基于氨纶连续聚合工艺的纺丝廊道的创新改造

基于氨纶连续聚合工艺的纺丝廊道的创新改造

氨基苯鲁酯的生产包括广泛的类型，包括物理变化和反应。不仅有加热过程，还有传质过程。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。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。1巷道几何尺寸国内氨纶发展至今,普遍采用的是干法纺丝技术,纺丝速度在400~900m/min。以往的间歇聚合反应,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。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800m/min以上的纺速。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。2dmac在巷道生长和产氨过程中的作用舒适氨纶连续聚合工艺如图1所示,主要以聚醚二醇(PTG)和二异氰酸酯(MDI)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。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240~250℃的纺丝甬道,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。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、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,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。3纺丝工艺的改进连续聚合工艺的完善和改进,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。(1)在气流分配上,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240~250℃;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。4氨纶丝的性能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,吸水和吸盐水性能指标达到国际领先水平。5土壤中热风的防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