CN103422288A - 一种超临界co2染色的色样打板机和染料称量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超临界CO₂染色的色样打板机和与之配套使用的染料称量系统。该染色系统包括CO₂瓶，与所述CO₂瓶连通的CO₂储罐，所述CO₂储罐的出口连通CO₂泵，所述CO₂泵的出口与热转换器连通，所述热转换器的出口与高压储罐连通，所述高压储罐的出口连通三个或三个以上并列设置的染色釡，所述染色釡的出口与排气储罐连通，所述染色釡的外侧和所述热转换器和所述高压储罐之间的管线外侧设置夹套管，热油炉通过热循环管线为热转换器、夹套管、和染色釡加热。实施本发明的超临界CO₂染色的色样打板机和染料称量系统能配合早前发展的超临界CO₂染色的生产设备并具有节约水资源、降低生产成本、模拟大规模生产的工艺条件和精确添加染料的有益效果。

Description

一种超临界CO2染色的色样打板机和染料称量系统

技术领域

本发明涉及无水染色领域，尤其涉及一种超临界CO₂染色的色样打板机和染料称量系统。

背景技术

传统的纺织品染色主要以水为介质，耗用大量的水资源之外，也存在对环境的污染大，耗能高，处理费用高等问题。目前许多国家和地区都收紧了环保条例，使传统的染整行业面临困难。为解决纺织染整业造成水污染这一难题，香港生产力促进局于2005年开始发展超临界二氧化碳无水染色工艺。可利用回收的工业排放二氧化碳为载体，在超临界状态下携带染料上染纺织品。该项技术的特点是，染色过程不用水，染料和二氧化碳可循环使用，染色过程无需添加化学助剂，彻底解决了传统纺织染整工艺的水污染难题。就拿2009年中国化纤产量约2,750万吨计算，如果全部采用无水染色工艺，全国每年可节约水资源接近50亿立方米。

超临界流体染色（Supercritical Fluid Dyeing,简称SFD）技术是一种无水高效染色新技术。传统的染色工艺以水作为染色介质，其最大问题是耗水、耗能、污染及经济效益差。超临界流体染色是以超临界流体代替水作为染色介质。超临界流体的密度为气体的数百倍，接近于液体，因而具有很强的溶解能力；其粘度与气体相当，扩散系数比液体大数百倍，接近于气体，因而溶解在超临界流体中的物质扩散容易，渗透能力很强。特别是超临界二氧化碳，它是无毒、无味、不燃、便宜易得，且临界压力（7.39MPa）和临界温度（31.1℃）不很高。以超临界二氧化碳作为染色介质，由于它是非极性分子，对分散染料的溶解能力比水高得多。在超临界二氧化碳中，分散染料一般处于单分子的分散状态，因此无需加入大量的离子型分散剂。染料溶解度高，不仅可提高上染速率，还可提高匀染和易染性。超临界二氧化碳作为染色介质，对纤维具有明显的膨化增塑作用，可以增加纤维分子链段运动和扩散自由体积，加快染料扩散，从而大大提高上染速率，提高透染和匀染程度。与传统水染工艺相比，超临界流体染色工艺很简单，通常染色在20~30MPa高压下进行，染色温度根据被染物而定，一般在80~160℃之间，染色结束后，就可得到干燥被染物，省去了漂洗和烘干程序，且二氧化碳气体和未上染的染料会通过减压自动分离，回收再用。整个操作封闭进行，二氧化碳也可回收再用。真正实现了无水染色，从源头上解决水污染问题，保护环境，节约淡水资源。所以超临界流体染色是一种环保、节能、节水、经济、高效的染色工艺。

本发明是配合早前发展的超临界二氧化碳无水染色生产设备(香港短期专利，申请号：06112486.0)的基础上研发一台色样打板机。在先前的研究项目中，超临界二氧化碳染色已被证实可以广泛应用于合成纤维的染色。但在生产中，色样系统同样是一个关键设备用以确定正确的配方和工艺参数，从而获得大生产所需的颜色。由于超临界二氧化碳染色是一种完全不同的新生产方法，有必要发展一套适用于二氧化碳染色的色样系统。目前市场中并没有类似的装置。该二氧化碳染色的色样系统应包含两种主要的功能：首先，系统应能做到染料的准确添加，精度应该高达0.1毫克以上，所以需要一种自动化的精确的染料称量系统。第二，二氧化碳染色的色样系统应能模拟大生产的工艺条件，包括温度、流量、压力和时间等参数，因此有必要开发一种新型的超临界CO₂染色系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术的上述缺陷，提供一种超临界CO2染色系统，并进一步提供一种与之配套使用的染料称量系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种超临界CO₂染色的色样打板机，包括CO₂瓶，与CO₂瓶连通的CO₂储罐，CO₂储罐的出口连通CO₂泵，CO₂泵的出口与热转换器连通，热转换器的出口与高压储罐连通，高压储罐的出口连通三个或三个以上并列设置的染色釡，染色釡的出口与排气储罐连通，染色釡的外侧和热转换器和高压储罐之间的管线外侧设置夹套管，热油炉通过热循环管线为热转换器、夹套管、和染色釡加热。

