CN105624811A - 干法纺丝闪蒸控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种干法纺丝闪蒸控制装置及控制方法，包括闪蒸甬道，闪蒸甬道上部设有喷丝板，在闪蒸甬道设有热风进口，热风进口通过加热装置与送风机连接，闪蒸甬道下部一侧设有热风出口，热风出口与抽吸限流阀连接，在闪蒸甬道底部设有集束罗拉；还设有与闪蒸甬道连通的温度检测装置和溶剂含量在线检测仪；温度检测装置和溶剂含量在线检测仪与控制装置的输入端连接，加热装置、送风机和抽吸限流阀与控制装置的输出端连接。通过采用关键点在线检测与闭环控制技术，使闪蒸甬道的参数得到精确控制，进而实现干法纺丝的闪蒸过程的自动控制，且稳定度高，可靠性强，能够提升产品质量。

Description

干法纺丝闪蒸控制装置及控制方法

技术领域

本发明涉及溶解法醋酸纤维干法纺丝加工领域，特别是一种干法纺丝闪蒸控制装置及控制方法。

背景技术

纺丝机甬道闪蒸控制技术对于干法纺丝生产的安全、产量、质量都具有十分显著的意义。

通常将纺丝机的闪蒸甬道分为三个区：

Ⅰ区：在喷丝孔出口处，热的纺丝浆液解除压缩的结果，发生溶剂闪蒸，使溶剂迅速大量挥发，聚合物细流表面的温度很快减少，而后温度变化很慢，经过一段时间后接近所需温度和纤维中层温度。传质以对流方式进行，因为细流表层上溶剂的浓度大。Ⅰ区距离比较短。

Ⅱ区：由于热风的传热与丝束溶剂蒸发达到平衡，这一阶段丝束的温度实际上保持不变。沿纤维截面的温度同样是相同的，纤维同周围介质之间的热交换也恒定。在该区内丝条内部温度保持较低，溶剂缓慢扩散，质量交换速度变化很小，可以近似地认为不变。这时聚合物细流中溶剂的浓度会大一些，所以蒸发过程不是由内部扩散控制，它主要取决于外部的（对流的）热、质交换速度和与此相对应的表面温度。这个阶段的热、质交换大致相同，纤维表面温度不变。

Ⅲ区：是纤维传质传热形成纤维结构的主要区域。纤维开始成形，溶剂从纤维中间层向表面扩散，溶剂蒸发的速度更慢，浓度分布变得更大，随着蒸发强度的急剧降低，丝束表面温度上升并接近热风温度。在Ⅲ区内，溶剂的蒸发速度变小，以致聚合体与溶剂间的相互作用加强，而且受内部扩散控制。Ⅲ区丝条的固化过程基本上完成。

纺丝的闪蒸甬道高度可达8米，面积却小于0.05平方米，在如此狭长的圆柱体内，必须具有如下属性：

（1）溶剂传质充分，丝束被卷绕轮牵引前必须达成一定程度的蒸发；

（2）圆柱体内温度分布恰当，满足闪蒸要求；

（3）闪蒸甬道内溶剂浓度必须控制在在一定范围内，确保体系点火能低于安全极限；

（4）闪蒸甬道内相对气体流速分布均匀且低于一固定阈值，否则初生纤维的传质、传热、牵伸、成型都不能稳定。

由于控制参数较多，且部分参数互相冲突，目前尚无完美解决上述技术问题的完整方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种干法纺丝闪蒸控制装置及控制方法，能够实现干法纺丝闪蒸的自动控制，且稳定度高，可靠性强，能够提升产品质量。优选的方案中，能够降低能耗、提高控制精度。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种干法纺丝闪蒸控制装置，包括闪蒸甬道，闪蒸甬道上部设有喷丝板，在闪蒸甬道上部一侧设有热风进口，热风进口通过加热装置与送风机连接，闪蒸甬道下部一侧设有热风出口，热风出口与抽吸限流阀连接，在闪蒸甬道底部设有集束罗拉；

