摘要：本文結(jié)合450t/a海藻酸鈣短纖維生產(chǎn)線流程，對(duì)產(chǎn)能為2000 t/a海藻酸鈣短纖維生產(chǎn)線的流程設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，并對(duì)生產(chǎn)線上主要設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：海藻酸鈣短纖維；生產(chǎn)線；工藝參數(shù)；設(shè)備；結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：TS102.5

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

On Designing a Calcium Alginate Staple Fiber Production Line

Abstract： By consulting the process of a 450 t/a calcium alginate staple fiber production line， the process design of a 2 000 t/a calcium alginate staple fiber product line was discussed. The structural forms and characteristic of main equipment of the production line were analyzed.

Key words： calcium alginate staple fiber； production line； technological parameter； equipment； structure

海藻酸鈣纖維是海藻纖維的一種。把原液固含量為5%的海藻酸鈉水溶液通過噴絲孔擠入氯化鈣水溶液后，再經(jīng)過牽伸、水洗、干燥等工序就可以得到海藻酸鈣纖維。海藻酸鈣纖維的熱穩(wěn)定性較好，極限氧指數(shù)為34.4，具有很好的阻燃性，屬于難燃纖維的范疇。雖然我國在海藻酸鈣纖維的工業(yè)化方面已經(jīng)取得突破，但是每條生產(chǎn)線的產(chǎn)能還不夠高，每年只有幾百噸，而且生產(chǎn)工藝也不太成熟，還有一定的改進(jìn)空間。鑒于以上原因，本文探討了產(chǎn)能為2000t/a的海藻酸鈣短纖維生產(chǎn)線的流程設(shè)計(jì)，并分析了主要單機(jī)的結(jié)構(gòu)特征和研發(fā)重點(diǎn)。

1生產(chǎn)線流程設(shè)計(jì)

通常情況下，海藻酸鈣短纖維生產(chǎn)線主要由紡絲機(jī)、凝固浴槽、牽伸機(jī)、水洗機(jī)、烘干機(jī)、切斷機(jī)、打包機(jī)等單機(jī)設(shè)備組成。由于具體的生產(chǎn)工藝存在差異，不同的海藻酸鈣短纖維生產(chǎn)廠的生產(chǎn)線流程也各不相同。圖1為國內(nèi)某海藻酸鈣短纖維生產(chǎn)線的流程排布圖，上排為主視圖，下排為俯視圖。該生產(chǎn)線的產(chǎn)能約為450t/a，共4個(gè)紡絲位，單機(jī)設(shè)備從左向右依次為：濕法水平紡絲機(jī)、第1凝固浴槽、第1五輥牽伸機(jī)、第2凝固浴槽、第2五輥牽伸機(jī)、第3凝固浴槽、第1五輥牽引機(jī)、水洗槽、第2五輥牽引機(jī)、第1烘干機(jī)、第3五輥牽引機(jī)、第4五輥牽引機(jī)、第2烘干機(jī)、第1曳引張力機(jī)、電加熱板、卷曲機(jī)、冷卻輸送機(jī)、導(dǎo)絲機(jī)、第2曳引張力機(jī)、切斷機(jī)、打包機(jī)。在圖1所示海藻酸鈣短纖維生產(chǎn)線中，紡絲機(jī)的紡絲形式為水平紡，由于空間的限制，這種紡絲形式不利于大幅度增加紡絲位和提高產(chǎn)能。

