CN207512396U - 一种利用二氧化碳气体调节布面pH的系统 - Google Patents

一种利用二氧化碳气体调节布面pH的系统 Download PDF

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杜希
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张玉高
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Abstract

本申请提供了一种利用二氧化碳气体调节布面pH的系统。该系统包括：气体存储单元、质量流量计、电磁阀、节流阀、文丘里管、面料放置单元和循环泵；其中，质量流量计、电磁阀、节流阀和气体存储单元依次串联；文丘里管包含两个入口端和一个出口端，两个入口端分别为气体入口端和液体入口端；其中，文丘里管的气体入口端与质量流量计相连，文丘里管的液体入口端与循环泵的一端相连，文丘里管的出口端与面料放置单元的入口端相连，面料放置单元的出口端与循环泵的另一端相连。本申请提供的装置能够利用CO2作为调酸剂来调节布面的pH，有效解决了使用传统有机调酸剂调节布面pH而产生的有机物污染和磷污染问题并大大降低生产成本。

Description

一种利用二氧化碳气体调节布面pH的系统
技术领域
本申请涉及一种利用二氧化碳气体调节布面pH的系统，属于染整技术领域。
背景技术
在印染过程中，需要用到大量的碱，布面经过碱液处理后pH会大幅升高，因此必须对布面pH进行控制。一般对布面pH的要求为4.5-7.5(韩丽等，关于布面pH值的控制,2008,28(4))。
目前对于印染过程中的布面pH调节，主要采用醋酸，AC酸，柠檬酸和磷酸二氢钠等有机酸进行调节，然而这些有机酸在后续排放过程中会带来大量的有机物污染物，大大增加了污水处理的负担，特别是磷酸二氢钠中含有大量的磷，而磷是水体富营养化的主要原因，因此磷的排放需要特别控制。
采用上述有机酸进行布面pH调节除了会造成一定程度的污染外，还存在成本较高的问题。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本申请提供了一种利用二氧化碳气体调节布面pH的系统。该装置能够利用CO2作为调酸剂来调节布面的pH，有效解决了使用传统有机调酸剂调节布面pH而产生的有机物污染和磷污染问题并大大降低生产成本。
为达到上述目的，本申请提供了一种利用二氧化碳气体调节布面pH的系统，该系统包括：
气体存储单元、质量流量计、电磁阀、节流阀、文丘里管、面料放置单元和循环泵；其中，
所述质量流量计、电磁阀、节流阀和气体存储单元依次串联；
所述文丘里管包含两个入口端和一个出口端，所述两个入口端分别为气体入口端和液体入口端；其中，所述文丘里管的气体入口端与所述质量流量计相连，所述文丘里管的液体入口端与所述循环泵的一端相连，所述文丘里管的出口端与所述面料放置单元的入口端相连，所述面料放置单元的出口端与所述循环泵的另一端相连。
在上述利用二氧化碳气体调节布面pH的系统中，所述质量流量计用于控制和计量进入所述文丘里管中的气体的量；所述电磁阀用于控制所述节流阀的开启和闭合；所述节流阀用于调节气体的压力。
在上述利用二氧化碳气体调节布面pH的系统中，所述气体存储单元用于贮放压缩后的气体。
在上述利用二氧化碳气体调节布面pH的系统中，优选的，利用气体调节布面pH的系统还包括气体生成单元，所述气体生成单元用于进行化学反应以生成二氧化碳气体；所述气体生成单元与所述气体存储单元相连。
在上述利用二氧化碳气体调节布面pH的系统中，优选的，所述气体生成单元内设有搅拌装置。
在上述利用二氧化碳气体调节布面pH的系统中，优选的，所述气体生成单元与所述气体存储单元之间连接了气体干燥单元，所述气体干燥单元用于对生成的气体进行干燥，以除去其中的水分。
在上述利用二氧化碳气体调节布面pH的系统中，优选的，所述气体干燥单元和所述气体存储单元之间连接了气体压缩单元，所述气体压缩单元用于压缩气体。
在上述利用二氧化碳气体调节布面pH的系统中，优选的，所述气体压缩单元包括贮气罐，以及与所述贮气罐相连的压缩机；所述贮气罐与所述气体干燥单元相连，所述压缩机与所述气体存储单元相连。干燥后的气体先进入贮气罐中暂存并均匀压力，然后经压缩机压缩后存储于气体存储单元。
在上述利用二氧化碳气体调节布面pH的系统中，优选的，所述面料放置单元的入口端位于所述顶部。更优选的，所述面料放置单元的入口端设有喷淋系统，所述文丘里管的出口端与所述喷淋系统的入口端相连。
在上述利用二氧化碳气体调节布面pH的系统中，优选的，所述面料放置单元用于置放面料，同时其也可以对面料进行包括煮练、漂白、染色和皂洗中的一种或几种的处理。所述面料放置单元可以是染缸，但不限于此。
