CN103147140A - 一种涤纶工业丝熔体直纺生产方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种涤纶工业丝熔体直纺生产方法及装置，具体属于涤纶工业丝制造领域。其特征在于，包括：聚合釜：用于制备基础聚酯熔体，液相增黏釜：设置有2-10个，分别通过分流管道与聚合釜相连，基础聚酯熔体经液相增黏釜增黏后，特性黏度达到0.90～1.10dL/g；多头纺丝单元：每个液相增黏釜连接有2-10个纺丝单元，纺丝单元通过熔体管道分别与液相增黏釜相连，每个纺丝单元安装有2～4个纺丝箱体。本发明解决了高黏熔体的输送难题，兼顾缩聚生产的规模化效益与涤纶工业丝多品种的市场需求，具有集柔性化和集约化生产为一体的特点。

Description

一种涤纶工业丝熔体直纺生产方法及装置
技术领域
本发明涉及一种涤纶工业丝熔体直纺生产方法及装置，具体属于涤纶工业丝制造领域。 
背景技术
现行涤纶工业丝生产采用切片纺工艺流程：即将原料PTA和EG进行酯化反应、预缩聚、终缩聚反应后冷却切粒制成特性黏度在0.63～0.68dL/g的切片，再经固相缩聚制得0.85～1.05dL/g的高黏切片，然后送入螺杆挤压机进行熔融纺丝，最后经多级热辊拉伸后卷绕成型。固相缩聚是将聚酯切片在大约低于其熔点30℃～60℃的条件下，于真空或氮气等惰性气氛下进行缩聚反应使其分子量继续增大，缩聚时间长达20多小时。涤纶工业丝固相缩聚切片纺生产工艺具有工艺流程长、设备投资大、生产能耗高等缺点，因此，液相增黏熔体直纺生产工艺一直是行业追求的梦想。 
聚酯液相增黏技术突破后，要实施涤纶工业丝大规模熔体直纺生产，仍然需要解决以下两个技术难题：
第一、高黏熔体的输送技术。涤纶工业丝要求熔体的特性黏度达到0.90～1.05dL/g甚至更高，高黏熔体的运动黏度很高，必须解决熔体从液相增黏釜到纺丝箱体的管道输送问题，防止黏度降过大和不均匀。
第二、柔性化多品种生产技术。熔体直纺涤纶工业丝需要考虑聚酯生产的规模化效益，但同时又必须满足涤纶工业丝多品种的市场需求。
发明内容
本发明为了解决高黏熔体的输送难题，兼顾缩聚生产的规模化效益与涤纶工业丝多品种的市场需求，设计了涤纶工业丝熔体直纺柔性化和集约化为一体的生产方法及其装置。具体技术方案如下。 
一种涤纶工业丝熔体直纺生产装置，其特征在于，包括：
聚合釜：聚合釜采用大容量连续化聚酯装置，用于制备基础聚酯熔体，基础聚酯熔体为特性黏度0.63～0.68dL/g的聚对苯二甲酸乙二醇酯熔体；
液相增黏釜：设置有2-10个，分别通过分流管道与大容量连续化聚酯装置相连，基础聚酯熔体经液相增黏釜增黏后，特性黏度达到0.90～1.10dL/g；
多头纺丝单元：每个液相增黏釜连接有2-10个纺丝单元，纺丝单元通过熔体管道分别与液相增黏釜相连，每个纺丝单元安装有2～4个纺丝箱体。
进一步的设置在于：
所述的大容量连续化聚酯装置是指单线产能大，可满足后续多个液相增黏釜所需原料的酯化、缩聚连续流程的聚酯反应釜。
所述液相增黏釜为立式反应釜，产能为30～120吨/天。
所述纺丝单元设置在液相增黏釜的下方，并以液相增黏釜为中心进行均布设置。
所述纺丝单元均匀布置在液相增黏釜的出料口的周围，且每个纺丝箱体至液相增黏釜的出料口的熔体管道输送距离相等。
所述纺丝单元至液相增黏釜的出料口的熔体管道输送距离不超过15m，管径25～100mm。
所述纺丝单元与液相增黏釜之间呈“线型”、“星型”或“矩形对称”布置。
一种涤纶工业丝熔体直纺生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）基础聚酯熔体制备：在大容量连续化聚酯装置中，原料对苯二甲酸与乙二醇经酯化、熔融缩聚后生成特性黏度为0.63～0.68dL/g的聚对苯二甲酸乙二醇酯基础聚酯熔体；
