鮮繭減壓煮繭的工藝研究及生產(chǎn)效果

卜獻(xiàn)鴻, 程 明, 段春穩(wěn), 陳祥平, 任強(qiáng)勝, 李 帆

(1.四川省絲綢科學(xué)研究院有限公司,成都 610031; 2.四川省絲綢工程技術(shù)研究中心,成都 610031;3.現(xiàn)代繭絲綢制造技術(shù)資源四川省科技資源共享服務(wù)平臺(tái),成都 610031)

中國(guó)的鮮繭繅絲于2003年前后起源于山東,因當(dāng)?shù)厝讼矏凼秤悯r蛹,小規(guī)模民營(yíng)制絲企業(yè)探索鮮繭繅絲應(yīng)運(yùn)而生,鮮繭收購后直接真空滲透繅絲。因鮮繭放置一定時(shí)間會(huì)出蛾,所以繅制的時(shí)間很短,企業(yè)干繭、鮮繭交替生產(chǎn),生產(chǎn)工藝也在摸索中逐步改進(jìn),這是中國(guó)鮮繭繅絲的星星之火。隨著冷凍技術(shù)的發(fā)展,鮮繭經(jīng)過冷藏冷凍后,可以防止蛹出蛾,并可以適當(dāng)提高絲膠的穩(wěn)定性,實(shí)現(xiàn)了全年鮮繭繅絲。鮮繭繅絲與干繭繅絲相比,具有副產(chǎn)品附加值高、節(jié)能、降耗等顯著優(yōu)勢(shì),近十年在中國(guó)生絲主產(chǎn)地都有規(guī)?；a(chǎn)。其中廣西從2014年開始了鮮繭繅絲,到目前約有80%以上的繅絲企業(yè)在蠶繭收購季節(jié)生產(chǎn)鮮繭絲。各繅絲企業(yè)因地制宜,積極探索創(chuàng)新,在鮮繭收購、冷藏冷凍、繅絲工藝、設(shè)備生產(chǎn)管理等環(huán)節(jié)上積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),企業(yè)、科研單位及高校進(jìn)行了鮮繭繅絲工藝及鮮繭生絲品質(zhì)的研究[1-3],到目前形成了干繭、鮮繭繅絲并存格局。2020年4月,中國(guó)絲綢協(xié)會(huì)發(fā)布了T/CSATC 4—2020《鮮繭繅絲技術(shù)規(guī)程》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。

目前鮮繭繅絲通過冷藏冷凍貯藏鮮繭,生產(chǎn)時(shí)主要采用真空滲透后繅絲,有極少數(shù)企業(yè)真空滲透后采用長(zhǎng)籠煮繭機(jī)煮繭,近幾年來減壓自動(dòng)煮繭機(jī)煮鮮繭也得到了廣泛應(yīng)用,繅絲、復(fù)搖、整理與干繭繅絲工藝基本相同。

1 鮮繭繅絲存在的主要問題及原因分析

1.1 存在的主要問題

采用真空滲透繅絲或真空滲透后用長(zhǎng)籠煮繭設(shè)備煮繭(簡(jiǎn)稱“長(zhǎng)籠煮繭”),由于繭絲絲膠沒有得到充分膨潤(rùn),繭層只得到濕潤(rùn)而沒有煮熟,因此制約了高品位鮮繭生絲的生產(chǎn)。鮮繭生絲在清潔、潔凈、抱合成績(jī)上與干繭絲有較大差別,特別是生絲的抱合成績(jī)與干繭絲存在較大差距[4-5];干繭生絲的抱合成績(jī),在浸漬前后指標(biāo)變化不明顯,但鮮繭生絲浸漬后抱合指標(biāo)急劇下降,降低到50次以下。鮮繭生絲在絡(luò)絲、并絲、捻絲等絲織準(zhǔn)備工序容易產(chǎn)生絲膠脫落,斷頭率明顯高于干繭生絲;用作經(jīng)線絲會(huì)造成織造開口不清、生絲分股、斷裂等問題,生產(chǎn)效率低;綢面糙疵多,練白綢平方米質(zhì)量低于干繭絲面料,達(dá)不到染色坯綢質(zhì)量要求,鮮繭生絲只能生產(chǎn)中、低端綢緞產(chǎn)品,因此亟需解決鮮繭生絲質(zhì)量瓶頸問題。

