涤纶短纤维、涤纶长丝装置简介和重点部位及设备
一、装置简介
(一)装置发展及其类型
1．装置发展
聚酯纤维是由大分子链中的各链节通过酯基
相连的成纤高聚物纺制而成的合成纤维。英文编写为PET。我国将含聚苯甲酯乙二酯组分大于85％的合成纤维称之为“涤纶”。
早在1894年VorLander就用丁二酰氯和乙二醇制得了低分子的聚酯；1932年Carothers合成出脂肪族聚酯，但因分子量及熔点都较低，且易溶于水，故不能纺制实用的纺织纤维。1941年Whintield和Dickson用对苯二甲酸二乙酯(PET)，这种聚合物可通过熔体纺丝制得性能优良的纤维。1953年美国首先建厂生产聚酯纤维，实现了工业化生产。
由于近年来石油化工的飞速发展，为涤纶生产提供了更加丰富而廉价的原料，加之近年化工、机械、电子自检等技术的发展，使这种问世虽晚，但性能优良的涤纶，从原料生产、纤维成型和加工等过程逐步实现短程化、连续化、自动化和高速化，成为了当前发展速度最快、产量最大的合成纤维品种。以1990年计，世界涤纶总产量862．1X104t，占世界合纤总产量(1771。5X104t)的48．66％，已接近一半。我国于20世纪70年代聚酯纤维生产发展迅速，先后在上海金山、辽宁辽阳、天津、江苏仪征、广东佛山、福建厦门等地建立了大中型涤纶生产基地，1990年国内总产量达104．2X104t，占各化学纤维品种之首，占同年我国化纤年总产量(164．81X104t)的66．2％，已近2／3之多。
2．装置的主要类型
聚酯纤维的成形和加工，因聚对苯二甲酸乙二酯(PET)属于结晶性高聚物，其熔点低于热分解温度，故通常是采用熔体纺丝法。熔体纺丝属于常规纺丝类型。根据不同的成形工艺划分装置类型，熔体纺丝法可划分为切片纺丝和直接纺丝两种。
经过合成纤维20多年的生产和科研实践，在纤维的成形理论方面建立起某些物理—数学模型和预测纤维结构与性能对成形条件依赖关系的基础上，20世纪70年代又开发了高速纺丝的合成纤维纺丝新技术，并应用于聚酯纤维之上，成为新的高速纺丝类型。此类型的生产能力比常规纺丝高6-15倍，并将纺丝和拉伸工艺合并，从而减少了工艺损耗。现在高速纺丝技术在聚酯纤维生产上发展最快，应用也最为广泛。
工业上，聚酯纤维以纺丝速度的高低来划分装置类型，一般可有常规纺丝(纺丝速度1000—1500m／min，其卷绕丝为未取向丝，通称UDY)、中速纺丝(纺丝速度1500—3000m／min，其卷绕丝具中等取向度，通称Moy)、高速纺丝(纺丝速度3000—6000m／min，纺丝速度4000m／min以下的具有较高的取向度，为预取向丝，通称POY)；若在纺丝过程中引入拉伸作用，则当卷绕速度达到5000m／min以上时，可获得具有高取向度和高结晶度的卷绕丝，系为全拉伸丝，通称FDY)和超高速纺丝(纺丝速度为6000—8000m／min，卷绕丝具有高取向和结晶结构，为全取向丝，通常称FOX／)等四种。倘若按聚酯纤维产品来划分装置类型，其熔体纺丝工艺又可分为涤纶短纤维、涤纶长丝、工业长丝等种类；高速纺丝工艺又可分为涤纶预向丝、涤纶全拉伸丝、涤纶全取向丝等种类。
(二)单元组成与工艺流程
（1）单元组成
涤纶短纤维装置按连续缩聚直接纺丝和切片纺丝两种方式生产，其基本单元的组成如下：
连续缩聚直接纺丝装置有熔体输送、纺丝、卷绕、牵伸、卷曲、切断打包等六个单元。切片纺丝装置有切片干燥、纺丝、卷绕、牵伸、卷曲、切断打包等六个单元。
