CN101024922A - 采用超临界流体进行连续化染色的生产系统及其生产工艺 - Google Patents

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Abstract

一种采用超临界流体进行连续化染色的生产系统，用于连续的工业化生产，其包括相互连通的超临界流体供应装置、染色循环装置及超临界流体回收装置，所述染色循环装置包括至少两个集成式染料染色釜。本发明一方面将现有的染料釜和染色釜组合成一个设备，即集成式染料染色釜，使得在同一釜中能够同时完成染料的溶解和织物的染色两步工艺，既减少了染料和超临界流体在管道中流通的损耗，又大大节约的能耗，提高了生产效率，是染色加工领域的一次非常大的突破；另一方面，为了满足工业上连续化生产的需要，该生产系统采用了至少两个集成式染料染色釜，交替、不间断地进行染色。本发明还进一步提供了采用该生产系统进行连续化染色的生产工艺。

Description

采用超临界流体进行连续化染色的生产系统及其生产工艺
技术领域
本发明涉及纺织染色领域中的染色装置及其生产工艺，更具体地说，涉及一种采用超临界流体进行连续化染色的生产系统及其生产工艺。
背景技术
传统的织物染色多数采用湿法染色工艺，长期以来湿法染色产生的大量废水严重地污染了环境，虽然各企业都采取了相应的污水处理方法，但印染污水处理的实际效果仍然不甚理想，严重污染了水资源环境，危害到人们的生命健康。
为了减少环境污染，节约生产成本，近年来，人们致力于将超临界流体应用到无水印染技术的研究。超临界流体染色工艺是利用某种流体在超临界状态下较好的传质性能以及对非极性类物质的溶解性能对合成纤维染色，是一种新颖环保的无水染色工艺。其中，由于CO2具有不燃、无毒、廉价的突出优点，使得超临界CO2染色成为超临界流体染色工艺中最有竞争力的一种染色工艺，所谓CO2的超临界态是指CO2在临界点压力7.3MPa、临界点温度31.1℃下的工作状态。该染色工艺具有染色速度快，是传统湿法染色的5-10倍，均染和透染性良好等优点，同时，该染色工艺免除了还原和烘烤过程，并且，染料及其溶解媒介CO2还可以重复利用，染色过程中无污染物排放等特点，使得超临界CO2染色工艺成为一种无废气、废水和废渣排放的清洁生产工艺。
然而，目前的超临界流体印染技术受到设备和技术上的种种限制，尚处于实验研究阶段，仅能实现小量的织物染色，不能进行大批量连续化的生产，因此，为了能将该先进的印染技术投入于印染行业的规模化生产中，亟待提供一种采用超临界流体进行连续化染色的生产系统及其生产工艺。
发明内容
基于现有技术的不足，本发明的主要目的在于提供一种采用超临界流体进行连续化染色的生产系统。
本发明的另一目的在于提供采用超临界流体进行连续化染色的生产工艺。
为了达到上述目的，本发明提供了一种采用超临界流体进行连续化染色的生产系统，用于连续的工业化生产，其包括相互连通的超临界流体供应装置、染色循环装置及超临界流体回收装置，所述染色循环装置包括至少两个集成式染料染色釜，其中，所述集成式染料染色釜包括具有超临界流体进/出口的釜体以及内置于其中的染料收容装置和织物固定装置。
所述超临界流体选自CO2、N2O、乙烷、丙烷中一种或多种。
所述超临界流体供应装置依序包括由管道相连通的液态流体储罐、过冷器、主高压泵及预热器。超临界流体回收装置依序包括由管道相连通的加热器、染料分离器及冷凝器。
染色循环装置包括通过管道与集成式染料染色釜连通的高压循环泵，生产系统进一步包括热油炉，所述釜体上设置有热油或蒸汽进/出口，所述热油或蒸汽进/出口通过管道与加热炉相连通。加热器与集成式染料染色釜体的超临界流体出口连通。冷凝器通过管道分别与过冷器和液态流体储罐连通。集成式染料染色釜内置有至少一个染料收容装置，其安装在超临界流体进/出口附近。
采用超临界流体进行连续化染色的生产工艺，包括以下步骤：
(1)从超临界流体供应装置输出超临界流体至染色循环装置的其中一个集成式染料染色釜；
(2)在集成式染料染色釜中，通过溶解了染料的超临界流体对织物进行染色，使染料均匀地吸附到织物上；
(3)分别回收染料和超临界流体；
(4)从超临界流体供应装置输出超临界流体至染色循环装置的另一个集成式染料染色釜；
(5)在该集成式染料染色釜中，通过溶解了染料的超临界流体对织物进行染色，使染料均匀地吸附到织物上；
