（化学工程专业论文）引进装置neumag涤纶短丝的提产改造.pdf

摘要 本文对n e u m a g 聚酯短丝引进装置的纺丝箱体、纺丝组件、冷却吹风、 上油系统等关键设备的工艺技术特点进行了全面细致的分析，认为该装置具有 “背靠背”式纺丝机布局、矩形下装式纺丝组件、侧吹风冷却方式、唇式上油 及单面上油方式及后加工单线生产能力大等工艺技术特点，并从生产工艺控制 上进行了详细的核算，认为该套装置有一定的工艺操作弹性，有提产的基础。 同时，通过喷丝板的设计及设备承载能力的可行性分析，认为采用增加喷丝板 孔数来提高装置产能是可行的。通过对喷丝板喷丝孔排列排布、喷丝孔尺寸的 研究分析，将原有的3 6 0 0 孔喷丝板改造为4 0 0 0 孔喷丝板。进行了单机位上机 试验，对纺丝冷却风风温、风速及上油量等进行了实验研究，确定了4 0 0 0 孔喷 丝板的纺丝工艺条件。并对前后纺工艺中的卷绕速度、牵伸倍率、纺丝温度及 牵引辊速比等工艺条件也作了相应的优化调整，在短丝装置上成功实现了4 0 0 0 孔喷丝板替代原设计3 6 0 0 孔喷丝板纺丝，增产后单线熔体接收量增加了1 7 吨， 天，设备运行状况与生产状态良好，产品质量指标稳定，实现了单线增产1 0 的目标。 关键词：短丝装置提产喷丝板 承载能力 a b s t r a c t i nt h i sp a p e r , t e c h n i q u ec h a r a c t e r i s t i c so f t h ek e yd e v i c e so fi m p o r t e dn e u m a g p e ts t a p l ed e v i c es u c ha ss p i n n i n gb e a m , s p i n n i n gp a c k , q u e n c h ，o i l i n gs y s t e mh a s b e e na n a l y s i st h o r o u g h l y c h e e kt h ep r o c e s sc o n t r o li nd e t a i l i na d d i t i o nt h ed e v i c e h a sb a c ka g a i n s tb a c kl a y o u t , r e c t a n g l ed e s c e n dp a c kt y p e ，u n i q u eo i l i n gs y s t e ma n d l a r g e rf i n i s h i n gp r o d u c t i v i t y i td r a w sac o n c l u s i o nt h a tt h ed e v i c eh a sf l e x i b i l i t yi n p r o c e s sa n dh a ss p a c et oe n l a r g ey i e l d a tt h es a m et i m ea c c o r d i n gt oa n a l y s i so f s p i n n e r e tw er e d e s i g nt h es p i n n e r e ti n c r e a s et h eh o l e sf r o m 3 6 0 0t o4 0 0 0 c a r r i e do n s i n g l es p i n n e r e te x p e r i m e n t s t u d i e dp r o c e s sp a r a m e t e rs u c h 私t e m p e r a t u r ea n d s p e e do fq u e n c h c o n t e n to fo i l o p t i m i z e do t h e rp r o c e s sp a r a m e t e r ss u c ha sr o l l e r , s p e e dd r a wr a t i o ，s p i n n i n gt e m p e r a t u r ea n de t c u s i n gr e d e s i g n e ds p i n n e r e tt h e d e v i c er e a l i z e st h et a r g e tt oe n l a r g ey i e l db yt e np e r c e n ts u c c e s s f u l l y m e l tr e c e i v e d i n c r e a s e1 7t o n sp e rd a y e q u i p m e n t sr u ns m o o t h l y q u a l i t yo f s t a b l ei ss t a b i l i t y k e yw o r d s ：s t a p l ep l a n t ；s p i n n i n g j e t ；l o a d i n ga h i u t y 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨鲞盘鲎或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：3 。