所述乙二醇：对苯二甲酸投料摩尔比1～1.3，酯化温度250～265℃、压力0.12～0.18Mpa、时间3～5小时；预缩聚温度265～275℃、压力2500～3000Pa、时间1～1.5小时，缩聚温度275～295℃、压力50～150Pa、时间1.5～2.5小时；
（2）液相增黏：将制备的基础聚酯熔体经分流管道分别输送至各液相增黏釜中，继续进行预缩聚和缩聚反应，制备特性黏度为0.90～1.10dL/g的高黏聚酯熔体；
所述液相增黏釜采用立式反应釜，液相增黏温度270～285℃、压力50～130Pa、时间40～90min，增黏后的特性黏度达到0.90～1.1dL/g，熔体色相b值低于4，端羧基含量小于30mol/t；
（3）多头纺丝：经液相增黏后的高黏聚酯熔体，经熔体管道分别输送至各个纺丝单元进行多头纺丝，多头纺丝采用集约化的16～24头纺丝；
所述高黏聚酯熔体依次经计量泵计量、过滤、喷丝板喷丝、甬道冷却、集束上油、牵伸定型、网络、卷绕成型，完成纺丝。
更进一步的设置在于：
所述基础聚酯熔体的特性黏度为0.63～0.68dL/g，偏差小于±0.005dL/g，端羧基含量小于30mol/t。
所述高黏聚酯熔体的特性黏度达到0.90～1.1dL/g，熔体色相b值低于4，端羧基含量小于30mol/t。
所述高黏聚酯熔体输送至纺丝箱体的管道长度不超过15m，管径25～100mm，管道温度290～298℃，压力25～30MPa，剪切速率10～18m/s，停留时间不超过8.0min，黏度降控制在0.04～0.08dL/g以内。
所述多头纺丝每个纺丝单元采用16～24头纺丝，即每个纺丝单元设有2个纺丝箱体，每个纺丝箱体配有4～6个纺丝组件，纺丝组件设计成双腔一体式结构，双内腔杯型纺丝组件设计两个熔体通道，在两个纺丝熔腔内设有独立的熔体过滤器，两股熔体共用同一块喷丝板，喷丝板采用分板设计，每个纺丝组件进行两束丝纺丝，纺丝温度290～305℃，单个纺丝位的总旦数最多可达到20040dtex，总牵伸倍数5.6～6.2%，上油率0.4～1.05%，卷绕采用双排并列卷绕机，满足小位距多头纺、高产量纺丝的要求，卷绕速度2600～3300m/min。
本发明的有益效果如下：
本发明采用柔性化一头多釜多尾生产线和集约化熔体直纺多头纺丝，其中：
1、柔性化一头多釜多尾生产线：基础熔体制备选择大规模连续化聚酯装置，可以发挥规模化的能耗物耗效益和保证熔体质量稳定；液相增黏釜的生产能力设计在30～120吨/天合适的范围，一套聚酯装置后接2台及以上液相增黏釜，每台液相增黏釜供应2～10套纺丝单元，每套纺丝单元安装2～4个纺丝箱体进行纺丝，这样兼顾了缩聚生产的规模化效益与涤纶工业丝多品种的市场需求，并且在纺丝系统前的高黏熔体管道中可以在线添加功能性材料，可以同时生产差别化和功能性涤纶工业丝。
2、集约化熔体直纺多头纺丝：由于液相增黏釜的生产能力范围适宜，并且纺丝采用集约化的16～24头纺丝，使得每台液相增黏釜后续的纺丝系统空间布局紧凑，保证了高黏熔体管道长度不超过15m，并配合合理的管道参数和输送工艺条件，黏度降控制在较小的范围以内。本发明不仅能适应涤纶工业丝的市场需求，而且纺丝产能大幅度提高，单位产能设备投资和生产能耗大幅度下降。
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
附图说明：
图1为本发明熔融聚合——液相增黏——熔体直纺柔性化生产的工艺流程图；
图2为本发明实施例一个液相增黏釜对应两个纺丝单元时的熔体管道及纺丝单元排列位置示意图；
图3为本发明实施例一个液相增黏釜对应三个纺丝单元时的熔体管道及纺丝单元排列位置示意图；
图4为本发明实施例一个液相增黏釜对应四个纺丝单元时的熔体管道及纺丝单元排列位置示意图。
图2-图4中：椭圆形代表液相增黏釜20，箭头代表熔体管道50，矩形代表纺丝单元30，圆角矩形代表纺丝箱体60。
具体实施方式：
结合图1-图4所示，本发明的一种涤纶工业丝熔体直纺生产装置，包括聚合釜10、液相增黏釜20、纺丝单元30。其中：
