DE4238621C2 - Vorrichtung zur Behandlung von textilen Gütern - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Be­ handlung von textilen Gütern, insbesondere zur Behandlung von Nähgarnen in überkritischen Fluida.

Um textile Güter und insbesondere um Nähgarne zu behandeln, so zum Beispiel zu avivieren, bleichen, färben oder zu waschen, ist eine Reihe von Verfahren bekannt, die im wäßrigen System durchgeführt werden. Hierbei wird üblicherweise das jeweils zu behandelnde textile Gut in einem Autoklav angeordnet, der mit dem jeweils ausgewählten wäßrigen System gefüllt ist. Die hierbei zum Einsatz gelangenden Autoklaven sind, da die Be­ handlungstemperaturen bis etwa maximal 140°C reichen, auf einen maximalen Betriebsdruck von etwa 10 bar ausgelegt. Nach der Durchführung der entsprechenden Behandlung wird dann das wäßrige System abgelassen und das entsprechend behandelte tex­ tile Gut dem Autoklav entnommen.

Seit kurzem sind labormäßig Verfahren entwickelt worden, die eine Behandlung, beispielsweise eine Vorbehandlung, Färbung oder Avivierung in überkritischen Fluida vorschlagen. Hierbei handelt es sich um solche Verfahren, wie diese in den Offenlegungsschriften DE 40 04 111 A1, DE 39 04 513 A1, DE 39 06 724 A1, DE 39 06 737 A1, DE 39 06 735 A1, DE 42 00 352 A1 und DE 42 00 498 A1 beschrieben sind.

Bei einer großtechnischen Realisierung dieser labormäßig erar­ beiteten Verfahren tritt jedoch das Problem auf, daß das ein­ gesetzte überkritische Fluid aus dem jeweils zur Behandlung eingesetzten Autoklav weitestgehend entfernt werden muß, um so das entsprechend behandelte Textilgut dem Autoklav ent­ nehmen zu können. Hierbei ist es nicht möglich, die im Labor­ maßstab praktizierte Verfahrensweise, wonach das jeweils ein­ gesetzte überkritische Fluid nach Durchführung der Behandlung in die Atmosphäre abgelassen wird, auf die großtechnische Re­ alisierung dieser Verfahren zu übertragen.

Aus der vorangemeldeten, jedoch nicht vorveröffentlichten DE 42 06 956 A1 ist eine Vorrichtung zur Behandlung von textilen Substraten in überkritischem Fluid bekannt, die mindestens zwei Autoklaven aufweist, die miteinander über eine entsprechende Leitung derart verbunden sind, daß das überkritische Fluid von dem mindestens einen Autoklav in den anderen Autoklav expandiert wird oder mittels einer Pumpe und/oder mittels eines komprimierten Gases überführt wird, um so einen unnötigen Verlust an überkritischem Fluid bei jeder Behandlung zu vermeiden. Hierbei zeigt die aus der DE 42 06 956 A1 bekannte Vorrichtung eine einzige Pumpe, die innerhalb der Verbindungsleitung der Autoklaven angeordnet ist, wobei diese einzige Pumpe aufgrund der unterschiedlichen Dichten des überkritischen Fluids nur innerhalb eines bestimmten Dichtebereichs ihr Fördermaximum besitzt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Behandlung von textilen Gütern, insbesondere zur Behandlung von Nähgarnen, in überkritischen Fluida zur Verfügung zu stellen, die eine weitestgehende Rückgewinnung des jeweils eingesetzten Fluids ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Behandlung von textilen Gütern, insbesondere zur Behandlung von Nähgarnen, in überkri­ tischen Fluida weist zwei Autoklaven auf, die über eine Lei­ tung miteinander verbunden sind. Mindestens einer der minde­ stens zwei Autoklaven ist mit Elementen zur Aufnahme des zu behandelnden Textilgutes und insbesondere mit Elementen zur Aufnahme von Nähgarnspulen versehen. Einer Leitung, die die mindestens beiden Autoklaven miteinander verbindet, sind min­ destens zwei Pumpen zur Förderung des Fluids aus dem minde­ stens einen Autoklav in den mindestens anderen Autoklav zugeordnet. Hierbei sind die mindestens beiden Pumpen derart ausgelegt, daß sie jeweils das Optimum ihrer Förderleistung bei unterschiedlichen Fluiddichten erbringen. Mit anderen Wor­ ten weist somit die erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens zwei Pumpen auf, die der Verbindungsleitung zugeordnet sind, wobei sich die Pumpen bezüglich ihres Förderoptimums dahinge­ hend unterscheiden, daß die eine Pumpe ihr Förderoptimum bei einer relativ geringen Fluiddichte und die zweite Pumpe ihr Förderoptimum bei einer höheren Fluiddichte aufweisen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Reihe von Vortei­ len auf. So lassen sich die eingangs unter Hinweis auf die deutschen Offenlegungsschriften aufgeführten Verfahren mit der er­ findungsgemäßen Vorrichtung besonders wirtschaftlich durchfüh­ ren, da die erfindungsgemäße Vorrichtung sicherstellt, daß das Fluid weitestgehend verlustfrei, d. h. mit Verlusten in der Größenordnung von weniger als 2 Vol.%, aus dem jeweiligen Be­ handlungsautoklav in den hiermit über die Leitung verbun­ denen Autoklav überführt werden kann. Dies hängt damit zu­ sammen, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens zwei Pumpen aufweist, die bezüglich ihres Förderoptimums an die je­ weiligen Fluiddichten angepaßt sind. Auch erlaubt die erfin­ dungsgemäße Vorrichtung, daß hierin solche Behandlungen durch­ geführt werden können, bei denen Fluida zum Einsatz kommen, die toxisch bzw. bedingt toxisch sind. Hierbei entweicht dann nur ein minimaler Anteil dieser Fluida in die Atmosphäre, so daß die erfindungsgemäße Vorrichtung zu einer Verbesserung der Umweltbelastung führt.

