CN100513670C - 超临界二氧化碳染色连续化生产装置及连续化染色方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及超临界二氧化碳染色连续化生产装置及连续化染色方法，用于织物的染色，它公开了在预热器后通过管道连接一个可通过阀门切断的独立运行的染色循环系统装置，并之后有一个可由阀门切断的独立的染料及二氧化碳回收系统装置，再通过管道与二氧化碳储罐相连通。本发明的连续化染色方法是经加压预热后的超临界二氧化碳进入一个染料及染色集成釜中，溶解染料后被织物吸附，二氧化碳则从釜排出，由高压泵升压后再进入釜中的染色的循环，完成后切换至另一染料及染色集成釜中染第二批预染织物，当整个染色结束时，关闭染色循环系统装置，将二氧化碳切至染料、二氧化碳回收装置中回收后，二氧化碳经冷凝为液体回到储罐，从而实现不间断地连续染色。

Description

超临界二氧化碳染色连续化生产装置及连续化染色方法

技术领域

本发明涉及染整行业的装置，具体地说是超临界二氧化碳染色装置。

背景技术

众所周知，一般民用工业中染整行业是最大污染源头，世界各国均在从设备到工艺上进行无污染化研究，在这些研究项目中，较为先进的有超临界二氧化碳染色，它有从设备到工艺的全新路线，彻底淘汰了传统的生产设备及工艺方法，使染色达到无污染化生产的境地。同时超临界二氧化碳染色上色快，达到传统工艺的5-10倍，且均染和透染性好，可以实现98％以上的上染率，染料和二氧化碳可以重复使用，而且还不需要分散剂、均染剂、缓冲剂等化学物品，可以免去还原清洗和烘烤过程，使用二氧化碳具有不燃、无毒和价格低廉等优点。目前的超临界二氧化碳染色已有些专利公告，其设备和实施方法大同小异，最关键的是每次染色时整套设备同时运转使得能耗较高，而且都不能实现工业化连续生产。如中国专利申请号200510047767.0超临界二氧化碳染色装置及其工艺方法中记载的在第一批次织物染色时，将液态二氧化碳预热后进入染料釜溶解染料，尔后输入到染色釜染色，染色后融有染料的二氧化碳液体依次通过分离器、冷凝器送回至贮罐，完成一次染色全过程，如进行第二批次织物染色时又重新重复这一个过程。我们可清楚看到染一批织物时全系统均启动，染完这批织物时全系统均停止动作，这是其一；其二是耗费工时长，如先溶解染料在染料釜，尔后再去染色釜中染色，这就势必造成管道多，阻力大，清洗不便；因此造成染色运作成本高，效率低，无法达到工业化的起码要求，所以目前的这些专利以及各种资料的报道，都仍处于实验室阶段。

发明内容

本发明的目的之一是提供至少有两台集成式染料染色釜且可切换的生产设备，它由独立的染色循环系统和染料及二氧化碳回收系统组成，可方便的交替运作且节约能源，实现连续化工业生产。

本发明的再一个目的提供超临界二氧化碳连续化染色方法。

本发明超临界二氧化碳染色连续化生产装置的技术解决方案是，在现有大循环系统装置的二氧化碳储罐，过冷器，主高压泵，预热器，加热器，染料分离器，冷凝器，控制阀门，温度表，压力表的基础上，本发明特别是在预热器后通过管道连接一个可通过阀门切断的独立运行的染色循环系统装置，在染色循环装置后有一个可由阀门切断的独立的染料及二氧化碳回收系统装置，染料及二氧化碳回收装置后通过管道与二氧化碳储罐相连通。

