第三章紡前準(zhǔn)備設(shè)備

紡前準(zhǔn)備的主要目的是按照工藝要求為紡絲工序提供合格的高聚物熔體或溶液，不同的紡絲方法需要采用不同的紡前準(zhǔn)備設(shè)備。 本章主要介紹熔融紡絲法中的切片干燥設(shè)備，熔體輸送過(guò)程中的靜態(tài)混合器和過(guò)濾器，以及溶液紡絲所采用的脫單體設(shè)備、脫泡設(shè)備和溶液混合設(shè)備。2/6/20233認(rèn)識(shí)聚酯——結(jié)構(gòu)與性質(zhì)聚酯合成——紡絲原料切片干燥——紡前準(zhǔn)備2/6/20234認(rèn)識(shí)聚酯聚酯吸音板2/6/20235聚酯纖維－滌綸長(zhǎng)絲短纖維2/6/20236PET纖維生產(chǎn)路線

2/6/20237聚酯切片干燥什么是切片？怎樣得到切片？為什么要用切片？為什么要干燥？怎樣進(jìn)行干燥？

PET熔體→擠出鑄帶→水中急劇冷卻→無(wú)定形PET切片（軟化點(diǎn)低）2/6/20238為什么要用切片？切片紡絲工藝穩(wěn)定、靈活，易于控制直接紡絲連續(xù)生產(chǎn)、效率高、能耗低第一節(jié)切片干燥設(shè)備為什么要切片干燥？1、除去切片含水濕切片含水0.4％～0.5％，干切片<0.01％。切片含水不良影響：紡絲溫度下，PET酯鍵水解水分汽化造成紡絲斷頭。2、提高切片微量含水均勻性3、提高切片結(jié)晶度及軟化點(diǎn)較低溫度下（70～80℃）就變軟變粘，易在螺桿擠出機(jī)中環(huán)結(jié)阻料。2/6/202310切片含水特征自由含水是可被脫除的水分，而平衡含水則是與一定的干燥條件相平衡的、不能被完全脫除的水分。若要降低平衡含水量，必須降低平衡條件下的水蒸氣分壓。采用抽真空、空氣脫濕、提高溫度等均可降低水蒸氣分壓。切片中的水分通常分為表面吸附水和內(nèi)部結(jié)合水，前者存在于切片表面和孔隙中，較易脫除，后者則以氫鍵等方式與切片結(jié)合，較難脫除。當(dāng)切片內(nèi)部與表面存在水蒸氣分壓差△P時(shí)，內(nèi)部結(jié)合水?dāng)U散到切片表面，進(jìn)而蒸發(fā)，被干燥介質(zhì)帶出。 因此水分的平衡既是切片內(nèi)部與表面的平衡，又是切片表面與干燥介質(zhì)的平衡。前一個(gè)平衡較為困難，關(guān)系到切片微量含水的均勻性，必須有足夠的時(shí)間才能達(dá)到。2/6/202312切片干燥機(jī)理

根據(jù)切片結(jié)構(gòu)變化，干燥過(guò)程分預(yù)結(jié)晶和均化干燥兩個(gè)階段（機(jī)理）：（快速，恒速）預(yù)結(jié)晶階段：迅速脫除切片表面含水，熱風(fēng)與切片并流，提高切片結(jié)晶度和軟化點(diǎn)；（慢速，降速）均化干燥階段：脫除切片內(nèi)部含水，熱風(fēng)與切片逆流。分階段干燥（原因）可以防止?jié)袂衅诟邷叵抡尺B，避免因表面結(jié)晶大于切片內(nèi)部結(jié)晶而阻礙切片內(nèi)部水分向表面擴(kuò)散，從而促進(jìn)切片內(nèi)部結(jié)合水的脫除，達(dá)到平衡含水，并使切片微量含水均勻分布⒈干燥后切片含水率達(dá)到工藝規(guī)定的范圍；⒉干燥后切片含水率和結(jié)晶度盡量一致均勻；⒊干燥過(guò)程中切片的粘度下降要??；⒋干燥過(guò)程中產(chǎn)生粉末少，并去除干凈；⒌干燥后的切片使用前避免再度吸濕；⒍干燥過(guò)程能耗低；⒎設(shè)備操作方便、運(yùn)轉(zhuǎn)安全、投資節(jié)省。對(duì)干燥設(shè)備的要求一、真空轉(zhuǎn)鼓干燥機(jī)⒈轉(zhuǎn)鼓部分傾斜裝置保證切片較好地翻動(dòng)，以使傳熱均勻，防止切片粘結(jié)和卸料方便。⒉抽真空系統(tǒng)包括真空泵及其附屬裝置，常用機(jī)械真空泵，也可用蒸汽噴射泵。采用機(jī)械真空泵時(shí)，常采用泵組，以獲得較高的真空度。⒊加熱系統(tǒng)加熱載體可采用聯(lián)苯混合物、38號(hào)氣缸油、甘油、飽和蒸汽和過(guò)飽和蒸汽等。＊⒋真空轉(zhuǎn)鼓干燥機(jī)的特征和使用范圍⑴質(zhì)量高，能用較低的溫度干燥切片，干燥過(guò)程中切片粘度下降小；⑵適合易氧化或熱敏性的高聚物；⑶干燥時(shí)間長(zhǎng)、生產(chǎn)能力低、不能連續(xù)化生產(chǎn)，一般用于小批量、多品種及一些特種纖維的生產(chǎn)。二、組合式干燥設(shè)備有預(yù)結(jié)晶器、充填干燥器和熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)三部分組成。切片首先經(jīng)過(guò)預(yù)結(jié)晶器被除去大部分水分（主要是表面吸附水），并具有一定的結(jié)晶度，軟化點(diǎn)提高，使切片在高溫下不再發(fā)生粘連。然后進(jìn)入充填干燥器，在干燥器內(nèi)保證足夠且均勻的停留時(shí)間，充分去除切片水分。由于組合式干燥機(jī)較好地運(yùn)用了切片干燥的原理，因而具有連續(xù)干燥、效率高、干燥質(zhì)量好且穩(wěn)定等特點(diǎn)。

