IT202100022916A1 - Processo ed impianto per la rimozione delle impurita' vegetali da tessuti di lana - Google Patents

Description

Descrizione del brevetto per Invenzione Industriale avente per titolo:

?PROCESSO ED IMPIANTO PER LA RIMOZIONE DELLE IMPURIT?

VEGETALI DA TESSUTI DI LANA?

Settore della tecnica

Il trovato riguarda il settore dei trattamenti tessili, ed in particolare un processo ed un impianto per la carbonizzazione dei residui vegetali, detti anche lappole, contenuti nei tessuti in lana o misto lana, in percentuali variabili dal 5% al 100% di lana.

Stato dell?arte

? noto che le lane contengono detriti vegetali difficilmente rimovibili e che possono creare problemi nelle operazioni di pettinatura e filatura e ancora pi? nel processo di tintura, poich? non tutti i coloranti riescono a tingere le parti vegetali presenti nella lana.

? anche noto che le impurit? possono essere eliminate mediante l?azione di agenti chimici capaci di distruggere le parti cellulosiche con un processo detto di carbonizzazione.

Esistono allo stato attuale diversi metodi di carbonizzazione del tessuto di lana: a) Carbonizzazione a umido con acidi forti, ad esempio acido solforico.

b) Carbonizzazione con solvente (utilizzando il percloroetilene o l?esano) e acido solforico.

c) Applicazione di preparati enzimatici per la carbonizzazione della lana.

Nella carbonizzazione a umido con acido solforico, gli acidi minerali forti (e le sostanze capaci di liberare a caldo acidi forti) idrolizzano rapidamente la cellulosa contenuta nella lana convertendola in cellulosa friabile eliminabile nelle successive fasi di lavorazione come nella battitura a secco e nella disacidatura.

Il processo consiste nelle seguenti fasi:

? Acidificazione della lana con soluzione acquosa di acido solforico, con densit? relativa compresa tra 2 e 12 B?.

? Idro-estrazione dell?eccesso di soluzione acida.

? Essiccazione e carbonizzazione delle impurit? vegetali.

? Rimozione meccanica delle impurit? mediante una battitura a secco per eliminare i residui carboniosi.

? Neutralizzazione.

Il processo di essiccazione, durante il quale avviene la carbonizzazione vera e propria dei residui vegetali consiste in una prima fase di essiccazione del tessuto di lana a 50 - 100 ?C ed in una seconda fase di riscaldamento del tessuto di lana ad una temperatura compresa tra i 100 - 150 ?C.

Il procedimento di carbonizzazione dei tessuti lanieri viene tradizionalmente effettuato in impianti che prevedono, in successione, una operazione di impregnazione del tessuto in bagno con una soluzione acquosa di acido solforico, un?operazione di spremitura, effettuata generalmente da due rulli spremitori ed un trattamento termico eseguito in una serie di camere ventilate. Durante questo trattamento termico il tessuto viene asciugato e quando arriva a 100 -150?C le impurit? vegetali vengono carbonizzate per effetto combinato della disidratazione, della temperatura e dell'acido assorbito nella fibra cellulosica.

Alla fine del processo termico il tessuto viene fatto passare in un altro macchinario il quale effettua una battitura a secco per eliminare gran parte dei residui carboniosi.

Poich? nella pezza uscita dalla battitura ? presente sale di acido solforico, il tessuto viene sottoposto ad un successivo trattamento di disacidatura per evitare il deterioramento della fibra di lana, nel quale il tessuto passa in una serie di vasche d?acqua, la pezza si rilassa e l?acido si scioglie, infine passa in un?ultima vasca dove scorre acqua pulita.

Il tessuto passa quindi attraverso dei cilindri spremitori e poi viene affaldato, pronto per le successive operazioni di follatura e tintoria.

Questo noto processo di carbonizzazione comporta tuttavia gravi inconvenienti, quali il decadimento di resistenza della lana, la disuniformit? in tintura, difficolt? operative in fase di follatura, e difficolt? di stoccaggio, in quanto la lana carbonizzata e non disacidata si modifica differentemente se stoccata in ambiente umido o secco.

