1、第1章緒論1.1 概述粘膠纖維是以天然纖維素 （漿粕）為基本原料， 經(jīng)纖維素磺酸酯溶液紡制而成的再生纖維素纖維。粘膠纖維是一類歷史悠久、技術(shù)成熟、產(chǎn)量較大，品種繁多，用途廣泛的化學纖維。根據(jù)纖維的結(jié)構(gòu)和性能不同，粘膠纖維分成普通纖維、高濕模量類纖維、強力纖維、特殊纖維等不同品種。 粘膠纖維僅遲于纖維素硝酸酯纖維，是最古老的化學纖維品種之一。在1891 年，克羅斯、貝文和比德爾等首先制成纖維素磺酸酯鈉溶液，由于這種溶液的粘度很大，因而命名“粘膠”。粘膠遇到酸后，纖維素又重新析出。根據(jù)這個原理，在1893 年發(fā)展成為一種制備化學纖維的方法，這種纖維叫做“粘膠纖維”到 1905 年，米勒爾等發(fā)明了一

2、種稀硫酸鹽組成的凝固浴，實現(xiàn)了粘膠纖維的工業(yè)化生產(chǎn)。一百多年來， 粘膠纖維生產(chǎn)不斷發(fā)展和完善。 在上世紀的三十年代末期， 出現(xiàn)了強力粘膠纖維；五十年代初期，高性能（高濕模量類）粘膠實現(xiàn)了工業(yè)化；六十年代初期，粘膠纖維的發(fā)展達到了高峰，其產(chǎn)量曾占化學纖維總產(chǎn)量的 80%以上。從六十年代開始，因合成纖維的發(fā)展，其發(fā)展速度趨于平緩。到九十年代以后，隨著人們對衣著服用性能的改變， 這種既有與棉相似的性質(zhì)的纖維重新受到人們的青睞。 又進入一個新的發(fā)展時期。1.2 粘膠纖維的發(fā)展前途與應(yīng)用粘膠纖維的發(fā)展前途粘膠纖維的發(fā)展，有無限的原料基礎(chǔ)。它的基本原料 - 纖維素的貯備量很大，并有巨大的回復(fù)量。 大自然每

3、年都在同化著以兆億噸計的碳， 將其變?yōu)楹w維素的各種植物資源。 只要有陽光和水源， 數(shù)目、野生植物和各種含豐富纖維素的農(nóng)作物就能生長并不斷再生。而合成纖維所以賴發(fā)展的原料（石油、煤、天然氣等）隨著人們的不斷開發(fā)利用，已漸進枯竭。所以纖維素纖維從原料意義上具有長遠的發(fā)展意義。粘膠纖維具有一系列可貴的物理機械性能和符合衛(wèi)生要求的性質(zhì)。 粘膠纖維最大的特點是與天然纖維 - 棉的某些性質(zhì)極為類似，如吸濕性好、容易染色、抗靜電、交易于紡織加工，制成品的織物花色鮮艷， 穿著舒適尤其適合在氣候炎熱的地區(qū)穿著。而它的纖度和長度， 又可以以按照用途的要求而調(diào)節(jié)， 在這點，比棉占優(yōu)勢。很明顯，粘膠纖維這些特點，

4、正是合成纖維的不足。 粘膠纖維織物穿著舒適感方面所具有的特性，尤其是吸濕性和透氣性方面， 至今還沒有一種合成纖維能與之相比美。 合成纖維與中長粘膠纖維混紡， 織物具有優(yōu)良的毛料特性。 因此發(fā)展合成纖維的同時， 必須按比例發(fā)展粘膠纖維。近年來，隨著衛(wèi)生用無紡布的發(fā)展，衛(wèi)材用粘膠短纖維也具有極大的發(fā)展空間。粘膠纖維的應(yīng)用粘膠纖維在民用方面主要是得用于它的吸濕性好， 容易染色、抗靜電、交易與加工紡織等特性?？梢约兗?，也可以與棉、毛、麻、絲及各種合成纖維混紡或交織。普通粘膠短纖維的各種織物，質(zhì)地細密柔軟，手感光滑，透氣性好，穿著舒適，染色或印花后，色澤鮮艷，色牢度好，易于做內(nèi)衣，外衣及各種裝飾織物。此

