本发明涉及氨纶纺制技术领域，具体涉及一种融体直接纺制氨纶的设备。
背景技术：
聚氨酯弹性纤维，是指合成纤维中含有至少85%的聚氨酯链节的纤维，国际上习惯采用美国的称谓，即spandex，在我国称为氨纶。
现今，世界上传统纺制生产氨纶的生产装置可分为四种形式，其中以干法或湿法纺丝工艺方法纺制生产氨纶的生产装置大致相同，主要由原料储罐、计量、聚合反应、过滤、纺丝机组等设备组成，干法、湿法的根本区别在于其成丝的环境一种是在密闭的溶剂气雾的装置中，而另一种在特制的水体中进行。熔融法纺制氨纶的生产装置则分为两种形式，首先得由属于化工行业中的企业生产出用于纺制氨纶的纺丝原料“热塑性聚氨酯弹性体”，简称“纺丝级tpu”，我国称为“氨纶切片”。然后由轻纺行业中的纺丝企业以融法工艺纺制生产氨纶纤维。由于生产氨纶切片和纺制氨纶纤维是完全不同的两个行业，所以其各自的生产装置也截然不同。具体地说，生产氨纶切片的生产装置主要是由原料储罐、计量、预聚反应器、聚合双螺杆挤出机、增压泵、开车阀、融体过滤器、水下造粒、脱水、筛选、干燥、熟化等设备组成；而氨纶的纺制则主要由氨纶切片干燥、单螺杆挤出机、融体泵、纺丝箱体、纺丝泵、纺丝头、纺丝甬道、油剂喷嘴、导丝辊、卷绕头等设备组成纺丝机组。
现今在全世界大约有85%的氨纶生产企业是以干法纺丝工艺生产装置生产，以湿法纺丝工艺生产装置纺制氨纶只占5%，其余10%为以熔融法纺丝生产装置生产。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种可以实现连续供料、连续融体聚合、直接纺制氨纶的设备。相比干法、湿法、熔融法纺制氨纶纤维生产装置具有占地面积小，投资成本少，生产工艺流程简单，生产效率高，生产管理成本低，技术更先进的突出特点。
本发明的目的是这样实现的：
一种融体直接纺制氨纶的设备，包括：
盛装添加剂、助剂，并带有搅拌功能和罐体加热保温自动控制功能的辅助料罐；
具有脱水、搅拌、加热、保温自动控制功能的ptmg主储料罐；
与ptmg主储料罐置于同一平台的mdi主物料罐和bdo主物料罐；
在主物料罐平台之下放置规格相同的ptmg计量罐、mdi计量罐、bdo计量罐；
分别与ptmg计量罐、mdi计量罐、bdo计量罐连接的ptmg精密计量装置、mdi精密计量装置、bdo精密计量装置；
辅助料罐与ptmg主储料罐连接，ptmg计量罐、mdi计量罐、bdo计量罐分别与ptmg主储料罐、mdi主物料罐和bdo主物料罐连接，ptmg精密计量装置、mdi精密计量装置与高速动态预聚反应器连接，高速动态预聚反应器与静态预聚反应器连接，静态预聚反应器、bdo精密计量装置与聚合双螺杆挤出机连接，，聚合双螺杆挤出机与纺丝机组连接。
辅助设备包括真空泵、制氮机组、联苯锅炉和空压机，均需按设计生产规模选配。
所述ptmg计量罐、mdi计量罐、bdo计量罐均配装有上液位控制仪与下液位控制仪，准确控制各主储料罐向各自计量罐输送原料。
所述高速动态预聚反应器，采用长径比45:1的双螺杆挤出机，使机筒内的预聚物料实现至少80000次/min以上的搅拌、切割和混合。
所述聚合双螺杆挤出机长径比在60:1以上，直径规格的选择依据产能规模而定。
所述聚合双螺杆挤出机与纺丝机组连接中依次连接有第一开车阀、增压泵、第二开车阀、融体过滤器。
