雙露點(diǎn)送風(fēng)技術(shù)在紗線加濕處理中的應(yīng)用

趙楠楠 王素英 周義德 王朝根 張 超

（1.鄭州經(jīng)貿(mào)學(xué)院，河南鄭州，451191；2.中原工學(xué)院，河南鄭州，450007；3.恒天永安新織造有限公司，河南商丘，476400）

在織造過程中，除了紗線條干、紗疵等質(zhì)量指標(biāo)外，紗線強(qiáng)力指標(biāo)直接影響織造過程中的斷頭、設(shè)備停臺，從而影響生產(chǎn)效率。而影響紗線強(qiáng)力指標(biāo)的主要因素有配棉質(zhì)量，混和、牽伸、加捻過程中的均勻度，以及紗線的回潮率。在既定配棉等級和加工工藝參數(shù)條件下，提高成紗回潮率和紗線性能穩(wěn)定性，是提高紗線強(qiáng)力，進(jìn)而提高用戶滿意度的最有效途徑［1］。本研究通過對纖維吸濕放濕機(jī)理及其影響因素的分析，利用溫濕度控制基本理論，提出了采用雙露點(diǎn)送風(fēng)控制加濕區(qū)域，達(dá)到提高加濕區(qū)域水分子濃度和水蒸氣分壓力、增加纖維吸濕量、提高紗線回潮率的技術(shù)措施。實(shí)踐表明，采用雙露點(diǎn)送風(fēng)控制加濕區(qū)域，對成紗進(jìn)行再加濕、定形處理，具有加濕效果好、紗線回潮率和強(qiáng)力提高快、紗線強(qiáng)力和性能一致性增強(qiáng)的效果。與傳統(tǒng)的加濕方法相比，具有系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、投資少、便于操作和節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。

1 影響紗線回潮率的因素分析

紗線是纖維的組合體，提高紗線回潮率是通過提高纖維回潮率來實(shí)現(xiàn)的。影響纖維回潮率的主要因素有纖維分子組成、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部因素。

1.1 纖維分子組成與內(nèi)部結(jié)構(gòu)

纖維大分子中親水基團(tuán)的多少和極性強(qiáng)弱均能影響纖維的吸濕能力。親水基團(tuán)數(shù)量越多，極性越強(qiáng)，纖維的吸濕能力越高。

聚集態(tài)結(jié)構(gòu)：纖維的結(jié)晶度越低，吸濕能力就越強(qiáng)；纖維無定形區(qū)內(nèi)縫隙孔洞越多、越大，纖維吸濕能力越強(qiáng)。

纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)：形態(tài)結(jié)構(gòu)包括纖維比表面積的大小，截面形狀、粗細(xì)及表面粗糙程度。纖維的比表面積越大，表面能也就越大，表面吸附能力越強(qiáng)，吸附的水分子數(shù)也越多，吸濕性越好。細(xì)纖維的比表面積大，比粗纖維的吸濕性好。纖維表面粗糙度越大，吸濕性越好。

1.2 外部因素

在一定溫度條件下，空氣相對濕度越高，空氣中水蒸氣的壓力越大，單位體積空氣內(nèi)的水分子數(shù)目越多，水分子到達(dá)纖維表面的機(jī)會越多，纖維的吸濕也就較多，回潮率上升［2］。對親水性纖維來說（例如棉、麻、毛等），相對濕度對回潮率的影響是主要的；對疏水性的合成纖維來說，溫度對回潮率的影響明顯。由于空氣壓力影響空氣中水蒸氣分壓力的大小和水分子的濃度，所以空氣壓力對纖維的吸濕性也有影響，空氣壓力增高，吸濕性增強(qiáng)，反之亦然。同時，纖維存在吸放濕滯后性，當(dāng)纖維材料置于新的溫濕度條件下時，其從放濕達(dá)到平衡時的回潮率要高于從吸濕達(dá)到平衡時的回潮率［3］。

對純棉和混紡紗線來說，纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)已定，通過一定配棉和生產(chǎn)加工工藝，形成既定規(guī)格紗線的過程中，影響其回潮率的主要因素為加工過程中的環(huán)境溫度和相對濕度，其中相對濕度的影響最大。在一定的溫度下，空氣相對濕度與空氣中的水蒸氣分壓力（含濕量）相對應(yīng)［4］，成品筒紗內(nèi)部的回潮率和細(xì)紗、絡(luò)筒工序的空氣水蒸氣分壓力（含濕量）密切相關(guān)。要對成紗進(jìn)行再加濕，提高紗線回潮率和紗線質(zhì)量，需要環(huán)境空氣中水蒸氣分壓力大于紗線內(nèi)部的水蒸氣分壓力，這就需要提高再加濕環(huán)境中空氣的含濕量。

