CN1373822A - 在使用硅氧烷溶剂的干洗处理中用于水分离的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种系统和方法,用来在干洗过程中把水从溶剂中分离出来。该系统包括一个进口(52),能从一个干洗设备的洗涤筐中接收干洗液和水的混合物。该干洗液包括一种硅氧烷组分。该系统还包括一个液流控制器(60),它促使从出口获得的混合物进行流动。与液流控制器相耦合的是一种聚结介质(64),该聚结介质接收液流控制器(60)所推动的混合物。一个容器(68)与聚结介质(64)耦合,以收集来自聚结介质(64)的混合物,分离水和干洗液。容器(68)还与出口(69)连通,以便在脱水状态将干洗液从容器(68)中排出。

Description

在使用硅氧烷溶剂的干洗处理中用于水分离的系统和方法
本发明所属技术领域
本发明属于对服装、织物、纺织品等进行干洗的一般领域，更特别地涉及一种把水从干洗溶剂中分离出来的方法和设备，该干洗溶剂具有独特的密度和比重特性。
与本发明相关的背景技术
干洗是一种遍及世界的重要行业。仅在美国就有4万多家干洗店(其中许多有连锁店)。干洗业是当今经济中不可缺少的行业。许多衣物(及其他物品)必须进行干洗，以除去人体分泌的油脂，保持清洁，同时防止缩水及褪色。
迄今为止普遍采用的干洗剂是全氯乙烯(PERC)。它的使用存在着许多不利因素，包括其自身的毒性和气味。
在该领域中存在的另一个问题是不同的织物需要使用不同的系统来处理，以防止在干洗过程中损坏织物。
先前的干洗工艺包括使用各种溶剂及适合的机器来完成洗涤。如前所述，过去最普遍采用的溶剂是全氯乙烯。全氯乙烯有着非常好的洗涤效果，但其主要缺陷是危害健康，污染环境，即它的使用会导致许多种癌症，污染地下水，损害水生物。在一些地区，由于其危害性，全氯乙烯被禁用。此外，过去也曾尝试使用其他溶剂，例如石油基溶剂或烃类。所述各类溶剂比全氯乙烯具有较小的侵蚀性，但它们仍属于挥发性有机化合物(VOC’s)。因此，在大多数空间区域，这类化合物受到限制。
干洗业长期依赖石油基溶剂，及为人熟知的氯化烃、全氯乙烯和三氯乙烯，用来清洗纺织品和服装面料。自二十世纪四十年代以来，全氯乙烯被誉为不易燃、去污力强、洗涤效果理想、特别适用于干洗业的合成物。在二十世纪七十年代初，发现全氯乙烯可致动物肝癌。这是一个引起恐慌的发现，因为干洗行业的污水排放、废物堆积，会使污染物渗入土壤和地下水。
环境保护机构日益出台更为严格的法规，最终于1996出台法律，要求所有干洗店采用“干至干”循环，意即纺织品及衣物以干燥状态进机，以干燥状态出机。这要求“闭环”系统操作，以回收绝大部分液态和气态全氯乙烯。此“循环”过程包括，将纺织品或衣物放入特制的洗衣机，该洗衣机可容纳15至150磅纺织品或衣物，带有圆形观察窗。放入洗衣机前，要对织物或衣物的污渍进行人工检查。如果织物是非常见的，或者是对于难于处理的质地，则需检查标签，确认制造商是否认为物品适于干洗。如果不这样做，则可能造成永久性污渍。例如，一处糖渍不易被发现，但是一经干洗，就会因氧化而变成棕色。如果污渍是油渍，水就不起作用，但溶剂可以溶解油脂。事实上，对某些衣物采用干洗方法的主要原因(此类衣物不适用常规洗衣机)，是除去积聚的身体分泌的油脂(如脂肪酸)，因其易于氧化而产生污秽气味。
积聚于溶剂中的油脂和脂肪酸通过过滤作用去除，回收溶剂。换言之，脏污的溶剂被蒸馏并通过蛇形管所有蒸汽被冷凝成为液体。回收的液体由溶剂和水组成，然后使该液体通过一个分离器，从而分离所述的两种不可混溶的液体。清洗前纺织品曝露于环境空气中，因此所述水分可能来自环境空气中的天然湿气。水分的另一来源，在于衣物的预除污过程。