5、外，普通粘膠短纖維還廣泛用于無紡織物。普通粘膠短纖維織物的缺陷是牢度較差，特別下水后膨纖維脹發(fā)硬，經(jīng)不起劇烈揉搓， 織物的縮水率高， 彈性和耐磨性較差， 服裝穿后易于變形。后來發(fā)轉(zhuǎn)的高濕模量類粘膠纖維具有高強度， 低伸度，高濕模和高耐堿性等特性， 克服了普通粘膠短纖維的缺陷。 變性粘膠纖維具有多種紡織用途。 和聚丙烯晴或聚乙烯醇復(fù)合的纖維，具有毛一樣的手感和膨體特性，適用于制造西服、地毯、毛毯、地毯和裝飾織物 ; 具有扁平形狀和粗糙手感的“稻草絲”和空心纖維，具有比重小，復(fù)蓋力大和膨體特性，適于編織女帽、提包和裝飾用具。粘膠纖維在工業(yè)方面的應(yīng)用，主要是利用它具有強度高， 耐熱性好和能夠進行化學

6、改性。粘膠簾子線的強度高，受熱后強度損失少，價格低廉，在輪胎工業(yè)中占有重要地位。與丙烯酸接枝的粘膠纖維具有很高的離子交換能力，可用于從從廢液中回收貴重金屬。用疏水性或疏油乳液浸透處理的粘膠纖維或其織物，具有良好的疏水性或是疏油性。廣泛應(yīng)用于工作服或防護織物，及帳篷、帆船等。含有阻燃劑的粘膠纖維，具有良好的阻燃效果，可以在高溫和防火的工業(yè)部門應(yīng)用。粘膠纖維在國防和科研等部門， 主要是利用它來制造具有特殊性能的纖維。 粘膠纖維在 3000 度下碳化處理，可制得碳纖維，具有高強度和極高量，它與環(huán)氧樹脂等造成的復(fù)合材料， 可用于代高性能噴氣式飛機和空間技術(shù)中所用的大部分金屬。 由粘膠和硅酸鈉共紡的原絲

7、， 經(jīng)特殊處理制得陶瓷纖維， 作為耐高溫酚醛樹脂的增強材料，可用于液體推進火箭馬達。噴氣機噴嘴和空間重返大氣層的裝置的防熱罩等。第2章 粘膠短纖維的生產(chǎn)工藝2.1 粘膠纖維生產(chǎn)的基本過程粘膠纖維的原料和成品， 其化學組成都是纖維素纖維， 僅是形態(tài)、結(jié)構(gòu)以及物理機械性質(zhì)發(fā)生了變化。 粘膠纖維生產(chǎn)的任務(wù)， 就是通過化學和機械的方法， 將漿粕中很短的纖維制成各種形態(tài)，并具有所要求的品質(zhì)，適合各種用途的纖維成品。各種粘膠纖維， 不論采用何種漿粕原料和生產(chǎn)設(shè)備， 其生產(chǎn)的基本過程都是相同的，都必須經(jīng)過下列四個過程：粘膠的制備粘膠在紡絲前的準備纖維的成形纖維的后處理我廠生產(chǎn)粘膠短纖維的主要過程也和這個相同

8、，其中前兩個工序在本廠叫制膠工序，后兩個叫紡絲工序。2.2 制膠工序粘膠的制備的工藝流程把漿粕制成粘膠， 要經(jīng)過兩個化學過程。 首先將漿粕與堿液作用， 生成堿纖維素，然后再使堿纖維素與二硫化碳作用，生成纖維內(nèi)酸酯。通過這兩個反應(yīng)，在不能直接溶于希堿液中的纖維素分子上， 引入極性很強的磺酸基團， 從而使它溶解而制得粘膠。這時粘膠為粗制粘膠，還要經(jīng)過精制過程才能進行紡絲。纖維其工藝流程圖如下：粘膠的制備過程漿粕的準備粘膠纖維廠必須貯存一定數(shù)量的漿粕， 各批漿粕在使用前還需要進行混合， 以使各批粘膠的原料性能基本上一致。堿纖維素的制備漿粕浸漬于一定濃度的堿中，生成堿纖維素。反應(yīng)方程式如下：C6H9O

