CN102787463A - 一种超临界二氧化碳染色设备的清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超临界二氧化碳染色设备的清洗方法，是以超临界二氧化碳、无水乙醇和丙酮的混合物作为清洗剂，在70~110℃，15~20MPa的条件下，清洗至少2次，每次清洗时间至少10min。本发明实现了对现有的超临界二氧化碳设备进行无腐蚀无损伤清洗。使清洗后的超临界二氧化碳设备无染料残留，有利于实现产品的多样性生产。该清洗方法具有综合成本低、经济效益、环境效益显著的特点，具有广泛的应用前景。

Description

一种超临界二氧化碳染色设备的清洗方法

技术领域

本发明涉及一种纺织染整行业中用的染色设备的清洗，更具体地，涉及一种利用超临界二氧化碳流体实现染色设备清洗的方法。

背景技术

传统纺织品染色主要以水为介质，在染色过程中，大量的染料、助剂和表面活性剂等化学物质对环境造成了严重污染，同时也制约着纺织印染行业的可持续发展。2l世纪，对各种生产、加工的低消耗高技术、易控制性、高效性、无污染性以及可循环利用性的要求越来越突出。发展于上世纪末的超临界二氧化碳无水染色技术因其无污染、短流程、高效率等突出特点被认为是一种“绿色、可持续发展技术”而备受青睐。

目前，超临界二氧化碳染色技术作为一种新型的绿色染整技术已取得阶段性进展，对其工艺条件、染色机理及染色设备的联合探索研究已较为成熟。但缺乏针对该染色技术的染后清洗工艺研究，由于染色设备结构复杂，染色温度较高，当染料接触温度较高的釜体壁面时可能生成聚合物，并牢固地附着于器壁上，若壁温过高，还会导致结焦。由此导致染色结束后残余染料未能与超临界二氧化碳流体分离彻底，滞留在染色装置中，这对下一次染色产品的质量及设备的正常运行造成很大的影响。这也是制约该技术产业化进程的重要难题之

发明内容

本发明针对上述问题，提供了一种超临界二氧化碳染色设备的清洗方法，利用无水乙醇、丙酮溶剂以及超临界流体二氧化碳实现设备清洗，并对清洗后的废液回收，并同时回收二氧化碳用于再次纺织品染色及清洗，实现了超临界二氧化碳染色设备的清洗保养，解决了目前超临界二氧化碳染色设备管道堵塞以及换色染色后染色产品色泽质量差等难题。

本发明所述的一种超临界二氧化碳染色设备的清洗方法，是以超临界二氧化碳流体、无水乙醇和丙酮的混合物作为清洗剂，在70~110℃，15~20MPa的条件下，清洗至少2次，每次清洗时间至少为10min。

本发明的上述清洗方法中，随着无水乙醇用量的提高清洗效果也相应增强，但当用量过大会导致超临界二氧化碳不完全携带，致使无水乙醇残留，清洗效果反而下降，因此，超临界二氧化碳、无水乙醇和丙酮之间优选按体积比为100：2~6：1~3混合。

本发明的上述清洗方法中，清洗的主要部件包括染料釜、染色釜、分离器、以及循环管路。由于二氧化碳染色设备中的污垢为固态染料，而这些残留的固态染料颗粒以范德华力粘附在管道及釜体壁表面上。清洗过程中，超临界二氧化碳携带无水乙醇首先吸附在染料微粒表面上降低染料与管道及釜体壁表面间的粘附功，粘附功的减小促使超临界二氧化碳及无水乙醇进一步渗入污垢颗粒与壁表面之间，最终使污垢从壁表面上剥离，而且醇类溶剂无水乙醇的加入有助于提高超临界二氧化碳对残留染料的溶解力，且对设备无腐蚀。清洗时间对清洗效果有一定的影响，清洗液和设备、管道的接触时间长，清洗效果好，但随接触时间的延长，清洗效果趋于平衡，且其消耗的能耗和人工都要增加，相应地增加了成本，因此，所述的清洗时间优选为10~30min。