从机中取出纺织品前，洗涤机成为干燥机。热风吹入箱体，而不再向外排风，气流进入冷凝器，将蒸汽冷凝成液体。然后该液体通过一个分离器，把水与溶剂分开，从而回收再利用该溶剂。
如果水与溶剂未分开，水将进入相连的储存罐。由于其密度的原因，水将沉降于罐的底部。如果水平面足够高时，泵系统将把水吸起并泵到正被洗涤的物品上，这将导致物品的损伤。
如果水沉积于底罐足够长时间，细菌开始生长，这将导致臭味产生，而臭味会传给正被洗涤的物品。烃类溶剂是细菌的养料，会迅速促进细菌的生长。较轻密度溶剂和较重密度水之间的界面层引起在水和溶剂之间产生一界面层。在该界面层存在的极性溶剂可溶解污染物包括脂肪酸、食物、汗水和一般的人体气味。长时间的沉积会迅速导致细菌的生长并最终导致臭味的产生。
因此，对专业的干洗而言，以一种不损伤洗涤物或不引起臭味的方式控制水的存在是非常关键的。否则的话，会引起顾客的不满意。
适当选择水/溶剂分离系统的依据之一是溶剂和水的密度或比重的差异。相对于水的密度或比重(1.0)，全氯乙烯(最普遍采用的溶剂)的密度或比重是1.619。其次普遍采用的溶剂类型是石油基或烃类溶剂，其比重范围是在0.754和0.820之间，其中最普遍采用的烃类溶剂(DF-2000)的比重是0.77。水和溶剂比重的差异越大，对两者分离就越容易。针对该溶剂的密度大于或小于水的密度并且密度差大于0.03，设计和使用了重力分离器。
虽然已开发了一些系统来分离水和比重与水(1.0)有明显差异的溶剂，但还没有尝试去分离水和比重接近1.0的溶剂。
发明简述
本发明使用一种有机/无机杂化物(有机硅氧烷)的特殊溶剂，其比重为0.95。该溶剂的比重与水(1.0)接近，加之该溶剂的粘度，导致在干洗过程中产生小水珠。标准的重力分离器采用传统的析出方法来分离水和溶剂，对于使用(有机硅氧烷)溶剂是不起作用的。
为适应这种需要，本发明包括一种系统和方法，用于干洗过程中水和硅氧烷溶剂的分离。其中包括，一个进口，该进口能从干洗设备的洗涤筐中接收干洗液和水的混合物。该干洗液包含一种硅氧烷组分。干洗装置还有一个液流控制器，用来推进来自出口的混合物的流动。所述液流控制器与一聚结介质耦合，该聚结介质接收由所述液流控制器所推进的混合物。一个容器与所述聚结介质连接，接收来自聚结介质的混合物，从而分离水和干洗液。一个出口也与所述容器连接，在脱水状态下，把干洗液从所述容器中除去。
附图简要描述
前述本发明的优点以及附加的目的和有关优点，将通过对下述优选实施例进行详细描述，以及结合附图说明，这将更有助于理解。
图1是干洗机的示意图，其使用的溶剂具有需要真空蒸馏的沸点；
图2是根据本发明实施例的干洗步骤流程图；
图3是分离水和溶剂的操作步骤、流程图；以及
图4是用于分离水和溶剂的所有机械装置的示意图，其中水和溶剂的密度非常接近，如前述图3所示
发明详述
本发明包括一种设备和方法，共同用于干洗纺织品、织物、皮革制品等。
为了说明本发明涉及的相互关联的洗涤步骤，在图1中给出干洗系统5的示意图，当然洗涤配置还可以有所选择。应该注意到，图1中的洗涤系统5可用于处理3级A型(Class3-A type)溶剂。
在干洗衣物或其他物品时，首先把它们放入系统5中的一个水平旋转的洗涤筐10中。用泵12送入一种干洗液开始洗涤循环，该干洗液包括一种有机硅氧烷基硅氧烷(organo silicone-basedsiloxane solvent)溶剂。从一个工作罐14或一个新溶剂罐16把溶剂泵入装有衣物的洗涤筐10。通过过滤器18、或直接把溶剂泵入洗涤筐10。
从洗涤筐10，通过按钮式阀门20，溶剂被循环到泵12。在搅动预定时间后，排出溶剂并泵入图1所示3个罐(罐14、罐16和罐22)中的任何一个。然后离心甩干洗涤筐10，从而把剩余的溶剂排到任何所希望的罐中。
