CN105040318B - 采用高压超临界流体技术对纱锭进行连续式无水染色的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压超临界流体技术对纱锭进行连续式无水染色的装置，系由数量为50‑500个纱锭小车1、水平放置的平直染色管2、液压推杆3、染色增压系统4、染料配料溶解系统5、染料回收与二氧化碳净化系统6、二氧化碳增压系统7，二氧化碳储罐8、降压系统9和纱锭小车返回轨道10组成。所述的染色管2按照工作状态分为四段，依次分别连接增压系统4的进料段2、连接染料配料溶解系统的染色段2、连接二氧化碳回收与净化系统的清洗段2和连接降压系统的出料段2。染色段是采用二氧化碳溶解染料5进行正染和反染的染色。在清洗段采用逆流方式以干净的超临界流体二氧化碳作为清洗液对纱锭进行清洗。出料段是将经过清洗段的纱锭小车1逐级降压到常压。本发明装置用于纱锭无水染色。

Description

采用高压超临界流体技术对纱锭进行连续式无水染色的装置

技术领域

本发明涉及高压超临界流体技术对纱锭进行连续式无水染色的装置。

背景技术

我国是世界上最大的纺织服装产品的生产国和出口国。但是纺织业对我国环境造成了极大污染是众所周知的。纺织业对生态环境造成的影响主要在于废水的排放。纺织废水最主要来源于印染废水。各种印染污染物质混杂在一起，使得染色废水的构成极为复杂，也使废水的治理更为困难。

目前世界各国都相继开发了超临界流体染色技术，用以取代用水进行染色的方法。

超临界流体染色(Supercritical Fluid Dyeing简称SFD)是指采用超临界流体(通常是超临界二氧化碳)作为染料染色的介质的工艺，因为不再使用水作介质，因此它从根本上解决了水污染问题。

因为二氧化碳不助燃、无毒、无腐蚀性、性质安全，二氧化碳在超临界状态是一个很好的溶剂，并且二氧化碳的超临界温度和压力较低(温度为31.1℃，压力为7.4MPa)的特点，从众多超临界流体中脱颖而出。综合考虑了超临界流体使用的安全性、稳定性、制造的容易程度等特点，二氧化碳超临界流体成为应用最为广泛的超临界介质。

根据众多的研究得知，超临界流体染色需要在120℃工作温度和30MPa的工作压力下进行。

目前关于超临界流体染色的研究大多是实验室规模的研究。间歇式的染色是把待染色的纱锭全部装入染色釜内，如果放大到工业化的规模，势必将高压染色釜的尺寸放大。

从压力容器技术我们知道，高压设备的直径放大一倍，面积则放大四倍，容器的壁厚将相应放大很多。随着容器直径的放大，高压罐盖上承担压紧、密封作用的螺栓数量与螺栓直径也将放大很多，其操作的不安全程度与投资的成本也将增加更多。其装拆的费事、费力不仅使得生产效率极其低下，而且带来众多不安全的隐患。而且反复高强度的加载、卸载将会产生严重的疲劳问题，使得花费昂贵代价制造的高压设备极其容易产生疲劳事故。

所以，高压设备的放大最好是直径不放大，而将长度增加。直径不放大，则染色釜的壁厚不必增加。而长度增加，则所增加的部分均为工作的容积。两端的密封结构可以不变，而将中间的工作部分长度增加。工作长度增加一倍，生产能力提高一倍，而成本增加的仅仅是中间部分的筒体。所以在高压情况下直径不放大，而将长度放大是高压设备最佳的放大方式。

目前实验室的研究均为间歇式操作。放大到工业化的规模如果仍旧采用间歇式操作，将会带来以下问题：

(1)罐盖需要经常拆装。采用二氧化碳超临界流体进行纱锭染色的时间为一个小时。在染色之前，需要打开罐盖，将待染色的纱锭转入，然后关闭罐盖，装好密封垫片，上紧多个罐盖螺栓。

(2)完成整个染色系统的密封之后，需要将整个系统抽到真空。因为空气不是超临界流体，空气如果混入超临界二氧化碳流体中去，将会降低二氧化碳流体的超临界工作特性。而且混入空气的超临界流体分离困难，无法重复循环使用。

(3)在完成纱锭的染色之后，还需要将罐内的二氧化碳全部抽到储罐内循环使用，也避免排放到空气中，造成新的污染。

(4)尽管染色仅需一个小时，但是高压系统的拆装、密封检漏、染色前空气的抽除，以及染色后二氧化碳的抽除，都是极其耗时的工作。间歇式操作造成了效率低下，难以满足工业生产的需求。