9、4- OH+NaOHC6H9O4- Na+H2O堿纖維素經(jīng)過壓榨， 除去多余的堿液， 然后進行粉碎。 粉碎后的堿纖維素成為松散的絮狀。纖維素的老成把粉碎后的堿纖維素， 在空氣中暴露適當?shù)臅r間， 由于空氣中氧的作用， 纖維素分子鏈發(fā)生斷裂， 平均聚合度下降， 使制成的粘膠的粘度得到適當調(diào)整， 避免因粘膠粘度過高而使工藝過程發(fā)生困難。 堿纖維素的老城程度，根據(jù)纖維品種的特性而不同，有些品種沒有專門的老城過程。纖維素磺酸酯的制備堿纖維與二硫化碳作用，生成纖維素磺酸酯。其反應(yīng)如下：S/C6H9O4-Na+CS2C6H9O4-O-C-SNa各種粘膠纖維對纖維素磺酸酯的品質(zhì)要求是不同的。纖維素磺酸酯的溶解

10、將纖維素磺酸酯均勻地溶于稀堿液中，制成粘膠。這是一種桔黃色的粘性溶液。 粘膠在紡絲前的準備粘膠制成以后， 要經(jīng)過精致過程才能進行紡絲。 這一過程對于粘膠的紡絲性能和提高纖維成品的質(zhì)量具有很重要的意義。粘膠的混合將幾批粘膠充分混合， 以消除各批粘膠品質(zhì)上的差異， 從而提高現(xiàn)為產(chǎn)品質(zhì)量上的均一性。纖維粘膠的過濾通過過濾工序， 除去粘膠中的各種固態(tài)或半溶狀態(tài)的粒子，避免因這些粒子堵塞噴絲孔而造成紡絲困難，或造成纖維產(chǎn)品質(zhì)量下降。生產(chǎn)上的紡絲粘膠，要經(jīng)過3-4次過濾。脫泡排除粘膠中的氣泡，防止由此使紡絲斷頭和使成品質(zhì)量下降。粘膠的熟成在控制的溫度下， 粘膠在靜止或流動的狀態(tài)下貯存一定時間， 以獲得良好

11、的紡絲性能。粘膠的熟成程度，根據(jù)各種纖維的特點而由不同的要求。通過以上各道工序， 使粗制粘膠精致， 為粘膠紡絲制造合格的粘膠， 從而達到紡絲的要求。以上包括粘膠的制備在本廠統(tǒng)稱為制膠，在制膠車間（也叫原液車間）進行。2.3 紡絲工序從粘膠變成具有一定品質(zhì)的再生纖維素絲條的過程， 是在紡絲機上通過酸性的凝固浴（酸?。┩瓿傻?，形成的纖維素絲條經(jīng)過牽伸、切斷、精煉等工序得到品質(zhì)符合要求的絲束，然后經(jīng)過烘干工序賦予其一定的回潮率使之手感穿著更舒適， 再經(jīng)過打包工序包裝成具有一定質(zhì)量的纖維包等待出廠。其反應(yīng)流程圖如下：粘膠纖維的成形（紡絲）及其影響因素從粘膠變成具有一定品質(zhì)的再生纖維素絲條的過程，是在紡

12、絲機上通過酸性的凝固?。ㄋ嵩。┩瓿傻?。纖維成型過程發(fā)生了復(fù)雜的化學和物理化學變化。粘膠的紡絲是指經(jīng)計量泵計量的粘膠通過噴絲頭擠出形成的細流進入酸浴后，被中和凝固成為絲條，纖維素磺酸酯被分解而在生成水和絲條的過程。根據(jù)凝固和分解再生發(fā)生的先后，可將紡絲分為單浴紡絲、二浴紡絲、及多浴紡絲。我公司采用的的二浴紡絲法，即粘膠細流在一浴中（酸浴中）凝固完成大部分再生，在二浴內(nèi)塑化拉伸的同時，進行剩余再生。通常將第一浴稱為紡絲浴，第二浴稱為塑化浴。纖維成型過程中的化學變化粘膠主要成分是纖維素磺酸酯， NaOH和水，以及少量的 CS2 及 Na2CS3 和多硫化物等副產(chǎn)物。粘膠成形過程中主要反應(yīng)是磺酸酯的分

