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Beschreibung
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Verfahren und Vorrichtung zur Flsigkeitsbehandlung von Fasermaterial
(Zusatz zu P 29 28 012.4) Die Hauptpatentanmeldung P 29 28 012.1 betrifft ein Verfahren
zur Flüssigkeitsbehandlung von Fasermaterial, insbesondere zum Färben oder Bleichen
von Garn oder textiler Stückware, bei dem das Fasermaterinl in einen Behälter eingebracht
wird, der Behälter evakuiert wird, die Flüssigkeit in vorgewärmtem Zustand in den
Behälter eingefüllt und zum Teil durch eine kontrollierte Drucksenkung im Behälter
langsam verdampft wird, so daß die Flü3siZkeit im wesentlichen ohne mechanisch zwangsgesteuerte
Strömung zur Einwirkung auf das Fasermaterial gebracht und dieses imprägniert wird,
wobei die Flüssigkeit zum Ausgleich der Abkühlung in Folge der Teilverdampfung durch
Einleitung und Kondensation von Wasserdampf erwärmt wird.
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Zweckmäßige weitere Maßnahmen der Hauptpatentanmeldung sind darauf
gerichtet, daß die Flüssigkeit vor der durch eine Drucksenkung ausgelösten Teilverdampfung
unter Überdruck gesetzt und auf ber 1000 erwärmt wird, daß der Wasserdampf
zum
Nachwärmen der Flüssigkeit an der Unterseite des Behälters eingeleitet wird, daß
die Flüssigkeitsbehandlung nach der Leerung des Behälters wiederholt wird und daß
das behandelte Fasermaterial im Behälter durch Evakuieren des Behälters mechanisch
entfeuchtet und mittels durchgesaugter Luft getrocknet wird.
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Das vorgenannte Verfahren hat ich als vorteilhaft erwiesen, weil es
im Vcrgleich zu den zuvor praktizierten Verfahren zu einer wesentlichen Energieeinsparung,
zu einer Verbilligung der Vorrichtung, zu einer kürzeren flehandtungszeit, zu einer
größtmöglichen Schonung des Fasermaterials bei kurzer Behandllingszeit und minimaler
Flüssigkeitsbewegung unter Vermeidung von Flusenbildung, Schaumbildung, Koagulierungsgefahr
sowie Bleich- und Kochschwund und zu einer erhöhten Gleichmäßigkeit der Behandlungseinwirkung
durch den Wegfall zwangsgesteuerter Flüssigkeitsumwälzung führt.
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Es hat sich jedoch herausgestellt, daß das vorgenannte Verfahren noch
verbesserungsfähig ist, und zwar insbesondere hinsichtlich der Gleichmäßigkeit der
Behandlungseinwirkung.
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In diesem Zusammenhang ist ztl berücksichtigen, daß der für den Behandlungserfolg
maßgebende innige Kontakt der Behandlungsflüssigkeit, beispielsweise einer Färbeflotte,
mit dem Fasermaterial durch die Agitation der bei der Teilverdampfung entstehenden
und aufsteigenden Dampfblasen hervorgerufen wird, so daß eine möglichst gleichmäßig
über das Fasermaterialvolurnen verteilte Entstehung der Dampfblasen erwiinscht ist.
Das Entstehen der Dampfblasen ist jedoch insbesondere von den drtlich vorhandenen
Druck- sind 'I'emperaturwerten abhängige, wobei ge r4 gPeringoe Schwankungen dieser
Werte schon im Hinblick auf unterschiedliche FlUssigkeitsstandhöhen im Behälter
bzw. im Fasermaterialvolumen nicht
vermieden werden können.
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Dementsprechend liegt dieser 7tlsatzerfindung neben dem allgemeinen
Bestreben nach einer weiteren Verbesserung der vorstehend aufgeführten vorteilhaften
Gesichtspunkte insbesondere dieAutabe zugrunde u die Gleichmäßigkeit der Einwirkung
der Behandlungsfldssigkeit auf das Fasermaterial zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Fasermaterial
während der Teilverdampfung kontinuierlich und langsam im Umlauf durch den Behälter
bewegt wird.