(5)而且频繁的加载、卸载，造成频繁的疲劳载荷，会极大地影响设备的安全。

所以，根据高压超临界流体染色工艺的特点，本发明提出了连续式超临界流体染色的方法。

要实现高压下超临界流体连续式染色的方法，需要解决下列一些问题：

(1)纱锭必须悬空装载在纱锭小车上，以防止纱锭在移动过程中被磨坏。纱锭小车同时起了高压密封的作用。

(2)必须解决纱锭小车在进出高压管道时的可靠的动密封问题。

(3)在进入了高压系统后，进行染色和清洗的过程中O形圈必须得到有效的保护，以防止O形圈过度磨损影响其在出料段的密封功能。

(4)必须解决染料加入到高压系统中的方法。

(5)必须解决染料有效地溶解的方法。

(6)必须解决染色液能够将纱锭均匀接触、染色均匀的问题。

(7)必须解决染色后清洗纱锭的问题。

(8)必须解决将染色液充分分离回收其中的染料与二氧化碳的问题。

(9)必须解决纱锭小车安全离开染色系统，仍旧保证整个系统维持高压密封的问题。

发明内容

本发明涉及一种高压超临界流体技术对纱锭进行连续式无水染色的装置和应用。

本发明的高压超临界流体技术对纱锭进行连续式无水染色的装置的工作情况可见图1。该装置由纱锭小车1、染色管2、液压推杆3、染色增压系统4、染料配料及溶解系统5、染料回收与二氧化碳净化系统6、二氧化碳增压系统7、二氧化碳储罐8、降压系统9和纱锭小车返回轨道10组成。50-500个纱锭小车1依次紧密排列在染色管2和纱锭小车返回轨道10中。被液压推杆3推进染色管内的小车1依次推动前面的小车，直到纱锭小车1出染色管2，被取走染好的纱锭后，进入纱锭小车返回轨道10回到起点，重新装上纱锭，被液压推杆再次推进染色管2，开始新一轮的循环。

所述的染色管2由多节高压管道通过法兰与垫片2-5连接成为一根笔直的水平管道；该染色管2按照工作状态分为四段。称为：进料段2-1、染色段2-2、清洗段2-3和出料段2-4。

进料段中连接了染色增压系统4。在该段的各个工位中逐次增压到工作压力。

染色段与染料配料与溶解系统5连接。染色液的流向与小车的行进方向相反，呈逆流流动。即纱锭小车1是从左往右移动，而染色液从右往左流动。

清洗段与二氧化碳储罐8相连，从二氧化碳储罐8中取用干净的二氧化碳。清洗后带有染料的二氧化碳，一部分可以进入染料配料与溶解系统5，多余的清洗液进入染料回收与二氧化碳净化系统6。降压分离了染料的二氧化碳进入二氧化碳增压系统7，增压后再进入清洗段重复循环使用。不够的部分再从二氧化碳储罐8中取用。

出料段连接了降压系统9，在该段的各个工位中从工作压力逐次降压到常压后出料。

从染色管2出来的纱锭小车1在取走已经染色的纱锭时，进入纱锭小车返回轨道10。它们依次都由后面的小车推动前面的小车前进，直到小车返回到进口处。小车推动的动力是由液压推杆来承担。液压推杆把已经装入纱锭的小车推进染色管2，它会依次推动前面的小车往前移动。

所述的纱锭小车1见图2(a)、图2(b)、和图2(c)。它由前后两块法兰盘1-3和1-4，中间加上圆弧形的连接板1-11组成；连接板1-11采用螺钉1-12固定在两端的法兰盘1-3和1-4上，构成纱锭小车1的整体。纱锭1-1带有芯管1-2。可以搁在法兰盘1-3和1-4中的凹槽内、两端法兰盘1-3和1-4上有O形密封圈1-9与1-10。O形圈1-9与1-10的外端有保护挡块1-7与1-8。保护挡块1-7与1-8由它们外端的压块1-5与1-6沿锥面抵住。

在进料段和出料段里，法兰盘1-3与1-4组成的小车起到类似于液压活塞的作用。通过法兰盘1-3与1-4，以及法兰上的O形圈1-9与1-10，与染色管2内壁的精密配合，对系统中的高压起到动密封的作用。

在进料段里，装有纱锭的小车1进入了染色管2-1。它由十个工位组成了增压系统4。它们的工作条件见图3。由于空气不是超临界物质，为了防止系统中混入空气，降低了超临界流体的性能，真空泵4-1把该工位抽成真空。每个工位都有的高压泵4-2把各个工位增压到设定的压力，并且在该压力下循环，以维持该工位的稳定。高压阀4-3控制该工位的工作。详见图3。

