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1、腈纶纤维装置简介和重点部位及设备 一、装置简介(一)装置发展及其类型1装置发展聚丙烯腈(PAN)纤维是指由聚丙烯腈或丙烯腈含量在85以上和其他第二、第三单体的共聚物纺制而成的纤维。我国聚丙烯腈纤维的商品名称为“腈纶”，又常称为腈纶纤维。早在20世纪30年代初期，美国Dupaut公司和德国Hoechet化学公司就已着手聚丙烯纤维的生产试验，随后又花了十余年时间，直至1950年，聚丙烯腈纤维才正式生产。最早的聚丙烯腈纤维由纯PAN制成，因染色困难，且弹性较差，故仅作为工业用纤维。后来开发出丙烯腈与烯基化合物组成的二元或三元共聚物，改善了聚合体的可纺性和纤维的染色性，其后又研制成功丙烯氨氧化法制丙烯
2、腈的新方法，才使聚丙烯纤维得以迅速发展。聚丙烯腈纤维具有羊毛的特征，即蓬松性和保暖性好，手感柔软，防霉、防蛀，并有非常优越的耐光性和耐辐射性。因此，目前其产量在合成纤维中仅次于聚酯纤维(涤纶纤维)和聚酰胺纤维(如尼龙6纤维)。1990年世界主要国家和地区的聚丙烯腈纤维产量为2305x104t，占合成纤维总产量的156。我国1990年腈纶产量为11X104t，占合成纤维总产量的812。20世纪90年代，我国的腈纶产量已有成倍的增长。2装置的主要类型由于聚丙烯腈在加热下既不软化又不熔融，在280300特点，故一般不能进行熔融纺丝，而是采用溶液纺丝法(有干法和湿法两种)予以加工成形纺丝。其凝固溶液通
3、邯为制备原液时所用溶剂的水溶剂，也有采用制备原液时所用有机溶剂的煤油溶剂为凝固浙液的。工业上聚丙烯腈常用湿法成形，湿法成形中又有四种类型的溶液纺丝法，即(1)二甲基：甲酰胺(DMF)溶剂法；(2)二甲基亚砜(DMSO)溶剂法；(3)硫氰酸钠溶剂路线；(4)硝酸溶剂路线。由于硫氰酸钠溶剂路线的主要优点是工艺过程简单，聚合速度较快，聚合时间较短，NaSCN不易挥发，NaSCN溶剂消耗定额较低，可降低工业成本，因此实际工业生产时，一般都以NaSCN为溶剂，采用丙烯腈在NaSCN溶剂中聚合，并直接用聚合液进行纺丝，再经过一系列的后加工(又称后处理)成为聚丙烯腈纤维成品的一步法生产(即“一条龙”生产流水
4、线)。本节就以一步法湿法成形为例，对聚合原液(聚合部分产品)开始到聚丙烯腈产品生产的安全技术加以阐述。(二)单元组成与工艺流程1单元组成主要有以下三个主要单元所组成：(1)纺丝原液制备单元。经过丙烯腈聚合装置一步法制得的纺丝原液，因含有未反应的单体、气泡和少量的机械杂质，必须加以去除，故设置了纺丝原液制备单元。该单元由脱单体(高转化率聚合工艺由于可在脱泡时把少数未聚合的单体脱除，故可不需单独设立脱单体工序)、混合、脱泡、调温和过滤等工序所组成。单体残留量应小于0.3。(2)湿成形单元。该单元由纺丝、凝固等工序所组成。在此单元中得到的是经过喷丝头、凝固浴成形后的含有多量溶剂的湿丝条(即“冻胶”)
5、。(3)后加工单元。又称后处理单元，包括有拉伸、水洗、致密化、卷曲、热定型、上油、干燥、切断(或牵切加工)、打包等工序。腈纶纤维成品经打包后出厂，完成了后加工单元的生产工序。2工艺流程(3)流程叙述原液准备流程叙述由聚合工段来的原液经管道混合器1而进入原液混合槽2，使原液充分混合后用齿轮泵送经真空脱泡塔3，脱除原液中混入的气泡。脱泡后的浆液经由密封槽4送人多级混合器5，在此中加入消光剂和荧光增白剂(已预先配制好)。然后经过热交换器6进行调温，并进入高速混合器7中混合，再经过板框过滤机8过滤除杂，以稳定的压力送经纺丝机，即下一步湿成形单元里再加工。消光剂和荧光增白剂的配制工艺为：一定量的荧光增白