(6)分别回收染料和超临界流体。
在步骤(1)中，所述超临界流体的压力为10-45Mpa，温度为100-180℃。在步骤(3)中，所述超临界流体的压力为6-16MPa、温度为80-100℃。
与现有技术相比，本发明采用超临界流体进行连续化染色的生产系统一方面将现有的染料釜和染色釜组合成一个设备，即集成式染料染色釜，使得在同一釜中能够同时完成染料的溶解和织物的染色两步工艺，既减少了染料和超临界流体在管道中流通的损耗，又大大节约的能耗，提高了生产效率，是染色加工领域的一次非常大的突破；另一方面，为了满足工业上连续化生产的需要，该生产系统中提供了至少两个集成式染料染色釜，交替、不间断地进行染色，更进一步提高了生产效率，适应了印染工业规模化生产的趋势。
为使本发明更加容易理解，下面将结合附图进一步阐述本发明采用超临界流体进行连续化染色的生产系统及其生产工艺的具体实施例。
附图说明
图1为本发明一种采用超临界流体进行连续化染色的生产系统的示意图；
图2为本发明一种采用超临界流体进行连续化染色的生产系统的集成染色釜体的剖视图。
具体实施方式
本发明提供了一种采用超临界流体进行连续化染色的生产系统，用于连续的工业化生产，其包括相互连通的超临界流体供应装置100、染色循环装置200及超临界流体回收装置300，所述染色循环装置200包括至少两个集成式染料染色釜21。
所述超临界流体供应装置100，用于向染色循环装置200提供超临界流体，依序包括由管道相连通的储罐11、过冷器12、主高压泵13及预热器14。储罐11用于储备和容纳液态流体，容积可根据产量的需要进行设置，例如：300L-10000L的液态流体储罐，罐体压力限值可设计为8MPa，最高工作温度为30℃，罐体顶部设有气体入口、安全阀接口、压力表接口和排空口，同时底部设有液态流体出口和排污口，侧部设置有用于测定罐体内液态流体液位变化的液位计，液态流体通过进/出口进行循环流通。过冷器12为套管式或列管式换热器，管程介质为由储罐11输入的液态流体，管外或壳程介质为冷冻水，温度为3-6℃。主高压泵13为往复式柱塞泵，可设定其最大工作压力45MPa，气体流量为1-20m3/h，并通过变频方式控制流量。预热器14为盘管式或列管式换热器，管程介质为经由主高压泵13输送的液态流体，壳程介质为导热油或加热蒸汽，温度为100-180℃。管程介质经由预热器14加热而成超临界流体，经过管道输送至染色循环装置200对织物进行染色处理。
所述染色循环装置200为该连续化染色系统的核心部分，包括至少两个集成式染料染色釜21，其包括具有超临界流体进/出口的釜体210以及内置于其中的染料收容装置211和织物固定装置212。
在本发明的一个实施例中，所述釜体210提供了在高压的工作环境下，超临界流体同时流经染料和织物的进出通道，其顶部设有卡箍快开结构，以确保染色结束后实现全膛快开，釜体210的内部采用密封圈进行密封，例如：组合式金属聚四氟密封圈。在釜体210的上部两侧及底部分别开设有三个超临界流体进/出口210a，超临界流体通过所述进/出口210a由预热器14流入釜体210内。
所述染料收容装置211用于内置染料，为了保证织物能够均匀上色，可在釜腔的上方及下方且靠近超临界流体进/出口210a的位置各安置有一个染料收容装置211，这样，当超临界流体流经染料收容装置211时，可以迅速地将染料熔解，并均匀地分布于织物上。所述染料收容装置211的外周边布置有过滤网，例如：不锈钢烧结过滤网，用于防止染料泄漏。
所述织物固定装置212位于釜体210的中部，包括分配装置：多孔管212a和过滤网212b，其中，多孔管212a可拆卸地安装在两个染料收容装置211之间，并与两者相连通，多孔管212a上均匀开设有若干个小孔，直径为3-8mm。过滤网212b环绕于所述多孔管212a的外周，织物缠绕于所述过滤网212b上，过滤网212b一方面用于固定织物，使得超临界流体能够与织物充分接触，另一方用于避免由染料中掺和的杂质由多孔管212a渗出至织物上，从而获得干净、色彩均一的织物。
在本发明中，所述集成式染料染色釜21还包括包裹于釜体210外壁的夹套213，用于集成式染料染色釜体的保温和冷却。所述夹套213上设有通过导流板(未标示)相互连通的两个热油或蒸汽进/出口213a，导流板用于提高热油的流速，通过流通于夹套213外的热油或加热蒸汽保持釜体210恒定的高温，使得工作流体能够保持处于超临界状态，提高了染色的工作效率。