与本发明所用特定溶剂相容的过滤系统类型有：一种20和30微米型的旋转圆盘，所用硅藻土能够选用30微米的旋转圆盘；一种管状过滤系统(软管、硬管、或者凸缘(bump)管)，也能够选用硅藻土；一种筒状(活性炭芯、整体活性炭、或者标准型号，特大的或可分的型号)；Kleen Rite筒系统，该系统无需蒸馏器。也可使用10至100微米孔隙的过滤器，在分离前过滤冷凝的蒸汽。
过滤溶剂还可除去洗涤衣物上析出的脏污微粒。而且，过滤硅氧烷基溶剂消除了该溶剂的聚合作用，即使存在催化剂。
用于洗涤的溶剂应用蒸馏法提取，其比率是每100磅提取10至20加仑，除非使用前述的Kleen Rite筒系统。为完成此过程，可以使用一个蒸馏器24来收集来自过滤器18或来自废液罐22的溶剂。废液罐22中的溶剂通过吸管引入蒸馏器，因为该蒸馏器处于真空条件下，真空是通过一个浮球阀(图中未示出)加以控制的。
任何来自蒸馏器的回收的或冷凝的蒸汽可用蒸馏器蒸汽冷凝器26的水冷却蛇形管进行冷凝。其后，重力驱使冷凝溶剂进入分离器28。流动速率与蒸馏器有关，其范围是0.75至1.25加仑/每分钟(GPM)，分离器要相应地进行设计。用液压泵30或文氏管法引起的排液过程产生真空。
在干燥过程中，衣物在洗涤筐10中翻滚，一个风扇32迫使空气吹过加热蛇形管34，这使进入的空气流的温度在120和180华氏度之间。当留在衣物上的溶剂和水被加热并形成蒸汽时，空气流离开洗涤筐10并流过干燥蒸汽冷凝器36的冷却蛇形管，在这里蒸汽冷凝成液体。通过一个导管37，上述液体自重进入分离器28。
离开洗涤筐10的含有蒸汽的空气，其温度范围是在120和138华氏度之间。这种温度是重要的，原因在于它低于前述溶剂闪点30华氏度或更多。在一实施例中，冷凝液体的流动速率可限制于0.75加仑/每分钟，因此可依据蒸馏器和干燥蒸汽冷凝器26和36的冷凝液体的结合流动速率来设计分离器。
图2说明一种步骤，其可以使用本发明的各种部件，以达到阐明的目的。依据上述干洗过程，不止一种而是两种或更多的溶剂来源进入分离器。把重新冷凝的溶剂送回干洗系统的能力依赖于分离器28及其效率。
为获得这种效率，提供了一种分离水和溶剂的方法，如图3所示。如操作步骤40所示，在干洗过程中，干洗液和来自衣物的任何水分所组成的混合物被除去。在操作步骤42中，分离器28收集该混合物。该混合物一经收集就被推动通过一聚结介质，如操作步骤44所示。接着，分离干洗液和水，见操作步骤46。
图4是根据本发明一个实施例的分离器28的示意图，它可以实施图3的方法。当水合溶剂或水和干洗液的混合物流向分离器28的主容器48时，可对混合物进行过滤，从而阻止纤维屑和脏污微粒进入分离器28，该杂质会限制下游的凝聚过滤器。为完成这种过滤过程，可在进口管52的初端覆盖聚结介质(coalescent media)56。根据本发明的各种聚结介质，包括尼龙或任何其他聚结介质。在图1干洗系统5中，以一定的方式用管路把蒸汽冷凝器26和蒸汽冷凝器36连接起来，不存在下部存水点。这样，混合物的流液尽可能直接进入分离器28。
水合溶剂在50处进入分离器28，在50处所述水合溶剂靠自重流下进口管52，并在水和干洗液之间界面层54上方的几英寸处停止向下流动。硅氧烷基溶剂不溶于水，而水是以微团的形态悬浮在水合溶剂中，直到形成直径约0.015cm的水珠。该水珠由于自重沉降于主容器48的底部。所述水合溶剂从进口管52的水平端口55处水平地流出，从而把扰动降至最低程度。