在本发明所述的超临界CO₂染色的色样打板机中，CO₂储罐和CO₂泵之间的管线外侧设置夹套管，夹套管的两个端口与冷却器连通。

在本发明所述的超临界CO₂染色的色样打板机中，CO₂泵和热转换器之间设置单向阀。

在本发明所述的超临界CO₂染色的色样打板机中，该系统中任意两个相邻的装置之间安装有阀门，染色釜的出口端和入口端安装有高压电磁控制阀，高压电磁控制阀受电脑控制。

在本发明所述的超临界CO₂染色的色样打板机中，该染色系统的工作温度为40℃至200℃，最大工作压力为400个大气压。

在本发明所述的超临界CO₂染色的色样打板机中，染色釡内设有超高压电磁搅拌器。

本发明进一步提供了与超临界CO₂染色的色样单板机配套使用的染料称量系统，包括密封柜，该密封柜内设置用于固定第一伺服电机和第二伺服电机的支撑座，第二伺服电机通过支撑架与加料器连接，加料器上端可拆卸地连接装染料瓶，并设有加料旋转轴，密封柜中还设置撞击器，该撞击器用于轻微地撞击加料器的一侧，以使染料均匀挤出，在染料出口下方放置精确电子秤，第一伺服电机和第二伺服电机、精确电子秤和撞击器均和密封柜外侧的计算机连接。

在本发明所述的染料称量系统中，染料称量系统的精度为0.1毫克。

在本发明所述的染料称量系统中，第一伺服电机、第二伺服电机、撞击器和精确电子秤的数据均输出至计算机，计算机整理并存储上述数据，建立可供参考的数据库。

在本发明所述的染料称量系统中，加料器和加料旋转轴为一体化设计。

实施本发明的超临界CO₂染色的色样打板机结合生产用机具有的有益效果包括：节约水资源、减少污染，该色样打板机的各染色釡包含三个或三个以上的染色釡，能够分别独立的连接于系统中，实现多个染色釡同时进行染色和回收。本发明的染料称量系统具有的有益效果包括能够精确的称量染料的重量，以保证染色的质量。

附图说明

下面将结合附图及实施例超临界CO₂染色色样打板机和染料称量系统对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明超临界CO₂染色色样打板机实施例的结构示意图；

图2是本发明超临界CO₂染色色样打板机的染色釡的实施例的结构示意图；

图3是本发明染料称量系统实施例的结构示意图。

具体实施方式

参考图1至图3说明本发明的超临界CO₂染色色样打板机和染料称量系统的结构和原理。

如图1所示，该超临界CO₂染色系统包括CO₂加压供应系统、并列设置的染色釡、CO₂排气储罐和温度控制系统组成。其详细的连接方式为：CO₂瓶18通过控制阀门连通CO₂储罐16，CO₂储罐16装有温度测量器（TI）、压力表（P）、安全阀（SV）和温度指示器（L）。CO₂瓶18和CO₂储罐16之间还设置开关阀17。CO₂储罐16的出口连通CO₂泵的入口，CO₂储罐16和CO₂泵之间的管线外侧设置夹套管19，夹套管19环绕在关闭外侧，内部中空，可以通过具有冷却功能的媒介，夹套管19和冷却器14连接。CO₂储罐16和CO₂泵之间的管线还设置控制阀门和压力表（P）20，控制阀门位于夹套管和CO₂储罐16之间的管线上，压力表20位于夹套管和CO₂泵21之间的管线上。CO₂泵21的出口通过单向阀22和热转换器23的CO₂入口端连通，其间的管线上还设置控制阀门和压力变送器（PT）。单向阀22保证CO₂的流向只能为从CO₂泵21流向热转换器23。热转换器23上装有温度指示器（L）和温度测量器（TI）。热转换器23的CO₂出口端与高压储罐25的入口端连通，其间的管线外侧亦装有夹套管，该夹套管与热油炉1连通，用于加热通过的CO₂。高压储罐25上安装安全阀（SV）、压力变送器（PT）和温度测量器（TI）。从高压储罐25流出的CO₂经并列设置的高压电磁控制阀和控制阀门分别进入三个并列设置的染色釡5、染色釡10和染色釡11中。三组并列设置的高压电磁控制阀和控制阀门分别与三个染色釡串联，另有一组并列设置的高压电磁控制阀和控制阀门与上述三组阀门串联，能同时控制三组染色釡。染色釡5、染色釡10和染色釡11的CO₂出口均连通排气储罐12。三组染色釜的CO₂出口与排气储罐12之间分别安装有安全阀（SV）、压力变送器（PT）和温度测量器（TI），以及并列的高压控制阀和控制阀门。排气储罐12上设置压力表、温度测量器、安全阀和温度指示器。二氧化碳主流管13与三组染色釡并行，直接与排气储罐12连通。系统还包括一旁路管线，该管线一端连通二氧化碳主流管13，另一端与单向阀22与控制阀门之间的管线连通。