芬。走签字日期： w l ，年5 月 毛日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨壅盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权鑫洼盘茔可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：扣、每寸走 签字日期： 。善年易月5 日 铆躲彩衫露 签字日期：沙6 年多月2 矿，日 第章前言 第一章前言 天津石化公司2 0 万吨聚酯新区短丝装置自德国n e u m a 6 公司引进，采用直 接纺丝工艺，共有两条生产线，年生产能力为l o 万吨聚酯短纤维，是目前国内 涤纶短纤维单线生产能力最大的装置之一。该装置的主要产品有高强、高模棉 型及毛型涤纶短纤维。目前，生产负荷已经达到装置设计能力。近期，国内同 等规模的短丝装置相继上马，使得市场空间愈加狭窄，竞争愈加激烈。在不增 加大的资本投入的前提下进行提产，是企业降本增效、提高市场竞争力的有效 途径。 依托现有设备，仅作局部改造，进行提产有两种途径，即提高纺丝速度或 增加喷丝板孔数。2 0 0 3 年2 月通过提高纺丝速度进行了提产，单线提产约3 。 但这种提产方式提产幅度有限，而且由于速度提高，卷绕噪音明显上升，给操 作工的身心健康带来了非常不利的影响，并且提速后原丝的牵伸性能发生了变 化，后加工过程中绕辊多，导致消耗增加。因此，保持纺速不变，将整条线的 喷丝板更换为更多孔数的喷丝板，从而增加单个纺丝位的熔体吐出量是提高装 置产能较为理想的方案。 本文通过对影响聚酯短纤维生产的相关工艺条件、装置工艺技术特点及提 产的可行性分析研究，制订了合理的喷丝板设计方案及提产实施方案。通过科 学实验，确定了提产过程中所涉及的冷却吹风条件、上油等工艺条件，并对提 产中出现的生产实际问题，运用科学的分析方法，确定了卷绕速度、拉伸倍率、 纺丝温度，牵引辊速比等工艺参数，确保了引进装置提产改造的成功实旌。提 产改造后，该套装置成为国内采用矩形板纺丝单线生产能力最大的装置，具有 很好的经济效益。 第1 页 第二章文献综述 第二章文献综述 我国是化学纤维的生产大国，化纤工业九十年代后期进入发展高峰：1 9 9 5 年产量2 9 0 万吨，到2 0 0 2 年产量达9 9 1 万吨，年均增长率达1 9 2 。我国化纤 种类中最主要的品种为聚酯纤维，约占化纤总量的7 0 - 7 3 ，2 0 0 2 年聚酯纤维产 量7 7 2 1 万吨，1 9 9 5 - 2 0 0 2 年的年均增长率为2 1 8 ，高于同期化纤的年增长率， 稳居各种化学纤维的榜首。聚酯纤维的主要产品为涤纶长丝和涤纶短纤，其上 游为原油提炼物，产成品主要用于织造。据统计，2 0 0 4 年全国累计生产化学纤 维1 4 2 5 亿吨，较2 0 0 3 增长2 0 2 9 ，其中粘胶纤维9 6 6 1 万吨，增长1 6 0 8 ；合成纤维1 3 1 3 9 6 万吨，增长2 0 8 2 。据海关统计，2 0 0 4 年累计进口化 学纤维1 6 8 4 0 万吨，同比减少5 3 4 ，其中粘胶纤维进口6 5 5 万吨，与上年 持平；合成纤维进口1 6 1 8 5 万吨，较去年减少l o 万吨“1 。 近十年来，我国聚酯工业发展迅猛，已成为世界第二聚酯生产国，2 0 0 2 年 国内聚酯生产能力已达8 5 0 万吨左右，与1 9 9 5 年2 1 5 6 万吨生产能力相比，年 均增长率为2 1 6 ，2 0 0 2 年聚酯实际生产量达到7 7 6 万吨，与1 9 9 5 年的1 7 9 万 吨相比年均增长率为2 3 3 ，远远高于同期g d p 的增长率。高速发展的聚酯工 业，仍满足不了聚酯下游加工产品一聚酯纤维和非纤维产品需求的增长，1 9 9 7 年以来，聚酯切片加涤纶纤维的进口总量在1 0 0 万吨以上。但高速发展的聚酯 工业目前存在着不少的问题，突出表现在：生产装置规模小而分散，布局不合 理，条块分割严重；聚酯上下游产业结构不配套，原料生产能力的发展速度滞 后于聚合，聚合又滞后于抽丝，而抽丝又不能满足纺织工业的需要，主要原料 的进口依存度高达5 0 以上；工艺技术和产品品种结构与国际有较大差距，常 规产品生产能力过剩，生产品种范围窄，非纤聚酯比例明显偏低；新产品开发 能力差，化纤差别化率仅6 - 2 0 ，远低于发达国家的4 0 - 5 0 ；劳动生产率低， 由于建设投资过大，社会负担沉重，资本结构不合理等历史原因，导致产品成 本高，缺乏国际竞争能力。 当前世界大的聚酯公司正进入以结构调整为主要特征的新一轮高速发展 时期，预计世界聚酯工业发展速度将超过6 的历史年均增长率，可能达到7 8 。 亚洲仍将是世界聚酯工业发展最为迅速的地区，而我国又是亚洲聚酯产品市场 第2 页 第二章文献综述 的中心，需求增长最快的地区。因此，世界聚酯及后加工产品都瞄准中国这一 块大市场，随着我国加入w t o ，我国聚酯工业面临越来越剧烈的市场竞争。 