所述ptmg主储料罐、mdi主物料罐和bdo主物料罐，以及各自计量罐与辅助料罐，罐体均为不锈钢材料，外套夹层充装导热油，均布的加热棒从罐体夹层底部插入。
所述融体过滤器采用双过滤桶，并且满足在不停车的情况下完成过滤筒的切换。
所述的设备，还设置有能在不停车的状态下处理故障纺丝位的开停自动控制执行机构——自动控制按钮，当意外发生断丝故障，通过按下自动控制按钮，故障卷绕头停车，同时各精密计量装置会按原设定指令自动调节物料的流出量，确保其他纺丝位的连续。
所述的设备需按照工艺设定使其达到稳定热平衡状态，具体如下：
首先，将辅助料罐预热到130度，将ptmg主储料罐、ptmg计量罐、ptmg精密计量装置及管道分别按80度的ptmg物料工艺设定进行预加热，将mdi主储料罐、mdi计量罐、mdi精密计量装置及管道都分别按60度的mdi物料工艺设定进行预加热，将bdo主储料罐、bdo计量罐，bdo精密计量装置及管道分别按70度的bdo物料工艺设定进行预加热，另将高速动态预聚反应器的各段机筒均预热到工艺设定的160度，对静态预聚反应器也预热到160度，聚合双螺杆挤出机的各段机筒的温度则按工艺要求分别设定为160度、180度、185度、190度、195度、240度、220度不等；对增压泵、融体过滤器也按工艺要求设定为220度；
其次，按工艺设计要求对纺丝机组中的各功能执行部位进行温度设定，按照循序渐进，由低到高的顺序动态调整。具体视丝条的变化而进行随机调整温度的变化，直到丝束可以满足卷绕状态的要求为准；
最后，在整套融体直纺氨纶生成装置的各功能部位都达到工艺设定的预加热温度后，保持10~12个小时。
利用所述的设备进行纺制氨纶的工艺方法，包括：
步骤1、将经过加热而完全溶为液态的物料ptmg、mdi、bdo，分别以真空吸料的方式吸入各自的主储料罐即ptmg主储料罐、mdi主储料罐、bdo主储料罐，对需要进行搅拌的物料进行搅拌；
步骤2、将添加剂、助剂加入辅助料罐，经充分搅拌溶解后，立即注入ptmg主储料罐，然后对ptmg主储料罐进行持续地脱水处理，按生产工艺要求将ptmg、mdi、bdo物料同时输入各自的计量罐即ptmg计量罐、mdi计量罐、bdo计量罐；
步骤3、ptmg计量罐、mdi计量罐、bdo计量罐中的物料按生产工艺的设定输入各自的精密计量装置；
步骤4、由ptmg精密计量装置、mdi精密计量装置计量输出的物料同时进入高速动态预聚反应器，再转入静态预聚反应器；
步骤5、经过预聚的物料同bdo精密计量装置计量输出的物料同时进入聚合双螺杆挤出机，在聚合双螺杆挤出机机筒内聚合，聚合后的融体物料在增压泵的作用下通过融体过滤器进行过滤。至此，从融体过滤器输出的融体即成为供给纺丝机组的纺丝融体物料；
步骤6、纺丝融体物料在融体泵的作用下，分别进入纺丝箱体内的纺丝泵，并将纺丝融体物料均匀地分配给各自的纺丝头形成丝条；丝条在重力的作用下，在纺丝甬道中拉伸、冷却、上油后，并在导丝辊的作用下进入卷绕机，将丝束固定缠绕在卷绕头的纸筒上进行丝的卷绕，至此完成融体直接纺制氨纶的工艺过程。
本发明提供一种融体直接纺制氨纶的设备，相比干法和湿法纺丝生产工艺生产装置，具有如下优点：
1、干法纺丝生产装置所必须的各种生产设备都应是按平面布置，占地面积大，投资也大，以致生产管理成本增高。而本发明只需按其中的纺丝卷绕头设备所占场地的投影面积而向上部空间延伸、扩展，所以占地面积大大减少，使其投资、生产和管理的成本也相应大大降低。