在本发明的一个较佳实施例中，所述染色循环装置200还包括通过管道分别与集成式染料染色釜21和高压循环泵23相连通，生产系统中的辅助装置中还进一步包括热油炉，釜体上设置有热油或蒸汽进/出口，集成式染料染色釜21通过热油或蒸汽进/出口213a与加热炉22相连通，所述加热炉可为热油炉或蒸汽锅炉，即加热炉22通过管道向集成式染料染色釜21供应高温热油或加热蒸汽。
所述染料收容装置211上进一步安装有织物挡板214，用其将染料收容装置211与织物固定装置212相间隔，防止染料泄露污染织物。
釜体210的顶部和底部设有承压凸肩，其用卡箍215勾住，以承受轴向的内压力，所述卡箍215分为外卡箍或内卡箍两种，外卡箍适用于小直径染色釜，而内卡箍适用于大直径染色釜。
所述超临界流体回收装置300，将染色循环装置200输出的超临界流体经冷却后回收至超临界流体供应装置100循环使用。其依序包括由管道相连通的加热器31、染料分离器32和冷凝器33。其中，所述加热器31可为盘管式或列管式换热器，其与染料分离器32相连通，集成式染料染色釜21输出的超临界流体经减压后输送至加热器31进行加热升温，压力6-16MPa、温度为80-100℃。使超临界流体成为气态；染料分离器32包括具有快开结构的釜体、安装于釜体内的过滤网以及套在釜体外的保温夹套，通过过滤网将染料和工作气体分离，从而将染料回收至釜体，工作气体则通过管道输送到冷凝器33冷却，染料分离器32容积可为24L-1000L，设计压力16MPa，最高工作温度100℃。冷凝器33可为盘管式或列管式换热器，壳程介质为冷冻水，工作温度为-7-7℃。
在本发明中，所述采用超临界流体进行连续化染色的生产系统还进一步各种工作仪表和加压系统，对系统工作状态下的压力、温度、流量、液位等工作参数进行时时记录，使得人们可以根据工作参数的变化从而及时地对系统的工作环境或条件作出调整。
所述超临界流体选自CO2、N2O、乙烷、丙烷中一种或多种，优选超临界CO2作为工作气体。
以下以采用超临界二氧化碳，具有两个集成式染料染色釜的生产系统为例介绍本发明的染色生产工艺：
参考图1和图2所示，从液态二氧化碳储罐11出来的二氧化碳经过冷器12冷却后进入主高压泵13加压(压力为10-45MPa)，然后进入预热器14加热(温度为60-200℃)，预热后的超临界二氧化碳从两个集成式染料染色釜21其中之一的上方或下方的超临界流体进/出口进入，首先与染料收容装置中的染料接触，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，二氧化碳则从釜体的下方或上方排出由高压循环泵升压后再进入染料染色釜进行染料溶解、织物吸附的循环，直至染色完成。该集成式染料染色釜染色结束后，通过阀门，将超临界二氧化碳切换至另一釜内(已预先装好织物)，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大循环系统，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，然后进入集成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液态流体储罐循环使用。
接下来具体描述各个装置的工作过程：
开机准备：开动冷机循环水系统，启动冷机，冷冻水温度控制为3-8℃，开启热油或蒸汽加热及循环系统，控制热油或加热蒸汽温度为80一180℃。时间大约30分钟。
升压升温：低速启动主高压泵13，待工作正常后调制到设定的频率，将二氧化碳升压升温，压力控制由自动压力调节阀PV1实现，压力为10-45MPa；二氧化碳升温由预热器14实现，加热温度为100-180℃，使二氧化碳成为超临界状态，进入集成式染料染色釜DA/DB。当达到预先设定的染色工艺条件后，停止主高压泵、冷冻机和热油或蒸汽加热；关闭AJ2、AJ13，打开AJ11、AJ12，启动高压循环泵，进行染色循环。
染色循环：
以DA染料染色釜工作为例说明：
循环1：超临界二氧化碳通过阀门AJ3从集成式染料染色釜21的釜体下方的超临界流体进/出口进入，首先与染料收容装置211中的染料接触，溶解了染料的二氧化碳通过分配装置由外向里与织物接触，使染料均匀地吸附到织物上，二氧化碳则通过阀门AJ9从釜体上方排出，进入高压循环泵23升压后再进入集成式染料染色釜21进行染料溶解、织物吸附的循环过程，直至染色完成。