从涤纶短纤维上述两类装置的单元组成来看，除纺丝单元之前的生产工序(即原料供应单元)不尽相同之外，以后的生产单元组成基本相同。
现将此两类装置的各个单元一并介绍如下：
①熔体输送单元。这是一个纺丝原料的供给单元，负责将缩聚装置来的聚酯物料，直接以熔融状态的熔体输送至纺丝单元进行纺丝生产和后加工处理。；
②切片干燥单元。这也是一个纺丝原料供给单元，但区别在于它不属于连续缩聚直接纺丝装置，而属于切片纺丝装置的原料供给单元。在此单元中，将由缩聚装置生产的聚酯湿切片，经过干燥处理和螺杆机挤压，以熔融态运到纺丝单元进行纺丝生产和后加工处理。
③纺丝单元。此单元是涤纶短纤维装置的主要生产单元。从前道生产工序来的熔融态聚酯原料，进入纺丝单元的纺丝机箱体分配管，由自封式高密封组件中连续纺出丝条，形成了无数条聚酯纤维的单丝，向下一生产工序进一步加工处理。
自纺丝单元及该单元之后的各单元，直至切断打包单元为止，涤纶短纤的连续缩聚直接纺丝和切片纺丝这两类生产装置的后处理加工单元组成基本上是相同的。
④卷绕单元。从卷绕单元开始直到切断打包为成品出厂之前，均属于装置的后处理加工生产工序。卷绕单元是将纺丝单元成形后的聚酯纤维丝束，经过带有一定温、湿度的冷却风的冷却、固化后，由卷绕机完成卷绕、单丝合股，并送人牵伸单元进行拉伸作业。
⑤牵伸单元。设置牵伸单元的作用在于：因初生聚酯纤维由于内应力较高，导致内部分子结构不稳，故而需要一定的时间(一般8h)，在一定的张力、温度下，经过数道拉伸，消除初生聚酯纤维的内应力，使内部分子结构趋于稳定，最后获得一定的取向度和结晶度，再送人下道卷曲单元。牵伸单元是重要的聚酯纤维质量性能控制单元。
⑥卷曲单元。卷曲单元的作业是将经拉伸上油后的聚酯纤维，在卷曲机中进行机械卷曲，使得纤维具有与天然纤维相似的卷曲性能。其目的是提高其可纺性，起到消光、改善手感、增加弹性等作用。卷曲以后的纤维，因含有一定的水分，结构仍不十分稳定，为此在该单元里需再进行松弛热定型处理。
⑦切断打包单元。切断打包单元是涤纶短纤维装置最后一个生产单元，也是最后一道生产工序。该单元是将在卷曲单元里经过热定型后的纤维，根据后加工的不同需要，经由切断机切成一定长度的短纤维，然后再通过皮带输送进入打包机，以一定的重量打包，并以成品入库或出厂，完成了整个涤纶短纤维装置的全过程的生产作业。
(2)工艺流程
①流程方框图。
a．连续缩聚直接纺丝装置流程方框图如图6—1示。
b．切片纺丝装置流程方框图如图6—2示。
②流程叙述
a．聚酯原料输送工序
由缩聚装置来的聚对苯二甲酸乙二酯熔体，用熔体输送泵(最大压力15．7MPa)经输送管输送至静态混合器等温等压均匀地分配到纺丝机箱体(对连续缩聚直接纺丝装置)；或者由缩聚装置来的聚对苯二甲酸乙二酯湿切片，通过切片料仓、料斗和干燥器送至螺杆挤压机内挤压、加热、熔融后，再经静态混合器等温等压均匀地分配到纺丝机箱体(对切片纺丝装置)。
b．纺丝工序(以下连续缩聚直接纺丝和切片纺丝两装置工艺流程基本相同)
在纺丝箱体内，聚酯熔体经熔体分配管、齿轮泵进入自封高密封组件，然后从喷丝板中喷丝纺出丝条。纺丝机箱体由热媒锅炉电热棒加热炉内热载体产生的热媒蒸汽加热，以维持喷丝板温度在(282±1)℃之内。热媒一般使用联苯—联苯醚。
从喷丝板纺出的均匀细流热丝条，经过纺丝机上各部位的高阻铜基烧结金属整流筒和相对应的纺丝简体，其丝束立即被带有一定温湿度的环形吹风冷却装置冷却、固化。