2 1 我国聚酯工业现状及发展 2 1 1 我国聚酯工业现状 我国聚酯生产是在自主开发与引进技术相结合基础上发展起来的，到目前 为止，我国聚酯工业的发展可分为四个阶段。 第一阶段是从五十年代中期开始，我国进行了聚酯合成的研究开发，并于 六十年代中期完成了中小规模试验； 第二阶段是从1 9 6 6 年起的十年，我国进入聚酯生产工业化的初始阶段，建 立了五十多个1 0 0 5 0 0 吨年的d m t 、p e t 以及和p e t 纤维相配套的小装置，到 1 9 7 6 年初p e t 能力达2 8 万吨年，目前这些小装置已全部停产； 第三阶段则从七十年代起，国家开始有计划地引进一批大型p e t 及其原料 的生产装置和技术，截止到1 9 9 7 年，我国p e t 总生产能力已达2 8 3 0 5 万吨年。 其中引进装置4 3 套，总计生产能力2 5 4 9 万吨年，占总能力的9 0 0 5 。 1 9 9 8 年至今。是我国聚酯工业的第四个发展阶段。这一阶段生产能力增长迅 速。到2 0 0 2 年实际能力8 5 0 万吨年左右。1 9 9 7 到2 0 0 2 年间生产能力年均递 增2 7 。这一阶段我国聚酯生产的发展有两个特点，其一是小聚酯发展迅速。 到2 0 0 0 年年底，我国小聚酯( 指采用间隙工艺生产的聚酯装置) 能力已达到 2 8 0 万吨年，占全国总能力的近三分之一，而1 9 9 8 年这一比例不到1 0 。其二 是外商合资或独资的企业已占有相当地位。据初步统计，目前合资或独资聚酯 能力占全国总量的1 5 。这将对我国的聚酯市场产生深刻的影响。 尽管我国聚酯生产能力增长很快，但仍跟不上我国聚酯后加工发展的步伐， 1 9 9 5 - - 2 0 0 2 年间我国涤纶纤维产量年均增长2 1 7 ，高于同期聚酯产量年均增 长2 0 4 的水平，到2 0 0 2 年涤纶纤维生产能力达到1 2 0 4 5 万吨年，非纤聚酯 能力达到1 2 0 万吨。另一方面，由于我国特种纤用和非纤用聚酯在质量上与国 外相比仍有较大的差距，因此近年来我国聚酯每年都有3 0 一4 0 万吨的进口量， 2 0 0 0 年进口量则超过5 0 万吨。但最近二年由于国内聚酯产能的迅速增加，进 口量有所下降，这二年进口量都在2 5 万吨左右，主要进口的是差别级聚酯原料， 瓶料进口量迅速下降。 第3 页 第二章文献综述 目前我国共有1 0 0 多个聚酯企业，其中小聚酯( 指采用间隙法生产工艺的 生产装置) 企业近7 0 个，为大聚酯企业数的2 倍，约占全国聚酯总能力的3 2 。 目前我国最大的聚酯生产企业是中国石油化工集团公司仪征化纤股份公司，聚 酯总能力达到1 2 0 万吨年，已成为世界十大聚酯生产企业之一。除仪征化纤外， 还有辽阳石油化纤公司、上海石化股份有限公司、天津石油化工公司、翔鹭涤 纶纺纤( 厦f - j ) 有限公司。上述五大企业的生产能力占全国总能力的三分之一。 聚酯企业平均规模为7 5 万吨年。 我国聚酯企业分布在全国1 9 个省市自治区，其中江苏省生产能力占占全 国总能力的3 9 ，其次是广东省，占总量的1 0 ，上海占总9 ，浙江9 。华 东地区是国内最主要的聚酯生产地区，生产能力占了全国总能力的三分之二左 右。 在产品品种上，目前我国聚酯生产仍以纤用聚酯为主，占总生产能力的 8 8 ；国内非纤用p e t 切片能力约1 0 0 万吨，其中聚酯瓶片发展特别迅速，仅 2 0 0 2 年就新增了5 0 多万吨生产能力。但由于国内市场容量有限，因此，聚酯 瓶片开工率不足5 0 。 2 1 2 我国聚酯需求预测 目前我国人均纤维消费量仅为6 6 千克，低于世界7 5 千克的平均水平。 未来几年，我国人均纤维消费量可达到7 4 - 8 0 千克。这样我国纺织纤维需求 总量将由2 0 0 0 年的1 2 1 0 万吨提高到1 4 2 5 万吨。与此同时城乡居民衣着消费占 总消费的比重将有所下降，但消费总量仍将有所增长，特别是农村纺织品市场 和产业用纺织品领域仍有很大的增长潜力，消费层次进一步多元化，衣着用、 装饰用、产业用纺织品比重分别由2 0 0 0 年的5 4 、2 4 、2 0 调整到2 0 1 0 年 的4 9 、3 0 、2 1 。因此，预计今后几年我国化学纤维生产将保持年均6 5 的 增长速度。 目前我国聚酯瓶片主要用于饮料和食品包装，产品应用已涉及碳酸饮料、 食用油、调味品、速冻食品、啤酒、白酒、农药、医药、化妆品、个人护理品 等的包装。聚酯膜片主要用于胶片片基、磁带片基、电容器膜、光盘、i c 卡等 领域。由于聚酯瓶成本低、具有节能、环保等特点，随着人民生活水平的提高 和环保意识的加强，聚酯瓶将更多地取代玻璃瓶用作包装材料，到2 0 0 7 年，我 第4 页 第二章文献综述 国非纤聚酯的需求量将达到1 4 5 万吨，其中饮料及啤酒包装所占比例将高达8 5 。 综上所述，预计今后几年我国聚酯需求量将保持年均7 4 的增长速度，到 2 0 0 7 年，我国聚酯需求总量预计为1 1 9 5 万吨。其中以瓶用聚酯增长最快，到 2 0 0 7 年瓶用聚酯在消费总量中的比例将上升到1 1 3 ，而相应纤用聚酯的比例 将从目前的9 2 7 下降到8 7 9 9 6 。