1.2 問題的成因

繭絲絲膠由易溶性絲膠和難溶性絲膠組成,易溶性絲膠凝固時(shí),黏著而有彈性,難溶性絲膠凝固時(shí)不如易溶性絲膠具有的聚合性和黏性。在現(xiàn)代制絲工程中,煮繭是關(guān)鍵環(huán)節(jié),煮繭可以使難溶絲膠向易溶絲膠轉(zhuǎn)化,其轉(zhuǎn)化關(guān)鍵在于煮繭的煮熟溫度。通過煮繭,可以軟化膨潤(rùn)絲膠,離解絲膠膠著點(diǎn),減少颣節(jié),使繭絲絲膠具有黏性,提高生絲質(zhì)量,降低繭耗,提高生產(chǎn)效率[6]。煮繭包含滲透、煮熟、調(diào)整、保護(hù)等工藝流程,其中煮熟包含了吐水、蒸煮兩個(gè)過程,通過蒸汽熱能使繭腔的水達(dá)到一定溫度產(chǎn)生汽化沸騰吐出繭層,然后蒸汽能量進(jìn)入繭層內(nèi)部,煮熟繭層。

真空滲透只能濕潤(rùn)繭層,沒有煮熟功能,絲膠膨潤(rùn)程度不夠。在自動(dòng)繅索緒過程中,雖然也有90 ℃以上的高溫區(qū),但其功能是使蠶繭表面絲膠膨潤(rùn)軟化,引出緒絲。在索緒鍋中,鮮繭繭腔中含有水,熱能只能作用在蠶繭的表層,并且時(shí)間短,繭層的表層和中內(nèi)層的溫差很大,索緒湯鍋的熱量無法使繭層內(nèi)部溫度達(dá)到90 ℃以上,故只能促進(jìn)表層繭絲絲膠的膨潤(rùn)、溶失,并且極不均勻。如果開高索緒溫度,又會(huì)使蠶繭表層過熟,甚至煮崩潰,其結(jié)果是增大繭耗,增加萬米吊糙,因此索緒達(dá)不到煮熟繭層的目的。

煮繭技術(shù)的理論研究和工藝是建立在干繭繅絲基礎(chǔ)上,設(shè)備采用機(jī)外真空滲透+長(zhǎng)籠煮繭機(jī)、減壓自動(dòng)煮繭機(jī)。長(zhǎng)籠煮繭機(jī)吐水依靠飽和蒸汽的熱能,將蒸汽能量通過繭層傳遞到繭腔,使繭腔的水產(chǎn)生氣化,在繭腔內(nèi)溫度達(dá)到一定程度并產(chǎn)生一定壓力后才能發(fā)生吐水。根據(jù)徐帥等[7]測(cè)試的干繭吐水表明:當(dāng)繭腔溫度上升到85 ℃時(shí),開始吐水;溫度達(dá)到95～98 ℃時(shí),吐水較快,為吐水的主要部分;溫度達(dá)到99 ℃時(shí),吐水趨于結(jié)束。吐水的快慢,主要取決于繭腔內(nèi)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(shí)間的長(zhǎng)短,不同的原料溫度有一定差別。在實(shí)際生產(chǎn)中,采用測(cè)試?yán)O腔外部溫度,即蒸煮室室溫,一般情況下,蒸煮室室溫達(dá)到100 ℃時(shí)繭腔水溫才能達(dá)到98 ℃。吐水的機(jī)理是隨著溫度的上升,水分的蒸發(fā)愈加劇烈,導(dǎo)致繭腔內(nèi)部壓強(qiáng)變大;另一方面,絲膠發(fā)生膨潤(rùn)溶解,水分子、絲膠分子動(dòng)能加大,水、汽分子更易進(jìn)出繭層,這時(shí)水便流出。吐水過程伴隨著絲膠溶失,如果絲膠溶失過度,會(huì)將繭層煮成網(wǎng)狀,根據(jù)干繭繭層絲膠溶解率與溫度的關(guān)系[8],絲膠溶解率隨水溫的升高而增加,當(dāng)水溫升到80 ℃以上時(shí),絲膠溶解率急劇增加。鮮繭由于沒有烘干環(huán)節(jié),絲膠變性小,抗煮性差,更加容易溶失。鮮繭吐水,同樣需要較高的溫度,但高溫會(huì)將繭層煮崩潰,因此長(zhǎng)籠煮繭機(jī)煮鮮繭只能采用低溫不吐水方法,本質(zhì)上是表煮,沒有煮熟繭層。

