短纤维后纺上油衡算方程及上油形式的评价

PET短纤维后纺上油衡算方程及上油形式的评价戚敏(上海石油化工总厂涤纶二厂，)建立了合成纤维湿热和高温上油模型及其街算方程．该方程可用于设计参考和指导工业生产．评价了合成纤维常规上油形式的技术性和经济性。指出选择台理的上油形式，可降低油剂消耗．提高装置的经济效益．关健词；合成纤维油荆上油衡算上油形式合成纤维的上油形式一般分为：浸没法、喷淋法、油轮油盘法和油轮毛毡法四种，此外还有上述形式组合而成的上油形式。若以合纤上油丝片温度区分可分为湿热和高温两种上油状态。本文分别建立了这两种上油状态的上油衡算方程。1上油衡算方程的建立1．1湿热模型图1为无汽化的条件下，纤维的上油模型。图1湿热上油模型G．丝片重量，G，．油剂重量E．输入IO．输出1．纤维；2．油分l3．水分GE2+G’E2=G02+G’02(1)Gt3+G’E3=G03+GS03．(2)且G702>O和G’03>0。由于对G702和G70。的定量计算和测定几乎是不可能的，这给式(1)和式(2)的应用及指导生产带来一定的难度。为此，可把相关部分看成一个整体，以PET短纤维为例，其再上油系统可以扩展到卷曲出口(见图2)。 lG’n∥。，色!：箜：：箜：厂爵再西!]Go,,G02,Gos图2转化的上油模型GE2+G’E2一G02(3)GE2+G’E2一G02(4)其中G，、G：和G。有如下关系Ⅲ：含水率一瓦1撩X100％(5)G，E2和G，E3满足：油剂浓度=乃■芏苌厂×100％(6)UP'_1一UF’上述衡算方程可适应于常温至100℃的各种上油形式。1．2高温模型当丝片温度高于loo oc时，可借助传热方程来推算G’ez及丝片的含油量。质量为Ⅳ。的丝片由温度f。冷却至温度岛时，放出的热收稿日期：1992-02·12修改稿收到日期t1992．08-27第6期PET短纤维后纺上油衡算方程及上油形式的评价25量Q。为：Q1=W1CPl(t2一t1)(7)式中Cr。——丝片的比热(J／g·℃)；Ⅳ。——等于Ge。+GE：十Ge。。因GE2／GEl一0．0015—0．0030，故忽略GE2。同理，被上到丝片上的油剂因高温丝片的热作用，所吸收的热量Q。由三部分组成。即：Q2=W2Cp2(100一ts)+W2(1一f1)AH+Ⅳ2Acp3(t2—100)(8)式中Ⅳ：——被上到丝片上的油剂质量(g)，有W2=G7E2+G’E3；CPz——油剂的比热，可近似为4．19(J／g·℃)； t。——上油前油剂的温度(℃)；A——油剂的浓度(％)；AH——水的汽化潜热，取2．26(KJ／g)；’C一——油剂中油分G’z：的比热(J／g·℃)。由于Ⅳ：A在数值上极小故忽略不计。又因Q。=Q2，所以测得丝片上油前后的温度变化，以及所添加油剂的温度，即可求得：W：一砥蒜乌导‰㈤根据G’E：=W：A，即可求得G’E：。1．3应用举例表1是PET短纤维各种上油形式的实例，通过上油衡算，有助加深理解上油形式与上油率OPU等的相互关系。表1PET短纤维各种上油模型的衡算实例-Cpl=1．05(14-3．84×10一。T)(J／g·℃)，其中T=(“4-f2)／2m．2几种上油形式评价2．1技术评价在各种上油形式中，浸没法最简单，纤维只要浸在一定浓度的油浴中即可，无特殊的工艺和设备要求。Go：和Go，的调节主要依赖于油剂浓度和出口橡胶压辊的挤压力；喷淋法上油的关键设备是喷嘴，其流量可用式(3)26合成纤维工业第15卷和(4)衡算，并通过油剂浓度、喷淋流量等控制OPU。喷淋法的特点是能以单机的辅助形式附设在其它流程中。油轮毛毡法较为复杂，有精密的上油计量系统，密度均匀的毛毡和表面微孔的油轮，有定量调节手段，但毛毡与油轮的接触没有确切的技术要求；油轮油盘法省却了油轮毛毡法中的油剂分配部分，增加了浸油托盘，所以只能定性地调节0P【，。油剂组分随生产时间长短而变化是浸没法和油轮油盘法的共性。在这两种上油形式中，由于油剂反复循环使用，以及纤维对油剂各组分的吸咐能力是不一致的，不同上油形式所产生的油剂泡沫不同。机械作用是泡沫产生的主要原因，丝片在油浴中以约250m／ min的拉伸速度运行，相当于对油剂进行机械搅拌，橡胶压辊对含油剂的丝片的挤压，更加剧了油剂的搅拌和泡沫的生成。