聚合釜10采用大容量连续化聚酯装置，用于制备基础聚酯熔体，基础聚酯熔体为特性黏度0.63～0.68dL/g的聚对苯二甲酸乙二醇酯熔体；
液相增黏釜20：设置有2-10个，分别通过分流管道40与大容量连续化聚酯装置相连，基础聚酯熔体经液相增黏釜20增黏后，特性黏度达到0.90～1.10dL/g；所述液相增黏釜优选采用立式反应釜，产能可达30～120吨/天。
多头纺丝单元30：每个液相增黏釜20连接有2-10个纺丝单元30，每个纺丝单元30通过熔体管道50分别与液相增黏釜20相连，每个纺丝单元30安装有2～4个纺丝箱体60。
为了提高熔体输送效率，以及实现柔性化和集约化生产，所述纺丝单元设置在液相增黏釜的下方，并以液相增黏釜为中心进行均布设置。特别地：所述纺丝单元采用均匀布置在液相增黏釜的出料口的周围，且每个纺丝箱体至液相增黏釜的出料口的熔体管道输送距离相等。
通过实验发现，当所述纺丝单元至液相增黏釜的出料口的熔体管道输送距离不超过15m，且熔体管道的管径控制在25～100mm，熔体的输送效率为最佳，且熔体可以保持较好的黏度和均匀性，以及良好的输送速度。
前述的纺丝单元与液相增黏釜的设置方式中，纺丝单元与液相增黏釜之间设置成如图2所示的“线型”、图3所示的“星型”，或如图4所示的“矩形对称”布置，均可以获得较佳的效果。
以下通过生产范例，对本发明所述的生产装置和生产方法做进一步的描述。
生产实施例1：
年产5万吨聚合装置，配套两个液相增黏釜，每个液相增黏釜对应两个纺丝单元，每个纺丝单元对应2-4个纺丝位。具体工艺参数如下：
（1）液相增黏：
通过熔融缩聚制得特性黏度为0.63～0.68dl/g的低黏聚酯熔体，低黏聚酯熔体通过增压泵增压，过滤器过滤后，输送至立式液相增黏反应器的顶部，在立式液相增黏反应器内由重力自然成膜均匀流下，液相增黏温度270～285℃、压力50～130Pa、时间40～90min。增黏后的特性黏度达到0.90～1.1dL/g，熔体色相b值低于4，端羧基含量小于30mol/t。
（2）高黏熔体输送
熔体输送过程中要求液相增黏釜出料口至每个纺丝箱体的管道输送距离保持相等，长度不超过15m，管径25～100mm，管道温度280～298℃，压力25～30MPa，剪切速率10～18m/s，停留时间不超过8.0min，黏度降控制在0.10dL/g以内。熔体管道的排布方式如附图2所示。
（3）多头纺丝
一个液相增黏釜对应两个纺丝单元时，每个纺丝单元内可以安排2-4和纺位，每个纺位可以达到16-24头纺丝，单个纺丝位的总旦数最多可达到20040dtex。经过液相增黏后的高黏聚酯熔体输送至各个纺丝位的纺丝箱体中，纺丝箱体温度290～300℃，熔体经计量泵计量、过滤后由喷丝板喷出，经缓冷区后冷却成型、集束上油，计量泵前压为5～8MPa，泵后压15～20MPa；过滤器精度为15～20μm；缓冷区温度310～350℃；冷吹风风速为0.3～0.6m/s，风温60～80℃，风湿70%～80%；上油在纺丝甬道下30～100mm处进行，采用二道油嘴上油，由2个油泵同时供油，油泵规格为0.05～0.10CC，并含有1个进油孔和16个出油孔，总上油率为0.4～1.05%。
（3）牵伸热定型： 
采用两级拉伸一级松弛热定型工艺，第一对纺丝辊速度为400～600m/min，总牵伸倍数5.6～6.2%。 
（4）卷绕成型：
定型后的纤维经网络处理后卷绕成型，主网络器压力为0.3～0.4Mpa，卷绕采用双胞胎式卷绕机，卷绕速度2600～3300m/min，卷绕张力170～230cN，卷绕角6.5°～7.5°。
生产实施例2：
年产10万吨聚合装置，配套3个液相增黏釜，每个液相增黏釜对应3个纺丝单元，每个纺丝单元对应2-4个纺丝位。具体工艺参数如下：
（1）液相增黏：
通过熔融缩聚制得特性黏度为0.63～0.68dl/g的低黏聚酯熔体，低黏聚酯熔体通过增压泵增压，过滤器过滤后，输送至立式液相增黏反应器的顶部，在立式液相增黏反应器内由重力自然成膜均匀流下，液相增黏温度270～285℃、压力50～130Pa、时间40～90min。增黏后的特性黏度达到0.90～1.1dL/g，熔体色相b值低于4，端羧基含量小于30mol/t。
