一、裝置簡(jiǎn)介
(一)裝置發(fā)展及其類型
1．裝置發(fā)展
聚丙烯腈(PAN)纖維是指由聚丙烯腈或丙烯腈含量在85％以上和其他第二、第三單體的共聚物紡制而成的纖維。我國(guó)聚丙烯腈纖維的商品名稱為“腈綸”，又常稱為腈綸纖維。早在20世紀(jì)30年代初期，美國(guó)Dupaut公司和德國(guó)Hoechet化學(xué)公司就已著手聚丙烯纖維的生產(chǎn)試驗(yàn)，隨后又花了十余年時(shí)間，直至1950年，聚丙烯腈纖維才正式生產(chǎn)。最早的聚丙烯腈纖維由純PAN制成，因染色困難，且彈性較差，故僅作為工業(yè)用纖維。后來(lái)開發(fā)出丙烯腈與烯基化合物組成的二元或三元共聚物，改善了聚合體的可紡性和纖維的染色性，其后又研制成功丙烯氨氧化法制丙烯腈的新方法，才使聚丙烯纖維得以迅速發(fā)展。聚丙烯腈纖維具有羊毛的特征，即蓬松性和保暖性好，手感柔軟，防霉、防蛀，并有非常優(yōu)越的耐光性和耐輻射性。因此，目前其產(chǎn)量在合成纖維中僅次于聚酯纖維(滌綸纖維)和聚酰胺纖維(如尼龍6纖維)。1990年世界主要國(guó)家和地區(qū)的聚丙烯腈纖維產(chǎn)量為2305x104t，占合成纖維總產(chǎn)量的15．6％。我國(guó)1990年腈綸產(chǎn)量為11X104t，占合成纖維總產(chǎn)量的8．12％。20世紀(jì)90年代，我國(guó)的腈綸產(chǎn)量已有成倍的增長(zhǎng)。
2．裝置的主要類型
由于聚丙烯腈在加熱下既不軟化又不熔融，在280—300℃特點(diǎn)，故一般不能進(jìn)行熔融紡絲，而是采用溶液紡絲法(有干法和濕法兩種)予以加工成形紡絲。其凝固溶液通邯為制備原液時(shí)所用溶劑的水溶劑，也有采用制備原液時(shí)所用有機(jī)溶劑的煤油溶劑為凝固浙液的。
工業(yè)上聚丙烯腈常用濕法成形，濕法成形中又有四種類型的溶液紡絲法，即(1)二甲基：甲酰胺(DMF)溶劑法；(2)二甲基亞砜(DMSO)溶劑法；(3)硫氰酸鈉溶劑路線；(4)硝酸溶劑路線。由于硫氰酸鈉溶劑路線的主要優(yōu)點(diǎn)是工藝過程簡(jiǎn)單，聚合速度較快，聚合時(shí)間較短，NaSCN不易揮發(fā)，NaSCN溶劑消耗定額較低，可降低工業(yè)成本，因此實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)時(shí)，一般都以NaSCN為溶劑，采用丙烯腈在NaSCN溶劑中聚合，并直接用聚合液進(jìn)行紡絲，再經(jīng)過一系列的后加工(又稱后處理)成為聚丙烯腈纖維成品的一步法生產(chǎn)(即“一條龍”生產(chǎn)流水線)。本節(jié)就以一步法濕法成形為例，對(duì)聚合原液(聚合部分產(chǎn)品)開始到聚丙烯腈產(chǎn)品生產(chǎn)的安全技術(shù)加以闡述。
(二)單元組成與工藝流程
1．單元組成
主要有以下三個(gè)主要單元所組成：
(1)紡絲原液制備單元。經(jīng)過丙烯腈聚合裝置一步法制得的紡絲原液，因含有未反應(yīng)的單體、氣泡和少量的機(jī)械雜質(zhì)，必須加以去除，故設(shè)置了紡絲原液制備單元。該單元由脫單體(高轉(zhuǎn)化率聚合工藝由于可在脫泡時(shí)把少數(shù)未聚合的單體脫除，故可不需單獨(dú)設(shè)立脫單體工序)、混合、脫泡、調(diào)溫和過濾等工序所組成。單體殘留量應(yīng)小于0.3％。
(2)濕成形單元。該單元由紡絲、凝固等工序所組成。在此單元中得到的是經(jīng)過噴絲頭、凝固浴成形后的含有多量溶劑的濕絲條(即“凍膠”)。
(3)后加工單元。又稱后處理單元，包括有拉伸、水洗、致密化、卷曲、熱定型、上油、干燥、切斷(或牽切加工)、打包等工序。腈綸纖維成品經(jīng)打包后出廠，完成了后加工單元的生產(chǎn)工序。
2．工藝流程
(3)流程敘述
?、僭簻?zhǔn)備流程敘述
由聚合工段來(lái)的原液經(jīng)管道混合器1而進(jìn)入原液混合槽2，使原液充分混合后用齒輪泵送經(jīng)真空脫泡塔3，脫除原液中混入的氣泡。脫泡后的漿液經(jīng)由密封槽4送人多級(jí)混合器5，在此中加入消光劑和熒光增白劑(已預(yù)先配制好)。然后經(jīng)過熱交換器6進(jìn)行調(diào)溫，并進(jìn)入高速混合器7中混合，再經(jīng)過板框過濾機(jī)8過濾除雜，以穩(wěn)定的壓力送經(jīng)紡絲機(jī)，即下一步濕成形單元里再加工。