在上述利用二氧化碳气体调节布面pH的系统中，优选的，所述利用二氧化碳气体调节布面pH的系统还包括第一存储单元和第二存储单元，所述第一存储单元和第二存储单元分别与所述气体生成单元相连；其中，所述第一存储单元用于存储酸性液体；所述第二存储单元用于存储含有CO3 2-和/或HCO3 -的液体，例如染色残液。该系统还可以实现对染色残液回收再利用。
在上述利用二氧化碳气体调节布面pH的系统中，优选的，所述第一存储单元与所述气体生成单元之间设有第一液体输送泵；所述第二存储单元与所述气体生成单元之间设有第二液体输送泵；所述第一液体输送泵和第二液体输送泵用于将所述第一存储单元和第二存储单元中的液体输送至所述气体生成单元。
本申请提供的利用二氧化碳气体调节布面pH的系统，能够以CO2作为调节剂对布面的pH进行调节：CO2溶解到水中后，同H2O结合生成H2CO3，H2CO3电离生成H+和HCO3-，如下所示：
H2O+CO2H2CO3；
H2CO3H++HCO3-；
产生的H+可以中和布面的碱，进而降低布面的pH，CO2溶于水中后，pH最低为5.6，不会使布面变酸。
本申请的有益效果：
本申请提供的装置能够利用CO2作为调酸剂来调节布面pH，有效解决了使用传统有机调酸剂(醋酸、AC酸、柠檬酸和磷酸二氢钠)调节布面pH而产生的有机物污染和磷污染问题并大大降低生产成本。
附图说明
图1为本实施方式提供的利用二氧化碳气体调节布面pH的系统的一种结构示意图；
图2为本实施方式提供的利用二氧化碳气体调节布面pH的系统另一种实施方式的结构示意图；
主要附图标号说明：
1：气体存储罐；2：节流阀；3：电磁阀；4：质量流量计；5：文丘里管；6：循环泵；7：面料放置单元；8：气体生成器；9：气体干燥塔；10：贮气罐；11：压缩机；12：第一存储罐；13：第一输送泵；14：第二存储罐；15：第二输送泵。
具体实施方式
为了对本申请的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本申请的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本申请的可实施范围的限定。
如图1所示，本实施方式提供了一种利用二氧化碳气体调节布面pH的系统，包括：气体存储罐1、节流阀2、电磁阀3、质量流量计4、文丘里管5、循环泵6和面料放置单元7。
气体存储罐1、节流阀2、电磁阀3和质量流量计4可以依次串联。气体存储罐1可以用于存储压缩的二氧化碳气体。节流阀2可以用于调节气体的压力，通常压缩的二氧化碳气体从存储罐1内流出时，瞬时压力较大，容易对连接管线及装置造成较大冲击，伤害管线和装置，甚至造成爆炸事故，节流阀2可以降低压缩的二氧化碳气体从存储罐1内流出的瞬时压力，防止其对管线和装置造成较大冲击。电磁阀3可以用于控制节流阀2的开启和闭合。质量流量计4可以用于控制和计量进入文丘里管5内的二氧化碳气体的量。
文丘里管5可以包含两个入口端和一个出口端，两个入口端可以分别是气体入口端和液体入口端；其中，气体入口端可以与质量流量计4相连，液体入口端可以与循环泵6的一端相连，出口端可以与面料放置单元7的入口端相连，面料放置单元7的出口端可以与循环泵6的另一端相连。由液体入口端进入文丘里管5内的液体可以与由气体入口端进入文丘里管5内的气体混合，在循环泵6的作用下，液体可以携带这气体进入面料放置单元7内，并在其中充分溶解，此外，通过循环泵可以不断地对面料放置单元7内的液体进行循环。
面料放置单元7的入口端可以设置喷淋系统，文丘里管5的出口端可以与喷淋系统的入口端相连。喷淋系统可以将携带了二氧化碳气体的液体均匀地喷洒在面料放置单元7内的面料上或者液体中，使进入的二氧化碳能够充分溶解在液体中。进一步的面料放置单元7的入口端可以设置在顶部，这样可以更加有利于进入的二氧化碳能够与面料放置单元7内的液体充分混合。
在本实施方式中，面料放置单元7没有特别限定，用于存放待处理的面料的容器都可以。进一步的，面料放置单元7可以是染缸，染缸既可以进行染色，也可以对面料进行前处理，前处理可以包括煮练、漂白、染色和皂洗中的一种或几种。采用染缸作为面料放置单元可以对面料进行相应的整理，并且在整理结束后需要调节布面pH值时，可以直接在染缸内进行调节。
当面料经过煮练、漂白、染色及皂洗工艺后，需要调节pH值时，气体存储罐1中的二氧化碳气体CO2，经质量流量计4进入文丘里管5，此时面料放置单元7中的液体通过循环泵一道进入文丘里管5内，并形成循环液，与CO2充分混合，此时CO2溶解到水中后，同H2O结合生成H2CO3，H2CO3电离生成H+和HCO3 -，如下所示：
H2O+CO2H2CO3；
H2CO3H++HCO3 -；
产生的H+可以中和布面的碱，进而降低布面的pH，CO2溶于水中后，pH最低为5.6，不会使布面变酸。
在一个实施方式中，如图2所示，利用二氧化碳气体调节布面pH的系统还可以包括气体生成器8、气体干燥塔9和气体压缩单元。
