①纺丝:粘胶细流通过喷丝头孔道喷出,进入酸浴,伴随着化学变化发生形态变化,由液态变成固态,同时水分脱出,凝固成初生纤维。这一过程中实际发生着两项化学反应及与其它杂质的一系列副反应:
2NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + 2H2O; Na2C2S3 + H2SO4 → Na2SO4 + H2S + CS2; Na2S + H2SO4 → Na2SO4 + H2S +(X-1)S; Na2S2O3 + H2SO4 → Na2SO4 + H2O + CS2 + S; Na2S + H2SO4 → Na2SO4 + H2S; Na2S2O3 + H2SO4 → Na2SO4 + H2S + SO
②集束:每个喷丝头喷出的丝条,经过导丝钩和导丝盘,沿着总丝束移动的方向,集合成大的丝束。
③拉伸:粘胶被压出喷丝孔进入凝固浴时,纤维素分子处于混乱的无定向状态,为了提高纤维强度,改善纤维伸度,对刚形成的纤维要进行塑化拉伸,使大分子缔合体在拉力的作用下,沿纤维纵向比较整齐地排列,从而提高纤维的物理和机械性能,提高纤维的强度。
④塑化浴:丝条刚离开酸浴,虽然已均匀凝固,但还没有完成全部分再生,在高温的低酸热水浴中,丝条处可塑状态,通过对丝条进行强烈的拉伸,改善了纤维性能,同时,残留在丝条上的黄酸酯会进一步分解而使拉伸效果巩固下来,并蒸发出二硫化碳。
⑤切断:下游纺织加工对纤维的长度有严格的要求,因此,需要靠专用的切断机将丝束切成符合纺织加工要求的长度。
⑥水洗:粘胶短纤维生产用水量最多的部分是水洗,并且对水质的要求也比较高,要求用软化水,以避免纤维上产生钙、镁等氧化物的沉淀,而影响纤维的品质。水洗的水温一般控制在50-70℃。
⑦脱硫浴:从塑化浴出来的丝束,已经过高温水洗,纤维表面上的硫磺虽大部分已被洗掉,但还有一部分残留在纤维上,需要进行脱硫处理。
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生产上采用的脱硫剂有亚硫酸钠、硫化钠等。
⑧漂白浴:要求纤维具有较高的白度时,需要进行漂白处理。生产上采用次氯酸钠漂白。
⑨酸洗浴:酸洗是为了除去纤维在漂白、水洗后,残余在纤维上的氯和附着的有色氢氧化铁及其它金属盐,使纤维外观颜色一致。
⑩上油:油剂是提高纤维纺织加工性能的重要化学制剂,目的是增加纤维的润滑性,减弱纤维的静电效应,增加纤维的饱和力。
?干燥:粘胶短纤经后处理后,一般水含量在150-250%左右为了达到成品的规格要求,必须对纤维进行干燥。干燥包括开松、烘干、输送过程。干燥温度有较严格的要求,在烘干过程中需要严格加以控制。
?打包:烘干后的纤维比较松散,不利于运输和贮存,因此要用打包机打成一定规格的纤维包。
纺练车间生产工艺详见图2-2。
图2-2 纺练车间生产工艺流程示意图
2.2.3 酸站(车间)
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1)工作原理
酸站的工作包括:纺丝浴(酸液)的循环调配、蒸发浓缩和结晶分离硫酸钠。
①纺丝浴的循环、过滤、调配和脱气:在纺丝过程中,化学反应消耗大量硫酸,生成的水又将纺丝浴稀释。此外,丝条带走了纺丝浴的各组成。因此,在纺丝机上,纺丝浴中的硫酸和硫酸锌浓度及温度不断下降。为了稳定纺丝条件,就必须不断给纺丝机供应恒定组成和恒定温度的纺丝浴,并不断地将稀释了的纺丝浴回流,这就是纺丝浴的循环。在循环过程中,根据需要量的多少不断补加硫酸及硫酸锌,并通过加热调整其温度。