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Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß alle Bereiche des Fasermaterials
die Zonen mit unterschiedlich intensiver Fldssigkeitseinwirkung durchlaufen, so
daß im Ergebnis eine besonders gleichmäßige Behandlung erreicht wird.
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Zweckmäßigerweise wird die Flitssigkeit vor dem Einfüllen in den Behälter
durch Einleiten von Wasserdampf auf die Behandlungstemperatur erwärmt und unter
Druck gesetzt. Dadurch wird nicht nur zur besseren Au Ausnutzung der Behandlungskapazität
beigetragen sondern auch eine vergleichswetise kurze und gleichmäßige FlUssigkeitseinwirkang
auf das Fasermaterial erzielt.
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Vorteilhafterweise wird dfm Peter nur teilweise mit der Flüssigkeit
gefüllt und das Fasermaterial längs einer im wesentlichen senkrechten Umlaufbahn
bewegt, wobei es abwechselnd in die Flüssigkeit eintaucht und aus ihr auftaucht.
Hierbei wird die Umlaufbewegung des Fasermaterials zur Verringerung der erforderlichen
Menge an Behandlungsfltissigkeit ausgenutzt.
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Daneben ergibt sich aber insbesondere der Vorteil, daß die primär
auf die fortlaufende Fllissigkeitsverdampfung zurückgehende intensive Einwirkung
auf das Fasermaterial durch die Schwerkraftwirkung unter3tlitzt wird, die nach dem
Auftauchen des Fasermaterials aus dem Flüssigkeitsbad auf die innerhalb
des
Fasermaterials verbliebene Flüssigkeit wirkt.
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Wenn wie in der Hauptpatentanmeldung vorgesehen und auch bereits bekannt
die Flüssigkeit aus dem Behälter abgezogen und das behandelte Fasermaterial im Behälter
gespült und durch Evakulerell des Behälters und/oder Durchhlasen von Luft entwässert
wird, ist es von Vorteil, mit nur teilweise vom Spi wasser gefülltem Behälter zu
spUlen und gleichzeitig zu entwässern, so daß das Fasermaterial beim Durchlaufen
seiner im wesentlichen spnkrechten Umlaufbahn abwechselnd im unteren Behälterbereich
gespült und im oberen Behälterbereich entwässern wird.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung
des vorbeschriehenen Verfahrens, bestehend aus einem BehandLungsbehälter, einem
Flilssigkeitsspeicherbehälter, der durch eine mit einem Ventil versehene Überströmleitung
mit einer Fasermaterialkammer im Behandlungsbehälter verbunden ist, einem im Behandlungsbehälter
angeordneten perforierten Träger für das Fasermaterial, der die Fasermaterialkammer
und eine Ablaufkamnier innerhalb des Behandlungsbehälters voneinander abgrenzt und
mittels seiner durchströmbaren Perforationen miteinander verbindet, einer durch
eine Saugleitung mit einem Saugventil an die Ablaufkammer angeschlossenen Vakuumpumpe,
einem in die Fasermaterialkammer mündenden Druckluftanschluß mit einem Druckluftventil
und einem Dampfanschluß mit einem Dampfventi 1.
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Eine solche Vorrichtung, die sowohl der Flüssigkeitsbehandlung wie
der Trocknung von Fasermaterial dient, ist bereits bekannt (DE-OS 19 27 651). Die
bekannte Vorrichtung sieht jedoch einen Umwälzkreislauf mit einer Umwälzpumpe für
die Behandlungsflüssigkeit bzw. Färbeilotte vor, in den der Behandlungsbehälter
eingebaut ist, so daß die FlUssigkeitsbehandlung
in nachteiliger
Weise mit einr Zwangsdurchstro.rmung des Fasermaterials erfolgt, bei der mit einer
ungleichmäßigen Durchströmung des Fasermaterialvolumens zu rechnen ist.