气体生成器8可以用于进行化学反应以生成二氧化碳气体，例如，可以用于酸和纯碱反应生成二氧化碳气体，气体生成器8内可以设有搅拌装置以利于化学反应的充分进行。气体干燥塔9可以对生成的二氧化碳气体进行干燥以除去其中的水分。气体压缩单元可以对气体进行压缩。
气体干燥塔9可以分别与气体生成器8和气体压缩单元相连，同时气体压缩单元还可以与气体存储罐1相连。进一步的，气体压缩单元还可以包括贮气罐10和压缩机11，贮气罐10可以用于置放需要进行压缩的气体。贮气罐10可以分别与气体干燥塔9和压缩机11相连，与此同时，压缩机11还与气体存储罐1相连。
在一个实施方式中，如图2所示，利用二氧化碳气体调节布面pH的系统还可以包括第一存储罐12、第一输送泵13、第二存储罐14和第二输送泵15；其中，第一输送泵13分别与第一存储罐12和气体生成器8相连；第二输送泵15分别与第二存储罐14和气体生成器6相连。
第一存储罐12可以用于存储酸液，例如硫酸。第二存储罐12可用于存储含有HCO3 -和CO3 2-的溶液，例如染色残液，由于染色过程中添加了大量的纯碱，因此染色残液中通常会含有大量的CO3 2-。
工作时，存储于第一存储罐12内的硫酸和存储于第二存储罐14内的染色残液可以同时泵入气体生成器8中反应生成CO2气体。其可以实现对类似染色残液等废液的回收再利用，将废液中的HCO3 -和CO3 2-转化成CO2。
以下是使用本申请提供的利用二氧化碳气体调节布面pH的系统对染色残液进行回收处理，使其生成二氧化碳，并利用二氧化碳调节面料的pH的具体应用例。
1)回收染色残液，并用其生成二氧化碳：
将置于第二存储罐14中的活性染料染色残液(染色残液中元明粉的浓度为70g/l，纯碱的浓度为20g/L)通过第二输送泵15泵入气体生成器8中，同时将置于第一存储罐12中的硫酸(质量浓度为98％的浓硫酸)通过第一输送泵13泵入气体生成器8中，泵注过程中可以是浓硫酸泵注量同染色残液的泵注量形成特定关系，以使气体生成器8中的pH为1.5左右。
气体生成器8中反应完的染色残液则排出气体生成器8进入元明粉回收单元中，气体生成器8中产生的CO2气体则进入气体干燥塔9中，气体干燥塔9中可以填充干燥用的分子筛，用以对CO2气体进行干燥，以除去其中的水分。
干燥后的二氧化碳进入贮气罐10中暂存，最后在在压缩机11中进行压缩，压缩后的二氧化碳压力为15MPa，最后储存于气体存储罐1中。
当需要调节布面pH时，电磁阀3开启，气体存储罐1中的CO2经节流阀2调节压力后为0.2-0.3MPa，CO2进入文丘里管5中，同时面料放置单元7(这里的面料放置单元7为染缸)中的水溶液通过循环泵6进入文丘里管5中与CO2混合，并形成循环，进入文丘里管5中的CO2的量可以通过质量流量计得以控制和反馈。
2)对漂白处理后的布料进行pH调节
漂白处理的过程包括：先将布料置入染缸中，然后进热水入染缸中，再依次加入双氧水稳定剂，精炼剂，氢氧化钠和双氧水，再升温至98℃保温45min，降温后排水；进一缸热水进行洗涤后排出；再进一缸45℃的水。
按照预设的工艺流程，通过文丘里管3往缸内温水中投加二氧化碳0.7g/L，溶解的二氧化碳生成碳酸，碳酸电离出氢离子，氢离子用于降低布面pH；最后进一缸热水进行洗涤。
表1
投加量 调节后布面的pH
醋酸 1.0g/L 6.9
二氧化碳 0.7g/L 6.9
表1为采用本申请提供的系统对漂白处理后的布面进行pH调节与传统投加醋酸调节pH的效果对比。
3)对染色后布面进行pH调节
染色的过程包括：在含布料和热水的染缸中先投加元明粉，再投加染料，最后再投加纯碱，60℃下恒温60min，排水，洗热水两缸，再进一缸45℃的温水。
按照设定的程序，向染缸中投加二氧化碳0.5g/L调节布面的pH值。
表2为采用本申请提供的系统对染色后的布面进行pH调节与传统投加醋酸调节pH的效果对比。
表2
投加量 调节后布面的pH
醋酸 1.0g/L 7
二氧化碳 0.7g/L 7.1
3)对染色后布面进行pH调节
皂洗的过程包括：将染色后的布料置于染缸中，向其中加入热水和皂洗剂，90℃下恒温10min，连续皂洗三次，再热水洗两次，最后再进一缸温水。
按照设定的程序，向染缸中投加0.5g/L的二氧化碳调节布面的pH值。
最后向染缸再加入软油和固色剂对布料进行固色处理。
表3为采用本申请提供的系统对皂洗后的布面进行pH调节与传统投加醋酸调节pH的效果对比。
表3
投加量 调节后布面的pH
醋酸 0.3g/L 6.9
二氧化碳 0.5g/L 6.5
通常染色、漂白后布面的pH在7.5以上，传统方法在漂白、染色、皂洗处理结束后向染缸中投加醋酸来调节布面pH值，其存在以下弊端：投加醋酸进行调节的过程中，需要实施监测染缸内溶液的pH情况以防醋酸过量对布面造成伤害，与此同时，投加成本高。
采用本申请提供的系统可以对染色废水进行回收再利用，利用染色废水制备二氧化碳气体作为pH调节剂，不仅实现了对布面pH的温和调控，而且克服了有机酸对环境的污染问题，大大降低了生产成本。