在进入染色段2-2和清洗段2-3时，染色管2的内径比进料段和出料段扩大了2-4mm。这时被前后小车推动压紧的压块1-5和1-6，就会把保护挡块1-7和1-8往径向推出，抵住染色管2的内表面。这样，就使得O形圈1-9与1-10与管壁脱离了接触。直到到达出料段时再重新工作。参见图2(a)、图2(b)、和图2(c)。

所述的染色段2-2与染料配料和溶解系统5相连接，见图4。染色液所需的二氧化碳由储罐5-1提供。经过5-2加热器加热，再经过5-3增压泵增压后进入染料加入管。由于粉状染料难以操作，事先把染料压制成片状的染料片。染料片可以很容易地装入染料加入管5-4。后面接上过滤器5-5。它们前后分别接有活接头5-6与5-7，以便于拆装。染料加入管5-4与过滤器5-5、加上活接头5-6与5-7共有两套，可以分别使用，通过高压阀5-8来控制它们的运行。两套染料加入管在加了染料片之后也需要通过真空泵5-9抽除其中的空气，才能接入系统。另外一套加热器5-10和高压泵5-11维持系统内部循环的需要。排空阀5-12在需要拆装染料加入管，加入染料片时使用。

在染色管2上通过进出口位置的不同，可以分为正染与反染两种。正染是指染色液从纱锭外部进入纱锭，从纱锭芯管内流出。反染是指染色液从纱锭芯管内流入经过纱锭，从纱锭外部流出。

所述的连接二氧化碳增压系统7的清洗段2-3，是采用逆流方式以干净的超临界流体二氧化碳作为清洗液对纱锭进行清洗。清洗段2-3与染料回收与二氧化碳净化系统6连接。清洗过含有染料的二氧化碳可以作为染色段的原料配制染料用。多余的清洗液需要进行分离与回收。见图5。

分离采用高压分离器6-1、中压分离器6-2、低压分离器6-3进行逐级分离。分离后的二氧化碳气体再经过过滤器6-4，分离干净的二氧化碳气体到冷却器6-5冷却，再经过压缩机6-6压缩后进入二氧化碳储罐6-7。也可以作为清洗液再循环使用。

所述的连接减压系统9的出料段2-4是将经过清洗段的纱锭小车1经过降压工位被高压泵9-1逐级降压到常压，见图6。为了避免二氧化碳排放，最后采用真空泵9-2将二氧化碳全部抽到二氧化碳增压缩系统7。然后与大气连通，为出料做好准备。

本发明还可以进一步描述如下：

(1)本发明提出了采用高压超临界流体技术进行纱锭连续式染色的方法与装置。对纱锭进行连续式染色德装置是由水平放置、带有卧式支座的高压厚壁不锈钢管道组成，它们称之为染色管2。染色管2由多节管道组成，通过法兰盘与垫片连接成为一根笔直的水平管道。染色管2的长度由生产能力来决定。由于超临界流体对纱锭染色的时间约为1个小时，生产能力与染色管2的长度按照纱锭在染色管2内染色停留时间为一个小时来确定。

(2)由于纱锭必须悬空放置，以便染色均匀，且能保护纱锭在移动过程中不受磨损，本发明将纱锭安放在装载纱锭的载体中，称之为纱锭小车1。纱锭小车1采用前后两块法兰盘，中间加上圆弧形的连接板组成。连接板采用螺钉固定在两端的法兰盘上，构成纱锭小车1的整体。由于纱锭小车1是靠进料口的液压推杆的压力将小车依次推动前进的，所以纱锭小车1需要有很好的刚度，能够依靠液压推杆的推力来推动所有的小车。

(3)纱锭小车1的法兰盘上有可以放置纱锭的凹槽。纱锭可以很方便地从上部放入小车，也可以很方便地取出染色完成的纱锭。两端法兰上的O形圈类似于液压系统中液压活塞的密封圈，它们在高压下起动态密封的作用。

(4)高压超临界流体染色管2分为四个工作段：进料段、染色段、清洗段和出料段。进料段和出料段需要保证整个系统在连续操作过程中始终保持高压超临界流体的工作状态，不会泄漏，确保安全。所以小车的外径与该段染色管的内壁需要达到液压活塞与活塞筒的配合精度。小车在进入了进料段后，已经不需要密封了，所以染色段和清洗段的筒体内径扩大2～4mm，使得纱锭小车上的O形圈与管壁脱离接触。