13、解和酸堿中和。/O(C6H9O4) n(OH)n-1C=S+HSO NaHSO+CS+(C H O )n24426105SNaNaHSO4+NaOH Na2SO4 +H2ONaOH + H2SO4 NaSO3+2HO除以上主反應(yīng)外，形成過程還存在下列副反應(yīng)。Na2CS3+ H2SO4 Na2SO4+CS2+H2SNa2SX+H2SO4 Na 2SO4+H2S+（X-1）S纖維素磺酸酯的分解過程是纖維素的再生過程， 纖維素磺酸酯的分解速度與酸浴中氫離子濃度有關(guān)， 氫離子濃度高， 分解速度快， 酸浴中硫酸鹽的存在降低了硫酸的解離度，使纖維素再生速度下降， 主副反應(yīng)都要消耗大量的硫酸生成芒硝和水，

14、且副反應(yīng)還有硫磺等雜質(zhì)生成， 因而酸站需給酸浴補加硫酸， 酸浴需經(jīng)過濾，蒸發(fā)和結(jié)晶，以保持凝固浴的組成穩(wěn)定。成型過程中的物理化學變化隨著磺酸酯的分解， 纖維素的極性羥基得以恢復(fù)， 因而在纖維素大分子間產(chǎn)生新的聯(lián)結(jié)點，它們在相互作用的引力范圍內(nèi)， 牽制越來越多的締合體， 通過凝固的滲透和鹽析作用，促使纖維內(nèi)的水分釋放出來，而行成膠體。凝固浴的組成及作用粘膠纖維凝固的組分主要有硫酸、 硫酸鈉，此外為了某些工藝目的和提高纖維的物理機械性能，常在凝固浴中加入少量的助劑。酸浴中各組分作用：硫酸能參與三個方面的所用。 一是使纖維素磺酸酯分解而析出再生纖維素和放出二硫化碳，二是中和粘膠中的堿，三是分解副反應(yīng)

15、產(chǎn)物。硫酸鈉的主要作用是通過鹽析作用促使粘膠凝固和抑制硫酸離解度， 使纖維素磺酸值分解速度放緩。硫酸鋅的主要作用是改進纖維成型效果， 使纖維具有較高的韌性和較優(yōu)良的耐勞性能。影響成型的因素粘膠的組成性質(zhì)、成形的速度、凝固浴組成及循環(huán)量、成型溫度、凝固浴浸長、噴絲孔形狀等都影響紡絲成型質(zhì)量。絲條的拉伸拉伸常被稱為化學纖維成形的第二階段或第二次成形， 用拉伸的方法使物理機械性能較差的初生纖維的纖維素大分子沿纖維軸取向， 是制造優(yōu)質(zhì)纖維的重要條件之一。粘膠纖維的拉伸一般由噴絲頭拉伸，塑化拉伸及纖維的回縮三個階段組成。噴絲頭拉伸噴絲頭拉伸是指導(dǎo)絲盤的線速度浴粘膠自噴絲孔噴出速度間的比率。塑化牽伸塑化牽

16、伸是在二浴中進行的。 剛離開凝固浴的絲條， 雖已均勻凝固， 但尚未完本再生，在高溫的低酸熱水浴中絲條處于可塑狀態(tài)， 大分子鏈由較大的活動余地， 另以強烈的拉伸， 就能使大分子和締合體沿拉伸軸向取向， 在拉伸的同時， 纖維素基本再纖維生，使拉伸的效果固定下來。 同時合適的二浴溫度對成品質(zhì)量和二硫化碳的回收都有有力的影響。纖維的回縮絲束經(jīng)過強烈拉伸以后， 纖維素大分子及其聚集體大多沿著拉伸方向取向， 大分子間的作用力很強， 使纖維大分子幾乎處在僵直狀態(tài)。 纖維的強度雖然較高， 但纖維的伸度較低， 脆性較高實用性較差。 為改善纖維的脆性， 常在拉伸后給予纖維適當?shù)幕乜s，在不過多的損害纖維強度的情況下