鮮繭繅絲由于缺少蠶繭繭層煮熟這個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié),繭絲絲膠得不到充分膨潤(rùn)和適當(dāng)溶失,膠著點(diǎn)沒有打開,降低了清潔、潔凈成績(jī);絲膠缺少黏性,嚴(yán)重影響抱合成績(jī);同時(shí)鮮繭繅絲繭耗、生產(chǎn)效率的潛力沒有得到充分挖掘。

2 減壓煮繭技術(shù)煮鮮繭的工藝研究及實(shí)踐

2.1 減壓煮鮮繭的機(jī)理

水的沸點(diǎn)溫度隨著真空度的提高而降低,其變化規(guī)律如表1所示。即在一定的真空度下,水可以在較低溫度下實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)和沸騰,從而增加水分子動(dòng)能。減壓煮繭技術(shù)應(yīng)用這個(gè)原理,在吐水工藝中采用“真空+蒸汽”方法[9],如圖1所示。減壓煮繭機(jī)罐體采用雙向進(jìn)汽管設(shè)計(jì),在吐水時(shí)段,通過程序設(shè)計(jì)使減壓煮繭機(jī)主罐上進(jìn)蒸汽、下抽真空,或者下進(jìn)蒸汽上抽真空的不同組合,形成負(fù)壓狀態(tài),降低水的沸點(diǎn),實(shí)現(xiàn)低溫吐水。真空降低水的沸點(diǎn)、蒸汽給予蠶繭熱能,繭腔吐水溫度比傳統(tǒng)技術(shù)降低20 ℃以上,有效地控制了絲膠溶失率。

表1 水的沸點(diǎn)與真空度對(duì)應(yīng)關(guān)系

圖1 “真空+蒸汽”吐水方法示意

減壓自動(dòng)煮繭機(jī)以罐蓋可啟閉的密閉式罐體為結(jié)構(gòu)主體,鮮繭在一定真空狀態(tài)下吐水、蒸煮,大幅降低了水沸騰溫度,熱傳遞采用負(fù)壓狀態(tài)下對(duì)流方式,提高了蒸汽熱交換能力和均勻程度。鮮繭通過真空滲透后繭腔內(nèi)充滿大量低溫水,水溫一般在28～35 ℃,這時(shí)蠶繭繭層得到濕潤(rùn),繭層間隙含有一定水分,但并沒有滲入到絲膠分子內(nèi)部,需要在一定能量情況下將水吐出,增加繭層膨潤(rùn)程度。單純采用較高的真空也能將繭腔的水吐出,但由于沒有熱能量,只起到逆滲透作用,達(dá)不到膨潤(rùn)絲膠的目的,因此減壓煮繭在吐水、蒸煮過程中,采用“真空+蒸汽”方法。經(jīng)測(cè)試,某莊口鮮繭在吐水、蒸煮時(shí)的罐體內(nèi)的真空度、溫度變化情況如圖2所示,不同莊口工藝參數(shù)有差別,但規(guī)律基本一致。