KF式干燥設(shè)備

KF式（德國(guó)KARLFISCHER公司）干燥設(shè)備為連續(xù)式氣流干燥設(shè)備，由切片輸送系統(tǒng)、充填干燥塔和熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)組成.切片輸送系統(tǒng):主要包括大料倉(cāng)、小料倉(cāng)、旋風(fēng)分離器和真空泵等組成。1.料倉(cāng)2.干燥塔3.干空氣加熱器4.進(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)5.吸風(fēng)風(fēng)機(jī)6.旋風(fēng)分離器7.熱交換器8.脫濕器9.水分離器10.空氣冷卻器11.空氣過(guò)濾器KF充填干燥塔1.進(jìn)料管2.干空氣進(jìn)口3.干空氣出口4.攪拌器5.預(yù)結(jié)晶器6.粒位管7.充填式干燥器8.出料口干燥塔分為上下兩段，上段是預(yù)結(jié)晶器，下段是充填式干燥器。切片靠自重落至干燥塔的預(yù)結(jié)晶部分，停留3～60min。預(yù)結(jié)晶器和干燥器間有開(kāi)孔的不銹鋼倒錐形板分隔，開(kāi)孔大小應(yīng)小于切片尺寸，僅讓熱空氣上升，切片則從中央落料管下落到干燥部分。在預(yù)結(jié)晶器頂部裝有立式攪拌器，防止切片急劇受熱發(fā)生粘結(jié)。切片輸出量的調(diào)節(jié)可通過(guò)改變預(yù)結(jié)晶器出口落料管的長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)，產(chǎn)量有150、200、300、600、1000kg／h。第二節(jié)原液混合與脫泡設(shè)備溶液聚合方塊流程圖溶劑單體引發(fā)劑聚合水洗過(guò)濾干燥固體聚合物溶劑回收分離單體回收聚合物溶液生產(chǎn)流程：加熱→真空脫單體→過(guò)濾→調(diào)配→聚合物溶液加熱→真空脫單體脫溶劑→擠出→造粒→聚合物粒料

溶液紡絲過(guò)程中，為了保證紡絲原液質(zhì)量均一，一般要經(jīng)過(guò)混合、過(guò)濾、脫泡等工序，以除去原液中的不溶性微粒，機(jī)械雜質(zhì)及氣泡，才能順利紡絲。聚丙烯腈均相聚合工藝流程圖146AIBNTUD溶劑及衣康酸丙烯腈丙烯酸甲酯異丙醇聚合物溶液混合槽過(guò)濾器流量計(jì)聚合釜轉(zhuǎn)化率控制器冷卻器脫單體器脫泡器噴淋塔過(guò)濾機(jī)加熱器加熱器加熱器配料---聚合---脫單體---原液準(zhǔn)備一、脫單體、脫泡設(shè)備⒈脫單體塔