為了適應(yīng)2000t/a的產(chǎn)能，本文設(shè)計(jì)了一種新型海藻酸鈣短纖維生產(chǎn)線流程，如圖2所示。在圖2中，上排為主視圖，下排為俯視圖。該生產(chǎn)線共18個(gè)紡絲位，單機(jī)設(shè)備從左向右依次為：濕法轉(zhuǎn)向紡絲機(jī)、第1凝固浴槽、第1五輥牽伸機(jī)、第2凝固浴槽、第2五輥牽伸機(jī)、第1熱水牽伸槽、第3五輥牽伸機(jī)、第2熱水牽伸槽、第4五輥牽伸機(jī)、層疊式水洗機(jī)、三輥牽引機(jī)（位于鋼平臺(tái)上）、切斷機(jī)（位于鋼平臺(tái)上）、給纖槽、噴淋式水洗機(jī)、上油軋液聯(lián)合機(jī)、濕開棉機(jī)、圓網(wǎng)烘干機(jī)、精開棉機(jī)、打包機(jī)。

在圖2所示2000t/a海藻酸鈣短纖維生產(chǎn)線中，紡絲機(jī)共有3個(gè)紡絲單元組成，每個(gè)紡絲單元設(shè)有6個(gè)紡絲位，全機(jī)共18個(gè)紡絲位。紡絲機(jī)的紡絲形式為轉(zhuǎn)向紡，這種紡絲形式有利于大幅度提高生產(chǎn)線的產(chǎn)能。同時(shí)，該生產(chǎn)線加大了切斷機(jī)之前長絲束的水洗力度，另外還在切斷機(jī)之后增加了噴淋式水洗機(jī)，這些措施有利于提高纖維的水洗效果，從而有助于提升成品纖維的品質(zhì)。此外，該生產(chǎn)線還借鑒了維綸生產(chǎn)線的一些設(shè)備配置模式，比如設(shè)置了給纖槽、噴淋式水洗機(jī)、上油軋液聯(lián)合機(jī)、濕開棉機(jī)、圓網(wǎng)烘干機(jī)、精開棉機(jī)等設(shè)備，從而進(jìn)一步地提高了纖維的后處理效果。

2單機(jī)設(shè)備的研發(fā)

由2000t/a海藻酸鈣短纖維生產(chǎn)線的流程可知，該生產(chǎn)線可分為以下6個(gè)組成單元：紡絲牽伸單元、長絲束水洗單元、長絲束切斷單元、短纖維淋洗上油單元、短纖維烘干單元和短纖維打包單元。在這6個(gè)組成單元中，紡絲牽伸單元包括濕法轉(zhuǎn)向紡絲機(jī)、第1凝固浴槽、第1五輥牽伸機(jī)、第2凝固浴槽和第2五輥牽伸機(jī)；長絲束水洗單元包括第1熱水牽伸槽、第3五輥牽伸機(jī)、第2熱水牽伸槽、第4五輥牽伸機(jī)和層疊式水洗機(jī)；長絲束切斷單元包括三輥牽引機(jī)和切斷機(jī)，它們都位于鋼平臺(tái)上；短纖維淋洗上油單元包括給纖槽、噴淋式水洗機(jī)和上油軋液聯(lián)合機(jī)；短纖維烘干單元包括濕開棉機(jī)、圓網(wǎng)烘干機(jī)和精開棉機(jī)；短纖維打包單元包括打包機(jī)及相關(guān)附機(jī)——成包輸送裝置。以下重點(diǎn)對(duì)一些主要單元中的設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

2.1紡絲牽伸單元

濕法轉(zhuǎn)向紡絲機(jī)用來將前道工序制備的合格原液輸入本機(jī)上的原液總管，原液通過各原液支管由紡絲計(jì)量泵均勻定量地輸入燭形濾器后，從噴絲頭上的小孔噴出，并在凝固浴槽中凝固成絲，然后經(jīng)過轉(zhuǎn)向、集束進(jìn)入下道工序。整條生產(chǎn)線上共有3臺(tái)濕法轉(zhuǎn)向紡絲機(jī)。

