复杂工程问题习题：PET-POY高速纺丝生产工艺单设计与分析

化学纤维生产过程中，生产工艺条件的合理设计，是保证生产过程顺利实施和纤维产品质量稳定的重要环节，是一个复杂工程问题。纺丝生产工艺和后加工工艺条件的设计一般由工艺技术员制定实施。本课程中作为练习题，由学生综合应用所学知识，练习设计制定生产工艺单，并课堂点评工艺单，对设计中的典型错误进行重点讲解，加深学生对化学纤维加工工艺学知识的学习理解，提高实践应用能力。

评价标准

能根据原料的热性能合理设定切片纺螺杆挤压机六个区的加热温度；
能理解纤维线密度、纺丝速度和上油率等概念，会计算线密度、泵供量和泵转速等工艺参数；
能应用纺丝热力学知识，合理设定冷却吹风工艺参数；
能应用卷绕原理，计算横动速度、卷绕速度等卷绕工艺参数。

能从上述四点分析、计算工艺参数，满分100分。理解2/3以上内容的可及格。

习题内容

根据销售计划，15E8生产线生产268dtex/72f POY，纺丝速度3200m/min，卷绕丝满卷重量12kg。设定POY的上油率为0.40%，油剂乳化液浓度为12%，油剂乳化液密度假设为1.00 g/cm3。聚酯熔体密度为1.3 g/cm3。

已知生产线上现有纺丝计量泵规格为2.4cc/r，油剂泵规格为0.06 cc/r；选用恒逸生产的聚酯原料切片，其特性黏度为0.64dl/g，熔点为260℃，干切片含水率小于50ppm。

请根据上述条件，模拟制定出PET-POY高速纺丝生产工艺单，并应用相关理论知识，简要说明纺丝温度、计量泵转速、喷丝板规格选用、冷却吹风、横动速度和卷绕速度等工艺参数设计的依据。

内容：PET-POY高速纺丝生产工艺单

原料准备 选用恒逸生产的聚酯原料切片，特性黏度为0.64dl/g，熔点为260℃，干切片含水率小于50ppm。
切片纺螺杆挤压机加热温度设定 根据聚酯熔体密度为1.3 g/cm3，设定切片纺螺杆挤压机六个区的加热温度为：190℃，230℃，265℃，280℃，290℃，295℃。
计量泵转速和喷丝板规格选用 根据生产线上现有纺丝计量泵规格为2.4cc/r，纺丝速度为3200m/min，线密度为268dtex/72f，计算出泵供量为：2.4cc/r * 3200m/min * 268dtex * 72f / 9000 = 168.96 g/min。

根据上油率为0.40%，油剂乳化液浓度为12%，油剂乳化液密度为1.00g/cm3，计算出油剂泵转速为：0.0004 * 168.96 / (12% * 1.00 * 0.06 cc/r) = 2800 rpm。

根据线密度和纺丝速度，选用喷丝板规格为：0.15mm4.5mm60°。

冷却吹风工艺参数设定 根据纺丝热力学知识，设定冷却吹风温度为25℃，冷却吹风流量为0.2m3/min。
横动速度和卷绕速度计算 根据卷绕原理，设定横动速度为0.1m/s，卷绕速度为1500m/min。

设计依据：

切片纺螺杆挤压机加热温度设定: 根据聚酯熔体密度和熔点，合理设定加热温度，以确保熔体质量稳定，纤维线形成良好。
计量泵转速和喷丝板规格选用: 根据纺丝速度、线密度、上油率和油剂乳化液参数，计算出泵供量和油剂泵转速，选用合适的喷丝板规格，以确保纤维线均匀、上油率稳定。
冷却吹风工艺参数设定: 根据纺丝热力学知识，设定冷却吹风温度和流量，以确保纤维线冷却、固化。
横动速度和卷绕速度计算: 根据卷绕原理，计算出横动速度和卷绕速度，以确保纤维线卷绕稳定、满卷重量符合要求。