17、， 改善纖維的脆性， 使纖維的伸度有所提高。 纖維的后處理粘膠纖維紡絲成形以后還會含有較多的雜質(zhì)， 如硫酸、硫酸鹽、二硫化碳及硫磺等，他們在纖維內(nèi)的存在， 在烘干時對纖維起破壞作用或降低纖維的物理機械性能和染色性能。某些雜物在成品纖維中的存在， 會影響紡織加工的順利進行和織物的外觀，降低織物的使用性能， 后處理的目的就是除去或減少這些雜質(zhì)， 提高纖維的使用性能。粘膠短纖維后處理有絲束狀后處理及短纖維后處理兩種方式。 短纖維裝后處理為現(xiàn)在大多工廠采用的方式。 絲條切斷后，纖維在長網(wǎng)式精煉機上以棉層狀在長網(wǎng)的帶動下連續(xù)向前移動， 在精煉機的各種洗淋槽內(nèi)淋出， 精煉后的纖維經(jīng)風送后進入烘干機。烘干后

18、纖維經(jīng)精開松進入打包機，打成成品。切斷切斷就是將絲束按一定規(guī)格切成一定長度的短纖維，棉型纖維的切斷長度為33-38mm，一般采用 38mm長度，中長型為51-76mm，毛型為 76-102mm。切斷機應(yīng)具備的條件： 沒有殘切不斷的纖維； 纖維切斷長度應(yīng)當相同； 切斷刀不能很快的鈍化； 切斷長度及切斷速度可以自由調(diào)整；應(yīng)與后處理能力相一致， 能夠達到連續(xù)不斷的進行操作。精煉精煉的主要目的由水洗、脫硫、漂白、酸洗、上油等，其目的是除去或是減少纖維中對成品質(zhì)量有影響的雜質(zhì)，通過上油柔化處理，改善纖維的紡織性能。 水洗第一水洗的目的是除去纖維從上一工序的可溶性硫酸鹽， 以及附著在纖維表面的硫磺，其后各

19、水洗的目的是除去前一工序處理生成的水溶性的雜質(zhì)及處理浴液。精煉對水的要求很高， 必須經(jīng)過除雜和除去可溶性金屬離子的軟水才能使用， 并且對水溫也有一定的要求，因此軟水的循環(huán)利用就顯得尤其重要。脫硫纖維經(jīng)過一水洗后，含硫量已由纖維重量的 1-1.5% 下降到了纖維重量的 0.75-0.40% ，但對于民用紡織纖維還必須用脫硫劑進行更充分的脫硫， 使纖維含硫量降到 0.05-0.1% 或更低。常用的脫硫劑有：氫氧化鈉、硫化鈉、亞硫酸鈉等。氫氧化鈉脫硫原理： 6NaOH+4S2Na2S+ NaSO3+5H2ONa2S+xSNa2SX+1氫氧化鈉堿性強，在說中溶解度高，使用濃度不宜過高，超過 7g/l

20、對纖維強度、伸度有一定影響， 此反應(yīng)要在 45 度以下為逆向反應(yīng)， 所以適當提高溫度也有利于脫硫。硫化鈉的脫硫原理主要是硫化鈉可以溶解硫， 所以脫硫效果比氫氧化鈉好， 但硫化鈉往往含有硫化亞鐵在脫硫溶液中難以除去，腐蝕設(shè)備對人體健康也有一定影響。亞硫酸鈉脫硫效果作用最緩和， 因為其堿性較弱， 本身也是還原劑， 對纖維的機械損傷很少，對設(shè)備腐蝕也較弱。但原料消耗大，成本高，一般浴氫氧化鈉混用。纖維漂白經(jīng)過脫硫后的纖維，光澤雖已轉(zhuǎn)強，但對于用與織造色澤鮮艷的淺色織物的纖維，其白度仍然不夠，因而必須對纖維進行漂白，漂白劑一般有次氯酸鈉，雙氧水，亞氯酸鈉次氯酸鈉漂白可以在室溫下進行， 漂液配制也比較簡

21、單， 但用次氯酸鈉漂白要嚴格控制 PH 值，漂白浴 PH 值一般控制在 8-10 之間，當 PH 值 6-8 時對纖維破壞最為嚴重，當 PH 值 10 纖維損傷較小，但有色物質(zhì)也不被氧化，且會腐蝕機械零件，白度不高，達不到漂白要求，一般用次氯酸鈉漂白，有效氯濃度為 0.5-1.0g/l ，溫度一般控制 25-30 。雙氧水漂白只有在弱堿性環(huán)境下進行， 并提高漂白溫度， 這樣可以保證了漂白效果還避免損傷纖維素大分子， 漂白過程還不會釋放有毒有害物質(zhì)， 但價格高和儲存條件高也使雙氧水的漂白的一個不足。亞氯酸鈉漂白在酸性條件下進行漂白，對纖維素損傷小，白度可高達 80-90%，且能除去金屬氧化物，漂

