尼龍66切片干燥工藝的優化

彭鳳信

摘要：用間接法生產PA66，切片的干燥是關鍵環節。本文通過對常用干燥方式進行分析比較，確定了PA66切片的干燥方案。對干燥過程進行分析，確定了切片干燥的介質選擇以及介質流量、溫度、純度的控制方法。

關鍵詞：尼龍66切片；干燥；工藝；含水率

中圖分類號：TQ342+.12 文獻標志碼：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 mediums temperature and purity were presented based on analyzation . Key words： PA66 chips； drying； process； water content

尼龍66是工業和民用領域不可或缺的紡織原料，目前其加工方法主要有兩種，一種是直接紡，另一種是間接紡。所謂直接紡就是從尼龍66鹽開始，需要進行鹽的溶解、調配、蒸發、反應、濃縮，然后進行紡絲。由于這種方法工藝路線長，投資大，生產控制困難，因此目前很多生產廠商采用間接紡。間接紡是從尼龍66的切片開始，切片經干燥后直接進入螺桿擠壓機，經過熔融后進行紡絲。間接紡的優點是生產比較靈活，可以根據市場需求調節生產，這樣切片的干燥就成為間接紡的主要控制工序。

1 干燥工藝的選擇

目前采用的干燥工藝主要有傳導干燥、對流干燥、輻射干燥和微波干燥等幾種。

1.1 傳導干燥

傳導干燥目前采用比較多的一般是轉鼓（雙錐）干燥和耙式干燥劑干燥。

1.1.1 雙錐轉鼓干燥機

雙錐轉鼓干燥機（圖 1）為雙錐形的回轉罐體，罐內在真空狀態下，向夾套內通入蒸汽或熱水進行加熱，熱量通過罐體內壁與濕物料接觸，濕物料吸熱后蒸發的水汽通過真空泵經真空排氣管被抽走。由于罐體內處于真空狀態，且罐體的回轉使物料不斷地上下、內外翻動，故加快了物料的干燥速度，提高了干燥效率，達到了均勻干燥的目的。

采用熱水還是蒸汽作為加熱介質應視被干燥物料的特性而定。如果被干燥的物料熔點較低或易產生熱敏反應，往往采用熱水干燥，以便于控制干燥溫度，否則則采用蒸汽干燥。此種方法的優點是物料干燥均勻，混合充分；缺點是批量小，干燥時間長，由于濕物料在干燥筒內隨著筒體不斷翻轉，一些物料會產生凝聚現象，從而導致物料的顆粒不均，所以對于容易凝聚的物料不適合。

1.1.2 耙式干燥機

耙式干燥機（圖 2）是在筒體內加入攪拌推進裝置，干燥過程中推進裝置不斷旋轉，推動物料在筒體里運動，推進器帶有一定的角度，使得物料既有向前運行的軸向力，又有向上的徑向力，從而使物料得到均勻的加熱。為了加快干燥速度，往往在器內抽成一定的真空，使物料中的水分易于蒸發。真空度的大小應根據物料的比重、顆粒的大小來決定。原則上，以保證水蒸汽能夠迅速蒸發排除、而不能把過多的物料顆粒帶走為原則。在筒體的夾套內通入蒸汽或熱水作為加熱的熱源。由于耙式干燥器具有攪拌和輸送的作用，可使物料干燥均勻，物料的干燥效果一致，缺點是批量少，不適合顆粒直徑很小的物料，尤其是粘度較高、含水較大的物料。特別要注意的是物料的粘壁情況，如果物料粘壁嚴重，會導致耙齒的損壞，傳動軸斷裂，使生產無法進行。因此，在生產過程中要經常檢查物料的粘壁情況，必要時要每生產完一批料就進行一次清理。物料粘壁不但會造成耙齒的損壞，還會影響器壁的傳熱效率，造成能源浪費，生產時間加長，生產效率降低。

