尼龙66切片干燥工艺的优化

摘要：用间接法生产PA66，切片的干燥是关键环节。本文通过对常用干燥方式进行分析比较，确定了PA66切片的干燥方案。对干燥过程进行分析，确定了切片干燥的介质选择以及介质流量、温度、纯度的控制方法。

关键词：尼龙66切片；干燥；工艺；含水率

中图分类号：TQ342+.12 文献标志码：B

Optimization of Drying Process of PA66 Chips Abstract： Drying chips is an important process for indirect PA66 spinning. Several ordinary drying ways were compared with each other in this article， and the best one was chosen. Besides， the right medium for drying， as well as how to control the medium’s temperature and purity were presented based on analyzation . Key words： PA66 chips； drying； process； water content

尼龙66是工业和民用领域不可或缺的纺织原料，目前其加工方法主要有两种，一种是直接纺，另一种是间接纺。所谓直接纺就是从尼龙66盐开始，需要进行盐的溶解、调配、蒸发、反应、浓缩，然后进行纺丝。由于这种方法工艺路线长，投资大，生产控制困难，因此目前很多生产厂商采用间接纺。间接纺是从尼龙66的切片开始，切片经干燥后直接进入螺杆挤压机，经过熔融后进行纺丝。间接纺的优点是生产比较灵活，可以根据市场需求调节生产，这样切片的干燥就成为间接纺的主要控制工序。

1 干燥工艺的选择

目前采用的干燥工艺主要有传导干燥、对流干燥、辐射干燥和微波干燥等几种。

1.1 传导干燥

传导干燥目前采用比较多的一般是转鼓（双锥）干燥和耙式干燥剂干燥。

1.1.1 双锥转鼓干燥机

双锥转鼓干燥机（图 1）为双锥形的回转罐体，罐内在真空状态下，向夹套内通入蒸汽或热水进行加热，热量通过罐体内壁与湿物料接触，湿物料吸热后蒸发的水汽通过真空泵经真空排气管被抽走。由于罐体内处于真空状态，且罐体的回转使物料不断地上下、内外翻动，故加快了物料的干燥速度，提高了干燥效率，达到了均匀干燥的目的。

采用热水还是蒸汽作为加热介质应视被干燥物料的特性而定。如果被干燥的物料熔点较低或易产生热敏反应，往往采用热水干燥，以便于控制干燥温度，否则则采用蒸汽干燥。此种方法的优点是物料干燥均匀，混合充分；缺点是批量小，干燥时间长，由于湿物料在干燥筒内随着筒体不断翻转，一些物料会产生凝聚现象，从而导致物料的颗粒不均，所以对于容易凝聚的物料不适合。

1.1.2 耙式干燥机

耙式干燥机（图 2）是在筒体内加入搅拌推进装置，干燥过程中推进装置不断旋转，推动物料在筒体里运动，推进器带有一定的角度，使得物料既有向前运行的轴向力，又有向上的径向力，从而使物料得到均匀的加热。为了加快干燥速度，往往在器内抽成一定的真空，使物料中的水分易于蒸发。真空度的大小应根据物料的比重、颗粒的大小来决定。原则上，以保证水蒸汽能够迅速蒸发排除、而不能把过多的物料颗粒带走为原则。在筒体的夹套内通入蒸汽或热水作为加热的热源。由于耙式干燥器具有搅拌和输送的作用，可使物料干燥均匀，物料的干燥效果一致，缺点是批量少，不适合颗粒直径很小的物料，尤其是粘度较高、含水较大的物料。特别要注意的是物料的粘壁情况，如果物料粘壁严重，会导致耙齿的损坏，传动轴断裂，使生产无法进行。因此，在生产过程中要经常检查物料的粘壁情况，必要时要每生产完一批料就进行一次清理。物料粘壁不但会造成耙齿的损坏，还会影响器壁的传热效率，造成能源浪费，生产时间加长，生产效率降低。