22、白后不要酸洗，但生產(chǎn)比較困難，容易發(fā)生爆炸，使用時需要加溫，能耗高，對設(shè)備的防腐要求高。酸洗纖維經(jīng)脫硫漂白以后，在經(jīng)過水洗，纖維上殘留的一些可溶性雜質(zhì)已基本除去，但還有部分不溶性雜質(zhì)和金屬鹽類， 以及脫硫漂白的殘液， 酸洗的目的就是除去這些殘存物質(zhì)，提高纖維的外觀質(zhì)量。酸洗一般鹽酸或硫酸， 鹽酸一般比硫酸效果要好一些， 首先鹽酸中的活性氯有一定的漂白作用， 且溶解鈣鹽和金屬氧化物的能力比硫酸強， 但腐蝕性比硫酸大。 粘膠短纖維生產(chǎn)中酸洗鹽酸濃度為 1-2g/l ，浴溫為 25-30 ，酸洗濃度不宜過高。上油棉花及羊毛表層都有 100m的酯類，因此具有良好的紡織性能，而經(jīng)過上述工序的粘膠短纖維要

23、進行上油柔化處理。 上油是調(diào)節(jié)纖維表面的摩擦力， 使纖維具有平滑的手感，又有適當?shù)谋Ш狭Γ瑥亩纳评w維的紡織性能。烘干粘膠纖維經(jīng)過精煉處理以后帶有大量的水分， 為了達到成品規(guī)格要求， 使其含水率降至公定的標準， 必須經(jīng)型干燥， 烘干過程是一個松弛定型的過程。 濕態(tài)粘膠短纖維的烘干過程， 不是水分蒸發(fā)的簡單過程， 而是伴隨著纖維結(jié)構(gòu)變化的過程， 纖維的膨潤度，斷裂強度，伸度，染色性及尺寸穩(wěn)定性都發(fā)生了不可逆轉(zhuǎn)的變化。影響干燥的因素有：進料的含水量；毛層厚度，停留時間；開松效果；鋪毛均勻程度；熱風溫度，排風機功率等。 烘干溫度一般為 110-120 ，烘干后的回潮為 8-11% 為宜。通過以上包括

24、紡絲、牽伸、切斷、精煉、烘干等工序制得強力、拉伸率、白度、上油率以及回潮率合格的成品絲。 這幾道工序和為精煉提供合格浴液的浴站還有打包在本廠統(tǒng)稱紡絲，在紡絲（紡練）車間進行。第 3 章生產(chǎn)副產(chǎn)品回收粘膠短纖維生產(chǎn)過程中在粘膠制備使用的二硫化碳和紡絲成型使用后的紡絲浴都要求回收：二硫化碳有毒直接排放影響環(huán)境，它主要是在紡絲成型、切斷、絨毛成型中釋放，我廠主要通過 820 回收系統(tǒng)回收二硫化碳； 紡絲浴在紡絲成型反應(yīng)中產(chǎn)生纖維大量硫酸鈉，這些硫酸鈉用過回流在酸浴車間回收用于制造副產(chǎn)物元明粉， 這個過程主要是蒸發(fā)冷凝這里不多做解釋。 我在這里主要介紹一下本廠的 820 冷凝回收二硫化碳。820 系統(tǒng)工藝介紹： 絨毛成型槽蒸出的含有二硫化碳的混合蒸汽通過自身壓力以及一級冷凝器產(chǎn)生的少量真空進入一級冷凝器， 在一級冷凝器里， 由熱軟水罐調(diào)配的熱軟水經(jīng)熱軟水泵打入一級冷凝器，在那里 5060的軟水與進氣逆向接觸直接冷凝，將其中含的水蒸氣在一級冷凝器內(nèi)冷卻成水， 冷卻下來的水和軟水落入地溝直排。一冷落水溫度控