本发明的上述清洗方法中，为了进一步的优化，具体地，所述的清洗次数为2次，清洗步骤为：第一次内清洗：超临界二氧化碳流体、无水乙醇和丙酮按体积比为100：2~6的混合物作为清洗剂，在70~80℃，15~18MPa的条件下，清洗10~20min；清洗路线为高压主泵→R3→换热器→V1→染料釜→V2→V27→V26→染色釜Ⅰ→V5→V6→染色釜Ⅱ→V23→V22→V20→染色釜Ⅲ→V11→V12→染色釜Ⅳ→V17→V16→V15→V29→循环泵；

第二次外清洗：超临界二氧化碳流体、与无水乙醇和丙酮按体积比为100：4~6：2~3的混合物作为清洗剂，在80~90℃，18~20MPa的条件下，清洗20~30min；清洗路线为高压主泵→R3→换热器→V1→染料釜→V2→V3→染色釜Ⅰ→V26→V25→V24→V23→染色釜Ⅱ→V8→V9→染色釜Ⅲ→V20→V19→V18→V17→染色釜Ⅳ→V14→V15→V29→循环泵。

其中，第一次清洗主要采用内路径对染色系统管路及釜体进行清洗，循环清洗前从染料釜加入无水乙醇和丙酮溶剂，其中，超临界二氧化碳流体、无水乙醇和丙酮按体积比为100：2~6：1~3的混合物作为清洗剂；液态二氧化碳贮存于贮罐中，工作时液态二氧化碳通过高压泵加压至临界压力以上，再经过换热器将高压液态二氧化碳加热至临界温度，这时二氧化碳转变为超临界状态进入染料釜携带无水乙醇和丙酮溶解染料；携带有无水乙醇和丙酮的超临界二氧化碳流体通过染色釜，开启相关控制内循环阀门及循环泵，保持温度为70~80℃，压力为15~18MPa条件，对染色釜、染料釜、循环泵及其相关管道等进行清洗，清洗时间为10~20min，在此过程中使携带无水乙醇和丙酮的超临界二氧化碳流体溶解残留染料；完成清洗的超临界二氧化碳流体经节流阀减压至2~3MPa、换热器降温使二氧化碳溶解能力降低，在分离釜中将残留的染料及无水乙醇和丙酮分离；溶解在无水乙醇和丙酮中染料留在分离釜中，二氧化碳流体完全气化，再通过冷凝器液化成为液态二氧化碳流体返回贮罐中参与下一次清洗；从分离釜体下部阀门放出清洗废液回收。

第二次清洗主要采用外路径对染色系统管路及釜体进行清洗，清洗前从染料釜加入无水乙醇和丙酮溶剂，其中，超临界二氧化碳流体、无水乙醇和丙酮按体积比为100：4~6：2~3的混合物作为清洗液；液态二氧化碳贮存于循环贮罐中，工作时液态二氧化碳通过高压泵加压至临界压力以上，再经过换热器将高压液态二氧化碳加热至临界温度以上，这时二氧化碳转变成为超临界状态，开启相关控制外循环阀门；超临界二氧化碳流体进入染料釜携带无水乙醇和丙酮溶解染料，保持温度为80~90℃、压力为18~20MPa条件，最终携带有无水乙醇和丙酮的超临界二氧化碳流体依次通过染料釜、染色釜、分离釜、高压泵以及相关管道进行清洗，清洗时间20~30min，在此过程中使携带无水乙醇和丙酮的超临界二氧化碳溶解携带残留染料；完成清洗的超临界二氧化碳经节流阀减压至2~3MPa、换热器降温使二氧化碳溶解能力降低，在分离釜中残留的染料及无水乙醇、丙酮分离；溶解在无水乙醇和丙酮中染料的留在分离釜中，二氧化碳完全气化，再通过冷凝器液化成为液态二氧化碳返回贮罐中参与下一次清洗；从分离釜体下部阀门放出清洗废液回收。

