CN101760914A - 超临界流体染色机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超临界流体染色机，由卧式圆筒形染色釜、磁动力提布轮、喷射腔、染色釜内波浪型引布通道、热交换器、染料釜或/及夹带剂釜、循环泵为主要部件组成染色循环系统；风机两端分别与喷射腔、染色釜下方流体出口处相连，其与磁力提布轮、喷射腔、操作口一道构成进布系统。绳状织物在磁动力提布轮及喷射腔中流体的共同作用下实现循环染色，染色釜内的流体经循环泵进行强制循环。染色后染料与流体经分离回收系统可实现循环利用，并可对整个染色循环系统，分离回收系统本身进行清洗以达到换色染色时的要求。这种超临界流体染色机可对织物实现松式无张力状态的无水染色加工，无污染物产生和排放，具有生态环保和织物品种适应性广等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种超临界流体的织物染色机，属压力容器及纺织染整设备制造技术领域。
背景技术
纺织品的传统染色加工为一湿态化学加工过程，需要消耗大量的水资源及化学药品，而且产生大量高浓度、高CODCr的有色废水，对其周边水域及生态环境造成了严重的污染。而超临界流体尤其超临界CO2流体是一种安全、环保、绿色的流体介质。以超临界CO2流体代替传统水浴对织物进行染色加工，由于无染色废水及其它废弃物产生，可彻底实现绿色、环保、清洁化生产，同时具有节水节能的优点，因而超临界CO2流体染色设备及相关系统的研发，对提升整个纺织印染行业生产的环保化、生态化具有重要意义。
目前，国内用于纺织品染色加工的有关超临界流体设备基本还限于实验室规模的中小型设备，而用于染色加工的关键部件——染色釜结构及其染色加工模式，多采用立式/卧式经轴，且多应用于对筒子纱的加工，其中采用双轴模式对织物进行卷染的染色釜体也仅限于少数文献报道。
中国发明专利“超临界二氧化碳染色装置中的染色釜”(CN1807742A)中，公开了一种立式经轴型，并可对流体进行双向循环的染色釜，以实现对纺织品的均匀染色。“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”(CN101024922A)中，报道了一种集成式染色釜及系统，同样使用立式经轴染色模型，并采用多组并联的染色釜以达到连续式生产，以求提高生产效率，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，其中染色循环装置包括至少两个集成式染料染色釜，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，又可节约能耗，提高了生产效率；此外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。“以超临界流体处理纺织基质的方法与装置”(CN1200153A)的中国发明专利中，介绍了一种用于包装成纱筒或卷装环形织物染色的立式经轴高压染色釜及系统，并可对加工温度和时间进行控制调节。“超临界二氧化碳染色工艺中的高压染色釜”(CN2350412)中，也公开了一种超临界二氧化碳染色的立式经轴型高压染色釜，它是由染色液导管、多孔套管、中心挡板、边挡板、筐盖、导管螺母、染色液导管入口、染色液出口管、釜体、釜盖和密封扣环所组成；由于超临界二氧化碳所夹带的染色液在高压高温下进入高压釜，在釜内是从中心向外围和由外围向中心流动穿过纱线团，染色釜内可并联装3～8个染筐，也可将各个高压染色釜并联于管道间，使间断染色变为连续化染色以增加产量。
在公开号为CN2688735的中国专利“纺织品的一种超临界流体处理装置”中，公开了本课题组前期设计的一种带流体循环系统的卧式经轴模式的纺织品多功能处理设备，其由贮气瓶、汇流排、加压泵、预热器、高压染色釜、热交换器、分离器、染料溶解釜、双向循环泵及控制阀组成，该装置具有不耗水、无污水排放、不污染环境、染色加工时间缩短的优点，而且织物染色均匀性好，耐洗牢度高，达到传统水浴染色的同等效果。