In particolare, a seconda della concentrazione e della durata dell?azione dell?acido solforico i legami peptidici possono anche rompere la lana ed inoltre la temperatura di asciugatura ha un effetto significativo sulle propriet? della lana carbonizzata e sulla sua durata dovuto a tre fattori principali che governano la perdita di resistenza della lana: il contenuto di acido presente nella lana quando entra nell?asciugante, il contenuto di umidit? presente nella lana contenente acido quando entra nell?asciugante, e la temperatura dell?aria utilizzata nell?essiccamento.

Nei processi di carbonizzazione noti si pu? inoltre incorrere in dei problemi come:

? non uniformit? di impregnazione del tessuto nel bagno acido;

? tempi di fermo eccessivi del tessuto acidato in attesa di essere lavorato; ? asciugatura non omogenea;

? danni al tessuto acidato in caso di calore eccessivo;

? danni al tessuto acidato esposto alla luce del sole;

? se la spremitura non risulta omogenea, si possono creare delle zone in cui vi sono maggiori concentrazioni di acido che portano al difetto del centro cimosa, cio? si avr? una zona centrale del tessuto non uguale alle zone laterali. ? stato inoltre osservato che la degradazione della lana varia anche in funzione del tempo di asciugatura e che la presenza di acqua nel tessuto di lana durante il riscaldamento causa una perdita significativa della resistenza.

Un ulteriore aspetto critico dei sistemi di tipo noto consiste nella grande quantit? di energia termica necessaria per l?asciugatura del tessuto, dipende dai seguenti elementi:

? peso del tessuto di lana,

? umidit? del prodotto all?ingresso dell?asciugante,

? temperatura del tessuto di lana,

? efficienza energetica dell?asciugante.

Dal documento MI1993A001167 ? anche noto un processo di carbonizzazione ad acido per rimuovere materiale vegetale indesiderato da materiale tessile contenente fibre animali e materiale vegetale indesiderato, nel quale il materiale tessile viene pretrattato mediante acidificazione in una soluzione acida acquosa e nel quale la materia vegetale viene riscaldata a radiofrequenza fino a carbonizzazione.

Il riscaldamento a microonde o a radiofrequenza comporta significativi vantaggi, particolarmente quando si carbonizzano lappole di grandi dimensioni, perch? consente il riscaldamento della lappola ad una temperatura di carbonizzazione con un riscaldamento soltanto lieve delle fibre di lana e quindi una maggior preservazione delle propriet? meccaniche delle fibre di lana.

La natura interna del riscaldamento mediante campo elettromagnetico a radiofrequenza consente infatti di ottenere un riscaldamento rapido e omogeneo attraverso l?intera sezione trasversale della lappola aumentando il danno alla lappola e al tempo stesso l?efficienza del processo.

Tuttavia, il processo descritto in tale pubblicazione comporta un dispendio energetico elevato e non consente di avere produzioni elevate sul tessuto di lana, ma molto basse (intorno a 1,4 m/min), di conseguenza si avranno consumi molto elevati di gas metano e di energia elettrica per unit? prodotta. Inoltre, il processo descritto nel brevetto MI1993A001167 non consente di gestire correttamente un tessuto continuo di lana, infatti se sul tessuto affaldato si formano piccole pieghe in fase di asciugatura e carbonizzazione, si potrebbero avere dei problemi in fase di tintura del tessuto, in quanto il tessuto in prossimit? della piega non si colorer? uniformemente per effetto della concentrazione degli acidi e quindi il tessuto cos? lavorato non risulta idoneo. Scopo dell?invenzione

Con il presente trovato si intende pertanto superare gli inconvenienti delle soluzioni gi? note e di proporre un processo ed un impianto di carbonizzazione di efficienza migliorata, sia in termini di riduzione del danneggiamento della lana lavorata che in termini di consumo energetico.