在纺丝过程中，为了保证纺丝质量，需要对喷丝板、整流筒等组件进行定期更换，并用三甘醇溶剂清洗、吹干、组装、预热后再复使用。
c．卷绕工序
从纺丝甬道源源不断流出来的已经冷却、固化的丝条合并成丝束后进入卷绕机，然后经卷绕、牵引、上油，并由导丝轴将丝束由垂直转换至水平方向，再通过喂人装置送人盛丝桶。上油操作是由上油轮来完成的。上油轮的油剂从油剂调配间的油剂高位槽送至油剂供给槽，再供给上油轮，使丝束得以上油。
通过盛丝桶往复装置把丝束均匀地铺架在盛丝桶中之后，再经由设有纤维定长换筒设施的横动往复装量进行原丝平衡。纤维丝束末端由丝束熔断装置将纤维熔断，使满桶的盛丝桶按自动输送线送人下一道拉伸工序处理。
d．拉伸工序
满盛丝桶的丝束送人该工序导丝架，按要求在导束架中集束，通过浸曲槽、张力机进行张力调整，进入三道牵伸机，在一定的张力、温度下，经二级水浴和三次拉伸，再通过紧张热定型，使纤维在紧张状态下定型。
由紧张热定型机出来的丝束进入第四道牵伸机拉伸后被喷上油和水，使纤维含有一定的油水和降低纤维的温度，再进入上油槽、丝束重叠架，并在张力架调整张力后将处理后的纤维转入卷曲工序。
e．卷曲工序
进卷曲机前，纤维需先进入蒸汽预热箱预热(预热蒸汽由1．75MPa减压至0．29MPa后使用)。预热后的纤维进至卷曲机卷曲轮卷曲(最大卷曲速度为240m／min)。
纤维丝通过机械卷曲后送人松弛热定型机内烘干、定型和冷却，以稳定卷曲效果和降低成品沸水收缩率。松弛热定型机使用0．78MPa蒸汽加热。干燥区温度115℃，定型温度为80~C。冷却区由送风机送风自然冷却。丝束经过松弛热定型，其干热收缩率可控制在8％左右，这样能消除纤维的内应力，以保持纤维制品的染色均匀性和尺寸稳定性。
f．切断打包工序
经卷曲工序加工处理后的纤维丝束便送人切断机中按工艺需要进行切断操作。切断后的短纤维，剔除不合格部分，将合格的短纤维通过皮带输送进入打包联合机打包。打包联合机集皮带夹送机、打包机、推包装置、棉色辊道输送装置、棉包秤、压缩空气储槽、油压泵、油压管路系统及气缸管理系统于一体，是最后一道生产工序的主要设备。
切断后的合格短纤维先由皮带夹送机送人打包机储存料斗内。当储存料斗门开时，计量料斗门关；当计量满时，计量料斗门开，储存料门关，此时纤维就进入预压。一次计量最大称量为70kg，重复数次计量、预压过程达到200kg时，预压结束送人主压缸压紧棉包，并推包机动作复秤打包为成品入库，结束整个生产涤纶短纤维流程。
2．涤纶长丝装置
(1)单元组成
①切片干燥单元。这是纺丝原料供给单元。在该单元中，将由聚酯装置生产的聚酯湿切片，经混合、去湿、预结晶、干燥处理和螺杆挤压机挤压，以熔融态送至纺丝单元。②纺丝单元。该单元是涤纶长丝装置的主要生产单元。从聚酯原料供给单元来的熔融体，经纺丝箱体分配管进入纺丝组件成形加工连续纺出丝条，进卷绕单元处理。
③卷绕单元。此单元配置了高速卷绕机(最高丝速4000m／min)。经过纺丝单元的冷却、固化后的熔体细流，在上油、集束后被高速卷绕机卷绕成丝饼(15kg／每饼)，通过原丝平衡送入拉伸工序拉伸。
④拉伸单元。其作用与涤纶短纤维装置拉伸单元相似，即消除长丝纤维的内应力，使分子结构趋向稳定，以获得高的取向度和结晶度。此配置的拉伸机具一定的张力和温度条件，实现二级拉伸。聚酯长丝拉伸处理后转入最后一道生产工序进行原料机加工，也可直接染色作成品入库。
⑤原丝机加工单元。原丝机加工是通过假捻机进行成品生产的。假捻机假捻生产常规弹力丝；若装上网络装置可生产网络丝，若利用空气变形机能生产各种变形丝、花式丝等产品。最后按不同产品进行别包装人库。