此外，在中国发明专利“超临界染色罐”(CN101148813A)中，公开了一种双轴型卷染模式高压染色釜，主要由带盖子的罐体，并列设置于罐体内两个带卷辊的传动轴，分别置于罐体外与两个传动轴对应位置的两个电机，分别置于罐体内外两侧的永磁体和磁力耦合器，置于永磁体顶部与罐体内壁之间带滚珠的珠槽等构成；通过在罐体内设置两个可以正反转动的卷辊，可使织物或纱线卷绕在卷辊上并运转，从而使织物或纱线在超临界状态下的染色罐内能够卷绕运转，并在两个卷辊之间充分展开，均匀地与染料接触，使染色后的整卷织物或纱线得色程度一致。“超临界流体染布器”(CN101082157A)中，公开了另一种双轴型卷染模式，染色过程中呈平幅的织物从一个轴经过流体分布器卷染到另个轴，进行循环运动以实现匀染目的；其由基座及基座立壁、滑鞍、筒体、换热器、端盖、密封件、染色流体分布器组、缠布辊、导布辊、滑动支撑架、夹紧装置、动力驱动装置、染色流体进出管道接口构成；基座上有导轨，滑鞍安装在基座导轨上；筒体为承压容器，外有换热器，筒体固定在滑鞍上；端盖固定安装在基座立壁上，端盖的中心线与固定安装在滑鞍上的筒体轴线共线；滑动支撑架安装在筒体内腔；缠布辊、导布辊和染色流体分布器组安装在滑动支撑架和端盖之间；动力驱动装置安装在端盖上或基座立壁上，动力输出轴分别与两个缠布辊相连接。
然而，上述公开的中小型设备较多适用于实验室研究，离实际工业化生产还具有一定距离。而立式经轴模式较多适用于多孔的筒子纱等纱线染色加工。对于匹染，由于目前公开的经轴染色模式中织物多数情况下卷绕在一根多孔的染色轴上，需靠循环泵的强制作用使流体从内层向外穿透织物，或经逆向穿透织物实现染色。但由于经轴上织物处于静止状态，仅靠流体的强制循环带动染料穿过织物，因而易受流体的传质路径等因素影响，导致匀染性下降；同时对工业化生产的大卷装织物经轴染色，要让流体均匀穿透卷绕的多层织物(一般为数百层)，尤其是对高密厚型织物，则增加了系统及循环泵的设计要求和难度，而且要达到均匀的染色效果，需要保温保压染色较长时间，降低了生产效率也增加了成本。而对于双轴式卷染模式，由于需要较强的动力系统来驱动卷布轴运动，如直接采用传动轴的方式来实现，然而对于超临界高压流体系统，利用传动轴来提供动力也为系统的密封及密封装置的耐久性等带来了难题；此外这种染色模式对染色釜内流体循环的均匀性也难以得到保证，同时由于织物在循环运动时存在较大张力，适宜加工的织物品种也受到限制。
发明内容
为了克服背景技术中存在的不足，本发明提供一种具有生产效率高、匀染效果好、织物品种适应范围广的超临界流体染色机。
为实现本发明目的所采用的技术方案如下：
提供一种超临界流体染色机，它包括超临界流体染色釜、织物循环回路和染色流体循环系统；
所述的超临界流体染色釜，以卧式圆筒形高压染色釜为釜体，在釜体的上方开有一个操作口，釜体的下方开有一个流体出口，通过管道与流体过滤装置、循环泵连接后接通染色流体循环系统；
所述的织物循环回路包括染色釜内部的储布槽和波浪型引布通道，以及在染色釜上方的布绳提升装置和牵引装置；所述的储布槽，是由染色釜中间设有的圆筒形分隔网，与沿染色釜下半周周向布置的特氟龙堆布网管所形成的空间；所述的波浪型引布通道，它是由在圆筒形分隔网的一侧与染色釜的一侧分别安装的波浪型网板相对形成的空间，引布通道与储布槽相通；所述的布绳提升装置，由提布轮腔体和安装在腔体内的磁动力提布轮组成，腔体的进口端与染色釜连通，腔体的出口端斜向下连接喷射器[8]的进口端；所述的牵引装置，包括喷射器和进布风机，喷射器的腔体上方开有进风口，腔体的下方开有流体入口，流体入口通过管道与染色流体循环系统连接，喷射器的出口端通过连接管道与染色釜连通，连接管道出口下方为波浪形引布通道；进布风机的一端通过管道与喷射器腔体上方的进风口连接，另一端与高压染色釜釜体下方的流体出口相连。
