減壓煮繭吐水蒸煮技術及生產效果

劉 毅,張明英,卜獻鴻,段春穩,李 帆,李 剛

(1.四川省絲綢科學研究院有限公司,四川 成都 610031;2.中絲天成(攀枝花)絲綢有限公司,四川 鹽邊 617100;3.四川省絲綢工程技術研究中心,四川 成都 610031;4.成都海關技術中心,四川 成都 610041)

繭絲絲膠由易溶絲膠和難溶絲膠組成,其中易溶絲膠主要分布在繭層外層,難溶絲膠分布在繭層內層。易溶性絲膠的分子量在3萬~4萬,難溶性絲膠的分子量在11萬~15萬,絲膠凝固時,稍呈纖維狀,黏著而有彈性,易收縮呈塊狀,透明。難溶性絲膠凝固時較穩定,成雪白的細粉末,不如易溶性絲膠具有的聚合性和彈性。兩者在一定條件下可以轉化,煮繭的目的和作用是圍繞繭絲絲膠適當膨潤溶解這個關鍵點進行,因此從繭絲絲膠的特性來看,煮繭要圍繞解決繭層內部絲膠的膨潤、溶解程度,使繭絲能夠依次離解。

煮繭的作用是通過水、蒸汽等介質,將繭絲絲膠膠著點打開、離解,將絲膠從干膠轉換為明膠[1],達到繭絲強力大于繭絲膠著力,使繭絲依次離解,滿足繅絲生產的需要。煮繭過程中,水在滲透中吸入繭腔;在吐水過程中排出繭腔,蒸煮;在調整中再次吸入繭腔,完成煮繭。三個過程功能不同,所用溫度也不同。在吐水蒸煮過程中,繭層膨潤增重,同時由于水分子動能大,將絲膠膠著點打開。陳慶管[2]等對單蒸型煮繭機吐水進行了深入研究。為了吐水更均勻,王曉飛[3]等研究了翻面蒸煮對蠶繭吐水的影響。減壓自動煮繭機采用“真空+蒸汽”方法吐水蒸煮[4],提高了吐水均勻程度,將蒸汽能量更好地傳遞到繭層內部,提高了煮繭蒸煮效果。

1 循環煮繭機吐水方式和溫度控制

長籠循環煮繭機,目前廣泛使用的是機外真空滲透方法,繭腔吸水充分,繭腔氣泡小,因此在吐水時需要更高的能量,才能保證繭腔的溫度上升并發生吐水,吐完水后,蒸汽能量才能進入到繭層內部,為難溶性絲膠的適當膨潤溶解創造條件。吐水方式是通過蒸煮室的孔管、盲管的蒸汽熱能實現的。陳慶管等的試驗證明:當繭腔的溫度達到95~98℃時,吐水較快,是蠶繭吐水的主要部分,吐水達到峰值;溫度達到99℃時,吐水趨于結束。吐水的快慢,主要取決于繭腔內部溫度上升的快慢,而吐水的多少,主要取決于較高溫度(95℃以上)作用時間的長短。由于煮繭溫度與繭腔溫度有差別,因此在實際煮繭中,吐水的溫度在99~100℃,通過蒸汽壓力及蒸煮室蒸汽閥開啟多少來控制溫度。

吐水量也是衡量吐水效果的一項重要指標。吐水量不足,會直接影響生絲的清潔、潔凈成績。主要表現在有較多的環類和雪糙。吐水過程也是繭層變厚增重過程,繭腔的水轉移到繭層中間。吐水過度,在蒸煮過程中又會使繭層失水。因此在吐水過程中,繭腔要保留少量水,在蒸煮過程中,保證繭層有一定水分,煮出來的蠶繭才能夠充分膨潤,繭層變厚,膠著點充分離解。

圖1 循環煮繭機吐水蒸煮結構示意圖

2 減壓自動煮繭機設備結構、PLC時序控制及吐水蒸煮方式

2.1 設備結構

減壓自動煮繭機采用一體化的罐式主機結構(圖2),主要由工藝處理系統、水汽真空復合系統和自動控制系統組成。主罐設置上、下對接口,通過復合管路系統,對主罐實施真空、水、蒸汽作用,主罐罐體內設計蒸汽反射機構,使主罐內蒸汽能量能夠均勻。罐體設置2個觀察視鏡,溫度探頭,如圖2所示。

圖2 減壓自動煮繭機主罐罐體結構

2.2 PLC程序控制方法

減壓煮繭采用PLC自動控制技術,根據設定的7個工序,即減壓滲透、排水、減壓吐水、減壓雙向蒸煮、調整吸水、保護、出繭。目前最新程序設計了40個時段(T1-T40),在文本上進行設置,減壓煮繭每個時間段可調范圍0~999 s(屏幕顯示值最小單位0.1 s),溫度可調精度0.1℃,各時段的溫度和時間可以根據原料繭質情況靈活設定,如圖3所示。在吐水、蒸煮工序,針對不同的原料,溫度設置跳轉功能,能夠精準、便捷執行各種工藝路線和工藝參數要求。