以上本发明所述独立的染色循环系统装置是通过管道阀门与大循环系统装置形成可切断式的连通。

本发明所述的独立的染色循环系统装置中至少并列设置有两台独立染料及染色集成釜。

以上本发明的独立的染色循环系统装置的管道上设置有高压循环泵。

本发明的染料及染色集成釜有釜体、釜盖、釜体外夹套，夹套的热油入口及出口，釜底的二氧化碳进出口，在釜体内上方设置一个织物上挡板隔离形成的一个封闭空间，该空间内设置有上染料盒，织物上挡板中心区有通孔；釜体内下方设置有织物下挡板隔离形成的一个连通的空间，该空间内设置有下染料盒，织物下挡板和釜体内壁的间隙形成二氧化碳流动通道，釜体内有一个与其同轴心的多孔管，多孔管上端与织物上挡板中心区通孔吻合固定，多孔管下端与织物下挡板相固定，多孔管外壁由不锈钢网全面覆盖。

以上本发明的独立的染料及二氧化碳回收装置有通过管道并且可通过阀门切断独立运行的串列设置的加热器，染料分离器，冷凝器。

本发明的超临界二氧化碳连续化染色方法的技术解决方案是，从二氧化碳储罐出来的二氧化碳经过冷器冷却后进入主高压泵加压至10-45Mpa，然后进入预热器加热至100-230℃，预热后的超临界二氧化碳从两个染料染色集成釜其中之一的上方或下方进入，首先与染料盒中的染料接触，溶解了染料的二氧化碳通过分配装置，由里向外或由外向里与织物接触，使染料吸附到织物上，二氧化碳则从釜的下方或上方排出，由高压循环泵升压后再进入染料染色集成釜进行染料溶解，织物吸附的循环，直至染色完成。该釜染色结束后，通过阀门，将超临界二氧化碳切换至另一已预先装好第二批次预染织物的染料染色集成釜内，采用上述步骤进行第二批次的染色，从而实现不间断地连续染色。当整个染色生产结束时，通过阀门关闭染色循环系统，将二氧化碳切换至染料和二氧化碳回收系统，溶解有染料的二氧化碳经过减压、升温使染料在二氧化碳中的溶解度接近于零，然后进入染料分离釜进行染料回收，而二氧化碳则进入冷凝器凝结成液体回到二氧化碳储罐。

本发明的集成式染料染色釜：容积为150L—10000L，设计压力45MPa，最高工作温度180℃，顶部为卡箍快开结构，以确保染色结束后实现全膛快开。采用组合式金属聚四氟密封圈密封。其内部设计有上下两个染料盒，染料盒的上盖可拆卸，用于装入染料，染料盒的上盖、底部及周边装有不锈钢烧结过滤网，过滤精度5μ，以防止染料的泄漏。染色釜的内件设计有可拆式多孔管，上面设有过滤网，用于缠绕织物和二氧化碳的分布。釜体外面设有夹套，用于染色釜的保温和冷却。

本发明的染料分离釜：容积为24L—1000L，设计压力16MPa，最高工作温度100℃，顶部是螺纹快开结构(小于100L)和卡箍快开结构(100L以上)，釜内上部设有不锈钢烧结过滤网，过滤精度5μ，以防止染料的泄漏。釜体外面设有夹套，用于釜的保温加热。

本发明的二氧化碳储罐：容积为300L—10000L，设计压力8MPa，最高工作温度30℃，顶部设有二氧化碳入口，安全阀接口，压力表接口，排空口，底部二氧化碳出口，排污口，侧面装有液位计。

本发明的冷凝器：本设备结构为盘管式或列管式换热器，管程介质为二氧化碳，壳程介质为冷冻水，温度为7—7℃。

本发明的过冷器：本设备结构为套管式或列管式换热器，管程介质为二氧化碳，管外或壳程介质为冷冻水，温度为3—6℃。

本发明的预热器：本设备结构为盘管式或列管式换热器，管程介质为二氧化碳，壳程介质为导热油，温度为100—180℃。

本发明的加热器：本设备结构为盘管式或列管式换热器，管程介质为二氧化碳，壳程介质为热水水，温度为80—100℃。

本发明的主高压泵：为往复式柱塞泵，最大工作压力45MPa，二氧化碳流量为1—20m³/h，以变频方式控制流量。

本发明的高压循环泵：为轴流式离心泵，最大工作压力42MPa，最高工作温度为180℃，二氧化碳流量为5—40m³/h，以变频方式控制流量。

本发明的超临界二氧化碳染色连续化生产装置，其工艺改进方面的连续染色过程中仅启动染色循环系统，只有高压循环泵工作，而冷机、热油炉、主高压泵都处于关闭状态，使得能耗降到最低。