本发明的上述清洗方法中，为了除去残留在设备内的无水乙醇和丙酮并同时实现设备的干燥过程，清洗后还包括对设备进行冲洗的步骤；所述的冲洗是以超临界二氧化碳流体为冲洗剂，在100~110℃，18~20MPa的条件下，冲洗10~20min。其中，将液态二氧化碳贮存于循环贮罐中，工作时液态二氧化碳通过高压泵加压至临界压力以上，再经过换热器将高压液态二氧化碳加热至临界温度以上，这时二氧化碳转变成为超临界状态，开启相关控制阀门；保持温度为100~110℃、压力为18~20MPa条件，最终携带有无水乙醇和丙酮的超临界二氧化碳流体依次通过染料釜、染色釜、分离釜、高压泵以及相关管道进行清洗，清洗时间为10~20min。在此过程中干燥的超临界二氧化碳携带残留在设备内的无水乙醇和丙酮，进行冲洗，完成冲洗的超临界二氧化碳经节流阀减压、换热器降温使二氧化碳溶解能力降低，在分离釜中与无水乙醇和丙酮分离；无水乙醇和丙酮留在分离釜中，二氧化碳完全气化，再通过冷凝器液化成为液态二氧化碳返回贮罐中参与下一次清洗；从分离釜体下部阀门放出无水乙醇和丙酮回收。

清洗后设备符合中华人名共和国化工行业标准HG/T 2387-2007《工业设备化学清洗质量标准》。清洗后其除垢率可达到95%，且对设备无腐蚀。

与现有技术相比，本发明突出的特点为：实现对现有的超临界二氧化碳设备进行无腐蚀无损伤清洗；清洗后的超临界二氧化碳设备无染液残留，有利于实现产品的多样性生产。该清洗方法具有综合成本低、经济效益、环境效益显著的特点，具有广泛的应用前景。

附图说明

本发明附图1幅，

图1是多元一体化超临界二氧化碳染色设备工艺流程示意图。

其中，V01、二氧化碳储罐，E01、冷凝器Ⅰ，P01、高压主泵，V02、导热油系统，E02、换热器，V03、染料釜，V04、染色釜，V041、筒纱染色釜，V042、绞纱染色釜，V043、散纤维染色釜，V044、成衣染色釜，P02、循环泵，V08、分离器，E03、冷凝器Ⅱ，V09、净化器，E04、补充导热油装置，R、截止阀，V、球阀，H、导热油阀门，W、水阀门，C01、制冷机组。

具体实施方式

下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

本发明所使用的设备中，二氧化碳贮罐V01通过冷凝器ⅠE01连接于二氧化碳高压主泵P01；二氧化碳高压主泵P01连接于将二氧化碳转变成超临界状态的换热器E02；换热器E02通过管道与用于溶解染料的染料釜V03相连接；染料釜V03与将溶解染料的超临界二氧化碳送至与染料釜V03相连实现染色的4个染色釜V04中；染色釜V04中染色后融有染料的二氧化碳流体依次通过分离器V08、冷凝器ⅡE03和净化器V09送回至与净化器V09相连接的二氧化碳贮罐V01中；换热器E02、所述染料釜V03和染色釜V04还通过管道与用于热量交换传递的导热油系统V02相连；导热油系统V02通过管道与补充导热油装置V021相连；补充导热油装置V021分别与换热器E02、染料釜V03和染色釜V04相连；所述导热油系统V02还与制冷机组C01相连；所述制冷机组C01的另一端连有所述冷凝器ⅡE03。

实施例1

以下结合附图1多元一体化超临界二氧化碳染色设备详细叙述本发明的具体实施方式。本发明的清洗工艺主要采用第一次清洗、第二次清洗、冲洗三个步骤进行。

第一次清洗：首先采用内路径对染色系统管路及釜体进行清洗，循环清洗前从染料釜加入无水乙醇和丙酮溶剂，其中，超临界二氧化碳、无水乙醇和丙酮按体积比为100：2：1混合；液态二氧化碳贮存于循环贮罐中，工作时液态二氧化碳通过高压泵加压至17MPa，再经过换热器将高压液态二氧化碳加热至80℃，这时二氧化碳转变成为超临界状态；开启相关控制阀门及循环泵形成内路径：高压主泵P01→R3→换热器E02→V1→染料釜V03→V2→V27→V26→染色釜ⅠV041→V5→V6→染色釜ⅡV042→V23→V22→V20→染色釜ⅢV043→V11→V12→染色釜ⅣV044→V17→V16→V15→V29→循环泵P02；此时，超临界二氧化碳流体进入染料釜携带无水乙醇和丙酮溶解染料，携带有无水乙醇和丙酮的超临界二氧化碳通过染色釜，最终在染色釜、染料釜、循环泵及其相关管道间，清洗时间为20min，在此过程中使携带无水乙醇和丙酮的超临界二氧化碳流体溶解携带残留染料；完成清洗的超临界二氧化碳经节流阀减压至3MPa、换热器降温使二氧化碳溶解能力降低，在分离釜中与残留的染料及无水乙醇和丙酮分离；溶解在无水乙醇和丙酮中的染料留在分离釜中，二氧化碳完全气化，再通过冷凝器液化成为液态二氧化碳返回贮罐中参与下一次清洗；从分离釜体下部阀门放出清洗废液回收。