（2）高黏熔体输送
熔体输送过程中要求液相增黏釜出料口至每个纺丝箱体的管道输送距离保持相等，长度不超过15m，管径25～100mm，管道温度280～298℃，压力25～30MPa，剪切速率10～18m/s，停留时间4.6-7.0min，黏度降控制在0.10dL/g以内。熔体管道的排布方式如附图3所示。
（3）多头纺丝
一个液相增黏釜对应三个纺丝单元时，每个纺丝单元内可以安排2-4和纺位，每个纺位可以达到16-24头纺丝，单个纺丝位的总旦数最多可达到20040dtex。经过液相增黏后的高黏聚酯熔体输送至各个纺丝位的纺丝箱体中，纺丝箱体温度290～300℃，熔体经计量泵计量、过滤后由喷丝板喷出，经缓冷区后冷却成型、集束上油，计量泵前压为5～8MPa，泵后压15～20MPa；过滤器精度为15～20μm；缓冷区温度310～350℃；冷吹风风速为0.3～0.6m/s，风温60～80℃，风湿70%～80%；上油在纺丝甬道下30～100mm处进行，采用二道油嘴上油，由2个油泵同时供油，油泵规格为0.05～0.10CC，并含有1个进油孔和16个出油孔，总上油率为0.4～1.05%。
（3）牵伸热定型： 
采用两级拉伸一级松弛热定型工艺，第一对纺丝辊速度为400～600m/min，总牵伸倍数5.6～6.2%。 
（4）卷绕成型：
定型后的纤维经网络处理后卷绕成型，主网络器压力为0.3～0.4Mpa，卷绕采用双胞胎式卷绕机，卷绕速度2600～3300m/min，卷绕张力170～230cN，卷绕角6.5°～7.5°。
生产实施例3：
年产20万吨及以上聚合装置，配套10个液相增黏釜，每个液相增黏釜对应4个纺丝单元，每个纺丝单元对应2-4个纺丝位。具体工艺参数如下：
（1）液相增黏：
通过熔融缩聚制得特性黏度为0.63～0.68dl/g的低黏聚酯熔体，低黏聚酯熔体通过增压泵增压，过滤器过滤后，输送至立式液相增黏反应器的顶部，在立式液相增黏反应器内由重力自然成膜均匀流下，液相增黏温度270～285℃、压力50～130Pa、时间40～90min。增黏后的特性黏度达到0.90～1.1dL/g，熔体色相b值低于4，端羧基含量小于30mol/t。
（2）高黏熔体输送
熔体输送过程中要求液相增黏釜出料口至每个纺丝箱体的管道输送距离保持相等，长度不超过15m，管径25～100mm，管道温度280～298℃，压力25～30MPa，剪切速率10～18m/s，停留时间4.6-7.0min，黏度降控制在0.10dL/g以内。熔体管道的排布方式如附图4所示。
（3）多头纺丝
一个液相增黏釜对应三个纺丝单元时，每个纺丝单元内可以安排2-4和纺位，每个纺位可以达到16-24头纺丝，单个纺丝位的总旦数最多可达到20040dtex。经过液相增黏后的高黏聚酯熔体输送至各个纺丝位的纺丝箱体中，纺丝箱体温度290～300℃，熔体经计量泵计量、过滤后由喷丝板喷出，经缓冷区后冷却成型、集束上油，计量泵前压为5～8MPa，泵后压15～20MPa；过滤器精度为15～20μm；缓冷区温度310～350℃；冷吹风风速为0.3～0.6m/s，风温60～80℃，风湿70%～80%；上油在纺丝甬道下30～100mm处进行，采用二道油嘴上油，由2个油泵同时供油，油泵规格为0.05～0.10CC，并含有1个进油孔和16个出油孔，总上油率为0.4～1.05%。
（3）牵伸热定型： 
采用两级拉伸一级松弛热定型工艺，第一对纺丝辊速度为400～600m/min，总牵伸倍数5.6～6.2%。 
（4）卷绕成型：
定型后的纤维经网络处理后卷绕成型，主网络器压力为0.3～0.4Mpa，卷绕采用双胞胎式卷绕机，卷绕速度2600～3300m/min，卷绕张力170～230cN，卷绕角6.5°～7.5°。

Claims (10)