Bezüglich der Auslegung der Förderleistung der beiden Pumpen ist allgemein festzuhalten, daß die Auslegung der Pumpe von der Dichte des jeweils zu fördernden Fluids abhängt. Vorzugs­ weise werden die Pumpen derart ausgelegt, daß die erste Pumpe ihr Förderoptimum bei einer Fluiddichte zwischen 0,003 g/cm³ und 0,1 g/cm³ und die zweite Pumpe ihr Förderoptimum bei einer Fluiddichte zwischen 0,08 g/cm³ und 0,8 g/cm³ aufweist. Hier­ bei überschneiden sich die zuvor genannten Förderoptima ge­ ringfügig im Bereich einer Fluiddichte zwischen 0,08 g/cm³ und 0,1 g/cm³, was dazu führt, daß eine lückenlose und optimale Förderung des Fluids von dem einen Autoklav in den anderen Autoklav sichergestellt ist.

Eine besonders geeignete Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist drei Pumpen auf, die der Verbindungsleitung zwischen den mindestens beiden Autoklaven zugeordnet sind. Hierbei ist die erste Pumpe derart ausgelegt, daß ihr Förder­ optimum bei einer Fluiddichte zwischen 0,003 g/cm³ und 0,04 g/cm³ liegt. Die zweite Pumpe besitzt ihr Förderoptimum bei einer Fluiddichte zwischen 0,14 g/cm³ und 0,8 g/cm³ und die dritte Pumpe hat ihr Förderoptimum bei einer Fluiddichte zwi­ schen 0,03 g/cm³ und 0,2 g/cm³. Mit anderen Worten ist somit bei dieser Ausführungsform das Förderoptimum der dritten Pumpe derart auf die Förderoptima der ersten und zweiten Pumpe ange­ paßt, daß die dritte Pumpe dann das Fluid fördert, wenn die Fluiddichte Werte annimmt, an denen die erste und zweite Pumpe jeweils im Grenzbereich ihrer Förderoptima arbeiten.

Zuvor ist mehrmals der Begriff Förderoptimum erwähnt. Hier­ unter ist zu verstehen, daß in diesem Förderoptimum die Pumpe noch einen Wirkungsgrad von mindestens 20%, vorzugsweise von mindestens 40%, bezogen auf die maximale Förderleistung be­ sitzt.

Bezüglich der Zuordnung der Pumpen zur Verbindungsleitung be­ stehen grundsätzlich zwei Möglichkeiten. So sieht die erste Möglichkeit vor, daß die Pumpen parallel zueinander angeordnet sind, d. h. das entsprechende Bypassleitungen zur Verbindungs­ leitung vorgesehen sind, so daß der Fluidstrom wahlweise über die erste Pumpe oder zweite Pumpe oder über die ggf. vorgese­ hene dritte Pumpe geführt werden kann.