Claims (10)

1.一种利用二氧化碳气体调节布面pH的系统，其特征在于，该系统包括：
气体存储单元、质量流量计、电磁阀、节流阀、文丘里管、面料放置单元和循环泵；其中，
所述质量流量计、电磁阀、节流阀和气体存储单元依次串联；
所述文丘里管包含两个入口端和一个出口端，所述两个入口端分别为气体入口端和液体入口端；其中，所述文丘里管的气体入口端与所述质量流量计相连，所述文丘里管的液体入口端与所述循环泵的一端相连，所述文丘里管的出口端与所述面料放置单元的入口端相连，所述面料放置单元的出口端与所述循环泵的另一端相连。
2.根据权利要求1所述的利用二氧化碳气体调节布面pH的系统，其特征在于，利用二氧化碳调节布面pH的系统还包括气体生成单元，所述气体生成单元用于进行化学反应以生成二氧化碳气体；
所述气体生成单元与所述气体存储单元相连。
3.根据权要求2所述的利用二氧化碳气体调节布面pH的系统，其特征在于，所述气体生成单元内设有搅拌装置。
4.根据权利要求2所述的利用二氧化碳气体调节布面pH的系统，其特征在于，所述气体生成单元与所述气体存储单元之间连接了气体干燥单元，所述气体干燥单元用于对生成的气体进行干燥，以除去其中的水分。
5.根据权利要求4所述的利用二氧化碳气体调节布面pH的系统，其特征在于，所述气体干燥单元和所述气体存储单元之间连接了气体压缩单元，所述气体压缩单元用于压缩气体。
6.根据权利要求5所述的利用二氧化碳气体调节布面pH的系统，其特征在于，所述气体压缩单元包括贮气罐，以及与所述贮气罐相连的压缩机；
所述贮气罐与所述气体干燥单元相连，所述压缩机与所述气体存储单元相连。
7.根据权利要求1所述的利用二氧化碳气体调节布面pH的系统，其特征在于，所述面料放置单元的入口端设有喷淋系统，所述文丘里管的出口端与所述喷淋系统的入口端相连。
8.根据权利要求1所述的利用二氧化碳气体调节布面pH的系统，其特征在于，所述面料放置单元包括染缸，所述染缸用于放置面料和/或对面料进行包括煮练、漂白、染色和皂洗中的一种或几种的处理。
9.根据权利要求1所述的利用二氧化碳气体调节布面pH的系统，其特征在于，所述利用二氧化碳气体调节布面pH的系统还包括第一存储单元和第二存储单元，所述第一存储单元和第二存储单元分别与所述气体生成单元相连；其中，
所述第一存储单元用于存储酸性液体；
所述第二存储单元用于存储含有CO3 2-和/或HCO3 -的液体。
10.根据权利要求9所述的利用二氧化碳气体调节布面pH的系统，其特征在于，
所述第一存储单元与所述气体生成单元之间设有第一液体输送泵；
所述第二存储单元与所述气体生成单元之间设有第二液体输送泵。
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