Sommario dell?invenzione

A questi scopi si ? pervenuti realizzando un impianto ed un processo secondo almeno una delle rivendicazioni allegate, un tessuto continuo di lana contenente impurit? vegetali viene alimentato ad una sezione di impregnazione con una soluzione acquosa acida di acido solforico, spremuto della soluzione in eccesso, essiccato ad una temperatura compresa tra 50?C e 120?C preferibilmente tra 50?C e 100?C, e quindi ulteriormente riscaldato mediante irraggiamento del tessuto con onde radio emesse da antenne verticali ad una temperatura compresa tra 50?C e 120?C preferibilmente tra 60?C e 110?C per un tempo compreso tra 5s e 240s o fino alla carbonizzazione delle impurit? vegetali che poi possono essere rimosse.

Un primo vantaggio consiste nel fatto che il tessuto trattato risulta integro e con danni minimi dovuti alla carbonizzazione mentre le lappole inizialmente presenti risultano fortemente deteriorate e facilmente rimuovibili.

Un secondo vantaggio dell?invenzione consiste nel fatto che l?impianto ed il processo mostrano una elevata efficienza in particolare in rapporto alla qualit? del tessuto trattato.

Un ulteriore vantaggio consiste nel fatto che con il processo dell?invenzione si evita di sovra essiccare il tessuto, lasciando il tessuto a temperature costanti relativamente basse e andando a riscaldare solo le parti vegetali.

Un ulteriore vantaggio consiste nel fatto che ? possibile aumentare la produzione oraria fino ad una produzione tra i 20 metri/min e i 120 metri/min, ma anche superiori, e ottimizzare allo stesso momento i consumi elettrici e termici per unit? prodotta in particolare grazie all?ausilio di una turbina a gas per la cogenerazione.

Un ulteriore vantaggio consiste nel fatto che l?impiego di rulli di guida consente di gestire correttamente un tessuto continuo guidando e mantenendo il tessuto ben disteso durante l?intero processo di rimozione delle impurit? vegetali.

Lista dei disegni

Questi ed ulteriori vantaggi saranno meglio compresi da ogni tecnico del ramo dalla descrizione che segue e dagli annessi disegni, dati quale esempio non limitativo, nei quali:

- la fig.1a mostra lo schema di un impianto di carbonizzazione convenzionale

- la fig.1b mostra un ingrandimento di fibre di tessuto trattato con un processo convenzionale

- le fig.2a e 2b mostrano rispettivamente una vista laterale schematica di un impianto secondo l?invenzione ed un dettaglio della sezione di asciugatura in radiofrequenza dell?impianto;

- la fig.3 mostra una vista prospettica di un impianto secondo l?invenzione; - la fig.4 mostra uno schema di un processo secondo l?invenzione con evidenziato il deterioramento delle lappole carbonizzate;

- la fig.5 mostra uno schema di una forma preferita di attuazione del processo dell?invenzione, con evidenziato il ciclo termico di riscaldamento e recupero energetico;

- la fig.6 mostra l?andamento della temperatura raggiunta dalla lana e dalle impurit? vegetali durante la fase di carbonizzazione in radiofrequenza in un processo secondo l?invenzione;

- la fig.7 mostra uno schema di circolazione dell?aria calda nelle sezioni di essiccazione e/o carbonizzazione;

- la fig.8 mostra un esempio di antenna planare emittente utilizzabile nel processo dell?invenzione.

Descrizione dettagliata

Con riferimento ai disegni allegati ? descritta una forma preferita di attuazione di un processo per la carbonizzazione di un tessuto continuo in lana T comprendente impurit? vegetali secondo l?invenzione.

Il processo, come schematizzato nella figura 4, comprendente una alimentazione 1 del tessuto T ad una prima sezione 2 di impregnazione con una soluzione acida ad esempio una soluzione acquosa di acido solforico preferibilmente con una densit? relativa di 2-12?B?.

Il tessuto impregnato viene quindi spremuto in una sezione di spremitura 3, comprendente ad esempio due o pi? rulli spremitori 6, 7 preferibilmente un rullo inferiore 6 in ebanite ed un rullo superiore 7 in gomma naturale.