2 雙露點(diǎn)送風(fēng)控制加濕環(huán)境

由于筒紗是從細(xì)紗和絡(luò)筒工序生產(chǎn)出來的，筒紗回潮率主要取決于細(xì)紗和絡(luò)筒工序的車間溫濕度，鑒于纖維吸放濕性能的滯后性，要對已經(jīng)成形的筒紗進(jìn)行再加濕，就需要再加濕環(huán)境空氣中的水分子濃度高于細(xì)紗和絡(luò)筒工序，也就是要求再加濕環(huán)境的水蒸氣分壓力（含濕量）要大于絡(luò)筒工序。對再加濕環(huán)境采用直接噴水或噴霧等措施都會存在影響環(huán)境衛(wèi)生、水分蒸發(fā)使車間溫度偏低、車間發(fā)霉等諸多弊病。在再加濕過程又沒有發(fā)熱量的情況下，必須使再加濕環(huán)境溫度不能低于絡(luò)筒車間太多，含濕量要高于絡(luò)筒車間。

根據(jù)空氣調(diào)節(jié)理論分析可知，要實(shí)現(xiàn)高含濕量的加濕，需要加濕環(huán)境的空調(diào)送風(fēng)機(jī)器露點(diǎn)高于絡(luò)筒工序，才能實(shí)現(xiàn)加濕環(huán)境的含濕量大于絡(luò)筒工序。雙露點(diǎn)送風(fēng)加濕與傳統(tǒng)的高濕度空調(diào)送風(fēng)加濕法相比，采用加入高含濕量的露點(diǎn)空氣進(jìn)行混合，實(shí)現(xiàn)雙露點(diǎn)混合送風(fēng)，具有加濕量大，加濕效果穩(wěn)定，便于控制、節(jié)約能源的優(yōu)點(diǎn)［5］，提高了加濕環(huán)境溫度和相對濕度。對成品筒紗進(jìn)行再加濕，是提高紗線回潮率和穩(wěn)定紗線性能的優(yōu)選方法之一。

2.1 雙露點(diǎn)送風(fēng)焓濕圖分析

與傳統(tǒng)新回風(fēng)混合經(jīng)過一個噴淋室把空氣處理到一定露點(diǎn)對車間送風(fēng)的空氣調(diào)節(jié)方法不同，雙露點(diǎn)送風(fēng)通過兩個噴淋室把兩種不同狀態(tài)的空氣分別處理到不同的機(jī)器露點(diǎn)狀態(tài)，再用不同的風(fēng)道分別送入車間進(jìn)行混合，用混合狀態(tài)點(diǎn)的空氣對車間進(jìn)行加濕，這種方法稱之為雙露點(diǎn)送風(fēng)加濕法，焓濕圖分析如圖1 所示。圖1 中，N1為絡(luò)筒車間狀態(tài)點(diǎn)；L1為絡(luò)筒工序空調(diào)送風(fēng)機(jī)器露點(diǎn)；C2為絡(luò)筒車間工藝排風(fēng)點(diǎn)；L2為加濕空調(diào)機(jī)組機(jī)器露點(diǎn)；O為加濕車間混合點(diǎn)；也是加濕車間送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)；N為加濕車間的狀態(tài)點(diǎn)；C為進(jìn)入加濕機(jī)組的空氣狀態(tài)點(diǎn)。C點(diǎn)的空氣狀態(tài)由絡(luò)筒車間工藝排風(fēng)C2和空壓機(jī)排風(fēng)C1混合組成。

圖1 雙露點(diǎn)送風(fēng)焓濕圖

由空氣熱濕處理理論分析比較可知，要對空氣進(jìn)行加濕，采用等焓加濕的方法效果最好，便于控制，也最節(jié)能［6］?？諝鉁囟仍礁?，加濕效果越好。要達(dá)到加濕機(jī)組的機(jī)器露點(diǎn)L2，需要先將進(jìn)入加濕機(jī)組的空氣處理至C點(diǎn)，然后進(jìn)行等焓加濕達(dá)到L2點(diǎn)，由于絡(luò)筒工藝排風(fēng)溫度通常高于車間5 ℃～10 ℃，通?？諌簷C(jī)排風(fēng)溫度在75 ℃～95 ℃，可以通過兩者空氣適量混合達(dá)到C點(diǎn)?？諝馓幚碚{(diào)節(jié)過程如圖2 所示。