聚酯生产将基本能满足国内需求，但部分特殊 用途聚酯仍需依赖进口。 2 1 3 我国聚酯工业技术现状 世界聚酯技术正在向更大经济规模方向发展。单系列生产能力由八十年代 的1 0 0 吨日、2 0 0 吨日提高到九十年代的3 0 0 吨日、4 0 0 吨日、4 8 0 吨日 及6 0 0 吨日。随着单系列能力的扩大，每万吨聚酯投资成本呈等比级数下降。 如目前世界前3 0 家聚酯生产厂家的平均产能达3 6 万吨年，规模最大的杜邦公 司已达1 4 0 万吨年。目前世界上最大装置单线生产能力已达6 0 0 t d 生产线。 世界聚酯生产技术发展的另一趋势是采用先进的集散型( d c s ) 自动控制系统对 聚酯的工艺生产进行控制和管理，并且，聚酯仿真系统的开发和应用的技术也 在研制中，可具有仿计算功能、灵敏度分析功能、优化功能、成本计算功能、 工程计算功能，可以对全流程或单釜流程进行仿真计算。另一趋势是积极开发 和推广聚酯新品种，如p e n 和p t t 。 p e n ( 聚萘二甲酸乙二酯) 是聚酯的新型产品。由于它具有较高的阻隔性、 防水性、气密性、抗紫外线性、较好的耐热性、耐化学性、耐辐射性等，近年 来深受世界许多国家的聚酯生产厂商的关注。p e n 将广泛的用于碳酸饮料、啤 酒、果汁等包装瓶、工业丝、薄膜、磁带、药品包装及工程塑料等方面，是一 种极具开发前景的新型聚酯材料，预计年均增长率将达3 5 。影响p e n 产品市 场推广的主要障碍是原料2 ，6 _ 萘二甲酸乙二醇醇酯的来源和价格。 p t t ( 聚对苯二甲酸丙二酯) 也是聚酯系列产品中最具发展前景的新成员。 它兼具锦纶和涤纶的优点，具有抗污性、化学稳定性、回弹性和染色性，是一 种较理想的纺织用新型热塑性聚酯材料，是世界各国新世纪重点发展的新材料 之一。主要原料1 ，譬一丙二醇的合成路线有s h e l l 公司的氧乙烷路线、杜邦 公司的生化法和d e g u s a 的丙烯醛技术路线。p t t 的用途广泛，主要用于工程塑 第5 页 第= 章文献综述 料、体育用品、薄膜以及纺粘织物、地毯以及服用纤维等方面，具有极大的市 场发展潜力。 我国聚酯生产的发展始于七十年代，“八五”和“九五”期间发展速度加 快，聚酯和非纤用聚酯的生产都有了大幅度的增长，目前绝大部分的聚酯产品， 国内均能大规模生产。我国是目前世界上第一大聚酯生产国，2 0 0 4 年聚酯产能达 到1 4 5 0 万吨年( 产量1 0 4 6 万吨) ，占2 0 0 4 年世界聚酯产能4 7 0 0 万吨年的3 l 。 目前世界上生产p e t 的工艺技术主要采用精对苯二甲酸( a ) 与乙二醇的熔融缩聚， 主要有五釜流程和三釜流程工艺，近几年来向大型化、短流程方向发展，单系列 规模最大已达1 0 0 0 吨天( 合3 0 万吨年) 。在消化吸收引进技术的基础上，我国 在聚酯工艺技术开发方面取得了重大突破，中国石化在“十五”期间成功开发了 大型化聚酯系列成套生产技术。中国石化组织仪征化纤、中纺设计院和华东理工 大学等单位成功开发了五釜流程大型化聚酯系列成套生产技术。通过对聚合反应 动力学和熔体脱单体动力学研究，开发成功1 0 万吨年聚酯技术工艺包，设计并 制造了1 ，2 预聚及终缩聚釜，形成了1 0 万吨年聚酯成套技术，已在仪征化纤建 成装置，最高生产负荷达到了4 5 0 吨天。依托该聚酯国产化攻关成果建设的聚 酯十二单元，于2 0 0 3 年1 0 月建成投产，单线产能达到了5 0 0 吨天，后续建设的 聚酯十四单元，装置设计产能达到了6 0 0 吨天，这标志中国己拥有自主开发的 2 0 万吨年五釜流程p e t 技术。中国石化集团公司“五釜流程”大型化聚酯成套 技术的开发成功，形成了我国自有聚酯装置工艺设备成套技术，建立了一支专业 化的技术开发、工程设计、工程建设与设备制造队伍，为我国聚酯工业提供了强 有力的技术支撑。 在“五釜流程聚酯成套技术”开发的基础上，着眼进一步缩短流程，中国石 化组织上海石化股份公司与中国纺织科学研究院、华东理工大学等合作开展了 “1 5 万吨年三釜流程聚酯成套技术”的开发。经4 年技术攻关，形成了具有自 主知识产权的1 5 万吨年聚酯三釜流程技术工艺包。与五釜流程相比，三釜流程 减少了1 个酯化釜和1 个预缩聚釜，因此，技术创新主要围绕提高单台釜的反应能 力来展开为此开发了新型酯化反应塔，可适应提高酯化反应温度、改变反应物 料摩尔比和分担部分预缩聚负荷的要求，所采用的自动升压外循环酯化反应技术 拥有自主知识产权技术，具有提高酯化反应物料混合效率和撤热效率的作用，同 时兼具节能功能；新型高效筛板塔的采用，使酯化反应塔顶反应排放水中乙二醇 第6 丽 第二章文献综述 和c 0 0 含量明显降低；终缩聚反应器采用了自主开发的搅拌鼠笼支撑与终缩聚反 应器釜体一体化技术，还实现了终缩聚反应器机械密封的国产化：热媒系统采用 就地闪蒸工艺等节能技术，装置能耗太幅度降低。2 0 0 4 年经对建成的1 5 万吨年 三釜流程国产化聚酯装置的标定考核，其主要技术经济指标达到国际先进水平， 吨p e t 耗p t a 为8 5 9 k g ，耗e g 为3 3 4 k g ，耗能为8 9 7 k g 标油，该装置与同类型进口 装置相比，投资降低1 5 。