該濕法轉(zhuǎn)向紡絲機(jī)的整機(jī)形式為單面式，分左、右手車。其區(qū)分方法為：面對(duì)絲束的走向，傳動(dòng)部分在左手側(cè)的為左手車，傳動(dòng)部分在右手側(cè)的為右手車。原總液管的材質(zhì)為SUS304不銹鋼，為單層結(jié)構(gòu)。原液支管為雙層結(jié)構(gòu)，外層材質(zhì)為2205雙相不銹鋼，內(nèi)層為SUS304不銹鋼，夾層內(nèi)為保溫材料。燭形濾器外殼和濾芯的材質(zhì)均為SUS304不銹鋼。燭形濾器的過濾面積為300cm2。紡絲組件采用環(huán)形組合噴絲頭，其結(jié)構(gòu)尺寸參照粘膠短纖維生產(chǎn)線上45組合噴絲頭的尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)制造。每個(gè)噴絲頭上的噴絲帽數(shù)量為45個(gè)，每個(gè)噴絲帽上的噴絲孔數(shù)為1750孔。如果海藻酸鈣短纖維的單絲線密度有變化，那么每個(gè)噴絲帽上的噴絲孔數(shù)也應(yīng)做出相應(yīng)的調(diào)整。泵軸傳動(dòng)采用長邊軸傳動(dòng)的形式，用同步減速電機(jī)進(jìn)行傳動(dòng)。

該濕法轉(zhuǎn)向紡絲機(jī)的研發(fā)重點(diǎn)主要是原液管道和紡絲組件的研發(fā)。原液管道和紡絲組件在內(nèi)部結(jié)構(gòu)、材質(zhì)的選取、耐壓性能、密封性能等方面都有很高的要求。

第1凝固浴槽也是2000t/a海藻酸鈣短纖維生產(chǎn)線上的主要設(shè)備之一，整條生產(chǎn)線上共有3個(gè)。對(duì)于每個(gè)凝固浴槽而言，槽內(nèi)又設(shè)有6個(gè)間隔槽，每個(gè)間隔槽的寬度約為250mm。該凝固浴槽為單層2205雙相不銹鋼槽體，凝固浴有效長度為3m。該凝固浴槽采用了順流走絲的形式，即凝固浴槽中初生絲束的走向與凝固液的流向一致。凝固液管道的材質(zhì)采用2205雙相不銹鋼，支管道上都設(shè)有非金屬球閥。第2凝固浴槽在整條生產(chǎn)線上只有1個(gè)，槽內(nèi)沒有間隔槽，其結(jié)構(gòu)和材質(zhì)與第1凝固浴槽基本相同。凝固浴槽的研發(fā)重點(diǎn)主要是提高槽體的防滲漏性能和防腐蝕性能。

第1五輥牽伸機(jī)和第2五輥牽伸機(jī)在結(jié)構(gòu)上基本相同。牽伸機(jī)主要由牽伸輥、箱體、變頻減速電機(jī)、傳動(dòng)軸、齒輪、稀油循環(huán)潤滑系統(tǒng)等組成。牽伸輥的排布采用了上二中一下二的交錯(cuò)排列形式。牽伸輥的直徑為210mm，長度為600mm。牽伸輥輥體的材質(zhì)采用2205雙相不銹鋼，輥面沒有鍍層，但必須足夠光滑。五輥牽伸機(jī)的研發(fā)重點(diǎn)主要是提高整機(jī)的防腐性能和輥面質(zhì)量。

2.2長絲束水洗單元

在該單元中，第1熱水牽伸槽和第2熱水牽伸槽的具體結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、研發(fā)重點(diǎn)與第2凝固浴槽基本相同，有效牽伸長度都為5m；第3五輥牽伸機(jī)和第4五輥牽伸機(jī)的具體結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、尺寸、研發(fā)重點(diǎn)與第1、第2五輥牽伸機(jī)基本相同。以下重點(diǎn)對(duì)層疊式水洗機(jī)進(jìn)行分析。