1.一种涤纶工业丝熔体直纺生产装置，其特征在于，包括：
聚合釜：聚合釜采用大容量连续化聚酯装置，用于制备基础聚酯熔体，基础聚酯熔体为特性黏度0.63～0.68dL/g的聚对苯二甲酸乙二醇酯熔体；
液相增黏釜：设置有2-10个，分别通过分流管道与大容量连续化聚酯装置相连，基础聚酯熔体经液相增黏釜增黏后，特性黏度达到0.90～1.10dL/g；
多头纺丝单元：每个液相增黏釜连接有2-10个纺丝单元，每个纺丝单元通过熔体管道分别与液相增黏釜相连，每个纺丝单元安装有2～4个纺丝箱体。
2.根据权利要求1所述的一种涤纶工业丝熔体直纺生产装置，其特征在于：所述液相增黏釜为立式反应釜，产能为30～120吨/天。
3.根据权利要求1或2所述的一种涤纶工业丝熔体直纺生产装置，其特征在于：所述纺丝单元设置在液相增黏釜的下方，并以液相增黏釜为中心进行均布设置。
4.根据权利要求3所述的一种涤纶工业丝熔体直纺生产装置，其特征在于：所述纺丝单元均匀布置在液相增黏釜的出料口的周围，且每个纺丝箱体至液相增黏釜的出料口的熔体管道输送距离相等。
5.根据权利要求3所述的一种涤纶工业丝熔体直纺生产装置，其特征在于：所述纺丝单元至液相增黏釜的出料口的熔体管道输送距离不超过15m，管径25～100mm。
6.根据权利要求3所述的一种涤纶工业丝熔体直纺生产装置，其特征在于：所述纺丝单元与液相增黏釜之间呈“线型”、“星型”或“矩形对称”布置。
7.一种涤纶工业丝熔体直纺生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）基础聚酯熔体制备：在大容量连续化聚酯装置中，原料对苯二甲酸与乙二醇经酯化、熔融缩聚后生成特性黏度为0.63～0.68dL/g的聚对苯二甲酸乙二醇酯基础聚酯熔体；
所述乙二醇：对苯二甲酸投料摩尔比1～1.3，酯化温度250～265℃、压力0.12～0.18Mpa、时间3～5小时；预缩聚温度265～275℃、压力2500～3000Pa、时间1～1.5小时，缩聚温度275～295℃、压力50～150Pa、时间1.5～2.5小时；
（2）液相增黏：将制备的基础聚酯熔体经分流管道分别输送至各液相增黏釜中继续进行缩聚反应，制备特性黏度为0.90～1.10dL/g的高黏聚酯熔体；
所述液相增黏釜采用立式反应釜，液相增黏温度270～285℃、压力50～130Pa、时间40～90min，增黏后的特性黏度达到0.90～1.1dL/g，熔体色相b值低于4，端羧基含量小于30mol/t；
（3）多头纺丝：经液相增黏后的高黏聚酯熔体，经熔体管道分别输送至各个纺丝单元进行多头纺丝，多头纺丝采用集约化16～24头纺丝；
所述高黏聚酯熔体经熔体管道分别输送至各个纺丝单元，输送距离不超过15m，管径25～100mm，管道温度280～298℃，压力25～30MPa，剪切速率10～18m/s，停留时间4.6-7.0min，黏度降控制在0.10dL/g以内；
所述高黏聚酯熔体依次经计量泵计量、过滤、喷丝板喷丝、甬道冷却、集束上油、牵伸定型、网络、卷绕成型，完成纺丝。
8.根据权利要求7所述的一种涤纶工业丝熔体直纺生产方法，其特征在于：每个纺丝单元设有2个纺丝箱体，每个纺丝箱体配有4～6个纺丝组件，每个纺丝组件进行两束丝纺丝，使每个纺丝位达到16～24头纺丝，单个纺丝位的总旦数达到20040dtex，纺丝温度290～305℃，总牵伸倍数5.6～6.2%，上油率0.4～1.05%。
9.根据权利要求7所述的一种涤纶工业丝熔体直纺生产方法，其特征在于：每个纺丝组件进行两束丝纺丝，每个纺丝组件为双内腔杯型并设有两个熔体通道，在两个纺丝熔腔内设有独立的熔体过滤器，两股熔体共用同一块喷丝板，喷丝板采用分板设计。
10.根据权利要求7所述的一种涤纶工业丝熔体直纺生产方法，其特征在于：所述卷绕采用双排并列卷绕机，卷绕速度2600～3300m/min。
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