第二次清洗：主要采用外路径对染色系统管路及釜体进行清洗，循环清洗前从染料釜加入无水乙醇和丙酮溶剂，其中，超临界二氧化碳、无水乙醇和丙酮按体积比为100：5：2混合；液态二氧化碳贮存于循环贮罐中，工作时液态二氧化碳通过高压泵加压至20MPa，再经过换热器将高压液态二氧化碳加热至80℃，这时二氧化碳转变成为超临界状态。开启相关控制阀门及循环泵形成外路径：高压主泵P01→R3→换热器E02→V1→染料釜V03→V2→V3→染色釜ⅠV041→V26→V25→V24→V23→染色釜ⅡV042→V8→V9→染色釜ⅢV043→V20→V19→V18→V17→染色釜ⅣV044→V14→V15→V29→循环泵P02。超临界二氧化碳进入染料釜携带无水乙醇和丙酮溶解染料，最终携带有无水乙醇和丙酮的超临界二氧化碳依次通过染料釜、染色釜、分离釜、高压泵以及相关管道形成外循环，循环时间为30min，在此过程中使携带无水乙醇和丙酮的超临界二氧化碳溶解残留染料；完成清洗的超临界二氧化碳经节流阀减压至3MPa、换热器降温使二氧化碳溶解能力降低，在分离釜中与残留的染料及无水乙醇和丙酮分离；溶解在无水乙醇和丙酮中的染料留在分离釜中，二氧化碳完全气化，再通过冷凝器液化成为液态二氧化碳返回贮罐中参与下一次循环；从分离釜体下部阀门放出清洗废液回收。

第三次冲洗：采用纯净超临界二氧化碳流体为冲洗剂，液态二氧化碳贮存于循环贮罐中，工作时液态二氧化碳通过高压泵加压至20MPa，再经过换热器将高压液态二氧化碳加热至100℃，这时二氧化碳转变成为超临界状态，开启相关控制阀门及循环泵。最终携带有无水乙醇的超临界二氧化碳依次通过染料釜、染色釜、分离釜、高压泵以及相关管道形成内外循环回路，冲洗路径分为以下两种：（1）二氧化碳储罐V01→R1→冷凝器ⅠE01→R2→高压主泵P01→R3→换热器E02→V1→染料釜V03→V2→V3→染色釜V041→V26→V25→V24→V23→染色釜V042→V8→V9→染色釜V43→V20→V19→V18→V17→染色釜V44→V14→V15→V29→循环泵P02；（2）二氧化碳储罐V01→R1→冷凝器ⅠE01→R2→高压主泵P01→R3→换热器E02→V1→染料釜V03→V2→V27→V26→染色釜V041→V5→V6→染色釜V042→V23→V22→V21→V20→染色釜V043→V11→V12→染色釜V044→V17→V16→V15→V29→循环泵P02；清洗时间为15min。将上述两种工艺路线通过管道阀门的控制切换可实现各釜体及管道的内外冲洗，清洗效果显著提高。在此过程中干燥的超临界二氧化碳携带残留在设备内的无水乙醇和丙酮，进行冲洗，完成冲洗的超临界二氧化碳经节流阀减压至3MPa、换热器降温使二氧化碳溶解能力降低，在分离釜中与无水乙醇和丙酮分离；无水乙醇和丙酮留在分离釜中，二氧化碳完全气化，再通过冷凝器液化成为液态二氧化碳返回贮罐中参与下一次清洗；从分离釜体下部阀门放出无水乙醇回收。

