大连工业大学2013届本科生毕业设计（论文）
第一章 总论
1.1概述
随着高分子材料的不断研究和发展，人们自20世纪初期开始了对合成纤维的研究。德国F.Klatte于1913年首先研制成功聚氯乙烯纤维，这是第一种合成纤维。1946年，IG公司研制出聚酯纤维，杜邦公司于1953年正式将它建厂投产，商品名为：Terylon。
我国化纤行业经过50多年的快速发展，现已形成品种基本齐全、技术设备比较配套、产量高的生产开发体系。从合成纤维的品种来看，聚酯纤维产量最高、发展最快、应用领域最广阔，这主要是因为聚酯纤维的原料易得，生产流程较短，投资少，产品性能优越以及应用范围广。据统计，在过去10年里，世界聚酯纤维的生产能力年均增长率在4%左右。
聚酯纤维是大分子链中各链节通过酯基相连的成纤高聚物纺织物而成的纤维(PET)。在我国，将含聚对苯二甲酸乙二醇脂组分大于85%的合成纤维称为聚酯纤维，中文商品名叫涤纶。聚酯纤维种类很多，大规模生产的聚酯纤维仅为对苯二甲酸和乙二醇缩聚制成的聚对苯二甲酸乙二醇脂（PET），然后经过纺丝制成聚酯纤维。
阻燃涤纶的研究始于20世纪50年代初，经过几十年的发展，涤纶的阻燃技术已比较成熟，已经有许多商业化的阻燃涤纶，如日本东洋纺公司的Heim、意大利Snia Viscosa 公司的WistelFR等。我国从上世纪80 年代初开始进行阻燃涤纶的研究，短短几十年也取得了不少进展。阻燃方法有气相阻燃、凝聚相阻燃和中断热交换阻燃。气相阻燃实质是抑制燃烧链增长；凝聚相阻燃实质是延缓或阻止高聚物热分解；中断热交换阻燃实质是将燃烧的热量带走。由于燃烧和阻燃设计很多影响因素，大部分阻燃体系都同时有多种阻燃机理共同起作用。
本设计采用的阻燃剂是RHPET-0405芳基磷酸酯阻燃剂是一类具有不同化学结构的芳基聚膦酸酯类阻燃剂。不含卤素、高效、耐久、无烟、无尘、热稳定性高，与许多聚合物具有较好的相容性，在聚合物的纺丝、纺粘等成形加工温度下处于熔融状态，易于混合均匀；单独少量使用即可达到好的阻燃效果，
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对材料的其它性能影响较小，是一种PTA理想添加型阻燃剂。
本设计长丝生产采用高速纺丝技术。高速纺丝是20世界70年代发展起来的合成纤维加工的新技术。高速纺丝的生产能力比常规纺丝高6-15倍，并且将纺丝和拉伸工艺操作合并，进而减少损耗，节约成本。高速纺丝在聚酯生产中应用最为广泛，近年来新建的化纤厂大多都采用高速纺丝技术。高速纺丝于常规纺丝工艺过程基本相似，但由于纺速提高，卷绕丝的性能发生根本变化。例如纤维的取向度提高，但结晶度不高，纤维柔软，易染色等，这是因为纺速对卷绕丝性能的影响所致。
一般在高速纺丝条件下，丝条的拉伸取向是在熔融状态下或者部分熔融状态下发生的，纺丝过程中形成的大分子和微晶仍能够自由运动，因此不能像未取向丝在固态下拉伸那样是大分子沿纤维轴完全取向。因此，一般高速纺丝虽然张力较大，但所得纤维的张力并不能达到最高值，只有当纺速达4500-5000m/min以上，才能获得像未拉伸丝经过拉伸后所具有的强度。而如此高的纺速对设备的要求同样很高，难度也很大，因此可采用多级拉伸，即先以一定的速度经过第一热辊，纺出预取向丝，然后再进行第二热辊拉伸，便可获得预取向效果。
1.2综述文献
色度、特性黏度、端羧基、凝聚粒子都是聚酯产品重要的质量指标，会影响到下游纺丝工序,也是生产中控制的难点和重点。
酯化液位可以调节停留时间，提高酯化液位,可以提高酯化率,但二甘醇含量提高容易导致分离系统堵塞，从而停留时间上升,使酯化率的增长速度下降。
控制好酯化温度对提高酯化率有很好的效果，一般采用290℃～294 ℃酯化温度进行生产。
在预缩聚阶段,温度与压力是主控参数。高温有利于预缩聚加快反应，但不利于端羧基含量的控制。适当降低预缩聚反应压力可以加速游离态乙二醇的析出,从而使反应向正方向进行，但是压力控制不好容易引起真空系统的堵塞。因此预缩聚阶段温度和压力的调整应该慎重。“三釜”聚酯生产技术中,端羧基可能是酯化残留的,也可能是缩聚热降解产生的。因此,产品端羧基的调整应经过认真分析在进行,这是聚酯产品质量控制的一个重点和难点。