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Außerdem stellt der Umwälzkreislauf mit der UmwSlzpumpe einen besonderen
Aufwand dar und führt zu Wärmeverlusten.
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Erfindungsgemäß ist die vorbeschriebene Vorrichtung dadurch gekennzeichnet,
daß das Saugventil ein Drosselventil zur Regelung des Ablaufkammerdrucks ist, das
der Träger fiir das Fasermaterial mit im wesentlichen waagerechter Achse drehbar
im Behandlungsbeh.älter gelagert ist und daß eine Antriebseinrichtung zum Rotieren
des Trägers vorgesehen ist.
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Es ist leicht einzusehen, daß Init einer in dieser Weise ausgebildeten
Vorrichtung eine Fasermaterialbehandlung entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren
durchgeführt werden kann, also ohne ljußere mechanische Zwangsumwälzung eine intensive
Flüssigkeitseinwirkung durch Teilverdampfung hei gleichmäßiger Einwirkung auf das
gesante Fasermaterial erzielt werden kann. Dabei kann durch Abstimmung des Drucks
im BehandLunesbehälter mittels des Drosselventils einer seits und der Temperatur
der Behandlungsflfissigkeit durch Regelung der Dampfzufuhr andererseits eine langsame
und gleichmäßige Teilverdampfung während der Behandlungsdauer erreicht werden. Insbesondere
kann das Verfahren isotherm durchgeführt werden so daß mit im wesentlichen gleichbleibenden
Temperatur- und Druckverhältnissen im Behandlungsbehälter gearbeitet wird.
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Zweckmäßigerweise ist der Behandlungsbehälter lang gestreckt und mit
seiner Längsachse im wesentlichen waagerecht angeordnet. Hierdurch werden die statischen
Druckunterschiede innerhalb der im Behandlungsbehälter befindlichen FlUssigkeit
klein gehalten, und das vorhandene Behältervolumen
läßt sich im
Hinblick auf die vorgesehene Drehung des Trägers um eine ebenfatls waagerechte Achse
optimal nutzen.
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Weitere zweckmdßige Ausgestaltungen der Vorrichtung sind darauf gerichtet,
daß in die Fasermaterialkammer eine mit einem Spülventil versehene Spülwasserleitung
mündet, daß die Uberstrdmleitung iiber eine Zweigleitung mit einem Ventil mit der
Ablaufkammer verbunden ist und daß die Saugleitung bcr eine Hilfssaugleitung mit
einem Hilfssaugventil mit der Fasermaterialkammer verbunden ist.
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Ein Ausführungabeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie die
Schritte des erfindungsgemaßen Verfahrens werden nachfolgend anhand von schematischen
Zeichnungen näher erläutert.
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Fig. 1 bis 6 zeigen in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht
dieselbe Vorrichtung in verschiedenen aufeinander folgenden Verfahrensstufen, während
Figur 7 einen Schnitt längs Linie A-A in Fig. 6 darstellt.
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Wie aus Figur 1 zu ersehen umfaßt die Vorrichtung einen mit waagerechter
Achse angeordneten langgestreckten zylindrischen Behandlungsbehälter 1 und einen
mit senkrechter Achse angeordneten Flüssigkeitsspeicherbehälter 2. Die Behälter
1 und 2 sind durch eine Überströmleitung 3 mit einen Uberströmventil 4 miteinander
verbunden. In den unteren Bereich des Speicherbe hälters 2 mündet eine Dampfleitung
5 mit einem DampfventiL 6.
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Von Boden des SpeicherbehXlters 2 geht eine Leitung 7 mit einem Ventil
8 aus, die'der Füllung des Speicherbehälters mit der Behandtungsflüssigkeit , beispielsweise
einer Färbeflotte, sowie zum Ablaufen der Behandlungsflüssigkeit dient.
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Die UberstrXmleitung 3 ist an die Leitung 7 angeschlossen.