2、在干法纺丝生产工艺中，必须使用一种具有高毒性和高挥发性的溶剂dmf，所以在整套生产装置中必须配套安装相应的溶剂回收装置，仅就这一因素，已经成为严重影响干法纺丝生产工艺可持续发展的致命弱点，而本发明不需使用任何溶剂，所以素有绿色氨纶之称。
3、本发明的生产效率高，纺丝速度可达到400~800m/min，丝束为单丝，手感柔和，尤其适应纺制细旦丝，更容易实现氨纶生产的差别化，这是干法、湿法纺丝所无法相比的。
4、现行的熔融法纺丝生产工艺技术与纺丝生产装置，虽说是近二十余年新发展起来的氨纶纺制生产技术和生产装置，但其必须是先由化工行业中的生产企业生产出可供熔融法纺制氨纶的原料，而后再由轻纺行业中的纺丝企业纺制氨纶纤维，本发明的创新性与先进性是把原生产融纺氨纶原料“氨纶切片”生产装置中的水下造粒、脱水、筛选、干燥、熟化设备全部省去，再把纺丝机组中的氨纶切片干燥、单螺杆挤出机设备省去，然后把剩下的氨纶切片生产装置中的设备和纺丝机组中剩下的设备首尾相连接，并在融体直纺氨纶专利技术的保障下形成本发明的设备，实现连续供料、连续融体聚合、直接纺制氨纶的正常、连续生产。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中的融体直接纺制氨纶的设备示意图；
其中，0-辅助料罐，1-ptmg主储料罐，1’-ptmg计量罐，2-mdi主储料罐，2’-mdi计量罐，3-bdo主储料罐，3’-bdo计量罐，4-ptmg精密计量装置，5-mdi精密计量装置，6-bdo精密计量装置，7-高速动态预聚反应器，8-静态预聚反应器，9-聚合双螺杆挤出机，10-第一开车阀，11-增压泵，12-第二开车阀，13-融体过滤器，14、15-融体泵，16、17-纺丝箱体，18、19、20、21-纺丝甬道，22、23、24、25-纺丝油剂喷油嘴，26、26’、27、27’、28、28’、29、29’-导丝辊，30、31、32、33-卷绕头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的融体直接纺制氨纶的设备做详细说明：
图1所示的融体直接纺制氨纶的设备，包括：
盛装添加剂、助剂，并带搅拌功能和罐体加热保温自动控制功能的辅助料罐0；
具有脱水、搅拌、加热、保温自动控制功能的ptmg主储料罐1；
与ptmg主储料罐置于同一平台的mdi主物料罐2和bdo主物料罐3；
在主物料罐平台之下放置的规格相同的ptmg计量罐1’、mdi计量罐2’、bdo计量罐3’；
分别与ptmg计量罐1’、mdi计量罐2’、bdo计量罐3’连接的ptmg精密计量装置4、mdi精密计量装置5、bdo精密计量装置6；
辅助料罐0与ptmg主储料罐1连接，ptmg计量罐1’、mdi计量罐2’、bdo计量罐3’分别与ptmg主储料罐1、mdi主物料罐2和bdo主物料罐3连接，ptmg计量罐1’、mdi计量罐2’、bdo计量罐3’均配装有上液位控制仪与下液位控制仪，准确控制各主储料罐向各自计量罐输送原料，保证生产的连续性。各精密计量装置均是由精密稳压泵、压力传感器、精密计量泵、精密流量计组成的闭路自动控制计量装置，ptmg精密计量装置4、mdi精密计量装置5与高速动态预聚反应器7连接，高速动态预聚反应器7与静态预聚反应器8连接，静态预聚反应器8、bdo精密计量装置6与聚合双螺杆挤出机9连接，聚合双螺杆挤出机9与纺丝机组连接。所述聚合双螺杆挤出机9与纺丝机组的连接中依次连接有第一开车阀10、增压泵11、第二开车阀12、融体过滤器13。
