探讨连续纺丝酸垢产生的原因及解决办法_杨海军.pdf

60 前言近年来，粘胶连续纺发展迅速，下游市场不断扩展，需求品种越来越多，其中粘胶长丝越来越受到青睐。粘胶连续纺丝的织物具有适当的强伸度和吸湿性能，另外由于其单丝与整丝均纤细，所以手感柔软、悬垂性好，几乎达到仿真丝效果，因而连续纺粘胶纤维颇具市场前景。粘胶连续纺丝可纺性能好、断头少、单根毛丝率低、染色均匀性好。影响纺丝可纺性的原因有多种，如粘胶质量、喷头质量、凝固浴的洁净程度和机械摩擦等均能对可纺性构成影响。提高纺丝机可纺性、减少长丝断头、减少毛丝是摆在所有连续纺生产厂家面前的首要问题。文章重点探讨酸站凝固浴中污垢的产生对可纺性的影响及应对办法。1 凝固浴污垢对可纺性的影响目前粘胶长丝纤维生产中，酸站车间的任务是组成稳定不变的纺丝浴温度：561，酸浴1浓度：142g/L，ZnSO4浓度：（100.5）g/L，NaSO4：（2452.5）g/L，并在恒定温度下源源不断地输送给连续纺丝车间，以确保纺丝生产正常进行。酸站还肩负着酸浴的调配、加热、过滤、脱气、蒸发、结晶、脱水、焙烧及过热水循环、脱盐水供给等任务。喷丝头在连续纺机台长期使用后，其表面会形成或者沉淀出一些固体颗粒物，颗粒物不断堆积，在显微镜观察下，喷丝头会形成层状、灰白相间的沉积物或者毛刺。这些沉积物或者毛刺会堵塞喷丝头部分出丝孔，造成单丝不足。沉积物或者毛刺特别严重时，喷丝头可纺性变差、甚至断头，增加纺丝工工作量。这些沉积物不仅与连续纺纺丝粘胶1中原材料含有杂质相关，同时还和浆粕中灰份及原材料烧碱、硫酸杂质等密切相关。其中与连续纺生产过程中相关化学反应生成的不溶解性含硫化合物（如：含 NaCS、NaSO3、S、NaS 不溶解性硫化物等）同连续纺酸浴中的物质（如：H2S04、ZnSO4、Na2SO4、Na2SO3及一些重金属离子等）之间化学反应生成的颗粒物密切相关，其反应如下:H2SO4+Na2S2O3 Na2S2O4+H2SO3+S Na2Sx+H2SO4 Na2S2O4+H2S +S ZnSO4+H2S ZnS +H2SO4结垢主要部位见表 1。探讨连续纺丝酸垢产生的原因及解决办法摘要：连续纺粘胶纤维生产过程是一个复杂的化学过程，其丝条成形中的化学反应主要是纤维素磺酸酯的分解，除纤维素磺酸酯发生分解外，还发生硫酸与粘胶溶液内碱的中和反应以及其它杂质的一系列副反应，副反应产生的副产物部分残留在酸浴中，加上丝条成形时的废丝、胶块等共同形成酸浴中不溶解物。为了更加有效地消除凝固浴中污垢的影响，设计了一种纺丝机机头酸浴过滤器。使用后，纺丝性能得到较大改善，堵头率下降了 90%左右，同时提高了纺丝酸浴的均匀性，降低了劳动强度，提高工作效率。关键词：连续纺；酸浴；纺前滤器；酸浴助剂；结垢 中图分类号：TQ340.5 文献标志码：A 文章编号：1003-1308（2023）01-0060-03杨海军，李庭，陈阳，王永恩（新乡化纤股份有限公司，河南 新乡 453000）目前连续纺丝技术的技术特点是管式成型，工艺流程为：酸浴通过机台进酸管进入酸杯，在酸杯中与粘胶细流反应生成初生丝条，凝固浴携带丝条共同进入玻璃管中继续反应。连续纺这种成型工艺相对于半连续纺来说具有成型时间长、酸浴阻力小等优点，但因为玻璃管的直径较小，也使得管式硫化物酸浴管路、玻璃管、喷头、酸杯滤器、丝束滤器、高位槽、地槽、循环泵进出口、纺丝机等表 1 结垢主要部位结垢结垢部位 61成型有了酸杯出酸口小的缺点，这种特点对凝固浴的洁净度有了更高的要求。2 凝固浴中污垢的产生原因连续纺粘胶以纤维素黄酸脂为主，氢氧化钠和水、粘胶细流进入凝固浴中后，主化学反应为粘胶中 Na+跟纺丝浴中的 H2SO4发生中和反应，使纤维素黄酸脂凝固析出。但也存在副反应，如下：Na2Sx+H2SO4 Na2SO4+H2S +S 副反应形成的硫单质，大部分会随着凝固浴循环被过滤系统去除，但也会有一部分粘结到凝固浴输送管路、加热器、高位槽、地槽等的管壁上，这些硫单质会随着时间的延伸越结越厚，在过滤系统之前出现的污垢会被过滤系统酸浴车间丝束滤器截留，并被反洗去除。但是在过滤系统之后产生的污垢无法有效去除，这些酸垢随着时间的推移长期积聚、结垢会越来越厚。连续纺长丝系统长期以来由于酸浴结垢脱落堵塞供酸系统不畅，造成的纺丝车间断头及无法正常纺丝的事故时有发生。对酸浴结垢进行分析后进一步发现，目前纺丝浴的沉积物主要含硫化物及其副产物 NaCS、Na2SO3、S、NaS等沉淀所占比例约 60%80%，还含有10%20%的有机物质，如粘胶生产过程中产生的胶质物等，其中大部分与粘胶和连续纺纺丝酸浴相关。