行主压下的压实。压实后的纤维由操作工手工穿带捆包。成品纤维的包重均为200或250kg。2、后纺工艺流程图后纺工艺流程见下图 热 力 站蒸 汽 来自系统管网 变电所 电 除盐水 除盐水 除盐水 风 油剂 油剂 油剂 油剂 风 打包机松弛定型机切断机冷却输送带卷曲机预热箱叠丝机紧张定型机第三牵伸机加热箱第二牵伸机第一牵伸机牵伸浴槽集束架导丝机浸油槽 噪音 污水 噪音 污水 噪音 热辐射 噪音 噪音 污

23、水 热辐射 污水 噪音 噪音 噪音 噪音 风 润滑油漏 热 力回 水 3、后纺主要工艺指标后纺主要工艺指标见下表项 目单 位控制值牵伸倍率3.44.0牵伸速度m/min240300牵伸浴槽温度6065牵伸浴槽浓度%0.40.8轧液辊压力mpa0.20.4自紧压辊压力mpa0.30.5加热箱温度120130三牵蒸汽压力mpa1.21.8紧张热定型压力mpa0.61.0叠丝上油浓度%4.06.0卷曲机主压mpa0.20.5卷曲机背压mpa0.20.5切断压辊压力mpa0.40.6成品包重kg250松弛定型机链板速度hz1824第五节 中空纤维装置的辅助设施-产品的收储1、公称能力中空纤维车间总运输

24、量为16491吨/年，现有成品库可容纳产品约350吨。2、操作要点（1）、 库房是储存物资的重地，未经车间领导同意非工作人员一律不准进入库房看货或查帐。（2）、物质出库必须严格按规定执行，无正式合法手续不得出库。（3）、出库物质要按照“先进先出”的原则，即出库物质应按照入库时间的先后顺序，防止物质变质，确保库存物质的质量。（4）、库管员要坚持“班前班后检查制度”，对于入库物质及时上帐，出库物质及时下帐，做到日结日清，做到库存物质、台帐、生产报表一致。（5）、化纤供销公司将装车提货单送至库房后，库管员要对照提货单和装车单的目的地、批号、规格、品种、件数等是否一致。经确认无误后，通知通达公司机运分

25、公司叉车班准备装车。（6）、成品包在装车时，库管员必须在现场逐包核对批号、规格、品种等，若成品包是非定重包，库管员要逐一抄录规格、批号、生产日期、班次、重量等。（7）、装车完毕，库管员应及时清点车上的件数。在回单上注明产品的规格、批号、件数、重量及目的地，并签写保管员的姓名，送返化纤供销公司。第六节 中空纤维装置的辅助系统1、环吹空调供纺丝环吹筒的冷却空气，由环吹空调按工艺要求进行调温和调湿。被鼓风机吸入的外部空气和回风，经粗过滤和预热器后进均流板整流至水喷雾室，水喷雾室采用专用冷冻水或蒸汽调节设定水温，水由泵送循环使用，经水喷雾室的空气湿度提高再由水分离器除去过量水份，而后被鼓风机吸入经鼓风

26、机出口精过滤室，出精过滤室空气进入主风道，主风道的末端设有风道压力控制阀，每个支风道设有风量调节系统，空气由主风道进各纺丝位支风道。2、热媒系统(1) 中空纤维装置共有一台热媒锅炉，主要用于给纺丝箱体和熔体管路保温，生产中热媒以蒸汽形式进入纺丝箱体和熔体管路，冷凝后的液体靠重力回到热媒炉，这样汽-液-汽不断循环，就保证了箱体和熔体管路的温度恒定，通过调控汽相温度即可实现对生产的控制。(2)操作要点：联锁控制a热媒炉加热系统由基本加热、辅助加热、调节加热三组加热组成。b当热媒炉的电加热棒温度过高时，过热保护装置就将加热炉中的全部电加热棒的电源切断，并报警。c热媒炉的安全阀起跳压力为0. 3mpa