(2)工艺流程
①流程方框图见图6—3所示。
②流程叙述
a．切片干燥工序
从缩聚装置来的聚酯湿切片用压缩风送到湿切片储槽。储槽为鱿鱼脚式，在出料时可进行切片混合。湿切片含水率为0．4％。湿切片从储槽用罗茨风机经旋风分离除去切片粉末旨，送到切片料斗，再将切片送人充填干燥机进行干燥。
b．纺丝工序
于燥后的切片(含水率为0．005％左右)以自重方式连续进人螺杆挤压机。螺杆分器压加热，温度范围270-285℃，由低至高分布。在挤压机中被熔融的缩聚体不断地送入纺丝箱体，熔体经过分配管分配到各个纺丝部位，用计量泵计量后进人纺丝组件，通过喷丝板喷出形成丝条然后至卷绕工序。
c．卷绕工序
均匀冷却后的成形丝条，在上油集束后进卷绕装置卷绕成丝并，然后放在一定温度(24—26℃)、湿度(65％～70％)下进行原丝平衡。平衡24h后的长丝原丝可转入拉伸。
d．拉伸工序
经平衡后的原丝送至拉伸机。拉伸机分双层，上层为卷绕丝筒子架，丝束经过导丝器、张力调节器调节至一定张力后进入下层的喂人罗拉，然后进行二级拉伸(一级为热盘加热，一级为热板加热)。经拉伸后的拉伸丝卷绕成双锥型筒子有2个去向：一是将拉伸丝染色后选别包装，送成品入库；二是进入假捻机进行后加工处理。
e．原丝机加工工序
拉伸丝进入假捻机进行假捻。假捻机采用二段加热箱加热，假捻方式为转子式。转子速度28～36X104r／min，丝速100～160m／min，拈数2500～3000(拈／m)，一／二热箱温度200-220℃，筒子重量1．5—3．0kg／只。若不装其他装置，既为常规弹力丝产品；若安装网络装置，则可生产网络产品(如流程方框图所示的“织袜”)；若安装别的装置，就可生产需要的产品。最后，经原丝机加工后的产品经染色、检验，然后选别包装、入库，完成了涤纶长丝装置的生产全过程。
(三)工艺技术特点
1．涤纶短丝纤维装置
(1)连续缩聚直接纺丝装置的特点
①采用聚酯熔体直接纺短丝，省去了熔体切片输送、干燥、螺杆挤压等一系列工艺过程和设备，从而减少了投资，缩短了生产工艺，操作较为便利；同时装置布局较为紧凑，占地面积也相对较少。
②纺丝组件的结构采用紧密自封闭冷却形式，既能增加过滤面积，延长组件使用寿命，还能保证熔体在高压下不泄漏。
③过滤部分采用高阻尼烧结金属，使环风吹风均匀，能使丝质稳定和适应多孔纺。
④纺丝箱前装有静态混合器，能使熔体均匀混合。’
⑤卷绕装置采用双面上油，并设废丝吸引器、丝束切断器、浆块检测器、光电管检测装置等设施，生头操作采用气枪生头装置，生产技术较为先进。
⑥卷绕部分采用双侧卷绕机头，如有一侧发生故障，则可调向至另一侧，能减少废丝，降低生产单耗。
(2)切片纺丝装置的特点
①因是聚酯切片供料，故能经常更换纤维品种，适宜于新产品的开发。
②开停车较为方便，与前续聚酯装置无相互干扰因素；采用混切片大料仓还能起到切片的混合作用，不易受上游缩聚生产波动的影响。
③采用螺杆挤压纺丝，传热效率高，停留时间短，热分解少，均化效果好，熔体黏度均匀，有利于纤维质量的提高。
④纺丝采用环吹风封闭冷却形式，过滤部分是高阻尼烧结金属，且纺丝筒能锁紧或放下，便于经常性铲板面，可延长组件的使用周期。
⑤装置较为复杂，占地面积大，操作比直接纺丝麻烦，能耗也较高。
⑥卷绕部分因采用单侧卷绕机头，若运行中一旦产生故障或问题，会增加废丝，影响纤维质量，提高单耗。