目前多数厂家在酸浴循环中加入助剂来缓解酸浴结垢变化，但是当助剂过量且超过临界胶束浓度后，其中过量的助剂会使酸浴中的添加剂或者大分子、胶状化合物的亲油基等吸附在最初形成的沉积物的微粒上面，而助剂的亲水基有屏蔽作用，并将进一步阻止或者延迟这些微小的沉淀物聚集生长。虽然助剂延缓了有机物的沉淀，但部分微小颗粒物会随着时间的推移慢慢积聚沉淀，并在酸浴管壁上堆积形成结垢现象。当助剂用量加入过大时，酸浴循环管路上的结垢也会进一步分散，并使连续纺酸浴中不溶于水解沉淀物或者硫化物杂质增多，造成粘胶长丝产品色泽变差及手感下降等问题。加入过量助剂会使得酸浴表面张力下降较大，气泡在酸浴中的稳定性增大，常常使得酸浴浊度降低，并使长丝产品纤度降低，强度也有相应降低，酸浴助剂的加入量对连续纺长丝 Na2SO4母液晶核的形成也有较大的影响：当助剂加入过量时，使得 Na2SO4的结晶晶核析出出现困难，析出的芒硝颗粒变得又细又小，不利于酸浴芒硝的生成与制备。因为连续纺长丝高位槽后缺少有效地过滤系统，这些污垢会随着凝固浴的循环被带到连续纺纺丝机上。如果出现较大的块状污垢，就会堵在玻璃管进口和酸杯出酸口，使酸浴流量不足从而影响可纺性，严重的会造成停车。目前酸浴循环的基本流程如图 1所示。3 解决办法为了减少设备管壁上污垢2的产生，传统的做法是在凝固浴中加助剂，利用助剂的分散性能抑制单质硫在设备内壁的粘接。为了更加有效地消除凝固浴中污垢2的影响，设计了一种纺丝机机头酸浴过滤器。将该过滤器安装在纺丝机进酸管上，在不改变现有工艺运行的情况下，增加保安过滤器，可以有效拦截凝固浴中的块状酸浴污垢，提高纺丝性能。过滤器是管道过滤器，占地面积小、好拆卸、安装方便、可操作性强，它采用管道滤芯耐酸布作为滤元，滤布过滤精度可达到较高水平，具有比表面积大、过滤阻力小的优点。在酸浴机台进酸管路增加旁通管路和阀门，用以增加保安过滤器。新增保安滤器安装于连续纺进酸平衡桶下方，酸浴机台进酸管上。管道过滤器作为保安过滤器异常堵塞后的应急措施，并在图1 酸浴循环的基本流程62 酸浴进酸管上，增加压力在线检测，由仪表控制间进行压力监控（见图2）3-5。管道过滤器能有效阻止硫或硫化锌沉淀物和有机物质（物质为粘胶生产过程中产生的胶质物），达到净化酸浴的效果。当过滤器堵塞或过流面积减少时，可以通过反洗，使过滤器内的酸垢经管路到酸浴制成车间进一步过滤。4 结语管式过滤器采用耐腐蚀玻璃钢、聚丙烯材质，不但提高了使用寿命，而且玻璃钢、聚丙烯材质的市场价格比不锈钢材质便宜较多，极大地降低了制造成本和维修成本。从投入生产使用的情况来看，在使用机头酸浴滤器后，纺丝性能得到较大改善，堵头率下降了 90%左右，同时提高了纺丝酸浴的均匀性，降低了劳动强度，提高工作效率。目前过滤器还在改进试验阶段，部分效果还在进一步验证中。【参考文献】1杨之礼,王庆瑞,邬国鸣.粘胶纤维工艺学M.北京:纺织工业出版社,1989(12).2吕江 海.注 水开发油田结 垢分析及防治技术J.工程技术(全文版),2019(12):190.3 孙志 礼,冷 兴 聚,魏 严刚,等.机械设计 M.沈阳:东北大学出版社,2000.4张玉,刘平.几何量公差与测量技术M.沈阳:东北大学出版社,1999.5大连理工大学工程图学教研室.大连理工大学工程画图教研室编机械制图M.北京:高等教育出版社,1993.图 2 机台新增柱形滤器 征 稿 启 事国际标准刊号：ISSN 1003-1308国内统一刊号：CN11-2717/TS 邮发代号：80-502应广大读者及作者要求，为了创造一个良好的学术展示和交流平台，本刊特开设“学术”栏目，内容包括国内最新纺织科研成果，学术理论探讨，新技术、新产品、新设备的开发等，欢迎踊跃投稿！纺织科学研究杂志创刊于 1984 年，由中国纺织工业联合会主管，中国纺织科学研究院有限公司主办。本刊充分体现差异化、深度化、视觉化，力求打造富有科学内涵、具有时代精神的权威期刊。本刊已被“中国知网”“超星期刊域出平台”“维普网”等数据库收录。本刊对录用的稿件将按相关规定支付稿酬，所支付的稿酬已包含相关数据库的著作权使用费，向本刊投稿者如无特别声明，均视为同意将该文章的出版权（包括印刷版、光盘版、网络版等）移交给纺织科学研究编辑部独家使用，并同意由编辑部统一纳入相关的数据库检索系统。联系方式北京市朝阳区延静里中街 3 号主楼 624 室 纺织科学研究编辑部电话：[phone]投稿邮箱：fzkxyj_