對流干燥是熱能以對流方式由熱氣體傳給與其接觸的濕物料，所以又可以稱作直接加熱干燥。在該工藝中，散粒狀濕物料由加料器加入干燥器內，空氣經加熱器加熱后自分布板下部通入，熱能以對流方式由熱空氣傳給沸騰狀濕物料表面，水分由濕物料表面汽化，水汽自物料表面擴散至熱空氣主體中，空氣由干燥器頂部排出至旋風分離器分離所帶走的粉塵，干燥產品由干燥器出料管卸出。對流干燥的優點是熱空氣的溫度易于控制，物料不至于過熱，干燥物料均勻連續，生產能力大；缺點是熱空氣離開干燥器時帶走許多熱能，因此，其熱能利用率不如傳導干燥。另外，由于系統比較復雜，設備造價比較高。

1.3 輻射干燥

輻射干燥是熱能以電磁波的形式射至濕物料表面，濕物料獲得熱能而使其內部的水分汽化，從而達到干燥的目的。如利用紅外線輻射板產生紅外線，以電磁波的形式照射到物料上進行干燥。利用輻射干燥的優點是產品干燥均勻而潔凈，設備緊湊而使用靈活，占地面積小，適用于表面積大而薄的物料，如塑料膜、布匹、油漆等制品；缺點是電能消耗較大。

1.4 微波干燥

微波干燥是將需要干燥的濕物料置于高頻的電場內，由于高頻電場的交變作用使物料加熱而達到干燥的目的。工業上常用的頻率有9.15×109和2.45×1010兩種。由于費用較高，因此在工業生產中受到一定的限制，目前主要應用于食品工業。

通過對以上 4 種干燥方式進行分析可以看出，對于用于連續生產的PA66切片，采用對流干燥比較合適，能夠滿足連續大規模生產，因此目前各相關生產廠的切片干燥基本都采用了這種干燥形式。

2 對流干燥的機理

在對流干燥過程中，干燥介質熱氣流將熱能傳至切片的表面，再由切片的表面傳至切片內部，這是一個傳熱的過程，而水分從切片的內部以氣態擴散透過物料層到達切片顆粒的表面，然后水汽通過切片表面的氣膜而擴散到熱氣流的主體，這是一個傳質的過程。所以，切片的干燥是由傳熱和傳質兩個過程組成的。干燥過程得以進行的條件是必須使被干燥切片表面所產生的水汽壓力大于干燥介質中水汽的分壓，壓差愈大，干燥過程進行得愈迅速。所以，干燥介質必須及時將干燥出來的水汽帶走，以保持一定的汽化水分的推動力。如果壓差為零，則表示干燥介質與切片間的水汽達到平衡，干燥即行停止。由于干燥介質的溫度較高，為防止切片的氧化，一般采用高純度的氮氣進行干燥。

3 切片干燥的工藝流程及其設備

該系統主要包括 3 部分。第 1 部分為切片輸送系統，主要包括離心風機、風機控制系統、脈沖輸送以及輸送管道；第 2 部分為切片干燥系統，主要包括切片接受倉、震動篩、切片平衡倉、回轉閥、干燥器，干燥后的切片經螺桿擠壓機熔融后進入紡絲機；第 3 部分為氮氣系統，主要包括氮氣再生裝置、氮氣加熱裝置、調節控制系統，其流程為切片進入振動篩進行分離，將較小的顆粒及其粉末分離出去，然后用氣力脈沖輸送至切片接受倉，靠自重流入切片平衡倉，在平衡倉內沖入氮氣，置換出倉里的空氣，以防切片過早氧化，再經回轉閥均勻加入到干燥器內。經干燥后的切片從干燥塔底部排出，氮氣經加熱器加熱后從干燥器的底部分配板進入干燥器。和切片的運行方向相反，使切片得到干燥。從干燥塔的上方排出后又回到氮氣再生系統。圖 3 為干燥流程圖，表 1 為主要工藝參數。

4 切片干燥過程中的過程控制

切片干燥的目的是要使切片有一個最佳的含水量，以保證后續工序的生產和產品的質量，所以應對含水量有影響的參數進行合理的控制，主要包括切片的含水率，氮氣的純度、流量、溫度以及干燥的時間等，下面分別論述。