纺丝机回流的纺丝浴,除了夹带有粘胶块、废纤维及其它机械杂质外,还有硫磺和硫化物。这些杂质使纺丝浴呈现浑浊状态,并在纺丝时造成单丝早期断裂,必须进行过滤将其除去。
②纺丝浴蒸发:在纺丝时,粘胶带入的水和化学反应生成的水其中一部分被自然蒸发掉或被丝条带走,而大部分仍然留于纺丝浴中,使纺丝浴中的水大量增加,为保持纺丝浴的组成平衡,就要将增加的水蒸发掉。
③纺丝浴结晶:纺丝时的化学反应生成硫酸钠,为了使纺丝浴在循环中保持组成平衡,硫酸钠必须通过结晶除去。
2)工艺流程简述
纺丝机中粘胶细流通过喷丝头微孔喷出并进入酸浴,发生化学、物理变化形成初生纤维,此过程在纺丝浴(酸液)中进行。
①纺丝浴循环、调配:纺丝机定量流出的纺丝浴进入旋流器,在此计量加入硫酸和硫酸锌维持纺丝浴的酸度和硫酸锌的浓度恒定,补充化学助剂后纺丝浴进入底位槽。纺丝机回流的纺丝浴除了夹带有粘胶块、废纤维及其他机械杂质外,还有少量硫磺和硫化物,用酸泵输送,先粗滤除去胶块、废纤维等较大的机械杂质,再强制通过中空微孔滤管分离去除微细杂质,之后纺丝浴经加热器升温后进入高位槽,由高位槽加入纺丝机实现纺
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丝浴的循环。
②纺丝浴蒸发:纺丝浴循环系统中经过过滤器的纺丝浴一部分被送至蒸发高位槽,然后经六效闪蒸浓缩脱水,以平衡纺丝时增加的水量。浓缩后的纺丝浴返回纺丝机上的高位槽。
③纺丝浴结晶:纺丝酸浴过程的化学反应生成大量的硫酸钠(Na2SO4),为维持纺丝浴组成恒定,在蒸发系统经六效闪蒸后的浓缩酸罐中分出部分浓缩纺丝浴液进结晶机、增浓器后送到脱水机,分离出芒硝结晶(Na2SO4·10H2O),母液(脱除硫酸钠后的纺丝浴)送到循环系统的底位槽。
酸站生产工艺详见图2-3。
图2-3 酸站工艺流程示意图
2.2.5 废气处理
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粘胶短纤维生产装置运行时将排放大量的工艺废气,所含主要污染物是CS2和H2S;原液车间黄化、连续脱泡装置需抽真空排出废气,含少量的CS2、H2S,车间通风换气的排气中也含有很低浓度的上述污染物;纺练车间纺丝机、塑化浴、精炼水洗等装置均排放大量含CS2、H2S的工艺废气,酸站也有含CS2、H2S工艺废气排放。
废气主要来源于生产线若干工序设备(施)的通风排气,分别为原液车间的黄化、后溶解、过滤、连续脱泡工序,纺炼车间的纺丝机、塑化槽排气回收CS2后的尾气、分配槽、精炼水洗等工序和酸站蒸发排气,其中损失排放CS2量较大处依次为塑化槽排气回收CS2后的尾气,纺丝机排气,黄化机和连续脱泡机抽真空排气。
在粘胶纤维厂CS2、H2S的产生主要是在纺丝成型时发生的,在纺丝时产生的CS2和H2S大部分溶解在纺丝酸浴中并随着酸浴进入到酸站系统中。酸浴管中建立一个脱气装置,将大部分CS2和H2S从酸浴中脱出,少量未脱出的在六效装置由真空泵吸出。将脱气装置和六效装置中收集到的富含CS2和H2S的废气送入排毒塔高空排放。
由于粘胶纤维生产工艺中使用大量的二硫化碳溶剂,虽然采取了回收循环措施,但一般回收率只能达到50%,大量损失的二硫化碳以CS2、H2S和S2-的形式排放,总排放量折成CS2达3150t/a,均引入废气燃烧装置处理后经H=120m的排毒塔高空排放。
2.3主要设备及操作参数
2.2.1 原液车间主要设备、设施
表2-1 原液车间主要设备、设施一览表
序号 1 2 设备名称 碱液中间桶 板框过滤机 设备型号 非标 非标 13
单位 个 台 数量 2 26 运行状态 完好 完好 备注