油轮油盘法因油轮浸在油浴中，随着油轮转动，油剂泡沫也会增多(油槽、油盘中还会有沉淀和腐败物产生)。所以，这两种上油形式带来的影响是合成纤维产品的上油率和比电阻(包括静电现象)有着明显的波动或不匀。喷淋法和油轮毛毡法是一次性使用新鲜油剂，没有回流液，所以，油剂组分和配比不会改变。油轮毛毡法的油剂自上而下经毛毡渗透后，由油轮将油剂涂抹在纤维上，油剂的泡沫可明显减少。喷淋上油考虑了起泡源和油剂的机械搅拌，使过量的油剂落入空槽中，再缓慢流回贮油槽，亦能解决泡沫问题。浸没法的丝片上油较容易控制，而油轮毛毡法的操作最难控制，每次调换(1次／8h)毛毡后，只能凭经验估计毛毡与油轮之间的接触效果，易造成丝片上油率的明显波动。油轮油盘法的油轮转动使液位波动，不能用精密的液位控制仪表，而油轮直径和油盘高度又限制了调节幅度，因而油轮油盘法也不理想。喷淋法在强调喷嘴设计和油剂过滤后，操作上没有“模棱两可”的内容，易于控制。浸没法和喷淋法因油剂直接作用在合成纤维表面，调节喷嘴流量和多喷嘴交织使用以改善上油均匀性。两种油轮上油形式因其自身缺陷，不能保证G，z：和G，t。的均匀分配，特别是上油系统温度高于100‘C时，造成G’e。的汽化，使油剂难以渗透进入内层。不同上油形式的纤维上油率存在明显的差别，浸没法优于喷淋法，而油轮毛毡法最差(见表2)。表2几种上油形式的OPU对比2．2经济评价。表3LHV901后纺上油实测工况条件项目浸没法上油喷淋法上油以浸没法和喷淋法为例，选择PET短纤维再上油系统进行经济分析。对上海石油化工总厂涤纶二厂LHV901流程浸没法再上油工艺状况测定(见表3)，并运用式(3)和(4)的上油衡算方程可知：卷曲入口丝片含油GE：=5．16x10qg／(g纤维)；卷曲出口丝片含油Goz一1．62×10肿39／(g纤维)；即浸没法在卷曲过程中损失的油分△1=GE2一Gb2=3．54X10qg／(g第6期PET短纤维后纺上油衡算方程及上油形式的评价27纤维)。当以喷淋上油代替浸没法上油，并控制卷曲入口丝片含油水率为6％时，同理有喷淋法卷曲入口与出口丝片含油的差值4=0．19X10-39／(g纤维)。A。和A之差就是两种上油形式在同部位的油耗差：△l一△2—3．35X10_39／(g纤维)按现行进口价格估算，生产能力15kt／a的LHV901流程，仅此一项可降低生产成本约150万元／a。3上油的优化3．1喷油水机国内近30年研制或引进的PET短纤维装置，在切断前都配备了喷油水机，旨在对纤维给予油剂或水分的补充。实践表明，切断前纤维的实际回潮率随环境温度、湿度的变化而波动(o．15％一o．35OA)，喷油水机不能随温度湿度而改变上油量。切断前，丝片的线密度很大，少量油剂的添加不能均匀渗透，因此，改变纤维含油、含湿是不现实的(见表4)。表4PET短纤维喷油水机上油前后衡算对比由表4可知，若以低浓度油剂上油，则纤维的回潮率远大于公定回潮率(o．4％)；若提高油剂浓度，则需增设油剂调配装备及管道，且油剂浓度高的上油效果及均匀性变差，所以笔者认为采用前述的技术措施，保证卷曲出口丝片的含油水率，就能够事半功倍地弥补OPU。正是因为上述原因，上海石化总厂涤纶二厂LHV901和仪征化纤公司TK型生产装置均已取消喷油水机。3．2集束增设上油PET初生纤维，含油水率一般控制在20％左右，但实际拉仲时仅5％一8％，以致造成大量毛丝和破断丝。故建议集束增设上油部位以添加油剂，并取消常规短纤维流程中的浸油槽。控制初生纤维含油水率在25％上下，使整个生产流程中的纤维含油水率分布更合理(见图3)。集柬上油以喷淋形式为宜，无需改变原装备设计，具有定量控制，构造简单和费用低、易操作的优点。图3常规流程和优化上油后合成纤维含油水率分布1．优化上油I2．M-IV901常规上油4结论 a．建立了上油衡算方程。可用于设计和工艺参数的确立，也可指导工业生产。 b．优化上油形式和部位，可降低生产成本，提高经济效益。参考文献 l国家纤维检验局编．‘化学纤维检验技术)(上)．北京。国家纤维检验局出版社，1983．176一1802戚敏．‘合成纤维工业)，1985，(3)。33—38

文章来源：《合成纤维》 网址: http://www.hcqwzz.cn/qikandaodu/2021/0623/605.html