Die zweite und besonders geeignete Möglichkeit sieht vor, daß die Pumpen in Strömungsrichtung des Fluids gesehen hinterein­ ander angeordnet sind. Hierbei bewirkt dann die saugseitig an der zweiten Pumpe angeordnete erste Pumpe, daß bei Überschrei­ ten eines vorgegebenen Wertes der Fluiddichte der Fluiddruck durch die saugseitig angeordnete Pumpe erhöht wird, was gleichzeitig eine Erhöhung der Dichte bewirkt. Dadurch wird sichergestellt, daß die zweite Pumpe stets in ihrem Förderop­ timum arbeitet, so daß das Fluid nahezu restlos aus dem einen Autoklav in den anderen Autoklav überführt werden kann.

Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung, bei der die Pumpen in Strömungsrichtung des Fluids gese­ hen hintereinander angeordnet sind, sieht vor, daß der Saug­ seite der zweiten oder jeder weiteren Pumpe ein weiterer Auto­ klav, der als Fluidreservoir wirkt, zugeordnet ist. Hierbei bietet es sich insbesondere an, das Volumen des weiteren Auto­ klav derart auszugestalten, daß der weitere Autoklav 5 Vol.% bis 40 Vol.% des Volumens des Autoklav ausmacht, in dem das Textilgut entsprechend behandelt wird. Hierbei läßt sich durch eine derartige Anordnung erreichen, daß in dem wei­ teren Autoklav bzw. in den weiteren Autoklaven eine Kompri­ mierung des Fluids auftritt, was die Förderleistung der ent­ sprechenden Pumpe bzw. der entsprechenden Pumpen weiter stei­ gert.

Um eine Abkühlung des Fluids oder eine Erwärmung des Fluids herbeizuführen, sieht eine Weiterbildung der zuvor beschriebe­ nen Ausführungsform vor, daß dem weiteren Autoklav bzw. den weiteren Autoklaven jeweils ein Wärmetauscher zugeordnet ist.

Um die zuvor beschriebene Überführung des Fluids von dem einen Autoklav in den anderen Autoklav bzw. in die anderen Auto­ klaven zu erleichtern, sieht eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor, daß die mindestens beiden Autoklaven zusätzlich über eine Expansionsleitung miteinander verbunden sind. Hierbei erlaubt diese Expansionsleitung, daß zu Beginn der Überführung des Fluids von dem einen Autoklav in den anderen Autoklav bzw. in die anderen Autoklaven zunächst ein Druckausgleich zwischen den Autoklaven stattfin­ det, wobei zu diesem Zweck entsprechende Ventile, die in der Expansionsleitung angeordnet sind, geöffnet werden. Nach Durchführung des Druckausgleichs, bei dem gleichzeitig ein Teil des Fluids von dem einen Autoklav in den anderen Auto­ klav bzw. in die anderen Autoklaven überführt wird, werden dann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Pumpen in Be­ trieb genommen, um so den einen Autoklav weitestgehend zu entleeren.

Um bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Zahl der erfor­ derlichen Pumpen zu minimieren und somit eine Rückführung des Fluids von dem anderen Autoklav bzw. von den anderen Auto­ klaven in den einen Autoklav sicherzustellen, sieht eine an­ dere, besonders geeignete Ausführungsform vor, daß die Saug­ seite einer jeden Pumpe mit jedem Autoklav über entspre­ chende Leitungen verbunden ist.

Ein besonders wirtschaftliches Betreiben der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird dann sichergestellt, wenn der andere Auto­ klav bzw. die anderen Autoklaven ebenfalls Elemente zur Auf­ nahme des zu behandelnden Textilgutes aufweist bzw. aufweisen. Werden mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung Garnspulen behan­ delt, so bietet es sich an, diese Elemente als Schwerter auszu­ gestalten, wie diese bei den herkömmlichen Vorrichtungen be­ kannt sind und verwendet werden. Hierbei lagern diese Schwerter eine Reihe von übereinander angeordneten Spulen, wobei die Stirnfläche einer darunter liegenden Spule mit der Fußfläche der darüber angeordneten Spule in Kontakt tritt.

Abhängig von der jeweils durchzuführenden Behandlung, d. h. von der Zeit, die für die Behandlung erforderlich ist und der Zeit, die zur Bestückung der Autoklaven notwendig ist, richtet sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Anzahl der Au­ toklaven. Üblicherweise variiert diese Anzahl zwischen 2 und 8 Autoklaven.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich insbesondere zum Färben und Ausrüstung von Textilgütern, vorzugsweise von auf Spulen aufgemachten Nähgarnen in überkritischem Kohlendioxid, wie dies in der DE 39 06 724 A1 und der DE 42 00 498 A1, be­ schrieben ist.