圖2 鮮繭吐水、蒸煮過程中真空度和溫度變化曲線

該莊口鮮繭吐水過程中,真空度在0→-0.06→-0.085→-0.093→-0.095→-0.06 MPa區(qū)間變化,溫度從36→44→52→68 ℃,呈現(xiàn)逐步上升,特別是在繭腔吐水峰值后,溫度快速上升、真空度降低。根據(jù)表1中水的沸點(diǎn)與真空度對(duì)應(yīng)關(guān)系得知,真空度越高水的沸點(diǎn)越低,減壓煮繭吐水工藝處理過程中,在“真空+蒸汽”的實(shí)施下,繭腔的水處于沸騰狀態(tài),沸騰汽化的作用增加了水分子動(dòng)能,隨著溫度提高,繭腔中的水吐出。經(jīng)過長(zhǎng)期的工藝測(cè)試表明:干繭在75 ℃、鮮繭在70 ℃以下繭腔可以吐完水,達(dá)到工藝要求,在此溫度下吐水不會(huì)導(dǎo)致絲膠大量溶失。吐水狀態(tài)可以通過圖1中的上視鏡、下視鏡觀察。吐水結(jié)束后程序進(jìn)入蒸煮時(shí)序,在蒸煮過程中,罐體有一定真空度,送入的蒸汽在罐體內(nèi)流動(dòng)形成熱對(duì)流,能快速進(jìn)入到鮮繭中、內(nèi)層,蒸煮溫度可以達(dá)到90～100 ℃,由于繭腔沒有水介質(zhì),絲膠也不會(huì)大量溶失,絲膠得到充分膨潤(rùn),可將蠶繭繭層煮熟、煮勻。

2.2 減壓煮鮮繭工藝研究

減壓自動(dòng)煮繭機(jī)采用PLC程序控制,煮繭生產(chǎn)過程的全封閉、真空滲透與煮繭一體化結(jié)構(gòu)、自動(dòng)化運(yùn)行[10],完成蠶繭真空滲透、繭腔雙向減壓吐水、蠶繭雙向減壓蒸煮、煮熟平衡、調(diào)整保護(hù)等煮繭工藝及流程。每個(gè)煮繭流程包含若干個(gè)時(shí)段,煮繭程序共設(shè)置40個(gè)時(shí)序,即T1～T40。減壓自動(dòng)煮繭機(jī)的煮繭方法是將蠶繭放置到主罐中,蠶繭煮繭過程靜置密封,設(shè)備結(jié)構(gòu)采用雙向進(jìn)汽管設(shè)計(jì),煮熟時(shí)雙向交替進(jìn)汽方式進(jìn)行吐水、蒸煮,邊減壓(抽真空)邊進(jìn)蒸汽,蒸汽與真空形成對(duì)流,罐內(nèi)蒸汽溫度迅速均勻,蠶繭吐完水后,繭層含水充分,在蒸煮時(shí)蒸汽熱能才能進(jìn)入到繭層中、內(nèi)層,從而煮熟煮勻繭層。主要工藝參數(shù)為滲透水溫和調(diào)整水溫的設(shè)置、煮繭過程中時(shí)間設(shè)置、吐水和蒸煮時(shí)跳轉(zhuǎn)溫度(達(dá)到設(shè)置溫度后程序自動(dòng)運(yùn)行到下個(gè)時(shí)序)設(shè)置,工藝參數(shù)設(shè)置好后,設(shè)備及工藝全自動(dòng)運(yùn)行。

2016年起首先在山東郯城某企業(yè)開展了減壓自動(dòng)煮繭機(jī)煮鮮繭的生產(chǎn)實(shí)踐,之后在全國(guó)繭絲綢主產(chǎn)區(qū)進(jìn)行了工藝研究、探索,不斷研發(fā)鮮繭煮繭程序并進(jìn)行測(cè)試、驗(yàn)證、總結(jié)、完善,建立起一套完整的適用于鮮繭繅絲的煮繭技術(shù)體系及工藝路線,其關(guān)鍵流程的工藝如下。

2.2.1 滲 透

鮮繭冷庫處理有冷藏、冷凍兩種方法,內(nèi)染、死籠較多的蠶繭采用冷凍處理為宜,在滲透后蛹體還沒完全解凍情況下吐水,避免蛹體污染物質(zhì)影響繭層。由于各地氣溫差別很大及蠶繭出庫時(shí)間有所不同,滲透溫度要靈活控制,一般在32～45 ℃,以鮮繭滲透復(fù)壓后罐體溫度控制在28～30 ℃為宜。如果滲透溫度設(shè)置過低,繭腔水溫度低,從而造成蠶繭吐水困難。鮮繭繭層網(wǎng)狀空隙比干繭大,因此抽真空的時(shí)間可以適當(dāng)減少,滲透工藝如表2所示。