4.1 干燥后切片含水率的控制

從國內外生產企業的生產經驗可以看出，用于生產POY（預取向絲）的切片，PA66的切片黏度指數最佳為122 ～125（甲酸法）。不論是切片的黏度過高或過低，都會導致初生纖維的取向度、分子的結晶產生很大影響。這是因為在PA66的生產加工過程中，需要控制聚合物的分子量，一般要控制在15 000 ～ 30 000左右。切片的含水率過低，在切片進入螺桿擠壓機時產生聚合物的粘度大、分子的結晶快、分子量大，這樣，生產出來的纖維由于分子量過大，結晶度高，導致紡絲生產時斷頭率高，甚至無法生產。切片的含水率過高，造成聚合物的分子量低，分子的取向度低，對后加工的拉伸倍數影響較大，不利于整個生產的平衡和控制。切片的含水與纖維的黏度關系見表 2。

4.2 氮氣的純度

從對流切片的干燥機理可以知道，切片干燥的推動力是切片表面與干燥氣體中水汽的壓力差，因此，氮氣的純度越大，水汽的氣壓就越低，單位質量的氮氣就能吸收更多的水汽，干燥效果就越好，干燥時間越短。此外還要防止切片的氧化問題。雖然PA66切片的熔點較高（248 ～ 265 ℃），但其分解溫度相對較低（310 ～ 325 ℃），在生產過程中極易氧化分解。雖然干燥溫度一般設定在80 ～ 110 ℃，但由于連續干燥的時間較長，需要18 ～ 24 h的干燥過程，如果PA66切片長時間在含有氧氣較多的氮氣中干燥，就會使得切片發黃，產生大量的凝膠粒子，造成紡絲過程中絲的斷頭率增加，物理指標下降，嚴重時將使生產難以進行。從理論上來說，氮氣的純度越高越好，但在大規模的連續生產中很難將氮氣中的含氧量降為零，而且隨著氮氣純度的升高，生產成本將大幅度提升。在干燥溫度設定在80 ～ 110 ℃時，一般將氧氣的含量控制在1×10-5 mg/kg以下。這樣既可保證氮氣可以很好地對切片進行干燥，也不會使其發生氧化。

為了保證在生產中氮氣的純度，首先要保證切片平衡倉內氮氣的置換，一般在平衡倉內要用氮氣置換 5 ～ 20 min，要根據平衡倉的大小來確定具體置換時間，以避免氧氣隨著切片的投入進到系統之中；其次，要定期檢查氮氣的系統管路是否有泄漏，連接螺栓是否有松動；第三，定期更換分子篩（6 ～ 8 個月），以保證制氮系統的高效生產。

4.3 干燥的時間與溫度

PA66切片的含水和一般化工料有所不同，可以分為切片表面的非結合水和切片內部的結合水。切片表面的非結合水容易去除，但其內部的結合水去除比較困難，干燥時間比較長。切片的干燥時間受干燥溫度的影響比較大，溫度高，干燥時間就短，溫度低，干燥時間就長，所以，相對干燥時間來說，干燥溫度越高越好。但如果干燥溫度過高，就會使切片表面氧化，產生大量凝膠粒子，影響纖維的可紡性和纖維的物理、化學指標。因此，干燥溫度要控制在128 ℃以下，正常的干燥溫度應控制在80 ～ 110 ℃之間，在此溫度下干燥，干燥時間一般在18 ～ 24 h。既要保證切片的含水量合格，又要保證含水均勻。

4.4 氮氣的流量

從理論上來說，氮氣的流量越大，帶走的水汽越多，相對壓差越大，水汽去除效果越好。但隨著氮氣流量的增加，所采用的風機越大，電加熱器的電力消耗越大，而且氮氣帶走的熱能越多，浪費也就越大，對氮氣系統再生能力的要求隨之提高，設備的制造成本將迅速增加。在實際生產過程中，一般將氮氣的流量控制在10 ～ 15 m3/min之間。通過實際的生產檢驗，可以滿足生產的需要。

5 結論

（1）干燥工藝及設備的選擇，應根據生產能力、產品特點進行選擇，不論選擇哪種干燥形式，首先要保證產品的生產質量；其次，要考慮設備資金的投入以及能源的節省；第三，要考慮節省人力和降低勞動負荷，盡量采用自動控制，合理布置工藝設備，這樣企業才有競爭力。