(5)纱锭小车1上附有保护O形圈的保护挡块。在经过了密封段。进入染色段后，染色管道筒体的内径扩大了2～4mm，O形圈两端的保护挡块被其外端的压块把它撑开，贴紧扩大了的染色段与清洗段的内壁。这样就保护了O形圈不被磨损。在纱锭小车1经过清洗段，进入出料段时，筒体内径重新缩小到进料段时相同的内径。纱锭小车1与筒体内壁的高精度配合，使得纱锭小车1重新起到液压活塞的作用，O形圈重新开始密封。

(6)为了使得纱锭小车1在进料段能够起到类似于液压活塞既能够承受高压密封，又能够往前运动的要求。将进料段划分为十个工位。十个工位的功能分别表述如下：

表1进料段中10个增压工位的参数

5	增压工位2	10MPa	小车内压力由5MPa增压到10MPa
				6	增压工位3	15MPa	小车内压力由10MPa增压到15MPa
7	增压工位4	20MPa	小车内压力由15MPa增压到20MPa
				8	增压工位5	25MPa	小车内压力由20MPa增压到25MPa
9	增压工位6	30MPa	小车内压力由25MPa增压到30MPa
				10	稳压工位	30MPa	小车内压力稳定在30MPa，为进入染色段做准备

上述十个工位均有相应独立的循环系统，维持该工位操作条件的稳定。这些独立的循环系统由增压泵、高压阀和相应的高压管道组成，独立循环，以使该工位的操作条件稳定，不受相邻工位的影响。

(7)染色段中染料的添加也需要抽除空气。抽除空气的方法是将染料压成类似于药片形式的染料片。染料片装入染料加料管中，可以很容易地抽除空气，然后接入二氧化碳增压系统7进行溶解和染色。加料装置可以有两套轮流切换使用。

(8)为了使得染色液进入纱锭染色均匀，将染色方法分为正染和反染两种方法。正染就是指染色液从纱锭外部进入纱锭，穿过层层纱线，从纱锭内部芯管流出去。反染是指染色液从纱锭芯管内部进入，穿过层层纱线，从纱锭外部流出去。通过染色液进口与出口的位置分布可以容易地安排正染与反染。

(9)清洗段采用逆流方式，以干净的超临界流体二氧化碳作为清洗液对纱锭进行清洗。清洗也采用正洗与反洗交替进行的方式。清洗后带有染料的清洗液可以作为进料段所需补充的二氧化碳和染色段配料所需的二氧化碳加入染料配成染色液使用。

(10)多余的清洗液需要分离出染料，将染料收集后，纯净的二氧化碳再经压缩后进入二氧化碳储罐8可以循环使用。

(11)染料分离的过程充分利用清洗液具有高压的能量的特性，逐级降压，降压通过喷嘴进行，把降压释放的能量转化为动能，分别经过高压分离器、中压分离器、和低压换热器，以强化分离的效果。

(12)将出料段也划分为十个工位，逐级降压，以确保出料段的安全运行。出料段的十个工位表述如下：

表2出料段中10个降压工位的参数

工位编号	工位名称	工位压力	工位作用
				1	准备工位	30MPa	纱锭小车进入密封状态，为降压做准备
2	降压工位1	25MPa	小车内压力由30MPa降为25MPa
				3	降压工位2	20MPa	小车内压力由25MPa降为20MPa
4	降压工位3	15MPa	小车内压力由20MPa降为15MPa
				5	降压工位4	10MPa	小车内压力由15MPa降为10MPa

6	降压工位5	5MPa	小车内压力由10MPa降为5MPa
				7	降压工位6	常压	小车内压力由5MPa降为常压
8	抽空工位	真空	小车内压力由常压抽至真空
				9	放空工位	大气压	放入外界空气使纱锭小车与外界达到平衡
10	备用工位	大气压	小车为离开染色装置作准备

上述十个工位也都有相应独立的循环系统，维持该工位操作条件的稳定。这些独立的循环系统由增压泵、高压阀和相应的管道组成，独立循环，以使该工位的操作条件稳定，不受相邻工位的影响。

本发明装置用于纱锭连续式无水染色，其优点是实现了在高压超临界流体工作条件下的连续性生产。生产的工艺条件稳定，解决了间歇式生产投资大，生产能力小，疲劳载荷大的不利因素。

