优化生产工艺和设备方案

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：使用不同聚合度的浆粕来生产不同强度的Lyocell纤维，开发Lyocell纤维的系列化产品，使纤维潜在的性能得以充分的利用，这是今后产品开发的一个重要方向。Lyocell纤维生产中，溶剂回收的耗能几乎占了总耗能的一半，提高凝固浴浓度可有效减少溶剂回收量。Lyocell纤维目前较高的生产成本实际上限制了其作为黏胶纤维、涤纶等替代品的可能性。

Lyocell纤维的制造过程耗能较大，是运行成本的主要组成部分。除了提高单线产能，目前已经实施的工艺在节能降耗方面尚有很大潜在空间，具体如下。

提高纺丝液浓度是在现有设备条件下，通过工艺优化增加产量的一种途径。NMMO水溶液对纤维素有很好的溶解能力，实验表明，纤维素在NMMO水溶液中的溶解浓度可以高达30%，实际生产中因种种原因不可能采纳这么高的浓度，但当纺丝溶液中纤维素的浓度提高1个百分点时，同样量的溶剂所生产的纤维将增加近10%，这将大大提高设备利用能力，并大幅度降低单耗。提高纤维素浓度的障碍在于过高的纺丝液黏度。这一问题可以通过适当降低浆粕的聚合度来实现，因为目前Lyocell纤维所使用的浆粕聚合度都在600左右，它所对应生产出来的纤维具有4cN/dtex以上的断裂强度，这一强度对于绝大多数使用场合是一种浪费。采用聚合度相对较低的浆粕（如500左右），开发中、低强纤维素纤维将是一个重要的方向。采用低聚合度的浆粕原料可以大幅度提高纺丝液浓度，有可能从现在的12%增加到15%以上，甚至更高，较低聚合度的浆粕还有利于改善纺丝液的流变性，可以进一步提高纺丝速度，最终结果可能使生产效率获得显著提高。使用不同聚合度的浆粕来生产不同强度的Lyocell纤维，开发Lyocell纤维的系列化产品，使纤维潜在的性能得以充分的利用，这是今后产品开发的一个重要方向。例如，如果能够以聚合度为350～400的浆粕为原料，预计其纤维的干强会与黏胶纤维同等，而其湿强因为工艺不同的原因会比黏胶纤维高。另一方面，由于采用较低聚合度的浆粕，其生产效率可以有较大幅度的提高，生产效率的提升就意味着制造成本的下降。这类产品就有了部分替代黏胶纤维的可能性，从而扩大应用市场和提升Lyocell纤维的市场竞争力。

提高凝固浴浓度也是节能降耗的一个方向。Lyocell纤维生产中，溶剂回收的耗能几乎占了总耗能的一半，提高凝固浴浓度可有效减少溶剂回收量。溶剂回收的能耗取决于两方面的因素，一是回收总量，回收量越大，耗能越大；二是待回收液浓度与最终工艺要求的NMMO溶液的浓度之差，浓度差越小，耗能越少，使用较高浓度的凝固浴浓度和使用较低浓度的浸渍用溶剂都能够减少浓度差。如果将现有工艺使用的凝固浴浓度从20%提高到25%，每生产一吨纤维蒸发溶剂中的水量就可以减少6.4吨，一条3万吨的生产线年减少蒸发水的量可高达19万吨，按六效蒸发用气量计算，每蒸发一吨水需要0.23吨蒸汽，一年就可以节约4.37万吨蒸汽，可见它将具有十分明显的节能效果，目前采用的凝固浴浓度仍有相当宽的优化余地。凝固浴浓度的提高，可以减缓双向扩散的过程，还有利于提高纤维的物理性能。当然，凝固浴浓度的提高会对纤维素纤维的成形过程产生影响，需要有相应的工艺来配合实施。同时，还应该关注浆粕中低聚合度成分溶解的问题，凝固浴浓度越高，能够溶解在凝固浴中的有机物成分越多，它将不利于产品的得率与溶剂回收，这些问题有可能通过调节浆粕质量指标加以解决。无疑它是一个潜在的发展方向，但仍需要做大量的研究和实践。

提高纺丝速度是一个立竿见影的工艺优化选项，目前Lyocell纤维纺丝速度基本上控制在40m/min左右，如果能够将纺丝速度提高到80m/min，这就意味着生产线的产能可以增加一倍，Lyocell纤维长丝的实验已经证明，稳定的纺丝速度可以达到400m/min，说明纺丝熔体本身具有很好的可拉伸性，因此，具有提高纺丝速度的潜能。根据聚合物的可纺性及其他纤维品种类似的纺丝工艺，将纺丝速度提升到80m/min的可能性完全存在。当然，利用现有的设备提升纺丝速度是一个系统工程，它要求整个生产线都有提升空间，尤其是作为瓶颈的薄膜蒸发器。纺丝速度的提高还会影响纤维的质量，纺丝速度越高，产生疵点的可能性越大。因此，纺丝速度的优化只能循序渐进，但无疑具有很大的优化余地。

另外，可在产品应用上下功夫，要充分利用Lyocell纤维自身的突出优点。作为民用纤维新品种，其产品开发无非是两个方向，一方面是利用其性能及价格的优势，替代现有的纤维品种；另一方面则是利用其独特的性能开辟新的应用领域，提高产品的附加值。Lyocell纤维目前较高的生产成本实际上限制了其作为黏胶纤维、涤纶等替代品的可能性。因此，除了在降低成本的同时，挖掘其性能、开辟新的应用场合是产品开发的突破口。Lyocell纤维同时具有高强度和生物可降解性是其最大的亮点，白色污染的问题已经越来越引起人们的重视，与人们生活密切相关的医用产品和一次性卫生用品等使用可降解材料无疑将会是一个热门的发展方向。而目前这一领域中大多数仍然使用的是不可降解的合成纤维，Lyocell纤维凭借着这一特点可以找到相关的应用场合，尤其是结合熔喷和纺粘技术生产的非织造产品有广阔的开发前景。

优化生产工艺和设备方案

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