对流干燥是热能以对流方式由热气体传给与其接触的湿物料，所以又可以称作直接加热干燥。在该工艺中，散粒状湿物料由加料器加入干燥器内，空气经加热器加热后自分布板下部通入，热能以对流方式由热空气传给沸腾状湿物料表面，水分由湿物料表面汽化，水汽自物料表面扩散至热空气主体中，空气由干燥器顶部排出至旋风分离器分离所带走的粉尘，干燥产品由干燥器出料管卸出。对流干燥的优点是热空气的温度易于控制，物料不至于过热，干燥物料均匀连续，生产能力大；缺点是热空气离开干燥器时带走许多热能，因此，其热能利用率不如传导干燥。另外，由于系统比较复杂，设备造价比较高。

1.3 辐射干燥

辐射干燥是热能以电磁波的形式射至湿物料表面，湿物料获得热能而使其内部的水分汽化，从而达到干燥的目的。如利用红外线辐射板产生红外线，以电磁波的形式照射到物料上进行干燥。利用辐射干燥的优点是产品干燥均匀而洁净，设备紧凑而使用灵活，占地面积小，适用于表面积大而薄的物料，如塑料膜、布匹、油漆等制品；缺点是电能消耗较大。

1.4 微波干燥

微波干燥是将需要干燥的湿物料置于高频的电场内，由于高频电场的交变作用使物料加热而达到干燥的目的。工业上常用的频率有9.15×109和2.45×1010两种。由于费用较高，因此在工业生产中受到一定的限制，目前主要应用于食品工业。

通过对以上 4 种干燥方式进行分析可以看出，对于用于连续生产的PA66切片，采用对流干燥比较合适，能够满足连续大规模生产，因此目前各相关生产厂的切片干燥基本都采用了这种干燥形式。

2 对流干燥的机理

在对流干燥过程中，干燥介质热气流将热能传至切片的表面，再由切片的表面传至切片内部，这是一个传热的过程，而水分从切片的内部以气态扩散透过物料层到达切片颗粒的表面，然后水汽通过切片表面的气膜而扩散到热气流的主体，这是一个传质的过程。所以，切片的干燥是由传热和传质两个过程组成的。干燥过程得以进行的条件是必须使被干燥切片表面所产生的水汽压力大于干燥介质中水汽的分压，压差愈大，干燥过程进行得愈迅速。所以，干燥介质必须及时将干燥出来的水汽带走，以保持一定的汽化水分的推动力。如果压差为零，则表示干燥介质与切片间的水汽达到平衡，干燥即行停止。由于干燥介质的温度较高，为防止切片的氧化，一般采用高纯度的氮气进行干燥。

3 切片干燥的工艺流程及其设备

该系统主要包括 3 部分。第 1 部分为切片输送系统，主要包括离心风机、风机控制系统、脉冲输送以及输送管道；第 2 部分为切片干燥系统，主要包括切片接受仓、震动筛、切片平衡仓、回转阀、干燥器，干燥后的切片经螺杆挤压机熔融后进入纺丝机；第 3 部分为氮气系统，主要包括氮气再生装置、氮气加热装置、调节控制系统，其流程为切片进入振动筛进行分离，将较小的颗粒及其粉末分离出去，然后用气力脉冲输送至切片接受仓，靠自重流入切片平衡仓，在平衡仓内冲入氮气，置换出仓里的空气，以防切片过早氧化，再经回转阀均匀加入到干燥器内。经干燥后的切片从干燥塔底部排出，氮气经加热器加热后从干燥器的底部分配板进入干燥器。和切片的运行方向相反，使切片得到干燥。从干燥塔的上方排出后又回到氮气再生系统。图 3 为干燥流程图，表 1 为主要工艺参数。

4 切片干燥过程中的过程控制

切片干燥的目的是要使切片有一个最佳的含水量，以保证后续工序的生产和产品的质量，所以应对含水量有影响的参数进行合理的控制，主要包括切片的含水率，氮气的纯度、流量、温度以及干燥的时间等，下面分别论述。