Insbesondere sind die zuvor beschriebenen Pumpen, die der Ver­ bindungsleitung zwischen den Autoklaven zugeordnet sind, als Kolbenpumpe ausgebildet.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nachfolgend anhand von einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, wobei die Zeichnung dieses Ausführungsbeispiels eine teilweise Schnittansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung wiedergibt.

In der Zeichnung ist eine mit insgesamt 1 bezeichnete Vorrich­ tung dargestellt, die aus zwei baugleichen Autoklaven 2 und 3 besteht, wobei der Autoklav 2 in einer schematischen Schnittansicht abgebildet ist. Beide Autoklaven sind mit Ele­ menten 17 und 18 ausgestattet, die zur Aufnahme und Halterung einer Reihe von vier übereinander angeordneten Garnspulen 16 dienen. Bei der gezeigten Ausführungsform bestehen diese Ele­ mente aus einem Schwert 17 und einem kopfseitig angeordneten Halterungsteller 18.

Der Autoklav 2 ist zunächst über eine Verbindungsleitung 4 mit dem Autoklav 3 verbunden. In der Verbindungsleitung 4 ist eine erste Pumpe 5 und eine zweite Pumpe 6 angeordnet, wobei die erste Pumpe 5 derart ausgelegt ist, daß sie ihr Förderoptimum bei einer Fluiddichte zwischen 0,003 g/cm³ und 0,1 g/cm³ und die zweite Pumpe 6 ihr Förderoptimum bei einer Fluiddichte zwischen 0,08 g/cm³ und 0,8 g/cm³ besitzt. Deswei­ teren erstreckt sich zwischen den beiden Autoklaven 2 und 3 eine Expansionsleitung 8, die über eine Leitung 9 mit der Ver­ bindungsleitung 4 verbunden ist. Hierbei mündet die Leitung 9 auf der Saugseite der Pumpe 5 in die Leitung 4.

Eine weitere Leitung 7 erstreckt sich von der Saugseite der Pumpe 6 zum Autoklav 3.

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt:
Nach Abschluß der Behandlung in dem Autoklav 2 wird das in dem Autoklav befindliche überkritische Fluid durch Öffnen der Ventile 15 und 11 sowie 10 über die Expansionsleitung 8 in den Autoklav 3 expandiert. Zu diesem Zeitpunkt sind alle üb­ rigen Ventile geschlossen. Nachdem der Druckausgleich zwischen den beiden Autoklaven 2 und 3 hergestellt ist, wird das Ventil 15 geschlossen.

Hiernach wird das Ventil 14 geöffnet, so daß die Pumpe 6 das in dem Autoklav 2 befindliche Fluid über die Verbindungslei­ tung 4, die Leitung 9, den Teilabschnitt 8a der Leitung 8 und die geöffneten Ventile 20, 11 und 10 in den Autoklav 3 pum­ pen kann. Sobald dann die Fluiddichte einen Wert kleiner als 0,1 g/cm³ erreicht hat, was durch entsprechende nicht gezeigte Druck- und Temperatursensoren, die den Autoklaven 2 und 3 zugeordnet sind, erfaßt wird, wird die Pumpe 6 abgestellt und das in dem Autoklav. 2 noch befindliche Fluid wird über die Pumpe 5 in den Autoklav 3 gefördert. Um dies zu erreichen, ist das Ventil 15 geöffnet, so daß das Fluid aus dem Autoklav 2 über den Teilabschnitt 8b der Leitung 8, die Leitung 9 die im Betrieb befindliche Pumpe 5 und die geöffneten Ventile 20, 10 und 12 in den Autoklav 3 gefördert wird. Die übrigen Ventile sind zu diesem Betriebszustand geschlossen.

Nachdem nunmehr das in dem Autoklav 2 befindliche Fluid na­ hezu restlos in den Autoklav 3 überführt ist, werden alle Ventile geschlossen und der Autoklav 2 wird über eine nicht gezeigte Leitung belüftet, so daß die Spulen 16 dem Autoklav entnommen werden können.

Während der Neubeschickung des Autoklav 2 werden die in dem Autoklav 3 angeordneten Garnspulen behandelt. Nach Abschluß der Behandlung in dem Autoklav 3 erfolgt dann die Rückfüh­ rung des in dem Autoklav 3 befindlichen Fluids in den Auto­ klav 2 in folgender Weise:
Zunächst wird durch Öffnen der Ventile 10, 11 und 15 über die Expansionsleitung 8 ein Druckausgleich zwischen den Autoklaven hergestellt.