⑦在拉伸辊筒和紧张热定型辊筒上装有绕辊检测装置、绕辊防止刷和紧急停车装置，有利于生产故障的处理，并能防止人身伤害事故的发生。
⑧卷曲机侧板中吹入蒸汽，能使纤维卷曲均匀，卷曲性能得以进一步提高。
⑨松弛热定型部分的每区用隔板隔开，能有效地控制各区的温度。
⑩切断丝束前有吸湿装置，可控制纤维的回潮率，对提高质量有利。
2．涤纶长丝装置
(1)从切片料仓到切片储藏料斗的切片输送采用了自动控制，可以任意地设定料位器的上限和下限，生产操作调节便利。
(2)充填干燥机的切片能连续干燥连续出料，并与纺丝机直接连通，操作方便，粉末少，干燥后的切片含水率低，不再吸湿。
(3)切片结晶和干燥在同一设备内完成，设备内装有横、直搅拌器，可使干燥均匀，避免切片黏结。
(4)采用切片纺丝，可以不受缩聚装置的直接影响，生产灵活，变换品种方便。
(5)采用螺杆挤压机对切片挤压、加热、熔融，传热效率高，停留时间短，热分解少，均化效果好，熔体黏度均匀。
(6)在螺杆和纺丝箱体之间装有熔体预过滤器，其过滤介质粒度20／1，可以去除熔体中大部分的杂质和凝胶粒子，减小组件的过滤负担，延长组件使用周期。
(7)纺丝箱体有独特的熔体分配系统和加热方式，可以消除箱体内熔体滞留时间差和减少箱体内的温度差。
(8)卷绕装置单元化，每个部位由单独摩擦辊和筒管架所组成，当发生故障时，可单独进行处理，不影响其他纺丝部位的生产运行。
(9)拉伸机采用自动化装置，操作合理方便。
(10)采用了小转子式假捻方法，可防止打滑。
(11)采用联苯加热方式使丝束受热均匀。
(12)既可生产涤纶长丝产品，又可生产为网络丝、变形丝等各种制品。
(四)热媒及组件清洗剂
涤纶纤维装置的主要化学危险危害物质，系为热媒和组件清洗剂。
热媒通常使用联苯—联苯醚，通过热媒炉的加热循环使用，使涤纶树脂保持均匀的加热熔融流动状态，以在纺丝箱体内纺丝成形。
组件清洗剂主要是选用三甘醇作溶剂，其目的是利用良好的对涤纶融体的可溶性，通过对纺丝箱体内的喷丝板、整流箱、喷丝头等纺丝组件进行分拆、清洗、吹干、再组装使用，使之纺丝组件始终保持光洁性，以确保纺丝的正常进行和丝束的质量。
但是，热媒和组件清洗剂都属于化学可燃物质，蒸汽状态下或高温高热情况下，一但发生泄漏现象，与空气混合会形成爆炸性混合物。因此，必须十分注意它们的安全使旧性。联苯—联苯醚(热媒)和三甘醇(组件清洗剂)的物理化学性质，如表6—1、表6—2所示。
(五)原料及产品性质
1．原料
聚酯纤维装置的原料为聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，化学结构式：
PET为线型大分子，其分子链结构具有高度立体规整性。无定型PET为五色透明固体，其密度1．333S／cm3；完全结晶的PET为乳白色固体，密度1．455g／cm3。纯PET熔点267℃，工业PET一般在255-260℃。PET的燃烧性质是能燃，但不着火。聚酯切片是由对苯二甲酸二甲酯和乙二醇为原料，经酯交换、连续缩聚而成。其密度为11335R／cm3，可溶于苯酚—四氯乙烷、邻氯苯酚等溶剂，吸湿性极小，能耐酸，化学稳定性高于聚酰胺，具有良好的耐光性能。
2．产品
聚酯纤维装置的产品为聚酯纤维，又称涤纶纤维，颜色一般为乳白色，并带有丝光。常规涤纶纤维表面光滑，横截面近于圆形，密度为1．38—1．40s／cm3。
(五)原料及产品性质
1．原料
聚酯纤维装置的原料为聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，化学结构式：