消光劑和熒光增白劑的配制工藝為：一定量的熒光增白劑在硫氰酸鈉溶液的存在下，在振蕩研磨機(jī)9中充分振蕩研磨之后，由泵送至熒光漿液計(jì)量槽10，與熒光增白劑——二氧化鈦和硫氰酸鈉溶液以一定比例量加入球磨機(jī)11內(nèi)進(jìn)行充分的球磨；球磨后的熒光增白劑和消光劑硫氰酸鈉溶液一起送人球磨機(jī)接受槽12，再由泵送人帶有攪拌器的消光漿儲(chǔ)槽13不斷攪拌并儲(chǔ)存，完成了整個(gè)消光劑和熒光增白劑的配制工藝流程。
?、诩徑z工藝(含后加工)流程敘述紡絲按工藝流程可依次分為紡絲工段和紡絲后處理工段，現(xiàn)分別予以敘述。紡絲工段：
從原液制備工段來(lái)，經(jīng)過板框式原液過濾機(jī)輸送至紡絲機(jī)的聚丙烯腈(PAC)原液，其壓力為0。59MPa±0．03MPa，溫度在35-45℃之間，進(jìn)入紡絲工段的第一道工序，即齒輪紡絲計(jì)量泵和燭形濾器后至噴絲頭。在噴絲頭接口之前裝有一只空氣瓶，用以減小由于齒輪泵齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所造成的原液流量的波動(dòng)。
從噴絲頭噴出的原液細(xì)流，在濃度為8％-10％，溫度為7-125℃的凝固浴槽中凝固成初生纖維，纖維的運(yùn)行方向與凝固浴的流動(dòng)方向相同，浸浴長(zhǎng)度為0.8m。
未完全凝固的絲束，由凝固浴槽卷取羅拉牽引出凝固浴，然后進(jìn)人預(yù)熱浴槽，在NaSCN(硫氰酸鈉)濃度為4％二5％，溫度為60℃土5℃的預(yù)熱浴中進(jìn)行預(yù)熱拉伸，并進(jìn)一步凝固。
絲束在預(yù)熱浴槽內(nèi)被拉伸1．49倍后再進(jìn)入蒸汽拉伸盒進(jìn)行濕熱拉伸，使總拉伸倍數(shù)達(dá)9．26-10．9倍，并經(jīng)導(dǎo)絲架并人集束架，將各噴絲頭出來(lái)的小股絲束依次集合成四股大絲束。接著，由牽引機(jī)引入水洗機(jī)，在水洗槽中進(jìn)行逆向水洗，洗去絲束上的NaSCN。
對(duì)生產(chǎn)白纖維(即原色纖維或原色絲)，則不經(jīng)過染色槽、透風(fēng)、淋洗等三道工序，其絲束經(jīng)過三道水洗，然后經(jīng)軋輥軋干水分，進(jìn)入前上油機(jī)進(jìn)行浸漬式上油處理，再經(jīng)過一道軋輥，軋到含水率為150％左右后輸入圓網(wǎng)烘干機(jī)內(nèi)作松弛于燥處理。這樣便完成了原色絲的紡絲工段生產(chǎn)工藝過程。
若生產(chǎn)有色纖維，則絲束經(jīng)兩道水洗，然后經(jīng)軋輥軋干水分、擴(kuò)幅曲輥擴(kuò)展，再在花籃滾筒帶動(dòng)下進(jìn)人染色槽，與染液接觸，進(jìn)行浸漬染色，浸染2—6秒后，絲束到達(dá)花籃滾筒，向后卷繞至第一晾干輥筒，接著運(yùn)行至第二晾干滾筒進(jìn)行透風(fēng)處理。再經(jīng)擠壓輥擠壓后，進(jìn)入淋洗槽作淋洗(噴淋)，用軋輥軋干后進(jìn)人前上油槽，最后輸入園網(wǎng)烘干機(jī)進(jìn)行松弛干燥處理。因此，有色纖維的紡絲生產(chǎn)較原色纖維生產(chǎn)工藝相對(duì)復(fù)雜一些。
紡絲后處理工段：
經(jīng)過松弛干燥處理烘干之后的絲束(原色或有色絲)，通過活動(dòng)調(diào)節(jié)架和壓輥進(jìn)入第一卷曲預(yù)熱槽，在90—95℃的水浴中預(yù)熱，再通過軋輥和張力架固定絲束位置，并調(diào)節(jié)一定張力后，轉(zhuǎn)入第二卷曲預(yù)熱槽，溫度控制在85-90℃。然后使絲束通過調(diào)幅桿，進(jìn)入卷曲輪后到卷曲機(jī)卷曲。卷曲后的絲束，通過輸送帶自由落人鋪絲箱內(nèi)。若采用干卷曲工藝，則絲束不經(jīng)過二道卷曲預(yù)熱浴槽，而直接進(jìn)入卷曲機(jī)的汽蒸箱，經(jīng)蒸汽加熱后再由卷曲機(jī)進(jìn)行卷曲。