原液由頂部總管流入，分配在五個(gè)錐角為120°的傘上，最上面的一個(gè)傘只起擋板作用，防止單體脫除時(shí)將溶液帶出。在下面的四個(gè)傘上，原液成薄膜狀流下，增加表面積，未反應(yīng)的單體在傘面上激烈蒸發(fā)，由抽真空口排出、并通往單體冷凝器，經(jīng)10℃的冷凝液噴淋冷凝后再循環(huán)使用。脫單體塔外層有蒸氣伴管保溫，以補(bǔ)償單體揮發(fā)時(shí)損耗的汽化潛熱。

目的：脫單體，防原液粘度變化，影響成品質(zhì)量，惡化勞動(dòng)條件。方式：在一定真空度下，使未聚合的單體（多少與聚合工藝有關(guān)）從溶液中閃蒸出來(lái)，殘留的單體在脫泡時(shí)，再隨氣泡一并抽出。材質(zhì)：Cr18Ni12Mo2Ti不銹鋼。過(guò)程：溶液——錐形套管——傘面——蒸發(fā)——單體混合液噴淋冷凝后回用——溶液泵送下道工序。⒉脫泡塔

由于脫泡塔排氣量比較低，且溶液粘度較高，脫泡時(shí)溶液不易被氣體帶出，所以最上層不設(shè)擋板傘面，其內(nèi)四層傘面均用于脫泡。傘面錐角為60°，傘面傾斜度加大，可使溶液在傘面上的行程增加，以有利溶液流動(dòng)和薄層的展開(kāi)，提高脫泡效果。真空度可達(dá)3000pa。四根同心進(jìn)管，各對(duì)應(yīng)一個(gè)傘面，管與傘面可調(diào)間隙，控制液層厚。二、混合設(shè)備混合設(shè)備有帶外循環(huán)泵的臥式混合槽，裝有攪拌裝置的立式罐及管道混合器，混合槽應(yīng)有較大的容積以容納若干批或較長(zhǎng)周期內(nèi)的物料，使之充分混合，以消除前面工序中各種因素變化造成在質(zhì)量上的差異，同時(shí)也起到原液“倉(cāng)庫(kù)”的作用。

管道混合器由若干節(jié)混合器和兩個(gè)管接頭串聯(lián)組成。外形為正方體，內(nèi)部分為前后兩段，并被三塊隔板分成四個(gè)導(dǎo)流口，前后導(dǎo)流口的方位各轉(zhuǎn)向90°而相互垂直。安裝時(shí)相鄰兩節(jié)混合器接口內(nèi)的隔板需互相垂直，形成16個(gè)小方口。這樣，原液在流經(jīng)混合器時(shí)受到分流、轉(zhuǎn)向等作用而被充分混合。

特點(diǎn)：設(shè)計(jì)精巧，構(gòu)造簡(jiǎn)單，制造方便，除循環(huán)泵消耗動(dòng)力外，不需要其他機(jī)械攪拌裝置，是一種高效的混合器。第三節(jié)

熔體混合和過(guò)濾設(shè)備一、靜態(tài)混合器(勻溫、勻料） 高粘度的高聚物在管道中流動(dòng)時(shí)，由于與管壁的摩擦，熔體內(nèi)部的粘滯性，流動(dòng)的層流狀態(tài)等原因造成了熱量的分布不均，對(duì)紡絲不利。 此外，高聚物切片在紡絲時(shí)，往往要添加不同組成的高聚物或某些穩(wěn)定劑、抗靜電劑等多種助劑，故對(duì)紡絲熔體提出了更高的要求。 解決的辦法：在熔體輸送管道中設(shè)置靜態(tài)混合器。

＊定義：靜態(tài)混合器是一種借助流體管路的不同結(jié)構(gòu)，在很寬的范圍（流速、粘度等）內(nèi)進(jìn)行流體的混合，而又無(wú)機(jī)械可動(dòng)部件的流體管路結(jié)合件。 靜態(tài)混合器有對(duì)物料進(jìn)行分散混合和混煉的作用。

這里的分散與混合作用指通過(guò)靜態(tài)混合器先把料流分成細(xì)流或薄層后又混合。 混煉是通過(guò)靜態(tài)混合器不斷改變物流的流動(dòng)狀態(tài)，從而對(duì)料流產(chǎn)生一定的剪切、塑化作用。