在操作口上及操作口下方的染色釜上，分别设置有监视窗，监视窗的材料为无色透明的蓝宝石。在提布轮腔体的外壳、喷射器的输入或输出管道上，设置电磁感应器。
超临界流体染色机的染色流体循环系统由染色釜、循环泵、染料釜或/及夹带剂釜、热交换器、喷射腔为主要部件构成。由CO2气瓶，汇流排，流体冷凝器储罐，主泵，预热炉为主要部件组成的加压系统，可实现对染色循环系统进行不同压力参数要求的加压作用，以及对染料釜或/及夹带剂釜内的染料及其它化学品进行增压溶解。由预热器，分离釜，汇流排及流体冷凝器储罐为主要部件组成的分离回收系统，染色结束后，可对染色釜内流体和染料进行II～III级分离和回收，实现染料和流体或气体的循环利用。利用主泵在内的加压系统，循环泵在内的染色系统，以及分离回收系统中的清洗泵及相关回路，可实现对整个染色循环系统，分离回收系统本身进行流体清洗及清洗染料、流体或气体的回收，以达到换色染色时的要求。
染色加工织物在超临界流体染色系统内以绳状形式进行循环染色，织物在布绳提升装置、牵引装置和染色釜构成的织物循环回路中循环牵引装置的喷射器上连有一独立风机，由风机工作时产生的压缩空气经喷射器后产生喷射动力，从而牵引织物经连接管道进入染色釜中时，先经过一波浪形引布通道，使织物成波浪形而有序地堆置于沿圆形染色釜下半周周向布置的特氟龙网管上，防止织物相互缠绕或/及打结；布绳提升装置中的提布轮由磁力电机产生的旋转磁场驱动，从而起到提升织物的作用；
在压力为8Mpa～30Mpa、温度为40℃～200℃条件下，对织物进行20min～360min循环染色，含溶解染料的流体在循环过程中以及在染色釜内部可与织物充分接触，尤其在喷射器中可均匀接触和强力穿透经过的织物，以达到均匀染色的目的。染色时，在织物成绳状，并将织物的头尾连接形成环状，连接处缝制有一个或多个软性永久磁片或铁片，并在提布轮的外壳处及喷射器前后的管路上设置相应的电磁感应器，当带软性磁片/铁片的布头经过时，可产生感应信号，用于探测织物在高压流体内的循环状况(如实际循环速度及次数)，以及染色结束时，用于布头探测和停机，便于出布。
本发明技术方案可用于染色加工处理的纺织品为天然纤维素纤维、再生纤维素纤维、蛋白质纤维及合成纤维中的单组分纤维纺织品或其混纺、交织品；可为其机织物，针织物或非织造布。
与现有技术方案相比，本发明的显著优点是：由于采用提布轮的提升作用及循环泵驱动的流体经喷射腔的喷射作用来共同带动绳状织物循环运动，因而降低了织物循环运动所需的动力，减轻了提布轮磁力电机及循环泵的负荷，可有效降低设备制造成本及系统密封和设计要求。同时织物在循环染色运动过程中，呈松式状态，无张力或张力极小，故其适用织物品种范围广，也有利于保持织物的尺寸及风格等稳定性。同时由于循环泵的驱动，也可有效实现染色流体的循环，尤其含溶解染料的流体在喷射腔系统中可与织物充分接触和渗透，有效地提高了织物的匀染性，也加快了染料的吸附上染。此外，本发明的超临界流体染色机及系统还具备分离回收及清洗功能，可实现流体/气体、染料的分离回收及循环利用，从源头上解决了污染物的产生和排放，具有显著的生态环保及清洁生产特点，在纺织印染行业的节能降耗减排、清洁生产中具有非常广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例提供的超临界流体染色机工作原理示意图；