o ”脚 2 1 4 小聚酯对我国聚酯行业发展的影响 1 9 9 9 年以来，我国小聚酯生产发展迅猛，到2 0 0 2 年，我国小聚酯生产能力 已经超过2 7 0 万吨，占全国总能力的3 2 。这些小聚酯装置大部分集中在江苏 和浙江两省，已成为我国聚酯工业的重要组成部分。小聚酯的快速发展，已经 深刻影响了我国聚酯工业的产业布局，小聚酯的建设已经给国有大中型企业的 聚酯生产带来某种“威胁”，这种威胁主要来自于在我国目前所特有的市场环 境下小聚酯所具有的独特竞争优势。 ( 1 ) 小聚酯的竞争优势 o 投资成本低、建设周期短。小聚酯吨生产能力投资在7 0 0 - - 1 0 0 0 元，为 原有大聚酯装置的1 l o ，与现在投资建设的大聚酯生产能力投资1 5 0 0 元吨 相比仍有较大优势。小聚酯装置建设周期从土建开始到投产仅5 个月，可以快 速抓住市场机遇。 0 生产成本低：虽然小聚酯的原材料及公用工程消耗较高，但在人工成本、 制造费用、管理费用上有优势，财务费用低，其综合成本与大聚酯相比有较大 优势。 0 邻近市场，区位优势明显：8 0 以上的小聚酯能力都集中在江浙一带， 是我国聚酯加工最发达的地区，并且一部分小聚酯生产装置就是从聚酯抹后加 工起家发展的，产品直接面向市场，在销售渠道和销售费用上相较国有在中型 企业都有较大优势。 0 品种多，操作灵活，适应能力强：小聚酯采用间歇性生产、品牌转换方 便，转产损失小。目前国内市场上阳离子、高收缩切片已基本被小聚酯占领， 已在向有光切片、膜用切片、瓶用切片渗透。 第7 页 第= 章文献综述 ( 2 ) 大聚酯竞争优势 0 装置技术水平先进，原材料及公用工程消耗低：大聚酯多采用引进技 术，连续操作，原材料及公用工程消耗较低，相较一般小聚酯，由于原料采购 量大，价格比较低，可变成本为一般小聚酯的9 5 左右。 0 劳动生产率高：大聚酯自动化水平高，劳动生产率为小聚酯的2 4 倍， 因此尽管人均工资水平较高，相较小聚酯装置劳动力成本仍有一定优势。 0 产品质量好、售价相对较高。生产同样产品时，大聚酯装置由于操作 稳定，产品质量好，因此大聚酯厂产品市场售价比小聚酯高3 0 0 - - 5 0 0 元吨。 表2 - i 我国大小聚酯技术经济情况对比表 原有大聚酯新建大聚酯先进小聚酯一般小聚酯 单位生产能力投资 1 0 0 0 01 5 0 01 0 0 01 0 0 0 工艺路线 连续聚合半连续间歇聚合 p t a ( 吨) 0 8 6o 8 60 8 6 50 8 7 2 e g ( 吨) 0 3 3 80 3 3 80 3 5o 3 7 水( 吨) 3 53 581 5 电( k w h ) 1 2 01 2 01 5 33 0 0 蒸汽( k g ) 0 5o 50 8 51 2 1 0 0 0 吨人1 5 0 0 吨人5 0 0 吨人+2 3 0 吨人 劳动生产率( 人均) 生盘生生 大聚酯在产品粘度偏差，端羧基值，杂质含量、色相等方 产品质量 面有优势 品种变换不易变换不易变换易于变换 易于变换 差别化率低低高高 原料成本 1 0 01 0 0 1 0 1 51 0 3 6 动力成本 1 0 0i 0 01 5 02 5 0 人工费用 1 0 01 0 09 02 5 0 ， 折旧费、企管费，修 1 0 02 51 51 6 理费等 生产成本 1 0 09 09 09 5 总成本 i 0 08 78 79 0 产品售价 1 0 0l o o9 5 9 5 第8 页 第二章文献综述 从以上比较我们可以看出，尽管我国在“八五”“九五”期间引进的大 型聚酯生产装置技术水平高、原材料及公用工程消耗低、劳动生产率高，但由 于当时引进费用太高，导致设备折旧费用居高不下，即使同样生产通用品种， 现有大聚酯也不占优势，如果小聚酯生产大聚酯所不擅长的差别化品种时，盈 利能力又大为增加，因此在大聚酯再与小聚酯的竞争过程中始终处于被动状态。 近年来，由于聚酯投资费用的不断降低，新建大型聚酯装置又呈现了较为强盛 的生命力，即使与最先进的小聚酯装置相比，在竞争中也处于优势地位。因此， 设备折旧费居高不下是影响国有大中型聚酯企业竞争力的主要因素。 ( 3 ) 小聚酯的发展对我国聚酯工业的影响 小聚酯的快速发展，已经深刻影响了我国聚酯工业的发展。 小聚酯的发展，改变了我国聚酯工业的供应格局：我国原有的供应格局是 聚酯生产集中供应后道加工特别是涤纶长丝的原料需求。近年来许多后道加工 企业配套建设了小聚酯生产装置，迫使国有大中型企业延长产品链，扩大聚酯 后加工能力，延长产品链，长此以往，将导致聚酯及后加工能力的过速增长， 造成资源、资金的大量浪费和恶性竞争。 小聚酯的快速发展，使得我国聚酯工业集中度进一步降低，特别是总生产 能力在3 万吨以下的小聚酯生产企业，技术落后、安全环保水平低、市场运作 不规范。国有在中型企业在竞争中疲于应付，最终将导致我国聚酯工业整体竞 争能力的降低。 小聚酯的过度膨胀将造成聚酯工业稳定性的降低，市场动荡加剧，小聚酯 装置建设周期短、装置开停产灵活，导致了聚酯产品市场起伏不定，进一步增 加了国有大中型企业适应市场变化的难度。