本发明的优点是采用了两台以上的染料染色集成釜，可以交替工作，以及有独立运行的染色循环系统装置及独立的染料及二氧化碳回收系统装置，和本发明超临界二氧化碳连续化染色方法，保证了本发明超临界二氧化碳染色连续生产工业化的实现。

附图说明

图1是本发明的装置构造示意图；

图2是本发明的染料及染色集成釜构造示意图。

具体实施方式

根据图1、2所示，本发明在现有大循环系统装置的二氧化碳储罐10，过冷器9，主高压泵8，预热器7，热油炉6，加热器3，染料分离釜4，冷凝器5，控制阀门，压力表，温度表的基础上，本发明在预热器7后通过管道连接一个可由阀门切断的独立运行的染色循环系统装置，独立运行的染色循环系统是通过管道阀门与大循环系统装置形成可切断式的连通；独立的染色循环系统装置中至少并列设置有两台独立的染料及染色集成釜1，在其管道上设置有高压循环泵2，图2所示染料及染色集成釜1有釜体33，釜盖22，夹套28，在釜底部有热油入口19，在釜身上部有热油出口27，釜底二氧化碳进出口20，釜体33上部二氧化碳进出口13、24，釜体内同轴心处设置有多孔管30，在釜体33内上方设置了一个织物上挡板26隔离形成的一个封闭空间，该空间内设置有上染料盒12，织物上挡板26中心区开有通孔；釜体33内下方设置有织物下挡板15隔离形成的一个连通的空间，织物下挡板15与釜体33内壁之间有二氧化碳流动通道，该空间内设有下染料盒18；釜体33内有一个与其同轴心的多孔管30，多孔管30上端与织物上挡板26中心区同心固定连接，多孔管30下端与织物下挡板15相固定，多孔管30外壁由不锈钢过滤网31全面覆盖。上染料盒12可拆式固定于织物上挡板26上表面，上染料盒内部设置有上不锈钢烧结过滤板11及下不锈钢烧结过滤板14。下染料盒18可拆式固定于织物下挡板15的下表面，下染料盒的底部为下染料盒过滤板17及不锈钢烧结过滤网18，下染料盒的盒身周边为不锈钢烧结过滤网16。织物上挡板26与织物下挡板15相对面上均设置有固定织物夹具，用于固定织物32。釜体33的侧壁为多层包扎式筒壁29。织物上挡板26周边上设置有防止二氧化碳短路的组合式聚四氟密封圈25。在釜体33顶部有一个锁定釜盖22的快开式卡箍21。在釜盖22下端部外围有组合式金属聚四氟密封圈23。本发明釜体33上部，在二氧化碳进出口24相应对侧有二氧化碳进出口13。在釜体33外部设有加热用的夹套28。

本发明在染色循环系统装置后通过管道连接有一个通过阀门可切断的独立运行的染料及二氧化碳回收系统装置，染料及二氧化碳回收系统通过管道与二氧化碳储罐10相连通，染料及二氧化碳回收系统通过阀门可切断独立运行且串列设置有加热器3、染料分离器4及冷凝器5。