转到图2，描述本发明一个染色釡实施例的结构。该反应釜包括支架39以及固定与支架39上的各部件，包括驱动马达27，通过连接器28与驱动马达27连接的耐高温搅拌器29。染色釜本体为中空状，在本体上方设有一染色釡盖，搅拌连接轴穿过染色釜盖延伸至染色釡内部，末端设有扇叶片。布料夹具固定于位于染色釡内部的连接轴上。染色釡本体侧壁上设有二氧化碳进口38和出口35。

结合图3说明本发明无水染色系统配备的染料称量系统，该系统是为了满足精确添加染料的需求而设计。在密封柜50中设置有支撑座51，该支撑座的作用包括固定第一伺服电机47和第二伺服电机48。第二伺服电机48的转轴与加料器41的支撑架49连接，加料器上端可拆卸地连接装染料瓶40，靠近底部设置加料器旋转轴42。与加料器旋转轴42对应的加料器外侧设置有撞击器43，该撞击器用于轻微地撞击加料器41的一侧，从而使染料挤出更加均匀。在染料出口下方放置精确电子秤45，电子秤上放置染料量杯44，用以接收并称量染料的重量。第一伺服电机47、第二伺服电机48和精确电子秤均与密封柜外的计算机46连接，用于控制各部件，记录、整理收集的参数，以供研究人员进一步分析或参考。其中加料系统配备多个加料器41、加料器旋转轴和装燃料桶，以及相应的伺服电机，以方便不同颜色染料的称量。

下面结合具体实施例说明本发明染料称量系统和无水染色色样打板机的使用方法和工作原理。

应用实例一

通过自动染料秤量系统秤取染料。开启控制计算机46。在一密封柜50内，把所需染料（例如分散染料蓝），放入染料瓶40，并又上到下套入加料器41和加料罗旋轴42，加料器41和加料罗旋轴42是一整套装置，本系统配备多个该装置以便适用于不同染料颜色使用。把加料器41和加料罗旋轴42及染料瓶40连接于控制架49。启动伺服电机B,使其旋转180度，加料罗旋轴42正好卡在伺服电机A的转轴上。开启电子秤45，选取和设定适合所秤的染料重量，并启动伺服电机A，使其慢慢转动把染料通过加料罗旋轴42带到落口并加到染料量杯44。同时撞击器43轻微震动撞击加料器41，使染料跌落均匀。当电子秤45获得所设定重量时，电子秤43将给出一个电信号通知计算机控制停止加料。整个称量过程完成。启动伺服电机B,使其逆方向旋转180度。取出染料瓶40，加料器41。备用。

应用实例二

把需打板的聚酯布料约长150mm宽75mm卷绕在布料夹具34中，固定好，套上扇叶片37。连接搅拌轴32并套上染缸36(可选择染缸5，10或11)，把适量的分散染料蓝（一般按布重及染料比例添加，首选1%重量比）放入染缸内，锁好染缸盖33，待染。