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Ferner sind am oberen Ende des Speicherbehälters 2 eine
Druckluftleitung
9 mit einem Druckluftventil 10 und ein Entlüftungsventil 11 eingezeichnet, die zweckmaßigerweise
vorgesehen sind und in den Figuren 2 bis 6 nicht eingezeichnet sind.
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Der Behandlungsbehälter 1 weist a seinem rechten Ende eine Beschickungsöffnung
auf, die mit einem deckelartigen Verschluß 12 versehen ist. Im Behandlungsbehälter
1 ist ein langgestreckter zylindrischer Träger 13 mit in seiner Umfangsfläche vorgesehenen
Perforationen 14 koaxial und drehbar mittels lagerartigen Untersttungen 15 und 16
gelagert.
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Das rechte Ende des Trägers 13 ist durch eine Stirnplatte 17 verschlossen,
an der ein mit dem Verschluß 12 entfernbares einstellbares Halteteil 18 anliegt,
das den Träger 13 an axialen Verlagerungen hindert. Am linken Ende ist der Träger
13 mit einem äußeren Zahnkranz 19 versehen, mit dem ein Ritzel 20 einer Antriebseinrichtung
21 kämmt, die einen Motor 22 mit einem Getriebe 23, eine Kupplung 24 und eine Antriebswelle
25 umfaßt, die durch die fest verschlossene Stirnwand des Hehandlungshehilters 1
geführt und gelagert ist sowie das Ritzel 20 trägt.
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Im Behandlungsbehälter 1 ist eine ringformige Trennwand 26 vorgesehen,
die sich radial zwischen dem Mantel des Behandlungsbehälters und dem Träger 13 erstreckt,
wodurch der Behälter 1 in eine Ablaufkammer 27 am linken Ende des Behälters 1 und
in eine Fasermaterialkammer 28 unterteilt ist. Da der Träger 13 an seinem den Zahnkranz
19 tragenden linken Ende offen ist, bildet das Innere des zylindrischen Trägers
13 einen zentralen Fortsatz der Ablaufkammer 27. Die Kammern 27 und 28 stehen nur
durch die Perforationen 14 des Trägers 13 in Strömungsverbindung miteinander.
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Wie dargestellt ist das zu behandelnde Fasermaterial 29 in Schichten
auf den Träger 13 aufgewickelt, und da die Perforationen 14 nur in dem vom Fasermaterial
29 bedeckten Aiaibereich vorgesehen sind, verläuft die Strömungsverbindung zwischen
den Kammern 27 und 28 außer durch die Perforationen 14 nur durch das Fa.sermateriat
29 hindurch.
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Die Überströmleitung 3 mit dem Überströmventil 4 mündet wie dargestellt
an der Unterseite des Behälters 1 in die Fasermaterialkammer 28. Die Überstromleitung
3 ist aber auch über eine Zweigleitung 30 mit einem Ventil 31 mit der Ablaufkammer
27 verbunden.
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Ferner mündet eine Spülwasserleitung 32 mit einem Spülventil 33 an
der Behälterunterseite in die Fasermaterialkammer 28. Ferner kann eine vom unteren
Ende der Ablaufkammer 27 ausgehende und nur in Figur 1 eingezeichnete gesonderte
Ablaufleitung 34 mit einem Ablaufventil 35 vorgesehen sein.
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Ferner ist dem Behandlungsbehälter 1 eine Vakuumpumpe 36 zugeordnet,
die über eine Saugleitung 37 mit einem Saugventil 38 an die Ablaufkammer 27 angeschlossen
ist. Die Saugleitung 37 ist über eine Hilfssaugleitung 39 mit einem Hilfssaugventil
40 auch mit der Fasermatcrialkammer 28 verbunden. Zwischen der Abzweigung der Hilfssaugleitung
39 und der Vakuumpumpe 36 sind in die Saugleitung 37 ein Wärmeaustauscher 41 mit
einer ein Ventil 42 aufweisenden Wärmetauscherschlange 43 sowie ein Drosselventil
44 eingeschaltet, das den von der Vakuumpumpe 36 bestimmten Druck in der Ablaufkammer
27 auf einen gewünschten Wert einregelt.
