Производство химических волокон (стр. 7 из 8)
3.5.3 Отделка нитей
Отделка капроновых нитей проводится для удаления из них низкомолекулярных соединений путем обработки горячей водой, нанесения на нити замасливающего препарата и фиксации величины крутки. Капроновая вытянутая нить, не подвергнутая термической обработке, обладает способностью в свободном состоянии усаживаться в горячей воде на 8-15% (в зависимости от температуры воды и продолжительности воздействия). Вследствие усадки нити увеличивается ее толщина, снижается прочность и повышается удлинение нити. Обработка нити горячей водой под натяжением на жесткой паковке способствует снятию напряжений в нити, фиксации свойств и получению нити с резко пониженной способностью к усадке. При последующих обработках такой нити в горячей воде в свободном состоянии усадка ее не превышает 3 - 3,5%.
Для отделки капроновых нитей на бобинах применяют коллекторные аппараты, моечные ящики и отделочные агрегаты ОИК-2. Перечисленные аппараты аналогичны по принципу действия; отличаются они по конструкции и по степени механизации процесса.
Коллекторный аппарат (рис.11) состоит из ванны 1, на дне которой проложен коллектор 2 с 60 - 80 патрубками. К каждому патрубку на фланцах крепится перфорированная труба (свеча) 3, заканчивающаяся стержнем с крупной резьбой.
На каждую свечу, одна над другой, устанавливают 4 - 6 бобин с нитью, разделенные резиновыми уплотняющими прокладками. Верхняя бобина закрывается крышкой, и все бобины прижимаются плотно друг к другу зажимающей головкой 4, навертываемой на стержень свечи. Отделочный аппарат вместе с барками для промывных жидкостей, теплообменниками и насосами составляет отделочный агрегат.
Рисунок 11 - Коллекторный аппарат для отделки капроновой нити: 1 - ванна; 2 - коллектор; 3 - свеча; 4 - зажимная головка; 5 - прокладки; 6 - бобина с волокном.
Отделочная жидкость под давлением до 0,3 МПа по коллектору поступает в свечи и, пройдя сквозь толщину намотки нити, поднимается в ванне, откуда самотеком переливается в барку. Достаточно полное вымывание низкомолекулярных соединений из нити достигается при скорости циркуляции промывной воды (при 80 - 90°С) не менее 2,5л/мин на одну бобину и продолжительности отделки 1 - 2 ч.
После промывки горячей водой и обработки отделочной жидкостью нить кратковременно промывают холодной водой для устранения возможного выделения капролактама на поверхности намотки и образования пятен на ней. Регенерация капролактама из промывных вод затруднена из-за присутствия в воде замасливающих веществ, нанесенных на нити при формовании и вымытых при отделке, и поэтому не проводится. Отработанные промывные воды спускаются в канализацию.
После отделки нить на бобинах отжимается в отделочном аппарате путем продувки пара (или воздуха) или на специальных центрифугах. При этом влажность волокна снижается с 30 до 10%.
При отделке капроновой нити повышенной крутки, описанный режим фиксации крутки не применяется. Для фиксации крутки такие нити подвергаются термической обработке острым паром при 125 - 130°С. свечей, на которые устанавливаются бобины. В каждый ящик помещаются одновременно три пакета.
3.5.4 Сушка и кондиционирование нитей
Нити на бобинах сушат в течение 3 - 4 ч в туннельных двухзональных сушилках при 85 - 90°С. Высушенные нити на бобинах выдерживают не менее 18 ч в специальной камере при относительной влажности воздуха 55 - 65%. До достижения равновесной влажности 3,5 - 4,5%.
3.5.5 Перемотка нитей
Полученные капроновые нити перематывают с бобин на конические шпули для получения удобной товарной паковки трехконусной формы с крестовой намоткой. Эта операция проводится на бобинажно-перемоточных машинах. Некоторые виды капроновой нити при перемотке замасливаются. При этом на нить наносится до 4 - 6% безводного замасливателя (вазелиновое масло, стеарокс (ОС-20), триэтаноламин)
Перемотка нити на бобинажно-перемоточных машинах осуществляется при постоянной линейной скорости, которая составляет обычно 250 - 400 м/мин. Плотность намотки нити на конических паковках имеет большое значение для выравнивания свойств нити по слоям паковки. Чем меньше плотность намотки (мягкая намотка), тем лучше выравниваются свойства. Регулируют плотность намотки, соответствующим изменением натяжения нити при перемотке. Однако плотность намотки должна быть достаточной для обеспечения сохранности паковки, предотвращения самопроизвольного сползания нити при транспортировании и переработке волокна, а также при изменении его влажности. Плотность намотки регламентируется и должна составлять 600 - 700 кг/м3 для гладких нитей и 500 - 600 кг/м3 для высокообъемных нитей. При перемотке нити удаляются дефектные участки, концы связываются и выводятся узлы на верхний торец бобины. Масса паковки достигает 600г.
3.5.6 Сортировка нитей
После отделки и перемотки готовую нить сортируют в строгом соответствии с требованиями ГОСТ на данный вид продукции.
Сортность нити устанавливают по наихудшему физико-механическому показателю, внешним признакам и внутрипаковочным дефектам.