图中：1、卧式圆筒形染色釜；2、绳状织物；3、监视窗；4、操作口；5、提布轮腔体；6、提布轮；7、O型密封圈；8、喷射腔；9、进风口；10(-1)和10(-2)、空气阀；11、流体入口；12、空气过滤器；13、进布风机；14、波浪型网板；15、分隔网；16、特氟龙网管；17、21和26、流体过滤装置；18、循环泵；19、22、23、24、27、28和43、截止阀；20、夹带剂釜；25、染料釜；29、热交换器；30、泄压阀；31、预热器I；32、分离釜I；33、预热器II；34、分离釜II；35、清洗泵；36、汇流排；37、CO2气瓶；38、循环水泵；39、冷水机组；40、冷凝器储罐；41、主泵；42、预热炉；44、布头探测电磁感应器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施作进一步描述：
如图1所示，本发明的超临界流体染色机包括超临界流体染色釜、织物循环回路和染色流体循环系统。
超临界流体染色釜，以卧式圆筒形高压染色釜为釜体1，在釜体的上方开有一个操作口4，釜体的下方开有一个流体出口，通过管道与流体过滤装置17、循环泵18连接后接通染色流体循环系统；
织物循环回路包括染色釜内部的储布槽和波浪型引布通道，以及在染色釜上方的布绳提升装置和牵引装置；所述的储布槽，是由染色釜中间设有的圆筒形分隔网15，与沿染色釜下半周周向布置的特氟龙堆布网管16所形成的空间；所述的波浪型引布通道，它是由在圆筒形分隔网的一侧与染色釜的一侧分别安装的波浪型网板14相对形成的空间，引布通道与储布槽相通；所述的布绳提升装置，由提布轮腔体5和安装在腔体内的磁动力提布轮6组成，腔体的进口端与染色釜连通，腔体的出口端斜向下连接喷射器8(含O型密封圈7)的进口端；所述的牵引装置，包括喷射器和进布风机13，喷射器的腔体上方开有进风口9，腔体的下方开有流体入口11，流体入口通过管道与染色流体循环系统连接，喷射器的出口端通过连接管道与染色釜连通，连接管道出口下方为波浪形引布通道；进布风机的一端通过管道与喷射器腔体上方的进风口连接，另一端与高压染色釜釜体下方的流体出口相连。
独立风机13、喷射腔8、磁力提布轮6和操作口4组成进布系统。加压系统由CO2气瓶37，汇流排36，流体冷凝器储罐40，主泵41，预热炉42为主要部件组成，可实现对染色循环系统进行不同压力要求的增压作用，以及对染料釜25、夹带剂釜20内的染料或其它化学品进行增压溶解。
染色织物循环系统包括卧式圆筒形高压染色釜1，磁动力提布轮6，喷射腔8(含O型密封圈7)，波浪型网板14形成的引布通道，沿染色釜1下半周周向布置的特氟龙堆布网管16；染色流体循环系统由流体过滤器17，循环泵18，染料釜25，热交换器29为主要部件构成。染色时，提布轮6起到对织物进行提升的作用，喷射腔8可产生不同流速的流体，利用流体的喷射作用及提布轮6的提升作用共同牵引绳状织物2进行循环染色，同时含溶解染料的流体在循环泵18的强制作用下进行流体循环，尤其在喷射腔中8可均匀接触和强力穿透经过的织物，以达到均匀染色的目的；为防止织物上脱落的纤维等杂质进入循环系统，在染色釜1与循环泵18间设有流体过滤器17，同样在进布风机13的出口处也设置空气过滤器12，同时为防止未溶解的染料或其它药品颗粒进入染色系统，在染料釜25、夹带剂釜20出口管路上同样设置流体过滤器26和21。分离回收系统由预热器31、33，分离釜32、34，汇流排36，流体冷凝器储罐40，冷水机组39和循环水泵38为主要部件组成，染色结束后，可对染色釜1内流体和染料进行两级分离和回收，实现染料和流体或气体的循环利用。清洗系统则主要利用主泵41在内的加压系统，以及循环泵18在内的染色系统，以及分离回收系统中的清洗泵35及相关回路组成，可实现对整个染色循环系统和分离回收系统进行流体清洗及清洗染料、流体或气体的回收，以达到换色染色时对系统的要求。
为便于观察染色釜1内织物的运转状况，在染色釜1的操作口4上及下方设置两监视窗3。
