聚丙烯腈基碳纖維流態(tài)化預(yù)氧化設(shè)備與工藝研究.pdf

1、本文首先分析了國內(nèi)外PAN基碳纖維預(yù)氧化現(xiàn)狀，針對預(yù)氧化工藝在碳纖維生產(chǎn)過程所占時間長，影響碳纖維的產(chǎn)量和成本等問題，本文采用流態(tài)化技術(shù)，設(shè)計了一種新型PAN基碳纖維用流態(tài)化預(yù)氧化爐，研究了PAN基碳纖維流態(tài)化預(yù)氧化可行性。流態(tài)化預(yù)氧化屬于流態(tài)化熱處理技術(shù)，也具有流態(tài)化熱處理的快速傳熱、傳質(zhì)、節(jié)能的優(yōu)點。新爐型成功地縮短了預(yù)氧化時間，提高了碳纖維生產(chǎn)率，降低了能耗。 結(jié)合PAN基碳纖維預(yù)氧化工藝要求與流化床結(jié)構(gòu)設(shè)計特點，介紹和

2、分析了流態(tài)化預(yù)氧化爐關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法和要求。詳細地設(shè)計和計算了爐子的關(guān)鍵部件，如爐體結(jié)構(gòu)、布風(fēng)系統(tǒng)、供風(fēng)與密封系統(tǒng)、爐膛高徑比、爐子功率以及節(jié)能裝置等，并完成了該爐型的加工制造。根據(jù)實際管路布置要求和供風(fēng)壓力需求，選擇了高壓羅茨風(fēng)機。為解決纖維表面污染問題，特別設(shè)計了熱介粒子除去裝置。為保證熱風(fēng)的溫度與均勻性，設(shè)計了熱風(fēng)爐來提供熱源。為降低能耗，設(shè)計了熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)。實際應(yīng)用表明該爐型傳熱、傳質(zhì)效率高，升溫快，溫度均勻好，控溫精度高

3、，誤差為士2℃，節(jié)能效果明顯。 為了操作方便和精確控制，對流態(tài)化預(yù)氧化系統(tǒng)實現(xiàn)計算機控制，采用分布式控制系統(tǒng)，控制單元有溫度、牽伸、空氣流量與壓力。溫度由KYT多溫區(qū)智能溫度儀表控制，采用伺服電機實現(xiàn)走絲和牽伸的目的?？諝饬髁坎捎貌ＡмD(zhuǎn)子流量計控制，密封艙中壓力采用壓差傳感器控制。在冷態(tài)和熱態(tài)下，多次對流態(tài)化爐進行了性能調(diào)試。實驗調(diào)試表明，空氣流量與壓力控制穩(wěn)定，爐子具有良好、穩(wěn)定的流態(tài)化狀態(tài)。 由送絲架、走絲與牽

4、伸設(shè)備、流態(tài)化爐、熱風(fēng)爐、清洗設(shè)備、供風(fēng)與密封系統(tǒng)、熱風(fēng)循環(huán)裝置、計算機控制系統(tǒng)等組成一條流態(tài)化預(yù)氧化試驗線。成功的進行了多次熱態(tài)走絲試驗，并探討了流態(tài)化預(yù)氧化工藝。對多組試驗數(shù)據(jù)進行了分析，優(yōu)化了三組工藝方案。對試驗所得預(yù)氧絲進行了性能表征，并與常規(guī)工藝進行了對比。纖維經(jīng)45分鐘的流態(tài)化預(yù)氧化后，氧含量達到了10.1％，體密度為1.38g/cm<'3>，X射線與紅外光譜結(jié)果與實驗室常規(guī)工藝結(jié)果相吻合。結(jié)果說明流態(tài)化預(yù)氧化在縮短預(yù)氧化