（2）在對流干燥的過程中，氮氣的純度、流量、干燥溫度、干燥時間是相互聯系的，要在生產實踐中不斷摸索、探討、總結，找出它們之間的最佳匹配點。

3 切片干燥的工藝流程及其設備

該系統主要包括 3 部分。第 1 部分為切片輸送系統，主要包括離心風機、風機控制系統、脈沖輸送以及輸送管道；第 2 部分為切片干燥系統，主要包括切片接受倉、震動篩、切片平衡倉、回轉閥、干燥器，干燥后的切片經螺桿擠壓機熔融后進入紡絲機；第 3 部分為氮氣系統，主要包括氮氣再生裝置、氮氣加熱裝置、調節控制系統，其流程為切片進入振動篩進行分離，將較小的顆粒及其粉末分離出去，然后用氣力脈沖輸送至切片接受倉，靠自重流入切片平衡倉，在平衡倉內沖入氮氣，置換出倉里的空氣，以防切片過早氧化，再經回轉閥均勻加入到干燥器內。經干燥后的切片從干燥塔底部排出，氮氣經加熱器加熱后從干燥器的底部分配板進入干燥器。和切片的運行方向相反，使切片得到干燥。從干燥塔的上方排出后又回到氮氣再生系統。圖 3 為干燥流程圖，表 1 為主要工藝參數。

4 切片干燥過程中的過程控制

切片干燥的目的是要使切片有一個最佳的含水量，以保證后續工序的生產和產品的質量，所以應對含水量有影響的參數進行合理的控制，主要包括切片的含水率，氮氣的純度、流量、溫度以及干燥的時間等，下面分別論述。

4.1 干燥后切片含水率的控制

從國內外生產企業的生產經驗可以看出，用于生產POY（預取向絲）的切片，PA66的切片黏度指數最佳為122 ～125（甲酸法）。不論是切片的黏度過高或過低，都會導致初生纖維的取向度、分子的結晶產生很大影響。這是因為在PA66的生產加工過程中，需要控制聚合物的分子量，一般要控制在15 000 ～ 30 000左右。切片的含水率過低，在切片進入螺桿擠壓機時產生聚合物的粘度大、分子的結晶快、分子量大，這樣，生產出來的纖維由于分子量過大，結晶度高，導致紡絲生產時斷頭率高，甚至無法生產。切片的含水率過高，造成聚合物的分子量低，分子的取向度低，對后加工的拉伸倍數影響較大，不利于整個生產的平衡和控制。切片的含水與纖維的黏度關系見表 2。

4.2 氮氣的純度

從對流切片的干燥機理可以知道，切片干燥的推動力是切片表面與干燥氣體中水汽的壓力差，因此，氮氣的純度越大，水汽的氣壓就越低，單位質量的氮氣就能吸收更多的水汽，干燥效果就越好，干燥時間越短。此外還要防止切片的氧化問題。雖然PA66切片的熔點較高（248 ～ 265 ℃），但其分解溫度相對較低（310 ～ 325 ℃），在生產過程中極易氧化分解。雖然干燥溫度一般設定在80 ～ 110 ℃，但由于連續干燥的時間較長，需要18 ～ 24 h的干燥過程，如果PA66切片長時間在含有氧氣較多的氮氣中干燥，就會使得切片發黃，產生大量的凝膠粒子，造成紡絲過程中絲的斷頭率增加，物理指標下降，嚴重時將使生產難以進行。從理論上來說，氮氣的純度越高越好，但在大規模的連續生產中很難將氮氣中的含氧量降為零，而且隨著氮氣純度的升高，生產成本將大幅度提升。在干燥溫度設定在80 ～ 110 ℃時，一般將氧氣的含量控制在1×10-5 mg/kg以下。這樣既可保證氮氣可以很好地對切片進行干燥，也不會使其發生氧化。