塑化—調(diào)節(jié)高分子化合物等的可塑性能的過(guò)程，塑化常指增塑。分散與混合有限

⒈螺旋片式 始于美國(guó)Kenics公司，故稱肯尼克斯靜態(tài)混合器。（國(guó)產(chǎn)JH型靜態(tài)混合器屬于此類型）。 材質(zhì)：金屬，塑料，玻璃，陶瓷等。 工作過(guò)程：分割，換位流動(dòng)（有翻動(dòng)）螺旋片式混合器 在物料從一個(gè)單元流向下一個(gè)單元時(shí)，形成交叉混合，里外料層相互翻動(dòng)。 由于物料流經(jīng)靜態(tài)混合器時(shí)被分割成許多小物流，同時(shí)發(fā)生流向的改變以及各股料流間的混合作用，使物料中各組分溫度、粘度和其他物理性能的不均勻性減小，其中徑向溫度差改變尤為顯著。螺旋片式混合器計(jì)算：料流分割層數(shù)：S=2nS—料流流分割層數(shù)；

n—螺旋片元件數(shù)。料層厚度和管徑關(guān)系：Sn=D/2n

式中：Sn—料層厚度（mm）；

D—靜態(tài)混合器套管內(nèi)徑（mm）。工作過(guò)程：料流經(jīng)過(guò)時(shí)，不斷被分割、轉(zhuǎn)向（混煉）充分混合。

⒉流道式（美國(guó)查爾斯—洛斯公司）⑴端面切有向里凹的120°切口；⑵每個(gè)端面的切口互成90°，切口底線互相垂直；⑶為了元件間的互相支撐對(duì)接，每個(gè)元件出料端切成外凸120°的楔形。這樣在每?jī)蓚€(gè)元件對(duì)接處形成一個(gè)四面體形狀的空間，物料流經(jīng)后轉(zhuǎn)向90°；⑷每個(gè)元件上鉆四個(gè)斜的通孔，均始于同一底線，每個(gè)孔從一端外面斜通向中心。原位于中心的孔道則引向外側(cè)。工作原理：“分割”料流進(jìn)入時(shí)，首先被4個(gè)孔道分割；“換位”每元件料流中心-外側(cè)，外側(cè)-中心，內(nèi)底線垂直；“匯合”進(jìn)入兩元件之間時(shí)，四股又合在一起“轉(zhuǎn)向”在四面體形狀空間內(nèi)，受120°斜面影響，料流產(chǎn)生90°轉(zhuǎn)向，而后又被下一元件4孔道重新分割。3.斜紋板式混合元件是金屬板或塑料板軋制成斜紋或人字紋形狀的波紋片使用時(shí)把波紋片組裝成圓柱狀或其它形狀，相鄰的波紋片通道方向相反。圓柱狀的混合元件裝入管內(nèi)時(shí)彼此呈90°交叉。工作原理：每元件板片前緣起切割作用，相交通道會(huì)合點(diǎn)“混合小池”，料流90°轉(zhuǎn)向時(shí)動(dòng)壓力起撕裂作用，充分分流、混合。增強(qiáng)式（日本東麗）

工作原理：圓柱體中并列鉆兩個(gè)直形通孔,中有扭轉(zhuǎn)180°導(dǎo)向螺旋片（可并聯(lián)、串聯(lián)）通孔間設(shè)中間室，元件間交叉90°，完成分流—混合—分割.二、熔體預(yù)過(guò)濾器

預(yù)過(guò)濾：為了減低噴絲組件的過(guò)濾負(fù)荷，延長(zhǎng)使用周期，減少因更換噴絲頭而產(chǎn)生的廢絲，進(jìn)一步提高紡絲質(zhì)量，往往在螺桿擠壓機(jī)出口安裝過(guò)濾器，對(duì)熔體進(jìn)行預(yù)過(guò)濾。

＊預(yù)過(guò)濾器：為了區(qū)別于紡絲組件中的過(guò)濾元件，一般將熔體輸送過(guò)程的過(guò)濾器稱預(yù)過(guò)濾器。雙滑板式雙柱塞式蠟燭型⒈熔體預(yù)過(guò)濾器結(jié)構(gòu)

熔體進(jìn)入筒體腔室后，穿過(guò)燭形的過(guò)濾介質(zhì)，由出口排出被過(guò)濾介質(zhì)，阻留的雜質(zhì)粒子大都附著在過(guò)濾介質(zhì)表面。 采用多只圓筒形燭芯元件可增大過(guò)濾面積，通常用過(guò)濾元件表面積對(duì)過(guò)濾器腔室內(nèi)熔體體積之比來(lái)衡量過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)性能。 在過(guò)濾器的前后各裝一只 熔體壓力表，其壓力差反映了過(guò)濾器內(nèi)雜質(zhì)的沉積程度，并由此決定過(guò)濾器燭芯的更換周期。燭芯元件筒體過(guò)濾介質(zhì)⒉過(guò)濾介質(zhì)特性

常用的過(guò)濾介質(zhì)有編織