Бобины с нитью, качество которой удовлетворяет требованиям ГОСТ, обертывают плотной мягкой упаковочной бумагой.
Коробку перевязывают и помещают в контейнер или деревянный ящик.
4. Примеры технологических расчетов
Ниже приводятся примеры технологических расчетов в производстве капроновых нитей.
Расчет расхода капролактама. Определить расход капролактама на 1кг капроновой текстильной нити линейной плотностью 3,3 текс, если выпуск такой нити, содержащей 5% влаги и 5% замасливателя, составляет 5000 кг/сут.
Для определения расхода капролактама необходимо знать потери на всех технологических операциях и определить массу теряемого при этом полимера. Обозначим массу полимера буквой G, а потери − буквой g. Содержание полимера в готовой нити G1составляет:
G1 = 5000 · 0,9 = 4500кг
Потери в сортировочном цехе достигают 0,05%. Следовательно, содержание полимера G2в нити, поступающей в сортировочный цех, составляет
G2 = 4500 · 1,0005 = 4502,25кг
Потери полимера в сортировочном цехе составляют:
g2= 2,25кг
Потери при перемотке нити на бобинажно-перемоточных машинах составляют 1,2%, поэтому в перемоточный цех поступает полимера:
G3 = 4502,25 · 1,012 = 4556,28кг
Потери полимера в перемоточном цехе составляют:
g3= 4556,28 - 4502,25 = 54,03 кг
В результате вымывания низкомолекулярных соединений потери при отделке достигают 3%.
Следовательно, на отделку поступает поликапроамида (в виде нити):
G4 = 4556,28 - 1,03 = 4692,97кг
Потери в виде низкомолекулярных соединений составляют:
g4= 4692,97 - 4556,28 = 136,7кг
Поскольку регенерация капролактама из воды После промывки волокна не проводится, указанные потери являются безвозвратными.
При окончательной крутке (крутке с перемоткой нити на перфорированные бобины) потери составляют 2%. Содержание полимера в нити, поступающей на эту операцию, составляет:
G5= 4692,97 · 1,02 = 4786,83кг
Потери полимера при окончательной крутке составляют:
g5= 4786,83 - 4692,97 = 93,86кг
На крутильно-вытяжных машинах потери составляют 3% и около 2% несортной нити отбраковывается (скрытый брак прядильного цеха). На эту операцию поступает нить, в которой содержится полимера:
G6= 4786,83 · 1,05 = 5026,17кг
Потери полимера составляют g6 = 143,60 в виде вытянутой нити и
g7 = 95,74кг в виде невытянутой нити.
В прядильном цехе потери полимера составляют 6%.
Из них 3,8% теряется в виде отходов невытянутого волокна (эти отходы образуются при смене бобин, возвратимые потери), 1,5% - в виде слитков, образующихся при смене фильер и при проверке подачи насосов (возвратимые потери) и 0,7% − при смене деталей прядильной головки (безвозвратные потери, так как при обжиге деталей полимер сгорает).
Следовательно, в прядильный цех для получения нитей поступает полимер в виде крошки в количестве:
G7 = 5026,17 · 1,06 = 5327,74кг
Возвратимые потери в виде невытянутого волокна составляют:
g8= 5026,17 · 0,038 = 191,00кг
и в виде слитков:
g9= 5026,17 · 0,015 = 75,39кг
Безвозвратные потери полимера равны:
g10 = 5026,17 - 0,007 = 35,18кг
Потери полимера при сушке крошки составляют 0,1% или
g11 = 5327,74 · 0,001 = 5,33кг
Таким образом, на сушку поступает полимера:
G8 = 5327,74 - 1,001 = 5333,07кг
При экстрагировании крошки теряется 7,5% (в основном в виде капролактама), это составляет:
g12 = 5333,07 · 0,075 = 399,9кг
Следовательно, на экстракцию поступает полимера:
G9 = 5333,07 · 1,075 = 5733,05кг
При плавлении и полиамидировании капролактама потери составляют
2,5%: g13= 5733,05 · 0,025 = 143,32кг
Масса капролактама, поступающего на плавление, при влажности его 0,4% составляет:
G10 = (5733,05 + 143,32) · 1,004 = 5899,87кг
Потери за счет влажности капролактама составляют:
g14= 5899,87 - 5733,05 - 143,32 = 23,50кг
В итоге получается, что для производства 5000кг капроновой нити в сутки необходимо 5899,87кг капролактама.
Расход капролактама на 1кг нити без учета использования отходов и регенерации капролактама из экстрагированных вод равен:
5899,87: 5000 = 1,18кг
В связи с тем, что часть отходов используется, фактический расход капролактама будет значительно ниже.
Для определения удельного расхода капролактама с учетом использования отходов нужно подсчитать массу отходов, возвращаемых в производство.
Общая масса таких отходов составляет:
Отходы Операция Масса, кг
Вытянутая нить Сортировка 2,25
Перемотка 54,03
Окончательная крутка 93,86
Крутка с вытяжкой 143,60
Всего 293,74
Невытянутая нить Крутка с вытяжкой 95,74
Формование 191,00