本发明的超临界流体染色机工作时，首先由进布风机13及提布轮6的提升作用完成对染色系统的进布工作，织物经头尾缝制(并同时缝入软性磁片或铁片)成环后密闭系统。然后根据预定的染色加工工艺流程及参数，启动由CO2气瓶37、汇流排36、冷凝器储罐40、主泵41、预热炉42在内的加压系统对染色循环系统增压和流体预热，并经染色循环系统中热交换器29升温，同时开启截止阀27或/及22，对染料釜25或夹带剂釜20增压使其内的染料或化学品充分溶解。当染色循环系统内压力及温度达到预定工艺参数后，主泵41停泵，并关闭截止阀43，待染色系统中压力平衡后，开启染色循环回路中的截止阀23、28和循环泵18，当系统循环流量及由提布轮6和喷射腔8共同牵引的织物运行稳定后，可通过热交换器29、主泵41及泄压阀30对温度、压力参数进行修正。然后开启染料釜25或夹带剂釜20的阀门24或19，并关闭相应的截止阀28或/及23，使溶解染料或其它化学品随流体经喷射腔8与织物充分接触上染或反应，织物经喷射腔8出来后经引布通道14呈波浪形有序地堆置于沿染色釜1下半周呈周向布置的特氟龙网管16上，并随重力及流体的动力推向提布轮6下方一侧，然后经提布轮6提升和喷射腔8中的流体作用进行循环染色。从喷射腔8中随流体喷出的未上染染料进入染色釜1后，通过特氟龙网管16间的空隙并经循环泵18进行循环，同时随流体重新进入喷射腔8与织物充分接触，此外染色循环系统中的溶解染料也可与处于回路中其它部位(或停留)的织物(如染色釜1底部堆置的织物)发生吸附上染，共同完成织物的染色加工。
保温保压染色完成后，循环泵18停机，开启泄压阀30对染色系统泄压，利用分离回收系统对染色循环系统中的染料及流体进行分离和回收(染深浓色时为充分去除织物表面浮色，可保持循环泵18持续工作，同时开启加压系统，利用新鲜流体进行浮色清洗)。泄压结束后开启阀门10(-1)或10(-2)放空，并利用布头探测感应器44控制磁力提布轮6的停机工作，然后启动操作口4处的快开式密封盖出布。
出布结束后密闭系统，采用主泵41在内的加压系统，以新鲜流体对染色循环系统进行充分清洗，并经分离回收系统进行分离及回收。此外，在进行换色染色时，除对染色循环系统进行清洗外，也可采用配备的专用清洗泵35及相应回路对分离回收系统进行清洗，以便于采用不同染料染色加工后的分离及回收利用。
Claims (3)
1.一种超临界流体染色机，它包括超临界流体染色釜、织物循环回路和染色流体循环系统，其特征在于：
所述的超临界流体染色釜，以卧式圆筒形高压染色釜为釜体，在釜体的上方开有一个操作口[4]，釜体的下方开有一个流体出口，通过管道与流体过滤装置[17]、循环泵[18]连接后接通染色流体循环系统；
所述的织物循环回路包括染色釜内部的储布槽和波浪型引布通道，以及在染色釜上方的布绳提升装置和牵引装置；所述的储布槽，是由染色釜中间设有的圆筒形分隔网[15]，与沿染色釜下半周周向布置的特氟龙堆布网管[16]所形成的空间；所述的波浪型引布通道，它是由在圆筒形分隔网的一侧与染色釜的一侧分别安装的波浪型网板[14]相对形成的空间，引布通道与储布槽相通；所述的布绳提升装置，由提布轮腔体[5]和安装在腔体内的磁动力提布轮[6]组成，腔体的进口端与染色釜连通，腔体的出口端斜向下连接喷射器[8]的进口端；所述的牵引装置，包括喷射器和进布风机[13]，喷射器的腔体上方开有进风口[9]，腔体的下方开有流体入口[11]，流体入口通过管道与染色流体循环系统连接，喷射器的出口端通过连接管道与染色釜连通，连接管道出口下方为波浪形引布通道；进布风机的一端通过管道与喷射器腔体上方的进风口连接，另一端与高压染色釜釜体下方的流体出口相连。
2.根据权利要求1所述的一种超临界流体染色机，其特征在于：在操作口上及操作口下方的染色釜上，分别设置有监视窗[3]，监视窗的材料为无色透明的蓝宝石。
3.根据权利要求1所述的一种超临界流体染色机，其特征在于：在提布轮腔体的外壳、喷射器的输入或输出管道上，设置电磁感应器[44]。
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