通过计算机控制面板，打开储罐16连接于气瓶的阀门，使二氧化碳气瓶18对储罐16充气直至储罐二氧化碳压力为约60大气压。关闭阀门。启动制冷系统14，使制冷温度约为0~10℃，首选5℃.启动加热系统，热油炉1。并使温度控制2控制到温度80℃~150℃，首选100℃。开启加热循环系统管道26（虚线部分），并对热交换器23，夹套管24，和染缸5，10或11加热至选定温度约80℃到140℃，首选90℃。开启二氧化碳泵21.使二氧化碳通过热交换器23，夹套管24，进入高压储罐25，使压力在200到300大气压左右，首选280大气压。开启高压磁力搅拌器6，29并通过电机27和连接器28带动，转速在每小时100到1000转，首选800转。开启高压储罐25和染缸的二氧化碳管道的高压电磁控制阀门4。使二氧化碳进入染缸并保持所选压力（例如280大气压）并通过压力变送器8控制作调节。染色时间约20到60分钟，首选40分钟。染色完毕，关闭高压储罐25和染缸的二氧化碳管道阀门。并开启排气储罐12和染缸的二氧化碳管道阀门.使二氧化碳回收于排气储罐中待用。压力降至常压。打开染缸盖33，取出布板测试。

应用实例三

把需打板的拉链用的聚酯布料约长250mm宽40mm均匀分两层卷绕在布料夹具34中，固定好，套上扇叶片37。连接搅拌轴32并套上染缸36(可选择染缸5，10或11)，把适量的分散染料蓝，分散染料红，分散染料橙（一般按布重及染料比例添加，首选分散染料蓝0.53%重量比，分散染料红0.074%重量比，分散染料橙0.76%重量比）放入染缸内，锁好染缸盖33，待染。

通过计算机控制面板，打开储罐16连接于气瓶的阀门，使二氧化碳气瓶18对储罐16充气直至储罐二氧化碳压力为约60大气压。关闭阀门。启动制冷系统14，使制冷温度约为0~10℃，首选5℃。启动加热系统，热油炉1。并使温度控制2控制到温度200℃。开启加热循环系统管道26（虚线部分），并对热交换器23，夹套管24，和染缸5，10或11加热至选定温度约80℃到150℃，首选100℃。开启二氧化碳泵21.使二氧化碳通过热交换器23，夹套管24，进入高压储罐25，使压力在200到300大气压左右，首选280大气压。开启高压磁力搅拌器6，29并通过电机27和连接器28带动，转速在每小时100到1000转，首选800转。开启高压储罐25和染缸的二氧化碳管道的高压电磁控制阀门4。使二氧化碳进入染缸并保持所选压力（例如280大气压）并通过压力变送器8控制作调节。染色时间约20到60分钟，首选30分钟。染色完毕，关闭高压储罐25和染缸的二氧化碳管道阀门。并开启排气储罐12和染缸的二氧化碳管道阀门.使二氧化碳回收于排气储罐中待用。压力降至常压。打开染缸盖33，取出布板测试。

应用实例四

把需打板的醋酸纤维布料约长75mm宽150mm卷绕在布料夹具34中，固定好，套上扇叶片37。连接搅拌轴32并套上染缸36(可选择染缸5，10或11)，把适量的分散染料蓝（一般按布重及染料比例添加，首选1.5%重量比）放入染缸内，锁好染缸盖33，待染。

通过计算机控制面板，打开储罐16连接于气瓶的阀门，使二氧化碳气瓶18对储罐16充气直至储罐二氧化碳压力为约60大气压。关闭阀门。启动制冷系统14，使制冷温度约为0~10℃，首选5℃。启动加热系统，热油炉1。并使温度控制2控制到温度80℃~150℃，首选120℃。开启加热循环系统管道26（虚线部分），并对热交换器23，夹套管24，和染缸5，10或11加热至选定温度约80℃到140℃，首选110℃。开启二氧化碳泵21.使二氧化碳通过热交换器23，夹套管24，进入高压储罐25，使压力在200到300大气压左右，首选280大气压。开启高压磁力搅拌器6，29并通过电机27和连接器28带动，转速在每小时100到1000转，首选800转。开启高压储罐25和染缸的二氧化碳管道的高压电磁控制阀门4。使二氧化碳进入染缸并保持所选压力（例如280大气压）并通过压力变送器8控制作调节。染色时间约20到60分钟，首选60分钟。染色完毕，关闭高压储罐25和染缸的二氧化碳管道阀门。并开启排气储罐12和染缸的二氧化碳管道阀门.使二氧化碳回收于排气储罐中待用。压力降至常压。打开染缸盖33，取出布板测试。

应用实例五

把需打板的尼龙布料约长75mm宽150mm卷绕在布料夹具34中，固定好，套上扇叶片37。连接搅拌轴32并套上染缸36(可选择染缸5，10或11)，把适量的分散染料蓝（一般按布重及染料比例添加，首选0.5%重量比）放入染缸内，锁好染缸盖33，待染。