27、，防爆膜的破裂压力为0.23mpa。排气一般纺丝箱体的温度为280-295，对应的压力为0.07-0.12mpa（表压），正常生产中要注意热媒的温度和压力对应关系，如压力高于温度对应的饱和蒸汽压，一般是由于系统中有低沸点物质所至，必须及时排气，否则就会供热不足，引起纺丝箱体温度降低。补充热媒当热媒炉的液位接近最低液位时，就要补充添加热媒，添加热媒时要注意两点：a因正常生产过程中，热媒系统的压力大于1个大气压，故添加之前要向添加槽中充氮气，使添加槽的压力大于气相热媒系统的压力，以防热媒炉中的热媒倒流至添加槽中，造成事故。b为了减小温度波动，添加时要一点一点加，控制好添加速度。3、油剂第一油剂经加

28、料泵送入第一油剂调配槽，经第一油剂匀化机调配，再由第一油剂匀化机送至第一油剂混合泵与除盐水混合，并经静态混合器送入第一油剂贮槽，由第一油剂输送泵送至纺丝油剂高位槽，然后油剂靠重力流至各使用点。第二油剂由人工投料，将油剂加入第二油剂加料槽，与第二油剂调配槽下来的加热的除盐水混合、稀释，再由第二油剂匀化机送至第二油剂调配槽，匀化后，由第二油剂匀化机送至第二油剂混合泵与除盐水混合，并经静态混合器送入第二油剂贮槽，再由第二油剂输送泵送到后加工油剂高位槽，最后靠重力送至各使用点。仿羽绒型中空纤维在特殊油剂调配槽中调配，然后分别送入叠丝机与喷油水机旁的油剂供给槽内，再由油剂供给泵给丝束上油。纺丝油剂的牌号

29、为ps-8301，（有效成份80% ，调配浓度0.4±0.03%）,调配量：3000kg/次, 每天3次。牵伸油剂的牌号为e-612/e-647混合油剂，（e-612有效成份100% ，e-647有效成份40%），两种混合物配比 e-612/e-6473：7。调配浓度5±0.3%；调配量：300kg/次, 每天一批。操作要点：(1)、调配前将原油在45-60充分预热并搅拌均匀。(2)、在第一油剂调配槽中放入2985升（现场液位计高度为1.4m左右）的软水，开启搅拌器，加热到60；(3)、将原油慢慢注入调配槽，继续搅拌1.5小时；(4)、送入油剂高位槽中待用期间，要不断搅拌，

30、以防分层。第七节 中空纤维装置的主要工艺设备一、螺杆挤压机（jksia-150*25）1、 概述 中丽公司设计制造的jksia-150×25型螺杆挤压机采用卧式减速箱，减速箱采用硬齿面磨齿齿轮传动，精度高，噪音小，使用寿命长，螺杆采用了ltm混合头元件，有助于高熔体的均匀件，并可根据具体情况配用不同形式的螺杆以满足不同物料的要求。2、jk81a-150×25型挤出机的基本技术参数螺杆直径：150mm长径比（l/d）：25驱动电机型号：交流变频调速电机y215s-4电机功率：1450rpm加热功率：81kw加热区域：6区工作转速：20-55rpm最大机头压力：20mpa最大挤

31、出量（pet）610/h3、螺杆挤压机的工作原理螺杆挤压机由加料装置、螺杆、套筒、加热系统和传动系统组成。螺杆和套筒是制造关键件。涤纶干切片在螺杆挤压机中熔融挤出，是一个从固态转化到粘流态的物理过程，螺杆挤压机不但要完成加热而且要完成输送任务，所以螺杆挤压机是加热器加泵。4、螺杆和套筒的主要结构（1）螺杆螺杆的结构形式可分为单头和双头，常规螺杆均用单头。螺杆的主要参数是直径、工作长度（螺纹数）、压缩比和计量段螺纹深度。螺杆直径指的是螺杆的最大名义外直径，本机为150毫米。工作长度常以长径比表示，通常在2427之间，本机为25。（2）套筒套筒实质上是一个加热压力容器。套筒要耐磨。耐高温和耐腐蚀。套筒又是一个加热传导体，由于各段所需热量不一样，工艺上控制温度也不一样，所以加热也要