当主容器48中的液体增加时，一个浮动液面开关58会断开，并接着起动一个潜水泵60，该潜水泵的额定转速为400加仑/每小时。在主容器48总高度1/3和1/2之间，泵60汲取水合溶剂，然后该液体通过泵60泵入过滤箱62，该过滤箱62有一个高度在2和20英寸之间的垂直腔。
然后，迫使水合溶剂流过聚结介质64，聚结介质64置于过滤箱62内。该介质直径在2至12英寸之间，其横截面在1/4和4英寸之间。应该注意到，在过滤箱62的垂直腔中可以放置3个或更多的分离介质64。PFP聚合物可用于制造聚结介质64，而PFP聚合物的蜂窝状孔隙结构便于水微团的凝聚。当水合溶剂被迫流过聚结介质64时，一些水珠会形成并出现在聚结介质64的外侧。
泵60可以是电动式的或气动式的。使用任何液流控制器，如泵60，或者利用真空都能达到足够的分离效果。选用的液流控制器应达到0.5至2.5加仑/每分钟的流量。如果水合溶剂的流入量大于聚结介质64所允许的量，可以降低浮动液面开关58的位置，从而使水合溶剂有更大的缓冲区，其中浮动液面开关58的作用是起动液流控制器。
分离后的液体离开过滤箱62后，进入另一个容器68中的垂直管66，容器68使水珠沉降于底部。分离后的溶剂流出溶剂出口69。
在容器68底部收集的水珠，靠自重通过导管70流入主容器48的底部。在一实施例中，导管70的内径是在1/8和1/4英寸之间。收集于主容器48底部的水通过一个水中的浮动液面开关72排出，浮动液面开关72以机械方式开启铰链阀74。也可以用两个电导点或探针(未示出)，当水面升高时它们会接触，从而构成一个回路，并进而发信号给气动阀或电动阀，来排出主容器48中的水。在主容器48的底部也可以有一个人工排水口，用于周期性的人工维护。
可以用不锈钢或聚乙烯制造主容器48。不赞成用碳钢制造主容器48，因为氧化作用和生锈可能会迅速发生。而且，也不赞成使用聚乙烯管、聚氯乙烯和氯乙烯，因为硅氧烷基溶剂会除去增塑剂从而使材料变脆。也可以使用不受溶剂影响的其他制品。
采用硅氧烷基溶剂时，允许一定的温度范围，这种观点在传统的干洗领域通常并不存在。干洗时，控制液体溶剂的温度非常关键。
如前所述，最普遍采用的溶剂是全氯乙烯，其理想保持的温度范围是在78至82华氏度之间。这也是目前在干洗领域采用的所有其他溶剂的通常范围。如果温度增加，溶剂则更具侵蚀性，这导致洗涤织物的损伤。KB(kari butyl)值的增加，通常导致洗涤衣物上的染料脱落并把这些染料转移到其他洗涤的衣物上。对控制温度的关心促使干洗机制造商在底罐安装水冷却蛇形管和在管路上安装串联式水冷却套管，以利于热传递。
通过增加根据本发明的硅氧烷基溶剂的温度范围到90至130华氏度，提供了洗涤所需的侵蚀性，但不会造成脱色问题。此过程最好这样完成：以闭环方式循环水，从热水罐出发，通过一个循环泵，接着通过蛇形管(先前用于冷却)，以后流回热水罐。所述循环泵可用温度探头加以控制，温度探头可置于溶剂中。获得精确控制的溶剂温度，溶剂温度影响了溶剂的侵蚀性但不会引起洗涤衣物的损伤。
以上描述了多种实施例，应当明了的是，本发明不限于此。对实施例的描述是为了便于理解本发明，不应构成对本发明范围的限制。本发明的范围应由以下权利要求及等效文件限定。
组件符号说明5           干洗系统10          洗涤筐12          泵14          工作罐16          新溶剂罐18          过滤器20          按钮式阀门22          废液罐24          蒸馏器26          冷凝器28          分离器30          液压泵32          风扇34          加热蛇形管36          冷凝器37          导管48          主容器50          进口52          进口管54          界面层55          水平端口56          聚结介质58          浮动液面开关60          潜水泵62          过滤箱64          聚结介质66          垂直管68          容器69          溶剂出口70          导管72          液面开关74          铰链阀