在高压下连续性生产中本发明装置采用多工位，逐次升压，或者逐次降压的方法，把高压差下的动密封变成了低压差下的动密封。降低了动密封的难度，增加了可靠性。

本发明还解决了粉体难以进入高压系统的难题，把粉体染料压制成片剂，容易填装，容易抽除空隙里的空气，容易切换接入高压系统工作。

实施例

1、生产前的准备工作

(1)生产流程：见图1。染色生产需要准备数百辆纱锭小车1。纱锭小车1有两个功能：一个是悬挂纱锭，使纱锭各处能够染色均匀，同时避免摩擦损伤纱线。另一个功能是起了密封作用。把纱锭小车1看成是液压系统中的液压活塞，既能在里面往前运动，又能够在高压下密封不会泄漏。通过液压推杆将染色管2内装满纱锭小车1，这时染色管2内都是空的纱锭小车1，小车里面并没有装入纱锭。因为在染色管2内灌入二氧化碳，并且把它们增压到超临界状态需要依靠这些小车法兰上的O形圈，起到密封的作用。在返回轨道上也要放满纱锭小车1。生产的循环是靠液压推杆推进一辆小车，纱锭小车返回轨道10上就被推回一辆小车。

(2)纱锭小车1：见图2(a)、图2(b)和图2(c)。纱锭1-1绕制在纱锭芯管1-2上。纱锭小车1的法兰盘1-3和法兰盘1-4之间正好可以搁住一个纱锭1-1上的纱锭芯管1-2。纱锭小车1是通过连接板1-11，用螺钉1-12固定在法兰盘1-3和1-4上。法兰上的O形圈1-9和1-10起着在高压下的动密封作用，1-7和1-8分别为保护挡块。它们与压块1-5和1-6紧密接触。在液压推杆推动小车依次前进的时候，压块1-5和1-6被压紧。它们再去挤压保护挡块1-7和1-8，接触面的斜坡把1-7和1-8沿径向推出，抵住染色管道的内壁。在纱锭小车1通过了进料段后，染色段和清洗段的内径要比进料段大2～4mm，这时压块1-5和1-6就会把保护挡块1-7和1-8沿着径向再向外压出，抵住内径增大后的染色段和清洗段的管道内壁。这时被撑开的保护挡块就可以有效地保护O形圈1-9和1-10不被磨损。

(3)生产启动：在染色管2内装满的没有纱锭的纱锭小车1后，需要将整个系统抽成真空。因为空气不是超临界物质，系统中存在空气，会降低超临界介质的工作品质。由于二氧化碳化学性能稳定，不会燃烧和爆炸，没有毒性，二氧化碳的超临界条件较低，温度为31.1℃，压力为7.4MPa，而且二氧化碳在超临界条件下是一个很好的溶剂。它的价格低廉，安全性好，所以首选二氧化碳作为超临界流体无水染色的工作介质。在将整个系统抽空之后，用泵从二氧化碳储罐8中打入二氧化碳，直到达到工作压力30MPa，染色段的二氧化碳，在加入染料时还需要通过加热器加热到120℃的工作温度。系统达到生产条件后，就可以将放入纱锭的纱锭小车1通过液压推杆推进染色管2进行染色了。

2、染色过程与步骤

(1)进料

操作人员将纱锭放入纱锭小车1，见图2(a)、图2(b)、图2(c)。纱锭芯管支撑着纱锭悬挂在纱锭小车1内，以保护纱线可以均匀地接触染色液，并且在移动过程中不会被磨损。

进料的过程见图3。其中1是纱锭小车1，为了后面叙述方便，将前后两辆纱锭小车1标记为a和b。2-1是染色管2的进料段。图3显示了十个进料工位的增压系统的示意图。每个工位都有专门的循环系统维持该工位的压力稳定。其中，4-1为真空泵。4-2为高压泵，4-3为高压阀。

把纱锭放入纱锭小车1后，由液压推杆沿着轨道把纱锭小车1推入染色管2，进入第一个工位：进料工位，参见图3。

液压推杆把带有纱锭的小车a推入第一个工位：进料工位，小车a在这个工位内仍然处于常压状态。小车a在第一个工位停留设定的秒数后，液压推杆又推进了下一辆带有纱锭的小车b，小车a进入第二个工位：真空工位。这个工位把小车空间的空气抽走，为灌注二氧化碳做好准备。

随着液压推杆推进新的小车，进入染色管的纱锭小车a依次经过第三、第四……工位，在这些工位里，小车内的空间中被灌入了二氧化碳，并且逐次被增压到该工位的压力。

纱锭小车1在依次通过十个进料工位后，已经达到染色所需的压力、温度等工作条件。在进入染色段时，染色段的内径比进料段略大2～4mm，直径扩大后，图2(a)、图2(b)、图2(c)中的压块1-5和1-6就会把保护挡块1-7和1-8沿径向继续压出，抵住染色管2内壁。O形圈脱离接触，而且得到可靠保护，直到出料段时O形圈才重新恢复密封功能。这样有利于延长O形圈工作寿命。