為了保證在生產中氮氣的純度，首先要保證切片平衡倉內氮氣的置換，一般在平衡倉內要用氮氣置換 5 ～ 20 min，要根據平衡倉的大小來確定具體置換時間，以避免氧氣隨著切片的投入進到系統之中；其次，要定期檢查氮氣的系統管路是否有泄漏，連接螺栓是否有松動；第三，定期更換分子篩（6 ～ 8 個月），以保證制氮系統的高效生產。

4.3 干燥的時間與溫度

PA66切片的含水和一般化工料有所不同，可以分為切片表面的非結合水和切片內部的結合水。切片表面的非結合水容易去除，但其內部的結合水去除比較困難，干燥時間比較長。切片的干燥時間受干燥溫度的影響比較大，溫度高，干燥時間就短，溫度低，干燥時間就長，所以，相對干燥時間來說，干燥溫度越高越好。但如果干燥溫度過高，就會使切片表面氧化，產生大量凝膠粒子，影響纖維的可紡性和纖維的物理、化學指標。因此，干燥溫度要控制在128 ℃以下，正常的干燥溫度應控制在80 ～ 110 ℃之間，在此溫度下干燥，干燥時間一般在18 ～ 24 h。既要保證切片的含水量合格，又要保證含水均勻。

4.4 氮氣的流量

從理論上來說，氮氣的流量越大，帶走的水汽越多，相對壓差越大，水汽去除效果越好。但隨著氮氣流量的增加，所采用的風機越大，電加熱器的電力消耗越大，而且氮氣帶走的熱能越多，浪費也就越大，對氮氣系統再生能力的要求隨之提高，設備的制造成本將迅速增加。在實際生產過程中，一般將氮氣的流量控制在10 ～ 15 m3/min之間。通過實際的生產檢驗，可以滿足生產的需要。

5 結論

（1）干燥工藝及設備的選擇，應根據生產能力、產品特點進行選擇，不論選擇哪種干燥形式，首先要保證產品的生產質量；其次，要考慮設備資金的投入以及能源的節省；第三，要考慮節省人力和降低勞動負荷，盡量采用自動控制，合理布置工藝設備，這樣企業才有競爭力。

（2）在對流干燥的過程中，氮氣的純度、流量、干燥溫度、干燥時間是相互聯系的，要在生產實踐中不斷摸索、探討、總結，找出它們之間的最佳匹配點。

3 切片干燥的工藝流程及其設備

該系統主要包括 3 部分。第 1 部分為切片輸送系統，主要包括離心風機、風機控制系統、脈沖輸送以及輸送管道；第 2 部分為切片干燥系統，主要包括切片接受倉、震動篩、切片平衡倉、回轉閥、干燥器，干燥后的切片經螺桿擠壓機熔融后進入紡絲機；第 3 部分為氮氣系統，主要包括氮氣再生裝置、氮氣加熱裝置、調節控制系統，其流程為切片進入振動篩進行分離，將較小的顆粒及其粉末分離出去，然后用氣力脈沖輸送至切片接受倉，靠自重流入切片平衡倉，在平衡倉內沖入氮氣，置換出倉里的空氣，以防切片過早氧化，再經回轉閥均勻加入到干燥器內。經干燥后的切片從干燥塔底部排出，氮氣經加熱器加熱后從干燥器的底部分配板進入干燥器。和切片的運行方向相反，使切片得到干燥。從干燥塔的上方排出后又回到氮氣再生系統。圖 3 為干燥流程圖，表 1 為主要工藝參數。

4 切片干燥過程中的過程控制

切片干燥的目的是要使切片有一個最佳的含水量，以保證后續工序的生產和產品的質量，所以應對含水量有影響的參數進行合理的控制，主要包括切片的含水率，氮氣的純度、流量、溫度以及干燥的時間等，下面分別論述。

4.1 干燥后切片含水率的控制

從國內外生產企業的生產經驗可以看出，用于生產POY（預取向絲）的切片，PA66的切片黏度指數最佳為122 ～125（甲酸法）。不論是切片的黏度過高或過低，都會導致初生纖維的取向度、分子的結晶產生很大影響。這是因為在PA66的生產加工過程中，需要控制聚合物的分子量，一般要控制在15 000 ～ 30 000左右。切片的含水率過低，在切片進入螺桿擠壓機時產生聚合物的粘度大、分子的結晶快、分子量大，這樣，生產出來的纖維由于分子量過大，結晶度高，導致紡絲生產時斷頭率高，甚至無法生產。切片的含水率過高，造成聚合物的分子量低，分子的取向度低，對后加工的拉伸倍數影響較大，不利于整個生產的平衡和控制。切片的含水與纖維的黏度關系見表 2。