6、剂在硫氰酸钠溶液的存在下，在振荡研磨机9中充分振荡研磨之后，由泵送至荧光浆液计量槽10，与荧光增白剂二氧化钛和硫氰酸钠溶液以一定比例量加入球磨机11内进行充分的球磨；球磨后的荧光增白剂和消光剂硫氰酸钠溶液一起送人球磨机接受槽12，再由泵送人带有搅拌器的消光浆储槽13不断搅拌并储存，完成了整个消光剂和荧光增白剂的配制工艺流程。纺丝工艺(含后加工)流程叙述纺丝按工艺流程可依次分为纺丝工段和纺丝后处理工段，现分别予以叙述。纺丝工段：从原液制备工段来，经过板框式原液过滤机输送至纺丝机的聚丙烯腈(PAC)原液，其压力为0。59MPa003MPa，温度在35-45之间，进入纺丝工段的第一道工序，即齿轮纺丝
7、计量泵和烛形滤器后至喷丝头。在喷丝头接口之前装有一只空气瓶，用以减小由于齿轮泵齿轮运转时所造成的原液流量的波动。从喷丝头喷出的原液细流，在浓度为8-10，温度为7-125的凝固浴槽中凝固成初生纤维，纤维的运行方向与凝固浴的流动方向相同，浸浴长度为0.8m。未完全凝固的丝束，由凝固浴槽卷取罗拉牵引出凝固浴，然后进人预热浴槽，在NaSCN(硫氰酸钠)浓度为4二5，温度为60土5的预热浴中进行预热拉伸，并进一步凝固。丝束在预热浴槽内被拉伸149倍后再进入蒸汽拉伸盒进行湿热拉伸，使总拉伸倍数达926-109倍，并经导丝架并人集束架，将各喷丝头出来的小股丝束依次集合成四股大丝束。接着，由牵引机引入水洗机
8、，在水洗槽中进行逆向水洗，洗去丝束上的NaSCN。对生产白纤维(即原色纤维或原色丝)，则不经过染色槽、透风、淋洗等三道工序，其丝束经过三道水洗，然后经轧辊轧干水分，进入前上油机进行浸渍式上油处理，再经过一道轧辊，轧到含水率为150左右后输入圆网烘干机内作松弛于燥处理。这样便完成了原色丝的纺丝工段生产工艺过程。若生产有色纤维，则丝束经两道水洗，然后经轧辊轧干水分、扩幅曲辊扩展，再在花篮滚筒带动下进人染色槽，与染液接触，进行浸渍染色，浸染26秒后，丝束到达花篮滚筒，向后卷绕至第一晾干辊筒，接着运行至第二晾干滚筒进行透风处理。再经挤压辊挤压后，进入淋洗槽作淋洗(喷淋)，用轧辊轧干后进人前上油槽，最后
9、输入园网烘干机进行松弛干燥处理。因此，有色纤维的纺丝生产较原色纤维生产工艺相对复杂一些。纺丝后处理工段：经过松弛干燥处理烘干之后的丝束(原色或有色丝)，通过活动调节架和压辊进入第一卷曲预热槽，在9095的水浴中预热，再通过轧辊和张力架固定丝束位置，并调节一定张力后，转入第二卷曲预热槽，温度控制在85-90。然后使丝束通过调幅杆，进入卷曲轮后到卷曲机卷曲。卷曲后的丝束，通过输送带自由落人铺丝箱内。若采用干卷曲工艺，则丝束不经过二道卷曲预热浴槽，而直接进入卷曲机的汽蒸箱，经蒸汽加热后再由卷曲机进行卷曲。卷曲后的丝束沿滑槽滑下，通过摆丝机构，并依靠丝束自重按秩序分格铺人丝束箱内；装满后，用电瓶车将丝
10、束箱送人定型锅内，在温度为120，压力为018MPa左右的工艺条件下进行汽蒸热定型。经汽蒸定型后的丝束，若为湿卷曲纤维，须再经定型引丝装置进入后上油机，采用浸渍式进行第二次上油；若为干卷曲纤维，可直接送人下道工序进行切断、打包或加工成毛条。湿卷曲纤维经第二次上油后，用压辊将丝束上多余的油剂轧干，然后通过铺丝摆斗将丝束均匀地铺于帘板烘干机的帘板上，进入机内进行烘干作业。出帘板烘干机后，如生产短纤维，其丝束通过调幅架、捕结器、牵引机、张力架等一系列操作，调节至一定的张力，进入切断机，将丝束切断成所需长度规格的短纤维；而短纤维则经过打包、电子秤自动称量，送人打包机，经复核、质检后出厂、完成了短纤维的
