高效濕法水刺技術(shù)助力生產(chǎn)可持續(xù)非織造布

余世偉 愛康美（上海）新材料科技有限公司

一 可持續(xù)濕法水刺非織造布概況

濕法水刺非織造布可以使用天然纖維為原材料，是近年來發(fā)展較快的可持續(xù)材料之一，備受市場關(guān)注。主要原料為木漿、粘膠纖維和萊賽爾纖維。近年來，濕法水刺非織造布原料范圍擴大，包括黃麻纖維、椰子纖維、棉花纖維、碳纖維、芳綸纖維和蔗渣纖維等。

濕法水刺非織造布應(yīng)用廣泛，主要包括濕廁紙、嬰兒擦拭巾、消毒擦拭巾、衛(wèi)生巾、溢乳墊、玻璃纖維工業(yè)用品、鋰電池隔膜及碳纖維基布等。

二 可持續(xù)濕法水刺非織造布生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)存問題

在發(fā)展過程中，可持續(xù)濕法水刺非織造布的生產(chǎn)技術(shù)也存在一些問題，主要有以下幾個方面：

其一，產(chǎn)量低。造成產(chǎn)量低的主要原因有兩大方面：設(shè)備配置比較低，水泵流量、電機功率等因素造成流量不足，無法高速流動成網(wǎng)；制造精度低，設(shè)備焊接精度，光潔程度較差。這兩大因素最終導(dǎo)致強度不夠、疵點嚴重、均勻度差，因此需降低產(chǎn)量保證生產(chǎn)，導(dǎo)致單位成本激增。

其二，能耗高。目前多數(shù)國產(chǎn)濕法水刺生產(chǎn)線采用紡織用小直徑烘筒進行接觸式干燥。烘筒干燥成本遠高于熱風(fēng)穿透干燥，且不存在熱循環(huán)和余熱利用，具體成本如表1所示。

表1 不同干燥方式的成本

其三，數(shù)字化程度低。數(shù)字化程度低導(dǎo)致纖網(wǎng)質(zhì)量不穩(wěn)定，工藝頻繁修改，設(shè)備生產(chǎn)效率低。自動化程度低就需要多人維護生產(chǎn)線，因此人工成本增加。同時還會導(dǎo)致備品備件消耗增加，原材料消耗增加，水處理的負載壓力增加。以上問題綜合導(dǎo)致生產(chǎn)線運行成本居高不下。

三 可持續(xù)高效濕法水刺非織造布生產(chǎn)技術(shù)

針對以上3類比較突出的問題，安德里茨推出了最新的解決應(yīng)對辦法。安德里茨高效濕法水刺非織造布生產(chǎn)線的組成部件主要包括：制漿系統(tǒng)、開松/混合系統(tǒng)、高速梳理機、濕法成網(wǎng)系統(tǒng)、水刺機、熱風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)、烘干機、收卷機，并在智能控制、烘干機結(jié)構(gòu)提升和節(jié)能、水循環(huán)高效利用方面實現(xiàn)了突破。

圖1 安德里茨濕法水刺非織造布生產(chǎn)線示意圖

1 智能控制系統(tǒng)

METRIS OPP數(shù)字化生產(chǎn)系統(tǒng)能夠增強工藝穩(wěn)定性、提高設(shè)備利用率、增加總產(chǎn)能、產(chǎn)線各部分快速響應(yīng)、降低能源成本、降低原材料成本和支持遠程不停機診斷。

在提高工藝穩(wěn)定性方面，傳統(tǒng)的工業(yè)PLC控制只能看見參數(shù)設(shè)定，無法和其他工序進行有效溝通，也無法看到電機目前的運行情況和各個部件的機械溫度變化。METRIS OPP智能控制系統(tǒng)可以清楚地看見各個單元的電機運行情況、效率分析，同時可以隨時隨地的進行遠程技術(shù)支持，提高了工藝穩(wěn)定性。