(2)染色

图4表示了染色过程的示意图。从二氧化碳钢瓶5-1中出来的二氧化碳经过加热器5-2，加热到工作温度。5-3为高压泵，5-4为染料加入管，5-5为过滤器。染料事先压制成染料片，放进染料加入染色管2里。然后用真空泵5-9把染料加入染色管2里的空气抽去，就可以接入系统了。染料首先在管路系统中循环，达到规定的浓度后才能进入染色管2进行染色。5-8是高压阀，用以控制染色液的循环。5-10是另一根加热器，5-11是另一台高压泵。用以将染色管2内用过的染色液重新加温和加压，并经过染料加入管加浓后作为新的染色液进入染色管工作。

染料加入管有两根并联，一根在工作的时候，另一根可以通过阀门关闭，拆开两端的活接头5-6及5-7，脱离系统，可以拆开装入染料片后重新接入溶解系统。

为了防止死角，或者短路，染色过程采用正染。或者反染，两者交替进行。正染，是指染色液从纱锭外部进入，从纱锭里面的芯管流出。反染，是指染色液从纱锭芯管流入，穿过层层纱线，从纱锭外部流走。

染色采用逆流方式进行。用过的染色液进入染料溶解系统重新加入染料循环使用。

(3)清洗

清洗采用逆流进行。为了防止死角，或者短路，清洗采用正洗与反洗交替的方法进行。正洗，是指清洗液从纱锭外部进入内部，从纱锭的芯管流出。反洗，是指清洗液从纱锭芯管流入，从纱锭外部流出。用过的清洗液可以作为染色液配料的原料使用，也可到纱锭进料段所需的二氧化碳的原料。多余的清洗液可以进行逐级降压分离。图5表示了高压分离器6-1、中压分离器6-2和低压分离器6-3的示意图。6-4为过滤器。分离后的二氧化碳经过6-5冷却器冷却，再经过6-6压缩机压缩，进入二氧化碳储罐6-7，也可以作为清洗液循环使用。

(4)出料

出料段2-4也分为十个工位，见附图6。依照与进料段相反的方式，逐次降压，9-1显示每个工位的高压泵，它们维持该工位压力的稳定。9-2是真空泵，回收需排空的二氧化碳，最后第二个工位与大气连通，为纱锭小车1顺利出料做好准备。

纱锭小车1脱离染色管2后，由操作人员取走染好的纱锭。小车进入返回轨道10，由后面出料的小车依次将它们推回到进料口，开始新的循环。

推动小车的动力由液压推杆来实现。

(5)停工

停工时也必须继续放入空的纱锭小车1，待已经染色的纱锭全部出料完毕，就可以让系统保压在静止状态。

本发明的连续式高压超临界流体染色装置用于纱锭染色可以实现工业化生产。运行平稳。实现了在高压下纱锭的连续进料，也解决了染料进入高压系统的难题。

附图说明

图1整个操作工艺示意图。

图2是纱锭小车1示意图。

图3是进料段工作情况示意图。

图4染色段工作情况示意图。

图5清洗段工作情况示意图。

图6出料段工作情况示意图。

其中：1是纱锭小车，1-1—纱锭；1-2—纱锭芯管，1-3—法兰盘，1-4—法兰盘；1-5—压块；1-6—压块，1-7—保护挡块，1-8—保护挡块，；1-9—O形圈，1-10—O形圈；1-11—连接板；1-12—连接板螺钉。2是染色管，其中2-1是进料段，2-2是染色段，2-3是清洗段，2-4是出料段，2-5是连接染色管的法兰、垫片密封装置。3是液压推杆，4是进料段的染色增压系统，5是染料配料及溶解系统，6是染料回收与二氧化碳净化系统，7是二氧化碳增压系统，8是二氧化碳储罐，9是出料段的降压系统，10是纱锭小车返回轨道。

具体实施方式

结合附图进一步说明本发明的内容将有助于理解本发明，但并不能限制本发明的内容。

图1是整个操作的工艺示意图。液压推杆按照设定的间隔时间，推动一个装有纱锭的小车进入染色系统。整个染色系统分成四个工作段：进料段、染色段、清洗段和出料段。进料段和出料段承担了整个高压超临界流体染色系统的动态密封的工作。为了能够有效地进行高压系统下的动态密封。把进料段分为十个工位。在十个工位中逐次增压。同样情况，在出料段中也分为十个工位，逐次降压。染色段把配制好的染色液用高压泵打入染色段，对纱锭进行染色。在清洗段，采用清洁的超临界流体二氧化碳对染色的纱锭进行清洗。清洗过的带有染料的二氧化碳，一部分可以到染料配料系统中作为染色液对纱锭进行染色。多余的清洗液进入分离回收系统，回收剩余的染料，分离后气化的二氧化碳经过压缩机压缩后可以作为清洗液循环使用。