还设有与闪蒸甬道连通的温度检测装置和溶剂含量在线检测仪；

还设有控制装置，温度检测装置和溶剂含量在线检测仪与控制装置的输入端连接，加热装置、送风机和抽吸限流阀与控制装置的输出端连接。

优选的方案中，抽吸限流阀与抽风机连接。

优选的方案中，所述的加热装置为蒸汽加热装置，蒸汽加热装置与蒸汽输入调节阀连接，蒸汽输入调节阀与控制装置的输出端连接。

优选的方案中，所述的加热装置为电磁加热装置，电磁加热装置的壳体外设有保温层，保温层外卷绕有电磁线圈，电磁线圈与电磁控制装置连接，电磁控制装置与控制装置的输出端连接。

优选的方案中，电磁加热装置的壳体内设有多个风管，风管之外为介质腔，介质腔内填充有导热介质，电磁加热装置壳体顶部设有泄压阀。

优选的方案中，电磁加热装置的壳体内设有多个翅片。

一种用于上述的干法纺丝闪蒸控制装置的控制方法，包括以下步骤：

一、控制装置根据溶剂含量在线检测仪的数据，控制装置控制送风机的转速，由此步骤实现将闪蒸甬道内溶剂浓度控制在一定范围内，以确保安全。

二、控制装置根据温度检测装置的数据，控制装置控制加热装置的加热温度，由此步骤实现闪蒸甬道内的温度控制，进而实现溶剂蒸发速率控制。

优选的方案中，还包括以下步骤：控制装置根据溶剂含量在线检测仪的数据和送风机的运行频率，控制抽吸限流阀的开度和抽风机的转速，由此步骤控制甬道内气体的送、抽平衡，减小气体流速波动，稳定压力。

本发明提供的干法纺丝闪蒸控制装置及控制方法，采用关键点在线检测与闭环控制技术，使闪蒸甬道的参数，例如热风温度、热风流速、闪蒸速率、溶剂浓度和气流分布均匀程度均能得到精确控制，进而实现干法纺丝的闪蒸过程不依赖操作人员经验的自动控制，且稳定度高，可靠性强，能够提升产品质量。闪蒸甬道内的点火能低于安全极限，确保安全。优选的方案中，设置的电磁加热装置，能够降低能耗、降低控制复杂程度、减少管路的使用、提高控制精度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的另一优选整体结构示意图。

图3为本发明的电磁加热装置横截面示意图。

图4为本发明的电磁加热装置另一优选结构的横截面示意图。

图中：闪蒸甬道1，喷丝板2，丝束3，集束罗拉4，抽吸限流阀5，控制装置6，送风机7，溶剂含量在线检测仪8，加热装置9，温度检测装置10，蒸汽输入调节阀11，电磁控制装置12，电磁线圈13，抽风机14，风管15，介质腔16，抽风机17，泄压阀18。

具体实施方式

实施例1：

如图1、2中，一种干法纺丝闪蒸控制装置，包括闪蒸甬道1，本例中的闪蒸甬道1为细长的圆柱形甬道，闪蒸甬道1上部设有喷丝板2，纺丝浆液在压力作用下从喷丝板2喷出形成丝束3，在闪蒸甬道1上部一侧设有热风进口。优选的，热风进口位于喷丝板2以上的位置。喷丝板2上方设有锥形的导流结构，配合热风进口切向的进风结构，能够使热风均匀分布。

热风进口通过加热装置9与送风机7连接，送风机7送出的风在加热装置9中被加热形成热风，闪蒸甬道1下部一侧设有热风出口，热风出口与抽吸限流阀5连接，闪蒸的溶剂从抽吸限流阀5被排出，在闪蒸甬道1底部设有引导丝束3的集束罗拉4；

如图1、2中，还设有与闪蒸甬道1连通的温度检测装置10和溶剂含量在线检测仪8；温度检测装置10设置在热风进口的位置，由此结构，利于检测用于闪蒸的热风的温度，又不会受到蒸发的溶剂的影响。溶剂含量在线检测仪8优选的设置在与闪蒸甬道1连通的外壁，在高度上位于喷丝板2下方约150cm的位置。溶剂含量在线检测仪8为市购的产品。