11、生产后处理过程。如需将长丝束直接制条，则通过摆丝机引出，折叠装箱，然后送人中转库，供制毛条生产时使用。至此，结束了后处理生产。纺丝后处理工段中，原色丝和有色丝的生产工艺相同。(三)工艺技术特点(1)由于细小固体颗粒状的聚丙烯腈树脂，在加热下既不软化又不熔融，且在280300下会分解的独特性能，与聚酯、聚酰胺纤维的熔融纺丝生产不同，而是采用了新的纺丝生产工艺溶液纺丝法，纺丝后的湿丝束要经过凝固、冷却和拉伸等工序。(2)采用以NaSCN为溶剂的溶液纺丝法，形成连续聚合，直接纺丝和后处理的一步法湿纺工艺路线，虽然工艺流程长、加工工序多，但是具有工序衔接紧凑，连续化程度高，便于自动化控制的特点。(3)
12、聚丙烯腈纤维生产加工处理工序多，“一条龙”作业线长，厂房平面占地面积比聚酯、聚酰胺纤维生产大。(4)纺丝原液的制备质量好坏和原液与溶剂混合后溶液的黏度对纺丝湿法成形有很大影响。如果未将经一步法制得的纺丝原液中含有未反应的单体、气泡和少量机械杂质加以去除，就保证不了纺丝溶液的质量均一性；如果所选择的溶剂对纺丝原液溶化度，不能使混合后的溶液黏度达到最低的要求，则纺丝成形就会比较困难。为此，腈纶纤维生产单独设立了原液制备工段，以控制其质量；工业上若以NaSCN为溶剂，则当硫氰酸钠水溶剂浓度达到50左右时，纺丝原液混合后的浓度为10-15，这时聚丙烯腈中CN与溶剂系统构成的溶剂化层最适宜，溶液的黏度也
13、最低，最有利于湿式纺丝成形，于是形成了腈纶纤维生产的个特点。(四)溶剂及荧光增白剂聚丙烯腈纤维生产装置的主要危险化学物质为溶剂硫氰酸钠及荧光增白剂二氧化钛。其主要特性及储运和应急处理方法列于下：1硫氰酸钠(溶剂)硫氰酸钠，分子式为NaSCN，有固态和液态两种，其性状为无色透明固体或为颜色透明黏稠液体。聚丙烯腈纤维生产装置使用液态硫氰酸钠作溶剂，有毒，溶于水和乙醇，pH值68。当温度低于10C时有结晶体折出。硫氰酸钠的储运要求是：(1)应储存于阴凉、通风仓库内。(2)保持容器密封，注意防潮和雨水的浸入。(3)应与易燃物、可燃物、还原剂、碱类、金属粉末等分开。(4)搬运时要轻装轻卸，防止包装及容器
14、损坏。(5)严禁与酸类、氧化剂混储混运，并注意防潮。硫氰酸钠的应急处理方法为：(1)发生泄漏后，受污染区迅速禁止无关人员进入；切断物料源(如容器泄漏时要停止进料)，把泄漏处转向上；加强室内排风，同时清扫泄漏物，避免粉尘飞扬，然后再用大量水冲洗干净，冲洗水应放人废水系统。(2)发生人员灼伤后，迅速将患者脱离事故现场至新鲜空气处；呼吸困难时给输氧，呼吸停止时立即进行人工呼吸；皮肤污染后，可用大量流动水彻底冲洗；眼睛污染，可用大量流动水或生理盐水冲洗；口误服者给予饮温水，催吐，洗胃；就医。(3)发生火灾后，灭火措施为用二氧化碳、干粉等施救。2二氧化钛(荧光增白剂)二氧化钛，又名钛白粉，分子式为Ti0
15、2，性状为白色粉末，聚丙烯腈纤维生产装置中作荧光增白剂使用。属低毒类。不溶于水、稀碱、稀酸，溶于热浓硫酸、盐酸、硝酸。稳定、不燃，是火场周围可用的灭火介质。关于毒性与健康的危害：接触限值为中国MACl0mgm3、前苏联MAClomgm3、美国TLVTWAl0mgm3；侵入途径为吸人、食人；健康危害方面虽属低毒类物质，但长期吸人氧化钛粉尘的工人，肺部无任何变化，亦未产生接触性皮炎、过敏反应。二氧化钛的储运要求是：(1)储存于阴凉、干燥、通风良好的库房；(2)防止受潮和雨淋；(3)搬运时轻装轻卸，防止包装破损。二氧化钛的防护措施和应急处理方法：(1)防护措施密闭操作，局部排风；作业时佩戴防尘口罩、安全防护眼镜和穿防静电工作服及戴防护手套；工作现场禁止吸烟；工作后淋浴更衣，注意个人清洁卫生。(2)应急处理方法发生泄漏时，隔离泄漏污染区，周围设警告标志，切断火源；应急处理人员戴好防毒面具和手套，用洁净的铲子收集于干燥洁净有盖的容器中，运至废物处理场所，或在专用废弃场所深层掩埋；如大量泄漏，收集回收或无害处理后废弃。发生人员污染后，若皮肤接触的，应脱去受污染的衣着，用肥皂水及清水彻底冲洗；若眼睛接