大小聚酯恶性竞争的局面一但出现， 必然造成两败俱伤，国外产品将长驱直入。 2 2 我国涤纶短纤维技术的发展 2 2 1 我国涤纶短纤维技术的现状及发展 我国涤纶短纤维工业始于上世纪7 0 年代初。7 0 年代中期，从日本、西德、法 第9 页 第二章文献综述 国引进了聚酯技术和设备，同时在消化吸收国外技术的基础上，我国化纤工作者 自主开发了v i ) 4 0 5 - v d 8 0 1 ，v d 4 0 6 - l v d 8 0 2 等成套涤纶短纤维设备，建立了一批中 小型涤纶厂。8 0 年代初，上海石化总厂二期工程及仪征化纤联合公司两个大型聚 酯纤维厂相继建成，使我国涤纶短纤维产量和规模又上了一个台阶。之后，上海 二纺机、郑州纺机、仪征化纤公司和中国纺织工业设计院等单位联合，在消化吸 收国外技术的基础上，开发了国产化的i 5 万t a 的l h v 4 5 2 一l h v 9 0 2 型直纺涤纶短 纤维生产线。9 0 年代初，辽阳石化公司、黑龙江龙涤集团、上海石化公司、上海 联吉合纤公司等相继从德国z i 咖e r 公司、瑞士l n v e n t a 公司等引进了3 万t a 的直 纺涤纶短纤维生产线。随着聚酯装置的规模不断扩大，涤纶短纤维的单线生产能 力不断提高，从日产2 5 5 0t 提高到日产1 5 0 _ 一2 0 0t ，生产成本降低，劳动生产 率提高，市场竞争能力增强。9 0 年代末，洛阳石化总厂和天津石化公司分别从 美国c h e r a t e x 公司和德国n e u m a g 公司引进了5 j y t a 的涤纶短纤维生产线。 近几年，随着国内聚酯工业的高速发展，国内企业，主要是民营企业纷纷引 进大容量涤纶短纤维生产线。其中n e u m a g 公司的6 万t a 生产线已在我国建成2 0 多 条，z i m e r 公司的5 6 万t a 生产线已建成6 条。2 0 0 3 年，由上海太平洋公司开发 制造、中国纺织工业设计院承担工程设计的2 条国内首创3 万t a 直纺涤纶短纤维 生产线，在浙江正邦化纤有限公司成功投产运行。同时，郑纺机开发的3 万t a 生 产线也成功投产运于亍。从此，国外公司3 万t a 生产线退出了中国市场。目前国产 3 7 t a 涤纶短纤维生产线已在国内建成约3 0 条”j 。 2 2 2 涤纶短纤维引进技术及设备特点 在聚酯纺丝技术方面，世界聚酯短丝技术发展趋势是朝着大容量、高柔性化、 多品种和高度智能控制化方向发展。该技术包括：喷丝板采用了高开孔密度技术； 丝束冷却采用先进的低阻尼中心环吹技术；后处理采用大容量、高密度卷曲机和 独立变频调速的拉伸工艺，生产纤度范围从0 5 6 d t e x 、0 8 9 3 3 3 d t e x 到 6 6 7 d t e x 的细旦粗旦纤维及差别化纤维”1 。国内引进大容量涤纶短纤设备以德 国n e u m a g 公司生产线最多，其次是德国z i m m e r 公司和美国c h e m t e x 公司，其主要 第l o 页 第二章文献综述 规格参数见表2 2 。 表2 - 2 引进生产线主要规格参数 项目 n e u m a gn e u m a g z i m m e rc h e m t e x 产量( 万t a ) 6565 纺丝箱体数 6651 0 纺丝位数 4 84 84 08 0 纺丝泵规格( m l r ) 1 6 14 0 1 6 5 3 0 组件安装形式上装下装下装下装 喷丝板孔数 5 6 6 03 6 0 0 6 6 0 0 2 6 9 8 喷丝板规格圆形矩形圆形圆形 骤冷形式 中心环吹侧吹 封闭外环吹 上环下侧 拉伸辊长度( m ) 1 8 6 01 6 6 01 4 2 01 8 6 0 卷曲辊宽度( m m ) 5 8 05 2 06 4 05 2 0 德国n e u m a g 公司6 万t a 生产线前纺采用双线面对面布置或单条线布置两种 方式。圆形纺丝箱体温度均匀，丝束冷却采用中心环吹，环吹头采用一次性高分 子阻尼材料，环吹阻尼较高，后加工采用一水一汽两道拉伸，紧张热定型及卷曲、 干燥、切断、打包。最近，由于l n v e n t a 公司退出短纤维领域，n e u m a g 接管了其 整个工艺技术包括有效专利，在此基础上n e u m a g 对环吹系统进行了改进，并可提 供可伸缩的冷却风烛芯。 德国n e u m a g 公司5 万t a 生产线前纺采用背靠背布置方式。圆形纺丝箱体温度 均匀，丝束冷却采用侧吹，矩形喷丝板，后加工采用一水一汽两道拉伸，紧张热 定型及卷曲、干燥、切断、打包。 z i m m e r 公司前纺采用b n l 0 0 环形纺丝系统，纺丝组件采用下装式，避免了烟 囱效应，丝束冷却采用封闭外环吹，可避免外界干扰风的影响，断头被立即卷入 到丝束内，减少缠辊。但是由于单体全部进入封闭系统内，环吹套筒过滤件更换 周期很短。后加工采用f l e i s s n e r 技术及设备，其工艺流程与n e u m a g 相近。 c h e m t e x 公司技术特点是纺丝位数多，纺丝及卷绕采用背靠背方式布置，纺丝 组件小，采用下装式，丝束冷却采用上环下侧相结合的冷却吹风方式。