圖2 空氣調(diào)節(jié)工藝過程

實(shí)際運(yùn)行中，在某個季節(jié)中絡(luò)筒空調(diào)送風(fēng)機(jī)器露點(diǎn)L1點(diǎn)穩(wěn)定，這時只要適當(dāng)對絡(luò)筒工藝排風(fēng)C2和空壓機(jī)排風(fēng)C1混合，調(diào)節(jié)到C點(diǎn)（加濕機(jī)組入口狀態(tài)），進(jìn)入加濕機(jī)組進(jìn)行噴霧等焓加濕，就很 容 易 由C點(diǎn) 達(dá) 到L2點(diǎn)，通 過 調(diào) 節(jié)L1、L2點(diǎn) 的 送風(fēng)量，送至車間混合到O點(diǎn)。由圖1 可以看出，O點(diǎn)的溫度和含濕量始終會高于L1點(diǎn)，把O點(diǎn)空氣送入車間，實(shí)現(xiàn)高溫高含濕量送風(fēng)的目的。各狀態(tài)點(diǎn)冬夏季空氣參數(shù)如表1 所示。

表1 各狀態(tài)點(diǎn)冬夏季空氣參數(shù)

從表1 可以看出，采取雙露點(diǎn)送風(fēng)的加濕方法，用經(jīng)過加濕機(jī)組等焓加濕處理過的高溫高濕空氣，與絡(luò)筒空調(diào)機(jī)器露點(diǎn)空氣混合，可以確保冬夏季加濕間送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)O點(diǎn)的含濕量大于絡(luò)筒工序，從而保證加濕間的溫度、相對濕度和含濕量均大于絡(luò)筒工序，實(shí)現(xiàn)對紗線的再加濕。

2.2 雙露點(diǎn)送風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

以某10 萬錠新建紡紗廠為例，雙露點(diǎn)送風(fēng)加濕示意圖如圖3 所示。

圖3 雙露點(diǎn)送風(fēng)加濕示意圖

該廠將絡(luò)筒加工區(qū)布置在工廠中部，靠近空調(diào)室一側(cè)設(shè)置雙露點(diǎn)送風(fēng)加濕定形后處理工序。加濕區(qū)域面積1 080 m2，采用輕質(zhì)隔墻和吊頂與絡(luò)筒加工區(qū)域分隔，利用絡(luò)筒空調(diào)室機(jī)器露點(diǎn)和風(fēng)道對車間直接送風(fēng)，用噴霧加濕機(jī)組機(jī)器露點(diǎn)風(fēng)對車間進(jìn)行加濕送風(fēng)，組成雙露點(diǎn)送風(fēng)加濕系統(tǒng)?？紤]到成品棉紗吸濕過程較為緩慢，高溫能加大水分子的運(yùn)動沖擊力，給水分子進(jìn)入纖維中腔創(chuàng)造了前提條件［7］，再因加濕空間有限，成品紗流轉(zhuǎn)等因素，適當(dāng)提高加濕空間溫濕度參數(shù)，可以適當(dāng)節(jié)省加濕時間。加濕定形后處理工序設(shè)計(jì)參數(shù)：冬夏季環(huán)境溫度30 ℃～31 ℃，相對濕度85%，設(shè)計(jì)最大送風(fēng)量50 000 m3/h，其中加濕機(jī)組設(shè)計(jì)送風(fēng)量28 000 m3/h，借用絡(luò)筒空調(diào)送風(fēng)量22 000 m3/h，每小時換氣11次?；仫L(fēng)量40 000 m3/h，利用地排風(fēng)口調(diào)節(jié)加濕定形后處理工序的環(huán)境壓力。利用絡(luò)筒機(jī)工藝排風(fēng)和空壓機(jī)排風(fēng)余熱保持噴霧加濕機(jī)組的進(jìn)風(fēng)溫度。加濕機(jī)組采用8#噴霧風(fēng)機(jī)加濕送風(fēng)，裝機(jī)功率4 kW，設(shè)置專門的加濕風(fēng)道將高溫高濕空氣送到加濕空間。