表2 真空滲透工藝參數(shù)設(shè)置

2.2.2 吐 水

設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行將滲透水排出主罐后進(jìn)行吐水工藝處理。由于繭層有一定厚度,為了使繭層均衡含水,在吐水時(shí)先采用下進(jìn)蒸汽上抽真空方法,將主罐下層鮮繭的繭腔水吐完并轉(zhuǎn)移到輔罐;然后通過時(shí)序T17將主罐上層鮮繭繭腔水吐完。吐水情況可以通過主罐下視鏡觀察,如果吐水過慢,可以提高滲透溫度2～3 ℃,反之降低滲透溫度,吐水工藝設(shè)置包括時(shí)間設(shè)置和跳轉(zhuǎn)溫度設(shè)置,工藝控制要求如表3所示。

表3 吐水工藝參數(shù)設(shè)置

2.2.3 蒸 煮

在蒸煮過程中,通過上進(jìn)蒸汽主輔罐連通(T18)、下抽真空將主罐積水排入輔罐(T19)、下進(jìn)蒸汽(T20)、靜置(T21)完成蠶繭繭層煮熟,真空度逐步減少,溫度增加,工藝控制如表4所示。

表4 蒸煮工藝參數(shù)設(shè)置

2.2.4 調(diào)整、保護(hù)

采用“真空+進(jìn)水”方法完成蠶繭調(diào)整吸水[11],一般調(diào)整水溫設(shè)置為35～45 ℃,即邊抽真空邊依次進(jìn)調(diào)整水、滲透水、常溫水,進(jìn)入不同溫度的水起到降溫保護(hù)鮮繭外層作用。調(diào)整吸水時(shí)繭腔中含有水蒸氣,遇到水后急劇收縮,蠶繭吸入水,真空的作用將蠶繭膨脹起來,水產(chǎn)生沸騰,水分子能夠均勻地進(jìn)入到繭層、繭腔,提高了繭層吸水能力,繭層增厚效果明顯,繭絲絲膠膠著力降低,離解好,繭腔氣泡小,工藝如表5所示。

表5 調(diào)整吸水工藝

繭腔吸完水后,對(duì)主罐抽出一部分水后采用主罐上淋常溫水、下排部分水,進(jìn)一步降溫,起到保護(hù)外層絲膠作用,出繭溫度一般控制在30～35 ℃。

減壓煮繭機(jī)煮鮮繭的工藝設(shè)置及優(yōu)化,要根據(jù)原料冷藏、冷凍工藝情況來優(yōu)選滲透溫度;通過測(cè)試原料的解舒率、繭層率等蠶繭繭質(zhì)工藝指標(biāo),來確定吐水、蒸煮溫度及時(shí)間參數(shù)設(shè)置;結(jié)合黑板清潔潔凈成績(jī),來進(jìn)一步精準(zhǔn)修正工藝。

3 減壓煮鮮繭技術(shù)應(yīng)用及效果

自2016年在山東開始應(yīng)用減壓自動(dòng)煮繭機(jī)煮鮮繭,取得了明顯成效,近幾年來在山東、江蘇、云南、廣西等地的諸多企業(yè)得到推廣應(yīng)用,對(duì)提高生絲質(zhì)量、降低繭耗、提高生產(chǎn)效率起到了顯著作用。

3.1 提高生絲品質(zhì)

3.1.1 挖掘繭質(zhì)潛力

鮮繭通過減壓煮繭后,絲膠得到充分膨潤(rùn),解舒率顯著提高,解舒光折大幅降低。繭質(zhì)測(cè)試對(duì)比如表6所示。

表6 減壓煮繭與真空滲透繭質(zhì)測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比

3.1.2 提高清潔、潔凈成績(jī)

通過“真空+”技術(shù),打開絲膠膠著點(diǎn),清潔、潔凈成績(jī)大幅提高,生絲質(zhì)量關(guān)鍵指標(biāo)清潔、潔凈成績(jī)對(duì)比如表7所示。對(duì)照生絲標(biāo)準(zhǔn)制約質(zhì)量的核心指標(biāo)潔凈成績(jī)由4A級(jí)提高到5A級(jí)以上水平,生絲等級(jí)提高接近1個(gè)等級(jí)。

