腈纶生产线设计
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摘 要：本文主要以硫氰酸钠溶液一步法湿法纺丝（短纤）为例，介绍了腈纶生产的一般原理和方法。
关键词：腈纶生产 湿法纺丝 生产设备
一、腈纶简介
腈纶，是聚丙烯腈纤维（Polyacry-lonitrile or acrylic）在我国的商品名，可以纯纺，也可与羊毛或其他纤维混纺。除此之外，腈纶及改性腈纶还以其独特的优势作为高科技产品在工程领域得到应用。
腈纶的制造原理和方法基本上可概括为四个过程：高分子物的合成、纺丝熔体或纺丝溶液的制备、纤维的纺制、纤维的后加工。下面我们主要介绍腈纶的溶液纺丝中的湿法。
二、腈纶的生产工艺
（一）主要原料
生产腈纶的主要原料有：第一单体丙烯腈（AN）、第二单体丙烯酸甲酯（MA）、第三单体衣康酸（MSA）、溶剂硫氰酸钠、引发剂偶氮二异丁腈（AIBN）、浅色剂二氧化硫脲（TUD）、分子量调节剂异丙醇（IPA）。
（二）聚合工艺流程概述
整个聚合工艺过程主要分三部分：反应混合液的配制、聚合和脱单体、原液处理。
为了获得组成和性能稳定的纺丝溶液，在聚合之前必须对化工原料进行正确计量和均匀混合。生产上利用溶剂硫氰酸钠匀温三种反应单体后，经计量，这三种单体及溶剂就可连续进入混合液调配槽。分子量调节剂异丙醇须在混合液调配槽的出口处连续加入，和混合液一起进入试剂混合槽。
混含液由泵经进料温度控制器将料液温度调节好后，从聚合釜底部进料进行聚合；聚合反应完成后，聚合液从聚合釜上部出料，经过脱单体塔脱除未反应的单体；脱除单体后的聚合液进入原液混合贮槽进行混合均匀。最后在脱泡塔内进行脱泡、通过原液冷却器调温、压滤机过滤，滤出原液中混入的机械杂质和胶块；过滤后的清净而无气泡的原液就可送去纺丝。
（三）纺丝工艺流程
经处理合格的聚丙烯腈纺丝原液，由计量泵定量地供给烛形过滤器再次过滤，经喷丝头压入凝固浴槽中凝固成形；凝固浴为9～14%硫氰酸钠水溶液，浴温10℃左右；在凝固浴槽中，纤维的运行方向与硫氰酸钠溶液流动的方向一致（顺流）。
成形后的聚丙烯腈纤维，经卷取辊引入预热浴槽，进行预热拉伸。预热浴为3～4%的硫氰酸钠水溶液，浴温60～65℃（纤维在预热浴中被拉伸1.5倍）。
经预热浴处理后的聚丙烯腈丝束引入水洗槽进行水洗，洗掉纤维上的硫氰酸钠。水洗槽中的热水温度为50～65℃。水洗后丝束在拉伸浴槽中进行拉伸，拉伸浴的水温为95～98℃（两次拉伸总的倍数要求为8～10倍）。
拉伸后的聚丙烯腈纤维需经第一次上油处理，然后进入干燥机中进行干燥致密化。干燥后的纤维经卷曲机卷曲，再进入汽蒸锅进行蒸汽热定型，丝束接着进行第二次上油，经干燥机进行第二次干燥，最后经切断、打包后出厂。
（四）纤维的后处理
经过成形、拉伸的聚丙烯腈纤维还要进一步经过水洗、上油、干燥、抗静电处理、卷曲、定型、切断等后处理工序进行处理，使纤维的性能更趋于完善。
为了减少摩擦力和静电效应，纤维在水洗和干燥后分别要经上油处理，分别施加柔软剂和抗静电剂，使纤维具有柔软和平滑的手感，改善弹性，提高抗静电效果，并在一定程度上增加纤维之间的抱合力，使纤维在后加工过程中能顺利进行。
在成形过程中得到的初生纤维经过拉伸后，必须经干燥致密化和热定型，消除其内应力和缺陷，从而固定卷曲度，并提高尺寸稳定性；同时提高纤维纺织加工的可纺性及物理-机械性能；还可消除在纺丝凝固过程中发生的为数众多、大小不等的空洞及裂隙结构，即所谓消除失透现象，一步提高聚丙烯腈纤维的染色均匀性。
（五）溶剂的回收和处理
此过程包括溶剂的回收、净化和蒸发，从而使溶剂在经过蒸发浓缩后，最终将硫酸根、铁离子、有机杂质等等去除。
湿法纺丝的工艺过程中，溶剂硫氰酸钠是循环使用的。聚合液中的溶剂绝大部分在纤维成形过程中扩散进入凝固浴中，需经一系列回收和净化处理后，将洁净的硫氰酸钠再送至聚合工段供配料使用。
（六）含氰（腈）废水的处理
腈纶生产装置会产生一定量的含氰（腈）废水，这种废水属剧毒类；它可以抑制细胞呼吸，造成人体机体组织缺氧，形成内窒息而死亡，因此废水不能随意排放，需经过治理后才允许排放。
三、腈纶的生产设备
腈纶生产的主要生产设备有：第三单体贮槽、丙烯腈高位槽、丙烯酸甲酯高位槽、反应器淤浆容器、恒温槽、反应器、第一单体脱除器、原液预热器、第二单体脱除器、原液混合器、原液混合槽、连续脱泡桶、连续脱泡桶、液封槽、消光剂浆料槽、原液多层混合器、水洗机、柔软机、圆网烘燥机、丝束定型机、丝束输送机、后干燥机、短纤维打包机、摆丝机、纺丝机蒸汽加料槽、蒸发器加料预热器、二效蒸发器、粗溶剂贮槽、硫酸钡过滤器、溶剂层滤器、除铁加料槽、净化溶剂输送桶、溶剂贮存桶、恒温槽萃取塔等等。
四、腈纶生产的数据测算
以年产8000t腈纶的生产为例，假设每年生产8000h，其它时间安排检修，则每小时生产腈纶1t，日产为24t；则原液产量为7692Kg/h，进料量为7454L/h，反应时间为2h（二台釜）。
腈纶生产的主要化工料及单耗如下。
名称 单耗（Kg/t成品） 名称 单耗（Kg/t成品）
丙烯腈纯度（≥99.5%） 979 硫氰酸钠（68～70%） 65
丙烯酸甲酯纯度（≥99%） 64.5 二氧化硫脲纯度（≥95%）13
衣康酸 85.3 偶氮二异丁腈 5
异丙醇 18
参考文献
[1]杨爱云.腈纶生产工艺学.纺织工业出版社，1985.
[2]任铃子.丙烯腈聚合和原液制备.纺织工业出版社，1981.