一、装置简介
(一)装置发展及其类型
1．装置发展
聚丙烯腈(PAN)纤维是指由聚丙烯腈或丙烯腈含量在85％以上和其他第二、第三单体的共聚物纺制而成的纤维。我国聚丙烯腈纤维的商品名称为“腈纶”，又常称为腈纶纤维。早在20世纪30年代初期，美国Dupaut公司和德国Hoechet化学公司就已着手聚丙烯纤维的生产试验，随后又花了十余年时间，直至1950年，聚丙烯腈纤维才正式生产。最早的聚丙烯腈纤维由纯PAN制成，因染色困难，且弹性较差，故仅作为工业用纤维。后来开发出丙烯腈与烯基化合物组成的二元或三元共聚物，改善了聚合体的可纺性和纤维的染色性，其后又研制成功丙烯氨氧化法制丙烯腈的新方法，才使聚丙烯纤维得以迅速发展。聚丙烯腈纤维具有羊毛的特征，即蓬松性和保暖性好，手感柔软，防霉、防蛀，并有非常优越的耐光性和耐辐射性。因此，目前其产量在合成纤维中仅次于聚酯纤维(涤纶纤维)和聚酰胺纤维(如尼龙6纤维)。1990年世界主要国家和地区的聚丙烯腈纤维产量为2305x104t，占合成纤维总产量的15．6％。我国1990年腈纶产量为11X104t，占合成纤维总产量的8．12％。20世纪90年代，我国的腈纶产量已有成倍的增长。
2．装置的主要类型
由于聚丙烯腈在加热下既不软化又不熔融，在280—300℃特点，故一般不能进行熔融纺丝，而是采用溶液纺丝法(有干法和湿法两种)予以加工成形纺丝。其凝固溶液通邯为制备原液时所用溶剂的水溶剂，也有采用制备原液时所用有机溶剂的煤油溶剂为凝固浙液的。
工业上聚丙烯腈常用湿法成形，湿法成形中又有四种类型的溶液纺丝法，即(1)二甲基：甲酰胺(DMF)溶剂法；(2)二甲基亚砜(DMSO)溶剂法；(3)硫氰酸钠溶剂路线；(4)硝酸溶剂路线。由于硫氰酸钠溶剂路线的主要优点是工艺过程简单，聚合速度较快，聚合时间较短，NaSCN不易挥发，NaSCN溶剂消耗定额较低，可降低工业成本，因此实际工业生产时，一般都以NaSCN为溶剂，采用丙烯腈在NaSCN溶剂中聚合，并直接用聚合液进行纺丝，再经过一系列的后加工(又称后处理)成为聚丙烯腈纤维成品的一步法生产(即“一条龙”生产流水线)。本节就以一步法湿法成形为例，对聚合原液(聚合部分产品)开始到聚丙烯腈产品生产的安全技术加以阐述。
(二)单元组成与工艺流程
1．单元组成
主要有以下三个主要单元所组成：
(1)纺丝原液制备单元。经过丙烯腈聚合装置一步法制得的纺丝原液，因含有未反应的单体、气泡和少量的机械杂质，必须加以去除，故设置了纺丝原液制备单元。该单元由脱单体(高转化率聚合工艺由于可在脱泡时把少数未聚合的单体脱除，故可不需单独设立脱单体工序)、混合、脱泡、调温和过滤等工序所组成。单体残留量应小于0.3％。
(2)湿成形单元。该单元由纺丝、凝固等工序所组成。在此单元中得到的是经过喷丝头、凝固浴成形后的含有多量溶剂的湿丝条(即“冻胶”)。
(3)后加工单元。又称后处理单元，包括有拉伸、水洗、致密化、卷曲、热定型、上油、干燥、切断(或牵切加工)、打包等工序。腈纶纤维成品经打包后出厂，完成了后加工单元的生产工序。
2．工艺流程
(3)流程叙述
①原液准备流程叙述