还设有控制装置6，本例中的控制装置6优选采用PID控制装置即比例、积分和微分控制装置。温度检测装置10和溶剂含量在线检测仪8与控制装置6的输入端连接，加热装置9、送风机7和抽吸限流阀5与控制装置6的输出端连接。控制装置6通过温度检测装置10和溶剂含量在线检测仪8的数据，控制加热装置9的加热温度，控制送风机的送风量，控制抽吸限流阀5的开度，将甬道内溶剂浓度控制在低于安全极限，以确保安全。

优选的方案中，抽吸限流阀5与抽风机14连接。控制装置6与抽风机14连接，由此结构，通过送风与抽风相结合，确保闪蒸甬道内气体的送、抽平衡，减小气体流速波动，稳定压力。

可选的方案如图1中，所述的加热装置9为蒸汽加热装置，蒸汽加热装置与蒸汽输入调节阀11连接，蒸汽输入调节阀11与控制装置6的输出端连接。蒸汽加热装置为目前常用的加热方式，蒸汽通入加热装置的壳程，而送风机7送的风进入加热装置的管程，从而制成热风，冷凝水从壳程排出，通过调节蒸汽输入调节阀11的开度，进而调节蒸汽的流量，从而实现加热温度的控制。

另一可选的方案如图2中，所述的加热装置9为电磁加热装置，电磁加热装置的壳体外设有保温层，保温层外卷绕有电磁线圈13，电磁线圈13与电磁控制装置12连接，电磁控制装置12与控制装置6的输出端连接。与蒸汽加热装置相比，结构更为简单，控制也更为方便，由于减少了管路输送中的浪费，通过电磁线圈13生产热风更为节能。

优选的方案如图3中，电磁加热装置的壳体内设有多个风管15，进一步优选的，风管15内设有翅片，风管15之外为介质腔16，介质腔16内填充有导热介质，电磁加热装置壳体顶部设有泄压阀18。电磁控制装置12产生高频电流，例如15~50KHz的电流，从而使壳体产生电涡流，从而使导热介质，通常为导热油加热，加热温度根据溶剂的不同而相应变化。

另一优选的方案如图4中，电磁加热装置的壳体内设有多个翅片。本例中取消了导热介质，由电磁线圈13直接加热壳体和翅片，由于缩短了换热的步骤，进一步节约了能耗。该方案会影响热风的均匀性，通过将电磁线圈13设置在靠近壳体上游的位置，并在壳体下游设置螺旋形的匀风板，即可确保热风的均匀性。

实施例2：

一种用于上述的干法纺丝闪蒸控制装置的控制方法，包括以下步骤：

一、控制装置6根据溶剂含量在线检测仪8的数据，控制装置6控制送风机7的转速，由此步骤实现将闪蒸甬道1内溶剂浓度必须控制在一定范围内，以确保安全。

二、控制装置6根据温度检测装置10的数据，控制装置6控制加热装置9的加热温度，由此步骤实现闪蒸甬道1内的温度控制。二者为联动关系，控制过程中，在比例控制的基础上，辅以积分控制，初调时把积分时间设置长些，例如5秒，然后慢慢调小直到系统稳定为止。如果通过比例、积分参数的调节还是收不到理想的控制要求，再辅以微分控制。初调时把微分系数设小，然后慢慢调大，直到系统稳定。具体策略为，在允许的送风机7转速之下，溶剂含量在线检测仪8检测到的浓度越高，则相应的送风机7的转速增大，而同时，较多的风进入到加热装置9，又会使加热装置9的温度下降，因此，在增加送风机7转速的同时，还需要相应升高加热装置9的温度。由此步骤实现溶剂蒸发速率控制；