4.2 氮氣的純度

從對流切片的干燥機理可以知道，切片干燥的推動力是切片表面與干燥氣體中水汽的壓力差，因此，氮氣的純度越大，水汽的氣壓就越低，單位質量的氮氣就能吸收更多的水汽，干燥效果就越好，干燥時間越短。此外還要防止切片的氧化問題。雖然PA66切片的熔點較高（248 ～ 265 ℃），但其分解溫度相對較低（310 ～ 325 ℃），在生產過程中極易氧化分解。雖然干燥溫度一般設定在80 ～ 110 ℃，但由于連續干燥的時間較長，需要18 ～ 24 h的干燥過程，如果PA66切片長時間在含有氧氣較多的氮氣中干燥，就會使得切片發黃，產生大量的凝膠粒子，造成紡絲過程中絲的斷頭率增加，物理指標下降，嚴重時將使生產難以進行。從理論上來說，氮氣的純度越高越好，但在大規模的連續生產中很難將氮氣中的含氧量降為零，而且隨著氮氣純度的升高，生產成本將大幅度提升。在干燥溫度設定在80 ～ 110 ℃時，一般將氧氣的含量控制在1×10-5 mg/kg以下。這樣既可保證氮氣可以很好地對切片進行干燥，也不會使其發生氧化。

為了保證在生產中氮氣的純度，首先要保證切片平衡倉內氮氣的置換，一般在平衡倉內要用氮氣置換 5 ～ 20 min，要根據平衡倉的大小來確定具體置換時間，以避免氧氣隨著切片的投入進到系統之中；其次，要定期檢查氮氣的系統管路是否有泄漏，連接螺栓是否有松動；第三，定期更換分子篩（6 ～ 8 個月），以保證制氮系統的高效生產。

4.3 干燥的時間與溫度

PA66切片的含水和一般化工料有所不同，可以分為切片表面的非結合水和切片內部的結合水。切片表面的非結合水容易去除，但其內部的結合水去除比較困難，干燥時間比較長。切片的干燥時間受干燥溫度的影響比較大，溫度高，干燥時間就短，溫度低，干燥時間就長，所以，相對干燥時間來說，干燥溫度越高越好。但如果干燥溫度過高，就會使切片表面氧化，產生大量凝膠粒子，影響纖維的可紡性和纖維的物理、化學指標。因此，干燥溫度要控制在128 ℃以下，正常的干燥溫度應控制在80 ～ 110 ℃之間，在此溫度下干燥，干燥時間一般在18 ～ 24 h。既要保證切片的含水量合格，又要保證含水均勻。

4.4 氮氣的流量

從理論上來說，氮氣的流量越大，帶走的水汽越多，相對壓差越大，水汽去除效果越好。但隨著氮氣流量的增加，所采用的風機越大，電加熱器的電力消耗越大，而且氮氣帶走的熱能越多，浪費也就越大，對氮氣系統再生能力的要求隨之提高，設備的制造成本將迅速增加。在實際生產過程中，一般將氮氣的流量控制在10 ～ 15 m3/min之間。通過實際的生產檢驗，可以滿足生產的需要。

5 結論

（1）干燥工藝及設備的選擇，應根據生產能力、產品特點進行選擇，不論選擇哪種干燥形式，首先要保證產品的生產質量；其次，要考慮設備資金的投入以及能源的節省；第三，要考慮節省人力和降低勞動負荷，盡量采用自動控制，合理布置工藝設備，這樣企業才有競爭力。

（2）在對流干燥的過程中，氮氣的純度、流量、干燥溫度、干燥時間是相互聯系的，要在生產實踐中不斷摸索、探討、總結，找出它們之間的最佳匹配點。