为了检测该清洗工艺的清洗效果，在分离器与回收储罐间增设一组可拆卸替换的吸附柱装置，采用活性碳为吸附材料，对该清洗工艺效果进行检测。检测结果显示，在采用上述清洗工艺流程对染色设备进行2次清洗之后，吸附柱中几乎无颜色变化，即证明清洗效果显著，染料无残留。

实施例2

以下结合附图1多元一体化超临界二氧化碳染色设备详细叙述本发明的具体实施方式。本发明的清洗工艺主要采用第一次清洗、第二次清洗、冲洗三个步骤进行。

第一次清洗：首先采用内循环路径对染色系统管路及釜体进行清洗，清洗前从染料釜加入无水乙醇和丙酮溶剂，其中，超临界二氧化碳、无水乙醇和丙酮按体积比为100：2：1混合；液态二氧化碳贮存于循环贮罐中，工作时液态二氧化碳通过高压泵加压至15MPa，再经过换热器将高压液态二氧化碳加热至70℃，这时二氧化碳转变成为超临界状态；开启相关控制内循环阀门及循环泵形成内路径：高压主泵P01→R3→换热器E02→V1→染料釜V03→V2→V27→V26→染色釜ⅠV041→V5→V6→染色釜ⅡV042→V23→V22→V20→染色釜ⅢV043→V11→V12→染色釜ⅣV044→V17→V16→V15→V29→循环泵P02；此时，超临界二氧化碳进入染料釜携带无水乙醇和丙酮溶解染料，携带有无水乙醇和丙酮的超临界二氧化碳流体通过染色釜，最终在染色釜、染料釜、循环泵及其相关管道间，清洗时间为15min，在此过程中使携带无水乙醇和丙酮的超临界二氧化碳溶解携带残留染料；完成清洗的超临界二氧化碳经节流阀减压至2MPa、换热器降温使二氧化碳溶解能力降低，在分离釜中与残留的染料及无水乙醇和丙酮分离；溶解在无水乙醇和丙酮中的染料留在分离釜中，二氧化碳完全气化，再通过冷凝器液化成为液态二氧化碳返回贮罐中参与下一次清洗；从分离釜体下部阀门放出清洗废液回收。

第二次清洗：主要采用外路径对染色系统管路及釜体进行清洗，清洗前从染料釜加入无水乙醇和丙酮溶剂，其中，超临界二氧化碳、无水乙醇和丙酮按体积比为100：6：3混合；液态二氧化碳贮存于循环贮罐中，工作时液态二氧化碳通过高压泵加压至19MPa，再经过换热器将高压液态二氧化碳加热至90℃，这时二氧化碳转变成为超临界状态。开启相关控制大外循环阀门及循环泵形成外路径：高压主泵P01→R3→换热器E02→V1→染料釜V03→V2→V3→染色釜ⅠV041→V26→V25→V24→V23→染色釜ⅡV042→V8→V9→染色釜ⅢV043→V20→V19→V18→V17→染色釜ⅣV044→V14→V15→V29→循环泵P02。超临界二氧化碳进入染料釜携带无水乙醇和丙酮溶解染料，最终携带有无水乙醇和丙酮的超临界二氧化碳依次通过染料釜、染色釜、分离釜、高压泵以及相关管道，清洗时间为25min，在此过程中使携带无水乙醇和丙酮的超临界二氧化碳溶解残留染料；完成清洗的超临界二氧化碳经节流阀减压至2MPa、换热器降温使二氧化碳溶解能力降低，在分离釜中与残留的染料及无水乙醇和丙酮分离；溶解在无水乙醇和丙酮中的染料留在分离釜中，二氧化碳完全气化，再通过冷凝器液化成为液态二氧化碳返回贮罐中参与下一次清洗；从分离釜体下部阀门放出清洗废液回收。