图2是纱锭小车1示意图。其中：1-1—纱锭；1-2—纱锭芯管；1-3—法兰盘；1-4—法兰盘；1-5—压块；1-6—压块；1-7—保护挡块；1-8—保护挡块；1-9—O形圈：1-10—O形圈；1-11—连接板；1-12—连接板螺钉。带有芯轴的纱锭安放在小车法兰盘的槽中。

左右两块法兰盘上的O形圈1-9和1-10起着密封的作用。在O形圈的外端，有一圈可以适度向外伸缩的保护挡块1-7和1-8，保护挡块1-7和1-8由摩擦系数小，耐磨性能好的聚四氟乙烯制造。保护挡块底部的锥面与压块1-5和1-6的锥面相互接触。在整个工作过程中，小车由液压推杆的压力推动前进。推动小车前进的压力使得压块1-5和1-6始终处于压紧的状态。压块1-5和1-6的压力通过锥面传递给保护挡块1-7和1-8。把保护挡块撑开，抵住染色管的内表面。在纱锭小车1通过了进料段进入染色段时，染色段的内径增大了2～4mm，压力使得保护挡块1-7和1-8继续撑开，抵住染色段管道的内表面。这时保护挡块撑开了2～4mm，使得O形圈脱离接触，起到保护O形圈的作用。待小车通过了清洗段，进入出料段时，由于染色管的内径缩小了一些，使得与小车法兰盘与染色管内壁成为机械配合的状态，这时O形圈重新开始工作，起到高压下密封的作用。

图2(a)是纱锭小车1剖开后的形貌，图2(b)是纱锭小车1未剖开时的外观形貌，图2(c)是纱锭小车1的三维示意图。从中可以看出纱锭1-1绕在芯轴1-2外面。芯轴1-2具有很多小孔，使得染色液可以通过纱锭外表面渗入纱锭内部，到芯轴1-2内部汇集后流走，称之为正染；染色液也可以通过小车法兰盘上的进口，流到纱锭芯管1-2内，然后通过纱锭渗到纱锭外表面流走，称之为反染。通过布置在染色管不同位置的进出口，使得纱锭小车1走到不同位置时自动进行正染和反染的工作，促使纱锭在内外表面都能达到染色均匀的效果。

图3是进料段工作情况示意图。

进料段从左到右被划分为十个工位。左端刚刚进入染色管系统，称为第一个工位。工位编号由左依次往右。染色管1-2内装满了纱锭小车1。左边是纱锭小车1刚刚进入染色管的第一个工位。每隔一个设定的时间间隔，小车被液压推杆往右推进一个工位。左端起第一个工位是小车刚刚进入染色管的常压工位。小车进入第二个工位是真空工位。这时真空泵将该工位内的空气全部抽走，该工位内的空间呈现真空状态。第三个工位是增压工位，灌入二氧化碳，使得该工位由真空状态变为微正压状态。第四个工位是增压工位，将压力由微正压增加到5MPa状态。第五个工位增压工位，将压力从5MPa增加到10MPa。第六个工位增压工位，将压力从10MPa增加到15MPa。第七个工位增压工位，将压力从15MPa增加到20MPa。第八个工位增压工位，将压力从20MPa增加到25MPa。第九个工位，增压工位，将压力从25MPa增加到30MPa。最后第十个工位是稳压工位，压力保持在30MPa不变。

图4染色段工作情况示意图。其中1是纱锭小车，2是染色管，5-1是二氧化碳储罐，5-2是加热器，5-3是高压泵，5-4是染料加入管，5-5是过滤器，5-6、5-7是活接头，5-8是高压阀，5-0是真空泵，5-10是另一套加热器，5-10是另一台高压泵。它们将用过的染色液重新加热、加压、和加浓后，成为新的染色液循环使用。

纱锭小车1在染色管2里面每隔一定的间隔时间依次向右被推进一个工位。染色段附有染料溶解系统。5-4是两根可以交替使用的染料加入管。染料事先需要压成片状，成为染料片。关闭染料加入管5-4两端的阀门，打开染料加入管的活接头，装入染料片，把染料加入管5-4接回系统。打开真空泵5-9抽除染料加入管5-4内的空气，就可以将它接入高压系统。染料可以经过高压泵5-11进行循环，然后进入染色管2。