層疊式水洗機(jī)主要由水洗部分和傳動(dòng)部分組成。水洗部分主要由5個(gè)水洗槽豎直向上疊加而成，槽與槽之間保持半米左右的間隙。在水洗部分的兩側(cè)各有一個(gè)帶有多個(gè)導(dǎo)絲輥的傳動(dòng)齒輪箱，其用途是帶動(dòng)并引導(dǎo)絲束在各層水洗槽內(nèi)運(yùn)行。該水洗機(jī)的水洗方式為逆流水洗，即絲束的走向與水的流向相反，這樣有利于提高水洗效果并節(jié)約用水。每個(gè)水洗槽的有效水洗長度為5m，全機(jī)的有效水洗長度為25m。導(dǎo)絲輥的直徑為175mm，長度為500mm。導(dǎo)絲輥的材質(zhì)為2205雙相不銹鋼，輥面沒有鍍層。層疊式水洗機(jī)的研發(fā)重點(diǎn)主要是提高整機(jī)的剛性和防腐性能。

2.3長絲束切斷單元

在該單元中，三輥牽引機(jī)主要由牽引輥、傳動(dòng)齒輪箱等組成。牽引輥的排布采用了上二下一的排列形式。牽引輥的直徑為210mm，長度為400mm。牽引輥輥體的材質(zhì)為碳鋼，輥面鍍有硬鉻。三輥牽引機(jī)的結(jié)構(gòu)比較簡單，該機(jī)在其它纖維生產(chǎn)線也經(jīng)常使用，屬于通用設(shè)備。

切斷機(jī)位于牽引機(jī)之后，來自牽引機(jī)的海藻酸鈣纖維長絲束按照設(shè)定的速度送到切斷機(jī)上的絲束注射器內(nèi)，在絲束注射器內(nèi)，通過水流的注射作用連續(xù)地將絲束送向配插在磨環(huán)上的管狀定刀下端，緊貼磨環(huán)下平面且不斷旋轉(zhuǎn)的若干把動(dòng)刀刀片將長絲束按照設(shè)定的尺寸進(jìn)行切斷。

切斷機(jī)的結(jié)構(gòu)形式為水流式，這種形式的切斷機(jī)在粘膠短纖維、TENCEL？等再生纖維素纖維生產(chǎn)線上比較常見。每臺(tái)切斷機(jī)共有兩套牽伸切斷裝置組成，工作時(shí)只使用一套，另一套備用。該切斷機(jī)的刀盤直徑為546mm，最大絲束切斷能力為400×104dtex。在該切斷機(jī)上，牽伸輥的直徑為300mm，長度為300mm。牽伸輥輥體的材質(zhì)為碳鋼，輥面鍍有硬鉻。切斷機(jī)的研發(fā)重點(diǎn)主要是絲束注射器的研發(fā)、切斷刀盤的研發(fā)和設(shè)備的整體外觀設(shè)計(jì)。

3結(jié)語

本文從機(jī)械設(shè)備角度分析了2000t/a海藻酸鈣短纖維生產(chǎn)線的流程設(shè)計(jì)及其主要工藝參數(shù)設(shè)計(jì)，探討分析了紡絲機(jī)、牽伸機(jī)、水洗機(jī)、切斷機(jī)等主要設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)特征以及研發(fā)重點(diǎn)。通過分析可以看出，該海藻酸鈣短纖維生產(chǎn)線具有排布緊湊、科學(xué)合理、外形美觀等特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]莫嵐，陳潔，宋靜，等.海藻酸纖維對(duì)銅離子的吸附性能[J].合成纖維，2009，38（2）：34-36.

[2]朱平，王柳，張傳杰，等.海藻酸鈣纖維的結(jié)構(gòu)與性能[J].合成纖維工業(yè)，2009，32（6）：1-4.

[3]王愛珍.工程材料及成形技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003：337-350.

作者簡介：高占勇，男，1975年生，高級(jí)工程師，主要從事化纖機(jī)械設(shè)備的開發(fā)。

作者單位：邯鄲宏大化纖機(jī)械有限公司。