丝束喂入 第l l 页 第= 章文献综述 采用杜邦公司特有的空气铺丝器，丝束喂入速度高，运行平稳，操作维护方便， 费用低。后加工采用一气一汽两道拉伸工艺，第一道拉伸是干式拉伸工艺，拉伸 在空气中进行”1 。 2 2 3 天津石化的聚酯短纤维生产情况 天律石化聚酯短纤维生产线共六条，其中有四条生产线是上世纪八十年代初 引进的日本东洋纺公司的设备及技术，单线日产平均为5 0 吨，年生产能力1 5 万吨。该装置的主要产品有半消光、大有光、c o p 、e c d p 聚酯短纤维。另两条 生产线是上世纪九十年代末引进的德国n e u m a g 公司的设备及技术，采用直接 纺丝工艺，纺丝部分的主要控制系统采用美国h o n e y w e l l 公司生产的集散控制 系统( d c s ) t i ) c - 3 0 0 0 。另外纺丝泵、卷绕、喂入、丝桶横动装置的控制是通过 可编程控制器( p l c ) 来实现，其主要参数送至o c s 进行监视和操作。后加工生 产线采用德国s i e m e n s 公司最新推出的p c s 7 系统，其控制功能通过可编程控 制器( p l c ) 来实现。该装置单线日产为1 5 0 吨，年生产能力5 万吨，是目前国 内采用矩形喷丝板、侧吹冷却方式纺丝生产涤纶短纤维单线能力最大的装置之 一。该装置的主要产品为半消光常规涤纶短纤维。 目前，5 万吨德国n e u m a g 聚酯短纤维生产线生产负荷已经达到装置设计能 力。由于国内同等规模的短丝装置相继上马，使得市场空间愈加狭窄，竞争愈 加激烈。在不作较大资本投入的前提下进行提产，是企业降本增效、提高市场 竞争力的有效途径。因此，提出了在5 万吨德国n c u m a g 聚酯短纤维生产线上 进行提产改造工作，以进一步降低生产成本，提高企业竞争力。 2 3 影响聚酯短纤维生产的主要技术条件 熔体在纺丝和后加工过程中有许多技术条件，这些条件决定纤维形成的历 程和纺出纤维的结构和性质，生产上就是通过控制这些条件来制褥符合要求得 纤维。这里将影响生产控制的主要技术条件加以讨论。 2 3 1 熔体温度与熔体粘度 由于熔体温度直接影响熔体粘度即熔体的流变性能，同时对熔体细流的冷 却固化效果、初生纤维的结构以及拉伸性能都有很大影响，所以正确地选择与 严格控制熔体温度十分重要。聚酯的相对分子质量( 特性粘数) 、熔体温度与熔 体粘度之间有一定依赖关系。温度对熔体粘度的影响与p e t 的相对分子质量有 第1 2 页 第= 章文献综述 关，相对分子质量低于2 0 0 0 0 的p e t ，其熔体粘度与温度呈明显的线性函数关 系，而相对分子质量超过2 0 0 0 0 时则呈非线性函数关系。 熔体流出喷丝板孔道前的温度t 。称纺丝温度或挤出温度。t 。高于结晶高聚 物的熔点t ，此时虽然高聚物已处于粘流态，但因相对分子质量高，故熔体粘 度很大，给纺丝成形带来困难，必须继续升温使熔体具有纺丝所需要的粘度。 卷绕张力与初生纤维的双折射随熔体的温度提高而降低，而初生纤维的最大拉 伸比和自然拉伸比随之提高。 对于不同的成纤高聚物，纺丝时熔体温度l 大于r 的幅度是不同的。聚酯 和聚酰胺纺丝用切片相对分子质量较小，当加热至熔点以上时，高聚物已成为 粘流的熔体，这时高聚物在相态上属非晶态，在力学上为粘流态【1 3 】。等规聚丙 稀由于其大分子链上没有极性基团，为了提高纤维强度，采用的相对分子质量 远较聚酯和聚酰胺为大。而相对分子质量的增大必然引起粘流温度t r 的提高， 因此在纺制丙纶时，为了保证熔体温度高于粘流温度，使高聚物转变为粘流态， 熔体温度t 。要比熔点高出很多。 熔体的均匀性对纺丝成形过程和纤维质量有很大影响。熔体的均匀性反映 在熔体各部分粘度的均匀性及熔体内机械杂质的多少两个方面。 熔体粘度不匀或存在胶粒会导致纺丝断头、纤度不匀、产生硬头丝、后拉 伸困难、染色性不匀等疵病。熔体粘度不匀除由于熔体温度不匀等因素外，主 要是由于固态的结晶高聚物中已经部分取向和包含着敛集密度不同的微纤、球 晶、晶粒等，同时掺杂有较疏松的、非取向的或无定形的其他结构单元。显然， 在熔点以上晶区已经消失，但结构单元堆砌紧密的晶核仍可保留在熔体中，致 使纺丝熔体结构化，甚至产生微粒( 约l u m 左右) ，称之为“胶粒”，它将对熔 体的过滤和纤维的成形产生不利影响。增大熔体挤出的剪切应力和速度梯度， 或提高熔体温度，可使结构粘度降低，并使胶粒数目和尺寸减少。 2 3 2 纺丝工艺条件 为确保纺丝成形正常进行，要求熔体泵供量恒定，喷丝头组件结构合理， 喷丝板质量好，且熔体压力适宜与稳定。 2 3 2 1 泵供量 泵供量的精确性和稳定性直接影响成丝的纤度及其均匀性。熔纺计量泵的 第1 3 页 第二章文献综述 泵供量除与泵的转数有关外，并与熔体粘度、泵的进出口熔体压力等因素有关。 当纺丝泵前熔体压力达2 1 4 p a 以上时，泵供量与转速成直线关系，而在一定转速 下，泵供量为一恒定值，不随熔体压力而改变。 2 3 2 2 喷丝头组件结构与质量 喷丝头组件结构是否合理和喷丝板质量好坏，以及喷丝板清洗和检查工作 的优劣，均对纺丝及纤维质量有很大影响。 