由聚合工段来的原液经管道混合器1而进入原液混合槽2，使原液充分混合后用齿轮泵送经真空脱泡塔3，脱除原液中混入的气泡。脱泡后的浆液经由密封槽4送人多级混合器5，在此中加入消光剂和荧光增白剂(已预先配制好)。然后经过热交换器6进行调温，并进入高速混合器7中混合，再经过板框过滤机8过滤除杂，以稳定的压力送经纺丝机，即下一步湿成形单元里再加工。
消光剂和荧光增白剂的配制工艺为：一定量的荧光增白剂在硫氰酸钠溶液的存在下，在振荡研磨机9中充分振荡研磨之后，由泵送至荧光浆液计量槽10，与荧光增白剂——二氧化钛和硫氰酸钠溶液以一定比例量加入球磨机11内进行充分的球磨；球磨后的荧光增白剂和消光剂硫氰酸钠溶液一起送人球磨机接受槽12，再由泵送人带有搅拌器的消光浆储槽13不断搅拌并储存，完成了整个消光剂和荧光增白剂的配制工艺流程。
②纺丝工艺(含后加工)流程叙述纺丝按工艺流程可依次分为纺丝工段和纺丝后处理工段，现分别予以叙述。纺丝工段：
从原液制备工段来，经过板框式原液过滤机输送至纺丝机的聚丙烯腈(PAC)原液，其压力为0。59MPa±0．03MPa，温度在35-45℃之间，进入纺丝工段的第一道工序，即齿轮纺丝计量泵和烛形滤器后至喷丝头。在喷丝头接口之前装有一只空气瓶，用以减小由于齿轮泵齿轮运转时所造成的原液流量的波动。
从喷丝头喷出的原液细流，在浓度为8％-10％，温度为7-125℃的凝固浴槽中凝固成初生纤维，纤维的运行方向与凝固浴的流动方向相同，浸浴长度为0.8m。
未完全凝固的丝束，由凝固浴槽卷取罗拉牵引出凝固浴，然后进人预热浴槽，在NaSCN(硫氰酸钠)浓度为4％二5％，温度为60℃土5℃的预热浴中进行预热拉伸，并进一步凝固。
丝束在预热浴槽内被拉伸1．49倍后再进入蒸汽拉伸盒进行湿热拉伸，使总拉伸倍数达9．26-10．9倍，并经导丝架并人集束架，将各喷丝头出来的小股丝束依次集合成四股大丝束。接着，由牵引机引入水洗机，在水洗槽中进行逆向水洗，洗去丝束上的NaSCN。
对生产白纤维(即原色纤维或原色丝)，则不经过染色槽、透风、淋洗等三道工序，其丝束经过三道水洗，然后经轧辊轧干水分，进入前上油机进行浸渍式上油处理，再经过一道轧辊，轧到含水率为150％左右后输入圆网烘干机内作松弛于燥处理。这样便完成了原色丝的纺丝工段生产工艺过程。
若生产有色纤维，则丝束经两道水洗，然后经轧辊轧干水分、扩幅曲辊扩展，再在花篮滚筒带动下进人染色槽，与染液接触，进行浸渍染色，浸染2—6秒后，丝束到达花篮滚筒，向后卷绕至第一晾干辊筒，接着运行至第二晾干滚筒进行透风处理。再经挤压辊挤压后，进入淋洗槽作淋洗(喷淋)，用轧辊轧干后进人前上油槽，最后输入园网烘干机进行松弛干燥处理。因此，有色纤维的纺丝生产较原色纤维生产工艺相对复杂一些。
纺丝后处理工段：
经过松弛干燥处理烘干之后的丝束(原色或有色丝)，通过活动调节架和压辊进入第一卷曲预热槽，在90—95℃的水浴中预热，再通过轧辊和张力架固定丝束位置，并调节一定张力后，转入第二卷曲预热槽，温度控制在85-90℃。然后使丝束通过调幅杆，进入卷曲轮后到卷曲机卷曲。卷曲后的丝束，通过输送带自由落人铺丝箱内。若采用干卷曲工艺，则丝束不经过二道卷曲预热浴槽，而直接进入卷曲机的汽蒸箱，经蒸汽加热后再由卷曲机进行卷曲。