Anschließend wird die Pumpe 6 in Betrieb genommen, so daß das in dem Autoklav 3 befindliche Fluid über das geöffnete Ven­ til 13, die Leitung 7, das geöffnete Ventil 20, die Leitung 9, den Teilabschnitt 8b der Leitung 8 und das geöffnete Ventil 15 in den Autoklav 2 gefördert wird. Zu diesem Zeitpunkt sind alle anderen Ventile geschlossen.

Sobald die Pumpe 6 die Grenze ihres Förderoptimum erreicht hat, d. h. die Fluiddichte einen Wert von etwa 0,1 g/cm³ ein­ nimmt, wird die Pumpe 5 in Betrieb genommen und die Pumpe 6 abgestellt. Hierbei wird das in dem Autoklav 3 befindliche Fluid über die Leitung 7, das geöffnete Ventil 13 und das ge­ öffnete Ventil 19 der Saugseite der Pumpe 5 zugeführt. Die Pumpe 5 fördert dann das Fluid über die geöffneten Ventile 12, 11 und 15 sowie über die hierzu gehörenden Leitung 8 in den Autoklav 2. Nachdem das Fluid weitestgehend aus dem Autoklav 3 gepumpt ist, werden alle Ventile geschlossen, so daß der Autoklav 3 belüftet und die behandelten Spulen aus diesem Autoklav entnommen werden können.

Zur Durchführung der Behandlung des textilen Gutes in den Au­ toklaven sind die Autoklaven über nicht gezeigte Leitungs­ systeme mit einer Zirkulationspumge verbunden, die bewirkt, daß die in dem Autoklav angeordneten Garnspulen von dem Fluid durchströmt werden.

Claims (12)

1. Vorrichtung zur Behandlung von textilen Gütern, insbeson­ dere zur Behandlung von Nähgarnen, in überkritischen Fluida, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) mindestens zwei Autoklaven (2, 3), die über eine Leitung (4) miteinander verbunden sind, aufweist, wobei mindestens ein Autoklav (2) mit Elementen (17, 18) zur Aufnahme des zu behandelnden Tex­ tilgutes (16) versehen ist, und daß der Leitung (4) mindestens zwei Pumpen (5, 6) zur Förderung des Fluids aus dem mindestens einen Autoklav (2, 3) in den anderen Autoklav (2, 3) bzw. in die anderen Autoklaven (2, 3) zugeordnet sind, wobei die Pumpen (5, 6) derart ausgelegt sind, daß sie abhängig von der Fluiddichte ein unterschiedliches Förderoptimum aufweisen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitung (4) zwei Pumpen (5, 6) zugeordnet sind, wobei die erste Pumpe (5) ein Förderoptimum bei einer Fluiddichte zwi­ schen 0,003 g/cm³ und 0,1 g/cm³ und die zweite Pumpe (6) ein Förderoptimum bei einer Fluiddichte zwischen 0,08 g/cm³ und 0,8 g/cm³ aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitung (4) drei Pumpen zugeordnet sind, wobei die erste Pumpe ein Förderoptimum bei einer Fluiddichte zwischen 0,003 g/cm³ und 0,04 g/cm³, die zweite Pumpe ein Förderoptimum bei einer Fluiddichte zwischen 0,14 g/cm³ und 0,8 g/cm³ und die dritte Pumpe ein Förderoptimum zwischen 0,03 g/cm³ und 0,2 g/cm³ aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpen (5, 6) in Strömungsrichtung des Fluids gesehen hintereinander angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Saugseite der zweiten oder jeder weiteren Pumpe ein weiterer Autoklav angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Autoklav ein Volumen aufweist, das 5% bis 40% des Volumens des Autoklav (2, 3) ausmacht, in dem das Tex­ tilgut behandelt wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem weiteren Autoklav ein Wärmetauscher zugeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens beiden Autoklaven (2, 3) über eine Expansionsleitung (8) miteinander verbunden sind.

9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugseiten der Pumpen (5, 6) mit jedem Autoklav (2) über entsprechende Leitungen (7, 4) verbunden sind.

10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der andere Autoklav (3) bzw. die anderen Autoklaven ebenfalls Elemente (17, 18) zur Aufnahme des zu behandelnden Textilgutes (16) aufweisen.

11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) zwei bis acht Autoklaven (2, 3) aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Pumpen (5, 6) als Kolbenpumpen ausgebildet sind.