由于喷丝板毛细孔孔径很小，若熔体内夹有杂质，易使喷丝孔堵塞，产生 “注头丝”、“细丝”、“毛丝”等疵病，所以熔体在进入喷丝孔前，应先经仔细 过滤，可用粗细不同的多层不锈钢丝网作过滤介质，也有采用石英砂和不锈钢 网合作过滤介质的，这样可强化过滤，增加和稳定熔体压力，改善纤度不匀率。 在高压纺丝时，则往往采用更稠密的烧结金属滤层、厚层石英砂、a l 2 0 。颗粒、 玻璃球等组合使用。 为使纤维成形良好，就应使熔体均匀稳定地分配到每一个喷丝孔中去，这 个任务由喷丝组件内耐压( 扩散) 板、分配板及粗滤网、滤砂来完成，且尽可 能使组件内贮存熔体的空腔加大，保证喷丝板上熔体压力均匀，喷丝良好。 纺丝成形时，喷丝头组件要承受很高的压力，即使采用常压纺丝工艺，组 件内压力亦达i o m p a 左右：采用高压纺丝工艺时，组件压力高达2 0 5 0 m p a 。因 此组件可采用各层铝垫圈或包边滤网，起严格密封作用。组件组装后，用油泵 压紧，以防“漏浆”。组件与泵体出口处相接的铝垫圈，其质量是否好和安装是 否密封，对防止“泛浆”有重要影响，应引起注意。 在纺丝过程中，喷丝板面温度应控制适当。若温度过高，会使熔体出喷丝 孔时粘附在板面上，形成“注头丝”；若温度过低，会使挤出时熔体破裂，形 成“硬丝”。 2 ，3 2 3 纺丝熔体压力 纺丝熔体压力系指在喷丝头组件中的熔体压力。它与纤维质量均匀性密切 相关。增大纺丝熔体压力，所得纤维的纤度均匀性和染色性均匀性都有提高。 组件使用周期较长，则升压速度缓慢。在更换组件的初始半小时内，纤维不匀 率高；当熔体压力升至1 0 2 5 m p a 范围内，则卷绕丝质量较好，双折射及其不匀 率较低，纤维机械性能也较好，因此高压纺丝技术获得了越来越普遍的应用。 在长丝生产中，采用的纺丝熔体压力较短纤维生产时为高，这有利于保证长丝 第1 4 页 第二章文献综述 的质量均匀性。 2 3 3 丝条冷却固化条件 纺丝时熔体细流自喷丝孔喷出后，在空气介质中冷却凝固成形，是一个单 纯的物理过程( 传热和受力变形) ，没有化学变化。丝条冷却固化条件对纤维结 构与性能有决定性的影响，为提高聚酯熔体细流的冷却速度及其均匀性，生产 中普遍采用冷却吹风。 冷却吹风可加速熔体细流冷却速度，有利于提高纺丝速度，而且加强了丝 条周围空气的对流，使内外层丝条冷却均匀，为采用多孔喷丝板创造了条件。 冷却吹风使初生纤维质量提高，拉伸性能好，有利于提高设备的生产能力。尤 其在纺制异形纤维时，采用急骤吹风冷却，有利于纤维异形截面的形成。例如 有一种制造高收缩丝的方法，要求纤维用特殊单向横吹风冷却成形。 2 ，3 ，3 1 冷却吹风方式 冷却吹风方式主要分为直吹风和横吹风两大类。直吹风是冷风和纤维平行 流动，又分为顺流型上吹风和逆流型下吹风。横吹风是冷风垂直吹向纤维或以 一定角度吹向纤维的一种形式，它又分为单面侧吹风，双面侧吹风及环形吹风 等不同方式。直吹风方式传热系数较小，冷却较差，因此主要发展趋向采用横 吹风。 在纺长丝时，由于喷丝板孔数少，比较容易达到均匀冷却，多数采用单面 侧吹风。在涤纶短纤维生产中，普遍采用横吹风，尤其是环形吹风，对于多孔 喷丝板纺出丝条的冷却成形效果良好，成品质量较高，疵点显著减少，卷绕丝 双折射与断面不匀率及成品丝强伸度不匀率明显下降。 2 3 3 2 冷却吹风工艺条件 冷却吹风工艺条件主要包括风温、风湿、风速( 风量) ，冷却位置等。 2 ，3 3 2 1 风温与风湿 风温的选择与成纤高聚物的玻璃化温度、纺丝速度、产品纤度、设备特征 ( 包括吹风方式) 等因素有关。在采用单面侧吹风时，随着送风温度的提高( 在 2 2 2 3 范围内) ，卷绕丝断裂强度有所提高，最大拉伸倍数变化不明显，强伸 度不匀率均有所下降。在较高的纺丝速度下，热交换量增加，应加快丝条冷却 速度，风温宜低。风温的高低直接影响初生纤维的预取向度，卷绕丝的双折射 第1 5 页 第二章文献综述 总是随风温的升高而降低，而在某一定温度以上，则随风温的升高而增大。 用做熔纺冷却介质的空气的湿度对纤维成形有一定影响。一定湿度的空气 可防止丝束在纺丝甬道中摩擦带电，减少丝束的抖动。空气含湿可提高介质的 比热容和给热系数，有利丝室温度恒定和丝条及时冷却。此外，湿度对初生纤 维的结晶、回潮和伸长均有一定影响。在涤纶纺丝成形时，送风湿度对纺丝质 量影响不太大，这主要是由于涤纶吸湿性小，且在纺丝过程中又基本不发生结 晶。纺制短纤维时，对卷绕成形要求稍低，送风湿度可采用相对湿度7 0 8 0 ， 也可采用相对湿度为1 0 0 的露点风。 2 3 3 2 2 风速及其分布 风速和风速分布是影响纺丝成形的重要因素。风速的分布形式多种多样， 在采用不同孔径的均匀分布环形吹风装置时，送风纺丝成形效果良好。对侧吹 风而言，风速分布一般有均匀直形分布、弧形分布及s 形分布三种形式。 随纺速提高，最佳风速点向较大风速偏移，显然这是由于环形吹风易于穿 透丝束之故。若风速过高，不但穿透丝层且有剩余动能，造成丝束摇晃湍动， 在喷丝板处气流形成涡流，使纤维品质指标不匀率上升。总之，不论采用何种 吹风方式，应选择适合的风温与风速。使纺丝成形正常，疵点减少，获得的卷 绕丝均匀性高且后拉伸性能良好。 2 3 3 2 3 冷却吹风位置 冷却吹风位置对于冷却效果及丝的质量有一