由ptmg精密计量装置4与mdi精密计量装置5流出的物料均流进高速动态预聚反应器7，高速动态预聚反应器7采用长径比45:1的双螺杆挤出机，可使机筒内的预聚物料实现至少80000次/min以上的搅拌、切割和混合，而后进入静态预聚反应器8。经过预聚的物料与bdo精密计量装置6计量流出的物料一起进入聚合双螺杆挤出机9，进行融体聚合。聚合双螺杆挤出机9可谓是本发明设备的主机，要求其长径比在60:1以上，直径规格的选择可依据产能规模而定。与聚合双螺杆挤出机9相连接的依次是第一开车阀10、增压泵11、第二开车阀12、融体过滤器13。纺丝机组的具体布置是：经融体过滤器13输出的完全聚合的融体，在融体泵14、15的作用下，进入纺丝箱体16、17，再由纺丝箱体16、17内的纺丝泵将纺丝融体均匀地分配给纺丝头，纺丝头喷出的丝条进入纺丝甬道18、19、20、21，丝条在重力的作用下拉伸、冷却、喷涂纺丝油剂后，在导丝辊26、26’、27、27’、28、28’、29、29’的作用下使丝束均匀地缠绕在卷绕头30、31、32、33的纸筒上，形成丝饼，至此完成全部的融体直纺氨纶的生产工艺流程。其中的纺丝油剂由纺丝油剂喷油嘴22、23、24、25喷涂。
融体直接纺制氨纶的设备须具备如下条件：
ptmg主储料罐1、mdi主物料罐2和bdo主物料罐3：以及各自的计量罐与辅助料罐，罐体均为不锈钢材料，外套夹层充装导热油，均布的加热棒从罐体夹层底部插入。具有搅拌功能的搅拌设备与罐体连接采用高效机械密封工艺技术，在设备安装时，对罐体必须做保温处理。
精密计量：各精密计量装置中的稳压泵、计量泵、流量计均为高精度产品，还须具有自身加热功能和自动控制功能，以及多功能显示功能。
预聚反应器：分为高速动态预聚反应器和静态预聚反应器。前者是采用长径比为45:1的双螺杆挤出机，对其螺杆模块组合进行调整，使得在机筒中的物料实现80000次/min以上的搅拌、切割、混合预聚，机筒的温度控制精度须达到正负1度，静态预聚反应器为常规径向管状反应器。
聚合双螺杆挤出机：长径比在60:1以上，螺杆的直径根据产能设计而选择。对螺杆机筒的温度控制精度必须达到正负0.5度。
增压泵：连接方式要符合聚合双螺杆挤出机的机筒连接工艺要求。
融体过滤器：要求双过滤桶设计，并且满足在不停车的情况下完成过滤筒的切换，过滤器机体的加热保温控制精度可为正负1度，连接方式要满足双螺杆挤出机的机筒连接工艺要求。
纺丝机组：配套设备有融体泵、纺丝泵，卷绕头分为杠杆式和液压式，装卸丝饼均需断丝。
此外，本发明的设备还特别设置有能在不停车的状态下成功处理故障纺丝位的开停自动控制执行机构——自动控制按钮，其工作原理是，当意外发生断丝故障，只要按下自动控制按钮，其故障卷绕头停车，同时各精密计量装置会按原设定指令自动调节物料的流出量，确保其他纺丝位的连续，正常生产，待故障处理完毕，即可恢复原正常设置。可以确保聚合融体的挤出量与纺丝机组对融体的需求量达到瞬间改变的完美匹配，保障整套生产装置的生产连续性。
在利用本发明的设备纺制氨纶时，需要按照工艺设定使其达到稳定热平衡状态，再进行融体直接纺制氨纶工艺过程。