2.3 雙露點(diǎn)送風(fēng)加濕運(yùn)行效果

雙露點(diǎn)送風(fēng)加濕系統(tǒng)，以加濕間溫度和相對濕度作為控制目標(biāo)，采用變頻控制加濕機(jī)組的送風(fēng)量，調(diào)節(jié)和穩(wěn)定對加濕環(huán)境送風(fēng)混合點(diǎn)O點(diǎn)的狀態(tài)，控制加濕環(huán)境的溫度和相對濕度。通過前述分析，要實(shí)現(xiàn)對絡(luò)筒工序生產(chǎn)的紗線進(jìn)行再加濕，必須使加濕環(huán)境的水蒸氣分壓力大于絡(luò)筒工序。由圖1 可以看出，由于加濕機(jī)組機(jī)器露點(diǎn)L2的含濕量，始終高于絡(luò)筒空調(diào)送風(fēng)機(jī)器露點(diǎn)L1的含濕量，根據(jù)空氣混合原理，混合點(diǎn)O的含濕量必然大于L1的含濕量。運(yùn)行中通過調(diào)節(jié)加濕機(jī)組L2點(diǎn)的送風(fēng)量，通過對O點(diǎn)的移動，保證了加濕環(huán)境N點(diǎn)的狀態(tài)，相對于絡(luò)筒車間實(shí)現(xiàn)了加濕定形后處理工序空氣溫度、相對濕度升高，水蒸氣分壓力增大的目的。加濕機(jī)組采用等焓加濕熱濕處理過程處理空氣，利用絡(luò)筒機(jī)機(jī)器排風(fēng)和空壓機(jī)排風(fēng)的熱量，不需要外加熱量，具有節(jié)約能源和運(yùn)行費(fèi)用的優(yōu)點(diǎn)。由于在絡(luò)筒空調(diào)的機(jī)器露點(diǎn)空氣的基礎(chǔ)上，加入了比例較大的加濕機(jī)組高溫高濕露點(diǎn)空氣，使得加濕間的冬夏季溫度略高于絡(luò)筒車間，相對濕度和含濕量都比絡(luò)筒車間有較大的增加，從而為提高加濕效果、減少加濕時間提供了保證。

在一定的溫濕度條件下，由于空氣壓力、流速對纖維的吸濕效果有一定的影響，在運(yùn)行中要通過調(diào)節(jié)絡(luò)筒空調(diào)回風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，保持加濕區(qū)域維持正壓20 Pa～30 Pa，工作區(qū)域風(fēng)速不大于0.1 m/s。以JC 9.72 tex 紗為例，再加濕處理時間16 h，加濕處理后回潮率由6.4%提高到7.5%，單紗強(qiáng)力由182 cN 提高到190 cN。加濕處理增加功率4.25 kW。

通過對比可以看出，紗線經(jīng)過加濕處理后回潮率提高了1.1 個百分點(diǎn)，筒紗實(shí)際重量增加，紗線強(qiáng)力指標(biāo)提高了4.4%，由于紗線回潮率的增加，紗線條干和毛羽指標(biāo)有所改善。紗線經(jīng)過一定的加濕定形，紗線性能一致性增加，提高了紗線在后續(xù)織造使用過程中的適應(yīng)加工能力，使用戶滿意度提升。雖有一定的風(fēng)機(jī)能耗增加，但綜合效益還是可觀的。

3 結(jié)語

影響纖維吸濕性能的內(nèi)在因素包括纖維分子組成、纖維結(jié)晶度、纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)等，分子中親水基團(tuán)越多、纖維的結(jié)晶度越低、纖維的比表面積越大，纖維的吸濕性能越強(qiáng)。影響纖維吸濕性能的外部因素主要有環(huán)境溫度、相對濕度，空氣的含濕量等，其中主要決定因素是空氣中含濕量的大小。含濕量越大，空氣中水分子濃度越高，水分向纖維中的滲透能力越強(qiáng)。

要保證對絡(luò)筒后的紗線進(jìn)行再加濕，需要加濕環(huán)境的含濕量大于絡(luò)筒工序的含濕量。增加輔助的加濕裝置，并使加濕環(huán)境溫度要適當(dāng)高于絡(luò)筒車間，才能保證有效的加濕效果。在絡(luò)筒工序送風(fēng)的基礎(chǔ)上，采用加濕機(jī)組進(jìn)行雙露點(diǎn)送風(fēng)加濕方法，具有加濕效果好、控制簡單、運(yùn)行節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。

加濕環(huán)境的空氣壓力和流速對加濕效果也有影響，要保持環(huán)境正壓20 Pa～30 Pa，工作區(qū)空氣流速不大于0.1 m/s，加濕效果較好。由于纖維具有吸濕滯后性，并且筒子紗卷繞密實(shí)和紗線具有捻度等因素，在新的高溫高濕環(huán)境條件下，要達(dá)到吸濕平衡仍需一定時間，所以對筒紗的加濕平衡時間應(yīng)不小于16 h，以16 h～24 h 為宜。