圖2 傳統(tǒng)和智能控制系統(tǒng)顯示差異

工藝性能優(yōu)化，降低能源成本。以熱風(fēng)穿透式烘干機的監(jiān)控為例，智能控制系統(tǒng)會持續(xù)監(jiān)控生產(chǎn)線烘干參數(shù)，當設(shè)備出現(xiàn)偏離正常工作范圍后發(fā)出提示，為客戶的生產(chǎn)工藝調(diào)整提供支持。

圖3 智能控制系統(tǒng)發(fā)出提示

METRIS OPP數(shù)字化生產(chǎn)系統(tǒng)還會根據(jù)各個參數(shù)點反饋的數(shù)據(jù)自動修復(fù)設(shè)備保養(yǎng)意見，避免過度保養(yǎng)或者漏掉保養(yǎng)。并且支持一鍵切換訂單，根據(jù)生產(chǎn)訂單安排自動改變喂料系統(tǒng)，根據(jù)生產(chǎn)線產(chǎn)量情況自動安排切換時間，最大程度節(jié)約訂單切換過程中的原材料損耗。同時還可以和企業(yè)APP小程序聯(lián)動，客戶可以實時查看訂單生產(chǎn)狀態(tài)、訂單成本情況、訂單產(chǎn)品目前的次品情況、損耗情況及能否按時交貨。

Metris OPP系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展多年，有很多成功的應(yīng)用案例，如土耳其的Sapro水刺非織造布工廠在安裝Metris OPP系統(tǒng)后，工廠產(chǎn)量得到顯著提升，原料消耗明顯下降。工廠的生產(chǎn)效率，包括成品率、備件損耗和原材料意外損耗都在安裝前和安裝后出現(xiàn)明顯的變化，每年產(chǎn)生的成本高達990萬元人民幣。

2 烘干機結(jié)構(gòu)提升和節(jié)能系統(tǒng)

目前市場上主流的兩種烘干機網(wǎng)型——沖孔網(wǎng)和焊接蜂巢網(wǎng)。沖孔網(wǎng)的主要缺點是開孔率低，最高開孔率55%，不利于熱風(fēng)的高效利用，影響烘干效果，造成能耗上漲。焊接蜂巢網(wǎng)雖然解決了開孔率的問題，但這種結(jié)構(gòu)對焊接工藝要求高，同時會造成圓網(wǎng)本體重量過高，增加設(shè)備制造及維護成本。

安德里茨最新的U型轉(zhuǎn)鼓的設(shè)計特點包括：超大開孔率，面積高達96%；可在低壓下實現(xiàn)高流量氣流，從而實現(xiàn)極為有效的干燥；U型轉(zhuǎn)鼓由100%不銹鋼制成；工作寬度可達6m，生產(chǎn)線最大轉(zhuǎn)速1,200m/min。上下兩個圓網(wǎng)熱流獨立運行，互不干擾。這種設(shè)計的優(yōu)點是節(jié)約場地，同時增加包角和行程，熱能利用率大大提升，最大限度利用能源，減少碳排放。

圖4 沖孔網(wǎng)和U型轉(zhuǎn)鼓熱能效果對比

表2所示為烘干設(shè)備改進后能耗對比。可明顯看出前后變化，通過改進結(jié)構(gòu)可以使熱能得到有效利用從而降低能耗水平。

表2 烘干設(shè)備改造前后的能耗和成本對比

另外，烘干機運行過程中會排出大量的濕氣，這部分的熱能很可觀。通過設(shè)計改造，安德里茨推出了創(chuàng)新的脫水解決方案，采用烘干機的排濕熱源，通過熱風(fēng)噴嘴加熱抽吸區(qū)域，提高抽吸效果。水刺非織造布進入烘干機水分含量可以降低35%，節(jié)約天然氣用量。從表3可以看出，此改造帶來每年約10萬歐元的收益。

表3 脫水系統(tǒng)改造前后的能耗對比

3 水循環(huán)高效利用

表4 水循環(huán)系統(tǒng)節(jié)約用水情況

全閉環(huán)水處理循環(huán)系統(tǒng)，水利用率達到98%（接近0排放），且占地面積小（縮小30%面積），水利用率高（98%以上循環(huán)率），排污管道定點分流，可以智能控制藥劑比例（根據(jù)濁度），最大限度減少了反沖洗次數(shù)。