按照工艺设定使其达到稳定热平衡状态，具体如下：
首先，将辅助料罐0预热到130度，将ptmg主储料罐1、ptmg计量罐1’、ptmg精密计量装置4连同各自连接的管道部分都分别按80度的ptmg物料工艺设定进行预加热，将mdi主储料罐2、mdi计量罐2’、mdi精密计量装置5连同各自连接的管道部分都分别按60度的mdi物料工艺设定进行预加热，将bdo主储料罐3、bdo计量罐3’，bdo精密计量装置6连同各自连接的管道部分都分别按70度的bdo物料工艺设定进行预加热，另将高速动态预聚反应器7的各段机筒均预热到工艺设定的160度，对静态预聚反应器8也预热到160度，聚合双螺杆挤出机9的各段机筒的温度则按工艺要求分别设定为160度、180度、185度、190度、195度、240度、220度不等；对增压泵11、融体过滤器13也按工艺要求设定为220度。
其次，按工艺设计要求对纺丝机组中的各功能执行部位进行温度设定，按照循序渐进，由低到高的顺序动态调整。具体视丝条的变化而进行随机调整温度的变化，直到丝束可以满足卷绕状态的要求为准。
最后，在整套融体直纺氨纶生产装置的各功能部位都达到工艺设定的预加热温度后，还必须要保持10~12个小时，以达到全系统的稳定热平衡，这样才能保证生产的稳定、连续进行。
利用本发明的设备纺制氨纶的工艺方法如下：
步骤1、将经过加热而完全溶为液态的物料ptmg、mdi、bdo，分别以真空吸料的方式吸入各自的主储料罐即ptmg主储料罐1、mdi主储料罐2、bdo主储料罐3，对需要进行搅拌的物料进行搅拌；
步骤2、将添加剂、助剂加入辅助料罐0，经充分搅拌溶解后，立即注入ptmg主储料罐1，然后对ptmg主储料罐1进行持续地脱水处理，待脱水处理完成后，按生产工艺要求将ptmg、mdi、bdo物料同时输入各自的计量罐即ptmg计量罐1’、mdi计量罐2’、bdo计量罐3’，输入过程中ptmg、mdi、bdo物料按上下液位控制仪的控制自动进行准确、准时地物料加注；
步骤3、ptmg计量罐1’、mdi计量罐2’、bdo计量罐3’中的物料按生产工艺的设定输入各自的精密计量装置，即ptmg精密计量装置4、mdi精密计量装置5、bdo精密计量装置6；
步骤4、由ptmg精密计量装置4、mdi精密计量装置5计量输出的物料同时进入高速动态预聚反应器7，再转入静态预聚反应器8；
步骤5、经过预聚的物料同bdo精密计量装置6计量输出的物料同时进入聚合双螺杆挤出机9，在聚合双螺杆挤出机9机筒内，在螺杆模块组合的作用下完成充分聚合，聚合后的融体物料在增压泵11的作用下通过融体过滤器13进行过滤。至此，从融体过滤器13输出的融体即是供给纺丝机组的纺丝融体物料；聚合双螺杆挤出机9到增压泵11的管路由第一开车阀10控制通断，增压泵11到融体过滤器13的管路由第二开车阀12控制通断。
步骤6、纺丝融体物料在融体泵14、15的作用下，分别进入纺丝箱体16、17内的纺丝泵，并将纺丝融体物料均匀地分配给各自的纺丝头形成丝条。丝条在重力的作用下，在纺丝甬道18、19、20、21中拉伸、冷却、上油后，即在导丝辊26、26’、27、27’、28、28’、29、29’的作用下进入卷绕机，使用“吸丝枪”将丝束固定缠绕在卷绕头30、31、32、33的纸筒上进行丝的卷绕，至此完成融体直接纺制氨纶的工艺过程。