图5清洗段工作情况示意图。1是纱锭小车，2是染色管，6-1是高压分离器，6-2是中压分离器，6-3是低压分离器，6-4是过滤器，6-5是冷却器，6-6是压缩机，6-7是二氧化碳储罐。

用过的清洗液一部分可以到染料配料系统中去，那里需要加入二氧化碳以溶解染料，所以带有染料的清洗液没有问题。多余的清洗液可以逐级降压进行分离。由于高压的流体带有能量。在泄压的过程中经过喷嘴，把降低的压力转换成流体的速度，来逐次分离和收集由于降压所析出的染料。直到最后，分离掉大部分染料的二氧化碳还需要经过一个精细的滤清器，以确保二氧化碳是绝对的干净了。分离后干净的二氧化碳可以作为清洗液重复使用。不够的话，从钢瓶中补充一些二氧化碳。

图6出料段工作情况示意图。其中1为纱锭小车，2为染色管，9-1为高压泵，9-2为真空泵。出料段的情况与进料段类似，由左至右也分为十个工位。第一个准备工位，压力仍为30MPa，第二个为降压工位，将压力降到25MPa，第三个为降压工位，把压力降到20MPa，第四个为降压工位，把压力降到15MPa，第五个为降压工位，把压力降到10MPa，第六个为降压工位把压力降到5MPa，第七个降压工位，把压力降到常压状态，第八个抽空工位，把二氧化碳抽空，第九个工位放空工位，让这个工位与外面的大气连通，为小车顺利出料做好准备。第十个工位是备用工位，准备出料。

Claims (5)

1.一种高压超临界流体技术对纱锭进行连续式无水染色的装置，其特征在于，所述的装置由50-500个纱锭小车(1)、染色管(2)、液压推杆(3)、染色增压系统(4)、染料配料及溶解系统(5)、染料回收与二氧化碳净化系统(6)、二氧化碳增压系统(7)、二氧化碳储罐(8)、降压系统(9)和纱锭小车返回轨道(10)组成；纱锭小车(1)依次紧密排列在染色管(2)和纱锭小车返回轨道(10)中，被液压推杆(3)推进染色管(2)内的纱锭小车(1)依次推动前面的小车，直到纱锭小车(1)出染色管(2)，被取走染好的纱锭后进入返回轨道(10)回到起点，重新装上纱锭，被液压推杆(3)再次推进染色管(2)，开始新一轮的循环；所述的染色管(2)有纱锭小车(1)从一端进入，从另一端出去；染色管(2)由多节高压管道通过法兰与垫片连接成为一根笔直的水平管道；按照工作状态分为四段，依次分别连接染色增压系统(4)的进料段(2-1)；连接染料配料及溶解系统(5)的染色段(2-2)；连接染料回收与二氧化碳净化系统(6)、二氧化碳压缩系统(7)和二氧化碳储罐(8)的清洗段(2-3)；连接降压系统(9)的出料段(2-4)；

所述的纱锭小车(1)悬空置于染色管(2)中，所述的纱锭小车(1)由前后两块法兰盘(1-3)和(1-4)，中间加上圆弧形的连接板(1-11)组成；连接板(1-11)采用螺钉(1-12)固定在两端的法兰盘(1-3)和(1-4)上，构成纱锭小车(1)的整体；纱锭(1-1)带有芯管(1-2)，搁在法兰盘(1-3)和(1-4)中的凹槽内、两端法兰盘(1-3)和(1-4)上有O形密封圈(1-9)与(1-10)；O形密封圈(1-9)与(1-10)的外端有保护挡块(1-7)与(1-8)；保护挡块(1-7)与(1-8)由它们外端的压块(1-5)与(1-6)沿锥面抵住；

所述的染色段(2-2)和清洗段(2-3)的内径要比进料段大2～4mm。

2.根据权利要求1所述的高压超临界流体技术对纱锭进行连续式无水染色的装置，其特征在于，所述的清洗段(2-3)是采用逆流方式以干净的超临界流体二氧化碳作为清洗液对纱锭进行清洗。

3.根据权利要求1所述的高压超临界流体技术对纱锭进行连续式无水染色的装置，其特征在于，所述的出料段(2-4)连接降压系统(9)，是将经过清洗段的纱锭小车(1)逐级降压到常压。

4.根据权利要求1所述的高压超临界流体技术对纱锭进行连续式无水染色的装置，其特征在于，所述的纱锭小车(1)在染色管(2)中处于运动密封状态。

5.根据权利要求1所述的高压超临界流体技术对纱锭进行连续式无水染色的装置，其特征在于，所述的出料段(2-4)具有八-十个纱锭小车(1)工位，依次逐级降压。