Una volta spremuto, il tessuto viene fatto transitare in una sezione di essiccazione 4 ad una temperatura di essiccazione, o asciugatura, compresa tra 50?C e 120?C ad esempio mediante circolazione d'aria calda preferibilmente a circuito almeno parzialmente aperto.

Nell?esempio descritto, la circolazione di aria calda viene ottenuta mediante un circuito schematizzato in figura 7, con dei bruciatori o con scambiatori di calore 21 alimentati da prese di aria 22 per scaldare un flusso di aria movimentato da dei primi ventilatori 23 per investire il tessuto T ed essere eventualmente recuperato in un circuito di ricircolo 24.

Nella forma di realizzazione illustrata, la sezione 4 di essiccazione ? formata da pi? camere di essiccazione 30 nelle quali il tessuto ? fatto transitare tra coppie di rulli orizzontali di incorsatura sovrapposti, preferibilmente rulli di doppia incorsatura 14,15/16,17 (schematizzati in fig.2a), fino ad arrivare ad una umidit? compresa tra il 2% e il 35%, preferibilmente compresa tra il 10 e il 25%.

Il tessuto essiccato all?umidit? desiderata viene quindi fatto transitare in una sezione di carbonizzazione 5 dove viene ulteriormente riscaldato per effetto dielettrico mediante irraggiamento con onde radio o microonde ad una temperatura, compresa tra 50?C e 120?C, fino a carbonizzazione delle impurit? vegetali e all?ottenimento di una umidit? del tessuto compresa tra il 2% e il 25%, preferibilmente compresa tra l?8 e il 20 %. Preferibilmente, l?irraggiamento viene eseguito rispettando le bande ISM di radiofrequenza RF centrate su 6,78 MHz e/o 13,56 MHz e/o su 27,12 MHz e/o su 40,68 MHz e/o 2450 MHz, preferibilmente 27,12 MHz ma si intende che potranno essere utilizzate frequenze diverse se ammissibili ed efficaci allo scopo.

Il tessuto ? fatto quindi transitare tra coppie di antenne emittenti in radiofrequenza 12, 13 preferibilmente antenne a geometria planare formate da pannelli radianti affacciati ai due lati del tessuto per creare una area intermedia di transito 32 del tessuto.

Nello schema preferito di fig.2b, il tessuto ? incorsato tra coppie di rulli orizzontali sovrapposti, preferibilmente rulli di doppia incorsatura 8, 9; 10, 11 disposti tra le antenne radianti verticali 12, 13.

Questa soluzione ottiene il risultato di aumentare il numero di passaggi del tessuto tra le antenne ed esporre quanto pi? tessuto possibile alle onde radio o microonde migliorando cos? l?efficacia dell?irraggiamento e massimizzando l?area del tessuto esposta all?irraggiamento.

Preferibilmente le antenne planari 12, 13 possono essere formate da pannelli radianti verticali del tipo illustrato in fig.8 comprendenti ad esempio elettrodi disposti a griglia.

Vantaggiosamente, come riportato nella figura 6, con questa soluzione viene ottenuto un maggiore riscaldamento delle lappole che arrivano alla temperatura di carbonizzazione, mentre il tessuto di lana rimane a temperatura costante sotto i 100 ?C evitando cos? di sovra essiccare il tessuto danneggiando le fibre come schematizzato in fig.1b, e andando a riscaldare solo o prevalentemente le parti vegetali.

Inoltre, tale risultato viene ottenuto con un incremento relativamente modesto della energia elettrica richiesta dal processo, avendo invece una produzione nettamente superiore per qualit? e quantit? a quella ottenibile con i processi tradizionali e con una richiesta di energia elettrica relativamente bassa.

Anche nella sezione di carbonizzazione 5 ? possibile prevedere uno schema di circolazione di aria calda come illustrato in fig.7 con riferimento alla sezione di essiccazione allo scopo di creare una ventilazione nella camera di carbonizzazione mantenendo la camera calda ed evitando condense.