4.1 干燥后切片含水率的控制

从国内外生产企业的生产经验可以看出，用于生产POY（预取向丝）的切片，PA66的切片黏度指数最佳为122 ～125（甲酸法）。不论是切片的黏度过高或过低，都会导致初生纤维的取向度、分子的结晶产生很大影响。这是因为在PA66的生产加工过程中，需要控制聚合物的分子量，一般要控制在15 000 ～ 30 000左右。切片的含水率过低，在切片进入螺杆挤压机时产生聚合物的粘度大、分子的结晶快、分子量大，这样，生产出来的纤维由于分子量过大，结晶度高，导致纺丝生产时断头率高，甚至无法生产。切片的含水率过高，造成聚合物的分子量低，分子的取向度低，对后加工的拉伸倍数影响较大，不利于整个生产的平衡和控制。切片的含水与纤维的黏度关系见表 2。

4.2 氮气的纯度

从对流切片的干燥机理可以知道，切片干燥的推动力是切片表面与干燥气体中水汽的压力差，因此，氮气的纯度越大，水汽的气压就越低，单位质量的氮气就能吸收更多的水汽，干燥效果就越好，干燥时间越短。此外还要防止切片的氧化问题。虽然PA66切片的熔点较高（248 ～ 265 ℃），但其分解温度相对较低（310 ～ 325 ℃），在生产过程中极易氧化分解。虽然干燥温度一般设定在80 ～ 110 ℃，但由于连续干燥的时间较长，需要18 ～ 24 h的干燥过程，如果PA66切片长时间在含有氧气较多的氮气中干燥，就会使得切片发黄，产生大量的凝胶粒子，造成纺丝过程中丝的断头率增加，物理指标下降，严重时将使生产难以进行。从理论上来说，氮气的纯度越高越好，但在大规模的连续生产中很难将氮气中的含氧量降为零，而且随着氮气纯度的升高，生产成本将大幅度提升。在干燥温度设定在80 ～ 110 ℃时，一般将氧气的含量控制在1×10-5 mg/kg以下。这样既可保证氮气可以很好地对切片进行干燥，也不会使其发生氧化。

为了保证在生产中氮气的纯度，首先要保证切片平衡仓内氮气的置换，一般在平衡仓内要用氮气置换 5 ～ 20 min，要根据平衡仓的大小来确定具体置换时间，以避免氧气随着切片的投入进到系统之中；其次，要定期检查氮气的系统管路是否有泄漏，连接螺栓是否有松动；第三，定期更换分子筛（6 ～ 8 个月），以保证制氮系统的高效生产。

4.3 干燥的时间与温度

PA66切片的含水和一般化工料有所不同，可以分为切片表面的非结合水和切片内部的结合水。切片表面的非结合水容易去除，但其内部的结合水去除比较困难，干燥时间比较长。切片的干燥时间受干燥温度的影响比较大，温度高，干燥时间就短，温度低，干燥时间就长，所以，相对干燥时间来说，干燥温度越高越好。但如果干燥温度过高，就会使切片表面氧化，产生大量凝胶粒子，影响纤维的可纺性和纤维的物理、化学指标。因此，干燥温度要控制在128 ℃以下，正常的干燥温度应控制在80 ～ 110 ℃之间，在此温度下干燥，干燥时间一般在18 ～ 24 h。既要保证切片的含水量合格，又要保证含水均匀。

4.4 氮气的流量

从理论上来说，氮气的流量越大，带走的水汽越多，相对压差越大，水汽去除效果越好。但随着氮气流量的增加，所采用的风机越大，电加热器的电力消耗越大，而且氮气带走的热能越多，浪费也就越大，对氮气系统再生能力的要求随之提高，设备的制造成本将迅速增加。在实际生产过程中，一般将氮气的流量控制在10 ～ 15 m3/min之间。通过实际的生产检验，可以满足生产的需要。

5 结论

（1）干燥工艺及设备的选择，应根据生产能力、产品特点进行选择，不论选择哪种干燥形式，首先要保证产品的生产质量；其次，要考虑设备资金的投入以及能源的节省；第三，要考虑节省人力和降低劳动负荷，尽量采用自动控制，合理布置工艺设备，这样企业才有竞争力。

（2）在对流干燥的过程中，氮气的纯度、流量、干燥温度、干燥时间是相互联系的，要在生产实践中不断摸索、探讨、总结，找出它们之间的最佳匹配点。

推荐访问:切片 尼龙 干燥 优化 工艺