循环2：超临界二氧化碳通过阀门AJ7从釜体上方的超临界流体进/出口进入，首先与染料收容装置中的染料接触，溶解了染料的二氧化碳通过分配装置由里向外与织物接触，使染料吸附到织物上，二氧化碳则通过阀门AJ9从釜体下方排出，进入高压循环泵23升压后再进入集成式染料染色釜21进行染料溶解、织物吸附的循环过程，直至染色完成。
集成式染料染色釜体的切换：当其中的一个集成式染料染色釜体的染色结束后，通过关闭和开启阀门AJ3、AJ4、AJ7、AJ8，即完成染料染色釜体的切换。
染料的分离回收：当整套装置染色生产结束时，停止高压循环泵23，关闭阀门AJ11、AJ12，启动主高用泵13，打开阀门AJ13超临界二氧化碳通过自动调节阀PV1减压和加热器31加热，成为气体状态，其中溶解的染料被解吸出来，进入染料分离釜32与二氧化碳染料分离回收。
二氧化碳的回收：在分离釜中分离染料后的气态二氧化碳进入冷凝器33被冷凝为液体，然后进入液态流体储罐回收，以备循环使用。
集成式染料染色釜体的卸压：染色釜染色完成后，通过阀门AJ9、AJ10先进行两釜间的压力平衡，以降低二氧化碳的消耗，然后关闭阀门AJ3、AJ5、AJ7、AJ9，打开CJ1进行放空排气，直至染色釜内的压力为零。
织物的取出装入：当釜内压力为零后，用气动或手动打开染色釜体的卡箍，用气缸提起釜盖，然后用天车调出缠绕了织物的内件，取出染好的织物，换上未染的织物，装入釜内盖上釜盖，合上卡箍，等待下一次染色过程。
染料的装入：本装置发明的集成式染料染色釜，其内部设计有上下两个染料收容装置，使得进入的二氧化碳首先通过染料收容装置以溶解染料。染料收容装置的上盖可拆卸，用于装入染料。
以上所揭露的仅为本发明采用超临界流体进行连续化染色的生产系统及其生产工艺的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种采用超临界流体进行连续化染色的生产系统，其包括相互连通的超临界流体供应装置、染色循环装置及超临界流体回收装置，其特征在于：所述染色循环装置包括至少两个集成式染料染色釜。
2.如权利要求1所述的采用超临界流体进行连续化染色的生产系统，其特征在于：所述集成式染料染色釜包括具有超临界流体进/出口的釜体以及内置于其中的染料收容装置和织物固定装置。
3.如权利要求1所述的采用超临界流体进行连续化染色的生产系统，其特征在于：所述超临界流体选自CO2、N2O、乙烷、丙烷中一种或多种。
4.如权利要求1所述的采用超临界流体进行连续化染色的生产系统，其特征在于：所述超临界流体供应装置依序包括由管道相连通的液态流体储罐、过冷器、主高压泵及预热器。
5.如权利要求1所述的采用超临界流体进行连续化染色的生产系统，其特征在于：所述超临界流体回收装置依序包括由管道相连通的加热器、染料分离器及冷凝器。
6.如权利要求1所述的采用超临界流体进行连续化染色的生产系统，其特征在于：所述染色循环装置进一步包括通过管道与集成式染料染色釜连通的高压循环泵，所述生产系统进一步包括热油炉，所述釜体上设置有热油或蒸汽进/出口，所述热油或蒸汽进/出口通过管道与加热炉相连通。
7.如权利要求4所述的采用超临界流体进行连续化染色的生产系统，其特征在于：所述冷凝器通过管道分别与过冷器和液态流体储罐连通。
8.采用如权利要求1所述的生产系统进行染色的生产工艺，其特征在于包括以下步骤：
(1)从超临界流体供应装置输出超临界流体至染色循环装置的其中一个集成式染料染色釜；
(2)在该集成式染料染色釜中，通过溶解了染料的超临界流体对织物进行染色，使染料均匀地吸附到织物上；
(3)分别回收染料和超临界流体；
(4)从超临界流体供应装置输出超临界流体至染色循环装置的另一个集成式染料染色釜；
(5)在该集成式染料染色釜中，通过溶解了染料的超临界流体对织物进行染色，使染料均匀地吸附到织物上；
(6)分别回收染料和超临界流体。
9.如权利要求8所述的染色生产工艺，其特征在于：在步骤(1)中，所述超临界流体的压力为10-45Mpa，温度为100-180℃。
10.如权利要求8所述的染色生产工艺，其特征在于：在步骤(3)中，所述超临界流体的压力为6-16MPa、温度为80-100℃。
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