Nell?esempio di realizzazione illustrato in fig.5, il processo ? alimentato elettricamente mediante una turbina a gas 20 accoppiata ad un generatore 26 che fornisce almeno parzialmente l?energia elettrica necessaria agli azionamenti meccanici e al riscaldamento del tessuto nelle sezioni di essiccazione e di carbonizzazione mentre l?energia termica necessaria per il riscaldamento dell?aria nelle fasi di essiccazione e/o di carbonizzazione ? ricavata almeno parzialmente per recupero termico dai fumi di scarico della stessa turbina 20, iniettando i fumi di scarico direttamente all?interno delle sezioni 4 e/o 5 facendo cos? parzializzare l?energia prodotta con i bruciatori o degli scambiatori di calore 21 e migliorando l?efficienza termica del processo.

Con questa soluzione, si ? inoltre vantaggiosamente trovato che introducendo tutta la portata dei fumi di scarico della turbina a gas nella sezione di asciugatura tenendo spento il bruciatore 21 esistente nella zona superiore o nella zona inferiore, si arriverebbe ad una temperatura di circa 144,5 ?C molto vicino a quella di carbonizzazione. Quindi, per far si che l?impianto possa modulare le temperature ? possibile dividere la portata dei fumi di scarico tra la zona superiore e la zona inferiore della sezione di asciugatura utilizzando i bruciatori o gli scambiatori di calore 21 per arrivare alla temperatura di processo.

Esempio di attuazione

In un esempio preferito di attuazione del processo il tessuto ? un tessuto di lana o miste lana che pu? variare da 60 g/m? a 950 g/m?, preferibilmente da 180 g/m? a 500 g/m?.

Il tessuto viene impregnato in una vasca di impregnazione con una soluzione acquosa acida di acido solforico con densit? relativa compresa tra 3 - 8 B?, dopodich? la parte eccedente della soluzione dal tessuto viene rimossa attraverso una spremitura meccanica mediante uno spremitore con due o tre cilindri portando il tessuto ad una umidit? compresa tra il 120 % e il 15 % preferibilmente tra il 70% e il 20%.

Il tessuto spremuto viene quindi asciugato in un asciugante con un flusso di aria calda riscaldata da bruciatori a gas o con scambiatori di calore fino ad ottenere una temperatura del tessuto compresa tra 50 ?C e 120?C.

Successivamente il tessuto viene irradiato da un campo a radiazione elettromagnetica su frequenze radio pari a 27,12 MHz per un tempo compreso da 5 sec a 240 sec fino alla completa carbonizzazione delle parti vegetali presenti nel tessuto di lana.

Vantaggiosamente, in questo esempio di attuazione si ? riscontrato un risparmio di circa 2,1 kW per ogni kg di tessuto di lana lavorata.

All?uscita dalla sezione di carbonizzazione, nel tessuto T sono quindi intrappolate le lappole carbonizzate, come schematizzato in figura 4, che potranno essere rimosse ad esempio in una sezione 25 di scuotimento meccanico, preferibilmente per battitura a secco.

Infine, a valle della sezione di rimozione delle impurit?, il tessuto pu? essere ulteriormente trattato e de-acidificato ad esempio passando in vasche con acqua e/o con una soluzione di bicarbonato di sodio e acqua per poi essere asciugato e raccolto in falde per successive operazioni ad esempio di follatura e tintoria.

L?invenzione riguarda inoltre un impianto per l?attuazione di un processo come sopra descritto e schematizzato nelle figure allegate.

L?invenzione ? stata descritta con riferimento ad una forma preferita di attuazione, ma si intende che modifiche equivalenti potranno essere apportate senza comunque uscire dall?ambito di tutela accordato alla presente privativa industriale.