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终缩聚压力是控制熔体黏度的关键因素，熔体黏度直接影响产品质量，因此终缩聚压力的控制有非常重要的意义。通常压力降低，则熔体黏度上升，生产能力增强。
生产中压力参数的控制一定要适度、稳定。适度可以保证生产操作的需要，稳定能够保证稳定的产品质量。终缩聚压力低会导致真空泵超负荷，造成失真空环境，黏度无法控制；终缩聚压力高，说明酯化和缩聚反应过度，导致产品质量下降。
随着科技水平的不断提高，聚酯生产技术的发展主要呈现以下几种发展趋势:
1) 生产能力大幅度提高
很多公司通过引进国外的先进设备和技术，使国内聚酯生产能力大幅度提高。
2) 物耗能耗不断降低
在实际生产中，乙二醇、水、蒸汽等资源都可以循环利用，大大降低了原料和资源的成本，另外更多的公司注重设备的维护和保养，从侧面节约了成本。 3) 实现先进控制技术、减少开车停车时间
在大型化的生产车间中，频繁的开车停车会造成巨大的经济损失以及产品质量的不稳定性，因此越来越多的公司采用国内外先进的控制技术，来保证生产的连续性，通过中央监控实现安全稳定的生产，并且可以有效的降低能耗和人员费用。
4) 生产过程更加环保
随着人类环境保护意识的不断提高,环境友好生产是工业生产的必然发展趋势,聚酯生产技术的不断进步,减少了三废的排放,体现了聚酯生产向环保发展的趋势。
1.3设计任务的依据或项目来源
1.3.1 产品规格
年产80000吨阻燃涤纶长丝生产车间设计。其中6万吨FDY阻燃涤纶长
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丝，规格90dtex/36f ，2万吨DTY阻燃涤纶长丝。规格90dtex/36f。
1.3.2 设计（论文）所要设计、研究的内容和实施方案 设计主要内容：
根据设计项目进行生产方法及工艺流程论证；绘制带控制点的工艺流程图；计算工艺参数；进行物料衡算并绘制物料平衡图；设备选型；非标设备设计；公用工程计算；三废处理与安全生产；设计车间平面布置；设备一览表；撰写说明书。
选择国内外先进的熔体直纺工艺技术及设备，提高生产率。装置要合理布置，各单元之间要满足规范。贯彻执行国家产业政策和行业发展规划，围绕提高企业经济效益，充分利用有效资源，做到投入少汇报快。“三废处理”严格执行国家标准及法规。 1.3.3项目来源
从教学及生产出发，由导师指定课题。依据《高分子材料加工工艺学》、《高分子材料生产加工设备》、《高分子材料加工厂设计》、各专业相关的国家及行业标准。
1.4主要原材料及规格
1.4.1 PTA（对苯二甲酸）的规格
表1-1 PTA的物化常数
序号 1 2 3 4 5 6 7
项目 熔点 升华点 比重 分子量 自然点 最低爆炸浓度 极限氧浓度
单位 ℃ ℃ g/cm3 ℃ g/L
指标 384 402 1.510 166.13 680 0.05 15%
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表1-2 PTA的技术指标
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 项目 分子量 外观 酸值 4-羧基苯甲酸 对甲基苯甲酸
灰分 重金属 (Mo,Cr,Ni,Mn,Ti,Co)
铁含量 水分 5%DMF色相 粒度分布
平均粒径 单位 mgkOH/g
% % % % % % APHA 通过40μm 通过250μm 大于250μm
μm 指标 166.13 白色粉末 675±2 ≤0.25 ≤1.5 ≤0.15 ≤0.10 ≤0.02 0.2 ≤10 ≤20% ≥97% 0%
M±10(中心范围值95~120μm)
2. EG（乙二醇）的规格
表1-3 EG的物化常数 序号 1 2 3 4 5 6
项目 分子量 熔点 闪点 发火点 密度 折射率
6
单位 ℃ ℃ ℃ 20℃ g/cm3 25℃ g/cm3 20℃
指标 62.07 -13 115 121 1.1134 1.110 1.4317