Claims (18)

1.一种能够在干洗过程中把水和一种溶剂分离的系统，包括：
(a)一个进口，能够从一个干洗装置的一个冷凝器接收干洗液和水的混合物，其中所述干洗液包括一种硅氧烷组分；
(b)一个液流控制器，用来推进从所述进口接收的所述混合物的流动；
(c)一个分离器，接收由所述液流控制器所推进的所述混合物；
(d)一个与聚结介质耦合的容器，用来接收来自所述聚结介质的所述混合物，从而分离所述干洗液和所述水；以及
(e)一个与所述容器耦合的出口，用来在基本脱水时从所述容器中排出所述干洗液。
2.根据权利要求1所述的系统，进一步包括一个与所述进口耦合的过滤器，所述过滤器具有尺寸为10至100微米的孔。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述进口用管路连接以避免出现可以积聚水的低点。
4.根据权利要求1所述的系统，进一步包括第二个与所述进口耦合的聚结介质，以进一步聚结。
5.根据权利要求1所述的系统，进一步包括第二个与所述出口耦合的聚结介质，以进一步聚结。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述液流控制器是一种真空装置。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述液流控制器是一台泵。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述泵由一个浮动液面开关起动。
9.根据权利要求7所述的系统，其中所述泵是一个电动泵。
10.根据权利要求7所述的系统，其中所述泵是一个气动泵。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述在容器中的水是被排出的。
12.根据权利要求11所述的系统，其中重力驱使来自所述容器的所述水通过一个排水管。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述水是通过一个铰链阀从所述容器中排出，所述铰链阀由一个浮动液面开关进行起动。
14.根据权利要求12所述的系统，其中所述水是通过一个阀从所述容器中排出，当水位上升到预定水平面时，两个探针构成回路实现导通，起动所述阀。
15.根据权利要求1所述的系统，其中所述干洗液通过过滤器循环，滤出脏污微粒，并阻止所述干洗液的聚合作用。
16.根据权利要求1所述的系统，其中所述干洗液的温度保持在90和130华氏度之间。
17.根据权利要求1所述的系统，其中多达3个聚结介质放置于所述进口和所述出口之间。
18.一种在干洗过程中把水从一种溶剂中分离出来的方法，包括如下步骤：
(a)将干洗衣物在一种干洗液中浸泡，所述干洗液包括一种硅氧烷组分；
(b)在所述的硅氧烷组分中搅动所述衣物；
(c)将所述干洗液和水的混合物从所述衣物中排除；
(d)接收蒸汽；
(e)推进冷凝蒸汽流过一聚结介质；以及
(f)将所述干洗液和所述水分离。
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