Claims (12)

RIVENDICAZIONI

1. Processo per la rimozione di impurit? vegetali da un tessuto in lana o misto lana (T), comprendente

una alimentazione in continuo (1) del tessuto ad una prima sezione (2) di impregnazione,

impregnazione del tessuto una soluzione acquosa acida di acido solforico preferibilmente con densit? relativa compresa tra 2 e 12 ?B?,

spremitura del tessuto impregnato in una sezione di spremitura (3),

essiccazione del tessuto spremuto in una sezione di essiccazione (4) ad una temperatura compresa tra 50?C e 120?C, preferibilmente tra 50?C e 100?C, ulteriore riscaldamento del tessuto essiccato in una sezione di carbonizzazione (5) ad una temperatura preferibilmente compresa tra 50?C e 120?C preferibilmente tra 60?C e 110?C, fino alla carbonizzazione delle impurit? vegetali,

rimozione delle impurit? vegetali carbonizzate,

caratterizzato dal fatto che detta fase di ulteriore riscaldamento viene eseguita per riscaldamento dielettrico mediante irraggiamento del tessuto con onde radio o microonde mediante antenne emittenti disposte con distanziamento reciproco ai due lati del tessuto all?interno della sezione di carbonizzazione.

2. Processo, secondo la rivendicazione 1, in cui dette antenne emittenti sono antenne a geometria planare.

3. Processo, secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto irraggiamento viene eseguito con bande di radiofrequenza RF in intervallo da circa 6,765 MHz a circa 6,795 MHz centrato su 6,78 MHz e/o in un intervallo da circa 13,553 MHz a circa 13,567 MHz centrato su 13,560 MHz e/o in un intervallo da circa 26,957 MHz a circa 27.283 MHz centrato su 27,12 MHz e/o in un intervallo da 40,66 MHz a circa 40,70 MHz centrato su 40,68 MHz e/o in un intervallo da circa 2400 MHz a circa 2500 MHz centrato su 2450 MHz.

4. Processo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui in detta sezione (5) di carbonizzazione a radiofrequenza il tessuto ? fatto transitare almeno tre volte tra dette antenne planari, preferibilmente mediante coppie di rulli orizzontali sovrapposti, di doppia incorsatura (8, 9; 10, 11) disposti tra coppie di antenne planari emittenti verticali (12, 13).

5. Processo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui in detta sezione (4) di essiccazione il tessuto ? fatto transitare preferibilmente su rulli di doppia incorsatura (14, 15; 16, 17).

6. Processo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui in detta fase di essiccazione il tessuto viene portato ad una umidit? compresa tra il 2% e il 35%, preferibilmente tra il 10 % e il 25 % e in detta fase di carbonizzazione ad una umidit? inferiore compresa tra il 2% e il 25%, preferibilmente tra l?8% e il 20%.

7. Processo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detta fase di essiccazione avviene con circolazione d'aria calda preferibilmente a circuito almeno parzialmente aperto.

8. Processo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detta fase di carbonizzazione il tempo di esposizione del tessuto all?irraggiamento ? compreso tra 5 s e 240 s.

9. Processo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detta fase di spremitura viene effettuata da almeno due o pi? rulli spremitori (6, 7) preferibilmente un rullo inferiore in ebanite ed un rullo superiore in gomma naturale.

10. Processo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui l?energia elettrica necessaria alla attuazione del processo ? ottenuta almeno parzialmente da una turbina a gas (20) accoppiata ad un generatore (26) e l?energia termica necessaria per attuare dette fasi di essiccazione e/o carbonizzazione ? ricavata almeno parzialmente dai fumi di scarico della stessa turbina (20).

11. Impianto per la rimozione di impurit? vegetali da un tessuto in lana o misto lana (T), comprendente

una alimentazione in continuo (1) del tessuto,

una prima sezione (2) di impregnazione del tessuto alimentato con una soluzione acquosa acida di acido solforico,

una sezione di spremitura del tessuto impregnato,

una sezione di essiccazione del tessuto spremuto,

una sezione di carbonizzazione (5) per un ulteriore riscaldamento del tessuto essiccato fino alla carbonizzazione delle impurit? vegetali,

mezzi (6) di rimozione delle impurit? vegetali carbonizzate,

caratterizzato dal fatto che detta sezione di carbonizzazione (5) comprende almeno due antenne emittenti disposte con distanziamento reciproco ai due lati di una area di transito del tessuto (32), per indurre il riscaldamento dielettrico del tessuto mediante irraggiamento con onde radio o microonde.

12. Impianto secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che dette antenne comprendono antenne planari verticali ad esempio del tipo con elettrodi disposti a griglia