第三次冲洗：采用纯净超临界二氧化碳流体为冲洗剂，液态二氧化碳贮存于循环贮罐中，工作时液态二氧化碳通过高压泵加压至19MPa，再经过换热器将高压液态二氧化碳加热至110℃，这时二氧化碳转变成为超临界状态，开启相关控制阀门及循环泵；最终携带有无水乙醇和丙酮的超临界二氧化碳依次通过染料釜、染色釜、分离釜、高压泵以及相关管道形成内外循环，冲洗路径分为以下两种：（1）二氧化碳储罐V01→R1→冷凝器ⅠE01→R2→高压主泵P01→R3→换热器E02→V1→染料釜V03→V2→V3→染色釜V041→V26→V25→V24→V23→染色釜V042→V8→V9→染色釜V43→V20→V19→V18→V17→染色釜V44→V14→V15→V29→循环泵P02；（2）二氧化碳储罐V01→R1→冷凝器ⅠE01→R2→高压主泵P01→R3→换热器E02→V1→染料釜V03→V2→V27→V26→染色釜V041→V5→V6→染色釜V042→V23→V22→V21→V20→染色釜V043→V11→V12→染色釜V044→V17→V16→V15→V29→循环泵P02；清洗时间为15min。将上述两种工艺路线通过管道阀门的控制切换可实现各釜体及管道的内外冲洗，清洗效果显著提高。清洗时间为20min。在此过程中干燥的超临界二氧化碳携带残留在设备内的无水乙醇和丙酮，进行冲洗，完成干燥的超临界二氧化碳经节流阀减压至2MPa、换热器降温使二氧化碳溶解能力降低，在分离釜中与无水乙醇和丙酮分离；无水乙醇和丙酮留在分离釜中，二氧化碳完全气化，再通过冷凝器液化成为液态二氧化碳返回贮罐中参与下一次清洗；从分离釜体下部阀门放出无水乙醇和丙酮回收。

为了检测该清洗工艺的清洗效果，在分离器与回收储罐间增设一组可拆卸替换的吸附柱装置，采用活性碳为吸附材料，对该清洗工艺效果进行检测。检测结果显示，在采用上述清洗工艺流程对染色设备进行2次清洗之后，吸附柱中几乎无颜色变化，即证明清洗效果显著，染料无残留。

Claims (5)

1.一种超临界二氧化碳染色设备的清洗方法，是以超临界二氧化碳流体、无水乙醇和丙酮的混合物作为清洗剂，在70~110℃，15~20MPa的条件下，清洗至少2次，每次清洗时间至少为10min。

2.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳染色设备的清洗方法，其特征在于所述的清洗剂中的超临界二氧化碳流体、无水乙醇和丙酮之间按体积比为100：2~6：1~3混合。

3.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳染色设备的清洗方法，其特征在于所述的清洗时间为10~30min。

4.根据权利要求1~3中任一所述的超临界二氧化碳染色设备的清洗方法，其特征在于所述的清洗次数为2次，清洗步骤为：

第一次内清洗：超临界二氧化碳流体、无水乙醇和丙酮按体积比为100：2~6：1~3的混合物作为清洗剂，在70~80℃，15~18MPa的条件下，清洗10~20min；清洗路径为高压主泵(P01)→R3→换热器(E02)→V1→染料釜(V03)→V2→V27→V26→染色釜Ⅰ(V041)→V5→V6→染色釜Ⅱ(V042)→V23→V22→V20→染色釜Ⅲ(V043)→V11→V12→染色釜Ⅳ(V044)→V17→V16→V15→V29→循环泵(P02)；

第二次外清洗：超临界二氧化碳流体、与无水乙醇和丙酮按体积比为100：4~6：2~3的混合物作为清洗剂，在80~90℃，18~20MPa的条件下，清洗20~30min；清洗路径为高压主泵(P01)→R3→换热器(E02)→V1→染料釜(V03)→V2→V3→染色釜Ⅰ(V041)→V26→V25→V24→V23→染色釜Ⅱ(V042)→V8→V9→染色釜Ⅲ(V043)→V20→V19→V18→V17→染色釜Ⅳ(V044)→V14→V15→V29→循环泵(P02)。

5.根据权利要求4所述的超临界二氧化碳染色设备的清洗方法，其特征在于清洗后还包括对设备进行冲洗的步骤；所述的冲洗是以超临界二氧化碳流体为冲洗剂，在100~110℃，18~20MPa的条件下，冲洗10~20min。

Images