优选的方案中，还包括以下步骤：控制装置6根据溶剂含量在线检测仪8的数据和送风机7的运行频率，控制抽吸限流阀5的开度和抽风机14的转速，由此步骤实现将闪蒸甬道1内溶剂浓度必须控制在一定范围内，以确保安全。由于溶剂含量的增高，也出现了不安全的因素，因此相应需要增加抽吸限流阀5的开度，也需要增加送风机7的转速，以使闪蒸甬道内的点火能低于安全极限。进一步的，控制装置6还与抽风机14连接，控制抽风机14的抽吸速度，通常与送风机7的转速相匹配，以实现闪蒸甬道1内的送、吸平衡，减低闪蒸甬道1内压力变化幅度。

通过以上的步骤解决了现有技术中技术问题。1、关键控制点溶剂含量在线检测分析配合闪蒸甬道1送风机7的变频器调节，形成流量反馈控制，确保溶剂传质充分、稳定，丝束被卷绕轮牵引前能够达成一定程度的蒸发。

2、关键控制点温度在线检测配合加热装置的温度控制，例如蒸汽输入调节阀11的开度调节，或者电磁控制装置12的输出频率控制，形成温度反馈控制，确保闪蒸甬道1内温度分布恰当，满足闪蒸要求。

3、送风机7与抽风机14的转速控制，配合抽吸限流阀5的开度控制，确保溶剂浓度控制在在一定范围内，确保体系点火能低于安全极限。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种干法纺丝闪蒸控制装置，包括闪蒸甬道（1），闪蒸甬道（1）上部设有喷丝板（2），其特征是：在闪蒸甬道（1）上部一侧设有热风进口，热风进口通过加热装置（9）与送风机（7）连接，闪蒸甬道（1）下部一侧设有热风出口，热风出口与抽吸限流阀（5）连接，在闪蒸甬道（1）底部设有集束罗拉（4）；

还设有与闪蒸甬道（1）连通的温度检测装置（10）和溶剂含量在线检测仪（8）；

还设有控制装置（6），温度检测装置（10）和溶剂含量在线检测仪（8）与控制装置（6）的输入端连接，加热装置（9）、送风机（7）和抽吸限流阀（5）与控制装置（6）的输出端连接。

2.根据权利要求1所述的一种干法纺丝闪蒸控制装置，其特征是：抽吸限流阀（5）与抽风机（14）连接。

3.根据权利要求1所述的一种干法纺丝闪蒸控制装置，其特征是：所述的加热装置（9）为蒸汽加热装置，蒸汽加热装置与蒸汽输入调节阀（11）连接，蒸汽输入调节阀（11）与控制装置（6）的输出端连接。

4.根据权利要求1所述的一种干法纺丝闪蒸控制装置，其特征是：所述的加热装置（9）为电磁加热装置，电磁加热装置的壳体外设有保温层，保温层外卷绕有电磁线圈（13），电磁线圈（13）与电磁控制装置（12）连接，电磁控制装置（12）与控制装置（6）的输出端连接。

5.根据权利要求5所述的一种干法纺丝闪蒸控制装置，其特征是：电磁加热装置的壳体内设有多个风管（15），风管（15）之外为介质腔（16），介质腔（16）内填充有导热介质，电磁加热装置壳体顶部设有泄压阀（18）。

6.根据权利要求5所述的一种干法纺丝闪蒸控制装置，其特征是：电磁加热装置的壳体内设有多个翅片。

7.一种用于权利要求1~6任一项所述的干法纺丝闪蒸控制装置的控制方法，其特征包括以下步骤：

一、控制装置（6）根据溶剂含量在线检测仪（8）的数据，控制装置（6）控制送风机（7）的转速，由此步骤实现将闪蒸甬道（1）内溶剂浓度控制在一定范围内，以确保安全；

二、控制装置（6）根据温度检测装置（10）的数据，控制装置（6）控制加热装置（9）的加热温度，由此步骤实现闪蒸甬道（1）内的温度控制进而实现溶剂蒸发速率控制。

8.根据权利要求8所述的干法纺丝闪蒸控制装置的控制方法，其特征是还包括以下步骤：控制装置（6）根据溶剂含量在线检测仪（8）的数据和送风机（7）的运行频率，控制抽吸限流阀（5）的开度和抽风机（14）的转速，由此步骤控制甬道路内气体的送、抽平衡，减小气体流速波动，稳定压力。