圖3 減壓自動煮繭機時間設置及溫度設置

2.3 吐水蒸煮方法

減壓煮繭在吐水蒸煮過程中,采用真空、真空+蒸汽方式完成,給予蠶繭繭層蒸汽能量,完成繭腔吐水、蒸煮。真空和蒸汽在罐體內形成對流,蒸汽熱能采用熱對流方法給予蠶繭能量,提高了熱效率和均勻程度,根據需要可以實現多種熱能組合,如圖4所示,在吐水過程中,蒸汽從主罐上對接口進蒸汽噴射,下對接口抽真空,同時將吐出的水轉移到輔罐中,也可以采用下進蒸汽上抽真空的方法。在吐水過程中,主罐、輔罐一直處于一定真空狀態。可通過觀察鏡觀察蠶繭在煮繭過程的變化。

圖4 減壓自動煮繭機上蒸汽+下真空吐水示意圖

真空的作用一是讓蠶繭繭腔內外產生壓力差,使繭腔的水能夠均勻向四周吐出;二是對蒸汽起到導流作用,將蒸汽能量快速均衡送到繭層各處。圖6為蠶繭吐水時,繭腔的水瞬間向四周吐出,改變了長籠煮繭機向蠶繭下面吐水的方式,向四周全方位吐水能夠更加均勻充分膨潤絲膠,為蒸煮均勻創造了條件。

3 煮繭效果及分析

中絲天成(攀枝花)絲綢有限公司于2015年開始應用減壓自動煮繭設備,通過裝備技術的引進,顯著提高了煮繭質量,生絲質量達到高質量要求,原料繭耗大幅下降。

3.1 減壓自動煮繭機煮熟繭程度

減壓煮繭煮熟繭質量情況及絲膠溶失測試見表1。通過減壓自動煮繭機煮出的蠶繭手感稍滑,與長籠煮繭機有明顯差別,彈性更好。滑感差別的原因主要是蒸汽能量被蠶繭內層吸收,將蒸汽能量傳遞到蠶繭內層,將難溶絲膠轉化為易溶絲膠;在調整吸水過程,由于有真空的作用,蠶繭在吸水時有向外拉的張力,因此繭腔的氣泡及癟繭率指標好于長籠煮繭機。減壓自動煮繭機的絲膠溶失率[5]比長籠煮繭機低,其主要原因是吐水溫度低,在適熟的情況下,絲膠溶失率在2.5%~3.5%。

圖5 蠶繭向四周全方位吐水

表1 減壓自動煮繭機煮熟程度鑒定

3.2 潔凈

高等級生絲潔凈成績為降級主要原因,近幾年通過海關、公檢檢測,潔凈平均成績達到95分以上,生絲質量長期穩定在大5A級,織造反饋生絲品質優秀。

3.3 抱合

減壓自動煮繭機煮繭在蒸煮環節,繭層內外受熱程度更加均勻,特別是內層繭絲絲膠得到了充分膨潤膨化,絲膠性質發生變化,黏度、膨脹能力、膠凝性增強,在聚合成生絲時,絲膠的黏合性能高,因此生絲的抱合好并且穩定。在絲織泡絲以后,抱合指標幾乎不下降。表2為委托成都海關技術中心檢測的生絲浸泡前后的抱合成績。

表2 生絲浸泡前后抱合檢測成績

生絲在浸泡后,會產生抱合成績下降情況,在織造過程中,會導致一根生絲分成多股繭絲,造成斷頭率增加等病疵;在染色過程中,會產生色不均病疵。生絲抱合性能主要取決于繭絲之間相互膠著面積的大小及黏合的緊密程度。在浸泡過程中,柔軟劑進入絲膠分子內部,破壞了絲膠分子間的結合力,降低了繭絲之間的黏著力,繭絲間的抱合作用降低。采用傳統煮繭方法,浸泡生絲后的生絲抱合次數比浸泡前要降低20次左右[6],通過減壓自動煮繭的生絲抱合成績下降次數大幅降低,說明通過減壓自動煮繭機煮熟的蠶繭各層,特別是中內層的絲膠膨潤充分、均勻。

3.4 原料繭繭耗

繭耗(繅折)是影響繅絲企業經濟效益的重要指標之一。減壓自動煮繭機煮繭,使得蠶繭煮熟更充分、更均勻、繭絲離解良好,因此車頭索理緒效率提高,條吐率降低,達到降低繅折的成效。近幾年的繭耗統計見表3,上車率為93%左右的情況下,實際完成的光折比解舒光折只增加4.54 kg,遞增率為1.74%,比常規5%~8%遞增率大幅下降,企業采用減壓自動煮繭機后,實繅光折下降了6 kg以上。

表3 繭質指標及完成繅折情況

4 結語

減壓煮繭新技術及設備,創建了“真空+”煮繭技術系統框架,在一定真空度完成吐水蒸煮,繭層受熱通過熱對流方式完成,達到煮熟均勻的目標,提高了生絲質量,大幅降低了原料繭耗。