PET为线型大分子，其分子链结构具有高度立体规整性。无定型PET为五色透明固体，其密度1．333S／cm3；完全结晶的PET为乳白色固体，密度1．455g／cm3。纯PET熔点267℃，工业PET一般在255-260℃。PET的燃烧性质是能燃，但不着火。
聚酯切片是由对苯二甲酸二甲酯和乙二醇为原料，经酯交换、连续缩聚而成。其密度为11335R／cm3，可溶于苯酚—四氯乙烷、邻氯苯酚等溶剂，吸湿性极小，能耐酸，化学稳定性高于聚酰胺，具有良好的耐光性能。
2．产品
聚酯纤维装置的产品为聚酯纤维，又称涤纶纤维，颜色一般为乳白色，并带有丝光。常规涤纶纤维表面光滑，横截面近于圆形，密度为1．38—1．40s／cm3涤纶纤维的软化点为230—240℃，熔点为255-265℃，分解点为300℃左右。其燃烧性是在火中能燃烧，燃烧时发生卷曲，并熔成珠状，有黑烟及芳香味出现。
二、重点部位及设备
从聚酯纤维装置的安全性及火灾危险性角度出发，对重点部位及设备分类如下：
(一)重点部位
1．热媒系统
在聚酯纤维装置生产过程中，由于熔融态的聚酯树脂(PET)或固体状的聚酯切片，在纺丝时都需要加热和保温，而设立热媒系统就可以提供足够的热量来确保实现聚酯加工的工艺需要。同时，热媒系统所使用的热媒系为可燃有毒的化学危险品物质(联苯—联苯醚，建规火险分级为丙类物质)，且是在高温加热蒸气状态下，由热媒泵通过热媒炉电加热后不断地经由热媒管道循环使用的。因此，工艺上和安全上的要求均很高，该系统属于装置的重点部位。
2。组件清洗系统
组件清洗系统虽然属于聚酯纤维装置的一个辅助生产系统，但因为所使用的组件清洗溶剂介质为易燃的三甘醇有机化学物质(建规火险分级为丙类物质)，有一定的燃烧爆炸危险性，并且因工艺生产的需要，纺丝组件的清洗操作比较频繁，故也属于该装置的重点部位。
3。化纤仓库
由于涤纶纤维有能燃烧特性，加上装置连续性生产，产品量较大，这就把聚酯纤维产品的仓库储存，尤其是库容量高的立体仓库储存安全防火性，放到了重要的高度，对垛距、堆距、间距、通道、通风、采光等都提出了严格的要求，因此化纤仓库也是一个重要部位。
(二)重点设备
1。螺杆挤压机
螺杆挤压机是挤压被加热的熔融聚酯切片的第一道重要的生产设备，主要的危险危害因素是环境的高温热辐射及易烫灼伤操作人员。
2。卷绕机
卷绕机为纺丝成形后续设备。由于按不同聚酯纤维产品的要求，卷绕速度一般通过卷绕机控制在1000～1500m／min和6000—8000m／min的不等范围内，其机器的旋转速度极快。在高速运转中，生产中如果发生乱丝、断丝等故障而使异常情况发生时，一旦操作处理不当，常常会导致机械伤害、人身事故的发生，故是事故的多发之点。
3．切断机
切断机是聚酯熔体或切片在纺丝、卷绕、拉伸、卷曲后，对涤纶短纤维成品进行切断操作的工艺设备。在切断机开机升头，将丝头送人切断钩轮时，如果操作失误，便产生人身伤害事故。切断机也是事故多发点之一的机械传动设备。
4，打包机
打包机是将聚酯纤维产品打包成型的专门机器。传动部分有液压、气压两种。液压传动速度慢，打包压力大，产量低；气压传动速度快，打包压力稍小，产量高。如果安全限位锁停装置失灵，或操作、检修时违反安全操作、检修规程，极易发生挤压工伤事故。故打包机口又称为“老虎口”，安全上千万不能马虎行事。
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