表7 清潔、潔凈成績(jī)對(duì)比

3.1.3 提高抱合成績(jī)

鮮繭通過煮繭,煮熟、煮勻了蠶繭外中內(nèi)層,絲膠有黏性,生絲抱合成績(jī)?cè)诳椩鞆S經(jīng)緯線浸漬后大幅提升[12],通過海關(guān)測(cè)試的抱合成績(jī)對(duì)比如表8所示。

表8 抱合成績(jī)對(duì)比

鮮繭通過減壓自動(dòng)煮繭機(jī)煮繭,繅制的生絲抱合從110次下降到緯線浸漬后的71次,下降比例為35.5%;鮮繭只滲透后繅絲,抱合次數(shù)從浸漬前的92次,急劇下降到緯線浸漬后的34次,下降比例為63%。長(zhǎng)籠煮繭抱合成績(jī)變化規(guī)律與真空滲透變化規(guī)律基本接近,從變化趨勢(shì)來看,減壓煮鮮繭抱合成績(jī)得到顯著改善。

3.1.4 提高生絲等級(jí)

廣西某制絲企業(yè)之前采用真空滲透后繅絲,生絲廠檢等級(jí)4A,采用減壓煮鮮繭繅制的等級(jí)達(dá)到5A標(biāo)準(zhǔn)。隨機(jī)抽取10批生絲,經(jīng)浙江湖州公檢等級(jí)為5A33,其中清潔平均成績(jī)?yōu)?9.50分、潔凈平均成績(jī)94.83分,達(dá)到了高等級(jí)生絲質(zhì)量要求,織造企業(yè)用于高端綢緞生產(chǎn),使用效果良好。

3.2 降低繭耗、提高生產(chǎn)效率

鮮繭經(jīng)過減壓煮繭機(jī)煮繭后,繭絲離解程度得到提高,解舒率可以提高5個(gè)百分點(diǎn)以上。在繅絲生產(chǎn)中,車頭索理緒效率得到提高,落緒繭、回索繭減少,緒絲量降低,蛹襯變薄,大幅降低了繭耗。表9為各地企業(yè)生產(chǎn)對(duì)比情況。

表9 各地制絲企業(yè)繭耗對(duì)比

各地制絲企業(yè)采用減壓煮繭與真空滲透方法處理鮮繭,測(cè)試的萬米吊糙和繅絲車速對(duì)比表明,萬米吊糙一般下降0.2～0.5次,繅絲車速提高10～20 r/min,特別是對(duì)解舒率較低的原料,改善作用更加顯著。

3.3 提高噸絲效益

利用減壓自動(dòng)煮繭機(jī)煮鮮繭,生絲質(zhì)量提高1個(gè)等級(jí),生絲銷售價(jià)格提高5 000元/t以上;消耗降低13 kg,按單價(jià)45元/kg計(jì)算,噸絲繭耗節(jié)約5 850元;生產(chǎn)效率提高5%以上,噸絲加工費(fèi)下降2 000元左右,噸絲提質(zhì)降耗綜合增效可達(dá)1.2萬元以上,經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4 結(jié) 論

通過對(duì)減壓自動(dòng)煮繭機(jī)煮鮮繭的工藝研究表明,采用“真空+蒸汽”的方法,降低了吐水溫度,有效控制了絲膠溶失率;在繭腔不含水的狀態(tài)下進(jìn)行負(fù)壓蒸煮,蒸汽熱能通過熱對(duì)流方式快速進(jìn)入鮮繭中、內(nèi)層,達(dá)到均勻煮熟繭層的目的,使繭層絲膠充分均勻膨潤(rùn)軟和。經(jīng)生產(chǎn)驗(yàn)證,減壓自動(dòng)煮繭機(jī)煮鮮繭,生產(chǎn)的生絲清潔、潔凈、浸漬后抱合成績(jī)得到明顯提高,突破了鮮繭絲質(zhì)量瓶頸,使鮮繭絲可用于高端綢緞生產(chǎn),鮮繭噸絲綜合效益顯著提高。

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