通过计算机控制面板，打开储罐16连接于气瓶的阀门，使二氧化碳气瓶18对储罐16充气直至储罐二氧化碳压力为约60大气压。关闭阀门。启动制冷系统14，使制冷温度约为0~10℃，首选5℃。启动加热系统，热油炉1。并使温度控制2控制到温度80℃~150℃，首选90℃。开启加热循环系统管道26（虚线部分），并对热交换器23，夹套管24，和染缸5，10或11加热至选定温度约80℃到140℃，首选85℃。开启二氧化碳泵21.使二氧化碳通过热交换器23，夹套管24，进入高压储罐25，使压力在200到300大气压左右，首选280大气压。开启高压磁力搅拌器6，29并通过电机27和连接器28带动，转速在每小时100到1000转，首选800转。开启高压储罐25和染缸的二氧化碳管道的高压电磁控制阀门4。使二氧化碳进入染缸并保持所选压力（例如280大气压）并通过压力变送器8控制作调节。染色时间约20到60分钟，首选50分钟。染色完毕，关闭高压储罐25和染缸的二氧化碳管道阀门。并开启排气储罐12和染缸的二氧化碳管道阀门.使二氧化碳回收于排气储罐中待用。压力降至常压。打开染缸盖33，取出布板测试。

本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种超临界CO₂染色的色样打板机，其特征在于，包括CO₂瓶（18），与所述CO₂瓶（18）连通的CO₂储罐（16），所述CO₂储罐（16）的出口连通CO₂泵（21），所述CO₂泵（21）的出口与热转换器（23）连通，所述热转换器（23）的出口与高压储罐（25）连通，所述高压储罐（25）的出口连通三个或三个以上并列设置的染色釡（5、10、11），所述染色釡（5、10、11）的出口与排气储罐（12）连通，所述染色釡（5、10、11）的外侧和所述热转换器（23）和所述高压储罐（25）之间的管线外侧设置夹套管（24），热油炉（1）通过热循环管线（26）为热转换器（23）、夹套管（24）、和染色釡（5、10、11）加热。

2.根据权利要求1所述的超临界CO₂染色的色样打板机，其特征在于，所述CO₂储罐（16）和CO₂泵（21）之间的管线外侧设置夹套管（19），所述夹套管（19）的两个端口与冷却器（14）连通。

3.根据权利要求2所述的超临界CO₂染色的色样打板机，其特征在于，所述CO₂泵（21）和所述热转换器（23）之间设置单向阀（22）。

4.根据权利要求1所述的超临界CO₂染色的色样打板机，其特征在于，该系统中任意两个相邻的装置之间安装有阀门，所述染色釜（5、10、11）的出口端和入口端安装有高压电磁控制阀（4），所述高压电磁控制阀（4）受电脑控制。

5.根据权利要求1至4任一项所述的超临界CO₂染色的色样打板机，其特征在于，该染色系统的工作温度为40℃至200℃，最大工作压力为400个大气压。

6.根据权利要求5所述的超临界CO₂染色的色样打板机，其特征在于，所述染色釡（5、10、11）内设有超高压电磁搅拌器（6）。

7.一种与权利要求1所述超临界CO₂染色的色样打板机配套使用的染料称量系统，其特征在于，包括密封柜（50），该密封柜（50）内设置用于固定第一伺服电机（47）和第二伺服电机（48）的支撑座（51），所述第二伺服电机（48）通过支撑架（49）与加料器（41）连接，所述加料器（41）上端可拆卸地连接装染料瓶（40），并设有加料旋转轴（42），所述密封柜（50）中还设置撞击器（43），该撞击器（43）用于轻微地撞击加料器（41）的一侧，以使染料均匀挤出，在染料出口（53）下方放置精确电子秤（45），所述第一伺服电机（47）和第二伺服电机（48）、精确电子秤（45）和撞击器（43）均和密封柜（50）外侧的计算机（46）连接。

8.根据权利要求7所述的染料称量系统，其特征在于，所述染料称量系统的精度为0.1毫克。

9.根据权利要求7所述的染料称量系统，其特征在于，所述第一伺服电机（47）、第二伺服电机（48）、撞击器（43）和精确电子秤（45）的数据均输出至计算机（46），所述计算机（46）整理并存储上述数据，建立可供参考的数据库。

10.根据权利要求7至9任一项所述的染料称量系统，其特征在于， 所述加料器（41）和加料旋转轴（42）为一体化设计。

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