根据图1所示，超临界二氧化碳连续化染色方法是从二氧化碳储罐出来的二氧化碳经过冷器冷却后进入主高压泵加压至10-45Mpa，然后进入预热器加热至100-230℃，预热后的超临界二氧化碳从两个染料及染色釜中之一的上方或下方进入，首先与染料盒中的染料接触，溶解了染料的二氧化碳通过分配装置，由里向外或由外向里与织物接触，使染料吸附到织物上，二氧化碳则从釜的下方或上方排出，由高压循环泵升压再进入染料及染色釜进行染料溶解，织物吸附的循环，直至染色完成，该釜染色结束后，通过阀门，将超临界二氧化碳切换至另一已预先装好第二批次预染织物的染料及染色集成釜内，采用上述步骤进行第二批次的染色，从而实现不间断地连续染色，当整个染色生产结束时，通过阀门关闭染色循环系统装置，将二氧化碳切换至染料、二氧化碳回收装置，溶解有染料的二氧化碳经过减压、升温使染料在二氧化碳中的溶解度接近于零，然后进入染料分离釜进行染料回收，而二氧化碳则进入冷凝器冷凝为液体回到二氧化碳储罐循环使用。

本发明的独立的染色循环系统装置中，可随生产规模需要而并列设置多台染料及染色集成釜。

Claims (6)

1、超临界二氧化碳染色连续化生产装置，它包括大循环系统装置的二氧化碳储罐、过冷器、最大工作压力45MPa的主高压泵、预热器、加热器、染料分离器、冷凝器、控制阀门、压力表及温度表，其特征是在预热器后，通过管道连接一个能由阀门切断的独立运行的染色循环系统装置，独立运行的染色循环系统装置中至少并列设置有两台独立的染料及染色集成釜，在染色循环系统装置后通过管道连接有一个能由阀门切断的独立的染料及二氧化碳回收系统装置，染料及二氧化碳回收装置后通过管道与二氧化碳储罐相连通。

2、根据权利要求1所述的超临界二氧化碳染色连续化生产装置，其特征是独立运行的染色循环系统装置是通过管道阀门与大循环系统装置进行能切断式的连通。

3、根据权利要求1所述的超临界二氧化碳染色连续化生产装置，其特征是独立运行的染色循环系统装置的管道上设置有最大工作压力42MPa高压的循环泵。

4、根据权利要求1所述的超临界二氧化碳染色连续化生产装置，其特征是染料及染色集成釜有釜体、釜盖、釜体外设有夹套，夹套上设有热油入口及出口，釜底和釜的上部均设有二氧化碳进出口，在釜体内上方设置一个织物上挡板隔离形成的一个封闭空间，该空间内设置有上染料盒，织物上挡板中心区有通孔，釜体内下方设置有织物下挡板隔离形成的一个连通的空间，该空间内设有下染料盒，织物下挡板与釜身内壁的间隙形成有二氧化碳流动通道，釜身内有一个与其同轴心的多孔管，多孔管上端与织物上挡板中心区同心固定连接，多孔管下端与织物下挡板相固定，多孔管外壁由不锈钢过滤网全覆盖。

5、根据权利要求1所述超临界二氧化碳染色连续化生产装置，其特征是独立的染料及二氧化碳回收系统有通过管道并且能通过阀门切断独立运行且串列设置的加热器，染料分离器，冷凝器。

6、超临界二氧化碳连续化染色方法，其特征是从二氧化碳储罐出来的二氧化碳经过冷器冷却后进入主高压泵加压至10-45MPa，然后进入预热器加热至100-230℃，预热后的超临界二氧化碳从两个染料及染色集成釜其中之一的上方或下方进入，首先与染料盒中的染料接触，溶解了染料的二氧化碳通过分配装置，由里向外或由外向里与织物接触，使染料吸附到织物上，二氧化碳则从釜的下方或上方排出，由最大工作压力42MPa的高压循环泵升压后再进入染料及染色集成釜进行染料溶解，织物吸附的循环，直至染色完成，该釜染色结束后，通过阀门，将超临界二氧化碳切换至另一已预先装好第二批次预染织物的染料及染色集成釜内，采用上述步骤进行第二批次的染色，从而实现不间断地连续染色，当整个染色生产结束时，通过阀门关闭染色循环系统装置，将二氧化碳切换至染料及二氧化碳回收装置，溶解有染料的二氧化碳经过减压、升温使染料在二氧化碳中的溶解度接近于零，然后进入染料分离釜进行染料回收，而二氧化碳则进入冷凝器冷凝为液体回到二氧化碳储罐。

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