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Ferner mündet in die Fasermaterialkammer 28 an der Oberseite des Behälters
eine Luftleitung 45 mit einem Luftventil 46.
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Durch diese Luftleitung 45 kann ggf. vorgewkrmte Druckluft eingeleitet
werden. Außerdem sind - nur in Figur 1 dargestellt -am
Behälter
1 im Bereich der FasermateriaIkammer 28 ein Entldftungsventil 47 sowie eine Entleerungsleitung
48 mit einem Entleerungsventil 49 angechlosscn.
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Zur Steuerung der Vorrichtung, <ile ggf. auch teilweise von Hand
vorgenommen werden kann, ist eine Steuereinheit 50 vorgesehen. Wie schematiqch nur
in Fig. 1 angedeutet ist die Steuereinheit 50 silber Signalleitungen mit einem Temperaturfühler
51 im Behandlungsbeh.Hlter 1 und mit einem Teinperaturfifiler 52 im Speicherbehälter
2 sowie mit einem Flüssigkeitsstandhöhenfühler 53 und einem Druckfühler 54 in der
Ablaufkammer 27 verbunden. Ferner gehen von der Steuereinheit 50 Steuerleitungen
aus, die der Ubersichtlichkeit wegen nicht zu allen zu betätigenden Ventilen sondern
nur zum Drosselventil 44 sowie zum Überströmventil 4 bzw. zum Dampfventil 6 eingezeichnet
sind. Diese dargestellten Steuerleitungen dienen der Regelung des Drucks und der
Temperatur der Flüssigkeit während ihrer Teil verdampfung.
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Nachfolgend wird die Betriebsweise der Vorrichtung erläutert, wobei
die Figuren 1 bis 6 aufeinander folgende Schritte des Gesamtverfahrens darstellen
und in diesen Figuren die jeweilige Stellung der Ventile 4, 6, 8, 31, 33, 38, 40
und 46 dadurch kenntlich gemacht ist, daß die geschIossenen Ventile flächig geschwärzt
dargestellt sind.
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Das Verfahren beginnt gemäß Fig. 1 bei im Speicherbehälter 2 eingefüllter
Behandlungsflüssigkeit, bei der es sich im hier beschriebenen Beispiel um eine Färbeflotte
handeln soll. Die Ventile 4, 8, 31, 33, 40 und 46 sind geschlossen. Die Färbeflotte
wird durch Dampfzufuhr auf beispielsweise 135°C erwärmt und auf einen Druck von
3 bar gebracht. Die Vakuumpumpe 36 saugt Luft aus dem Behandlungsbehälter 1 sowie
aus dem auf dem Träger 13 befindlichen Fasermaterial 29. Dabei wird ein Vakuum von
beispielsweise 80 % im Behandlungsbehälterl
erzeugt. Gleichzeitig
wird der Träger 14 mit dem Fasermaterial 29 mittels der Antriebseinrichtung 21 langsam
gedreht, beispielsweise mit ein bis zwei Umdrehungen pro Minute.
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In der zweiten Stufe wird gemäß Fig. 2 das Übertrömventil 4 geöffnet,
so daß die Färbeflotte in den Behandlungsbehälter 1 strömt. Infolge der Druckverhältnisse
strömt die Färbeflotte schnell in beispielsweise nur 100 Sekunden zum Behandlungsbehälter
und dringt durch das Fasermaterial 29 und die Perforationen 14 hindurch in die Ablaufkammer
27 ein. Der Druck im Speicherbehälter 2 wird weiterhin auf 3 bar gehalten, und ein
gleich hoher Druckwert herrscht in der Fasermaterialkammer 28 außerhalb des Fasermaterials
29. Infolge der Vakuumpumpe 36 und der entsprechenden Regelung des Drosselventils
44 wird in der Ablaufkammer 27 ein niedrigerer Druck von beispielsweise etwa 2,9
bar aufrecht erhalten. Dieser Druckunterschied zeigt sich in den unterschiedlichen
Standhöhen in der Ablaufkammer 27 und in der Fasermaterialkammer 28, die in Fig.
2 angedeutet sind. Der Träger 13 wird weiterhin kontinuierlich gedreht. Gegebenenfalls
kann eine Umkehrung der Durchstrdmungsrichtung vorgenommen werden, in dem an Stelle
der Ventile 4 und 38 die Ventile 31 und 40 geöffnet werden. Eine pulsierende Durchströmung,
bei der beispielsweise die Ventile 4 und 38 20 Sekunden lang und die Ventile 31
und 40 zehn Sekunden lang geöffnet werden, kann ggf. zweckmäßig sein.
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Dsnn erfolgt gemäß Fig. 3 ein isothermes Färben. Dabei wird der Träger
13 beispielsweise mit zwei bis drei Umdrehungen pro Minute gedreht. Das Dainpfventil
6 ist teilweise geöffnet, damit Dampf in einer solchen Menge eingeleitet wird, daß
die vorgesehene Färbetemperatur von beispielsweise 1350C aufrecht erhalten bleibt.
Diese Temperatur herrscht auch innerhalb des Fasermaterials 29. Hierbei siedet die
Färbeflotte, wobei sie mit einer vergleichsweise großen Diffusionsgeschwindigkeit
in
das Fasermaterial eindringt. Aus der Ablaufkammer 27 wird Wasserdampf bei etwa 2,9
bar und 1330C abgezogen. Im Wärmeaustauscher 41 beträgt der Druck etwa 2,85 bis
2,90 bar. Dieser Färbevorgang unter kontimlierlichem Sieden der Färbeflotte erfolgt
während einer Zeitdauer von 5 bis 10 Minuten oder mehr.
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Fakultativ kann der Färbevorgang bei allmählich sinkendem Druck und
sinkender Temperatur durchgeführt werden, wie es gemä Fig. 4 veranschaulicht wird,
in der die Ventile 4 und 38 geschlossen sind und das Hilfssaugventil 40 geöffnet
ist.
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Dieser Färbevorgang kann 5 bis 10 Minuten oder länger durchgeführt
werden. Zweckmäßigerweise kann darauf hingewirkt werden, daß in kurzen Abständen
beispielsweise von einer Minute eine gleichmäßige Temperatur in Jeder Fasermaterialschicht
gewährleistet ist. Selbstverständlich wird auch während dieses Verfahrensschritts
der Träger 13 mit dem Fasermaterial 29 gedreht.
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Die Verfahrensstufe gemäß Fig. 5 betrifft das Ablaufen der heißen
Färbeflotte. Dabei sind sowohl das Saugventil 38 wie das Hilfssaugventil 40 geschlossen,
jedoch sind die Ventile 4, 8 und 31 geöffnet. Bei Temperaturen unter 1000C wird
auch das Luftventil 46 geöffnet.
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Fig. 6 veranschaulicht zusammen mit Fig. 7 die letzte Verfahrensstufe,
nämlich das Spülen und Entwässern des Fasermaterials im Behandlungsbehälter 1. Dabei
sind die Ventile 33, 38 und 46 geöffnet, wobei das Spülwasser wie dargestellt nur
im unteren Bereich des Behälters steht, während durch den oberen Bereich Luft gesaugt
wird. Der Träger 13 mit dem Fasermaterial 29 wird auch hierbei weitergedreht, so
daß das Fasermaterial mit seinen in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten
Abschnitten abwechselnd gespült und entwässern wird. Dabei kann auch Spülwasser
mittels der Vakuumpumpe 36 abgeführt werden. Ein schnelles Entleeren der SpUlflüssigkeit
erfolgt
bei geöffneten Ventilen 4, 31 und 46.
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Eine kurze Extraktion der Feuchtigkeit aus dem Fasermaterial 29 erfolgt
dann dadurch, daß nur die Ventile 38 und 46 geöffnet sind.
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- Ansprüche -