KR102325286B1 - Monitoring apparatus for supercritical co2 dye process and normality dyeing judgment method using the apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 초임계 이산화탄소 염색기의 염색 공정 모니터링 장치 및 그를 이용한 정상 염색 판단 방법에 관한 것으로, 더 자세하게는 염색조 또는 순환배관에 설치된 농도검지수단을 통해 염색조 내부 또는 순환배관을 통과하는 초임계 이산화탄소의 밀도 또는 점도를 실시간으로 모니터링하고, 농도검지수단에서 측정한 초임계 이산화탄소의 밀도 또는 점도를 통해 정상 염색 여부를 판단하도록 하는 것에 관한 것이다.The present invention relates to a dyeing process monitoring apparatus of a supercritical carbon dioxide dyeing machine and a method for determining normal dyeing using the same, and more particularly, supercritical carbon dioxide passing through a dyeing tank or a circulation pipe through a concentration detecting means installed in a dyeing tank or a circulation pipe It relates to monitoring the density or viscosity of the dye in real time, and determining whether normal dyeing is performed through the density or viscosity of supercritical carbon dioxide measured by the concentration detecting means.
일반적으로 액체와 기체의 두 상태가 분간할 수 없는 상태의 온도와 증기압을 임계점이라고 하며, 이 임계점을 넘어선 상태, 즉 임계 상태가 되면 기체도 아니고 액체도 아닌 상태의 물질이 되는데, 이를 초임계 유체(Supercritical Fluid)라고 한다.In general, the temperature and vapor pressure in a state in which the two states of liquid and gas cannot be distinguished are called critical points. (Supercritical Fluid).
초임계 유체는 일반적인 기체나 액체와는 다른 고유의 특성을 갖게 되는데, 기체와 액체의 중간 정도의 물성이고, 약간의 압력과 온도의 변화에 따라 물성의 급격한 변화가 가능하며, 확산력이 좋고 물질 전달 속도가 큰 등의 물리적 특성을 가진다.Supercritical fluids have unique properties that are different from general gases or liquids. They have intermediate physical properties between gas and liquid, and rapid change in physical properties is possible with slight changes in pressure and temperature, and good diffusion and mass transfer. It has physical properties such as high speed.
초임계 유체 중에서 특히 초임계 이산화탄소(Supercritical CO2)는 기체와 유사한 확산성과 점성을 가지는 반면, 액체와 가까운 밀도 특성을 가지기 때문에 최근 들어 다양한 산업공정에 응용되고 있다.Among supercritical fluids, in particular, supercritical carbon dioxide (Supercritical CO 2 ) has recently been applied to various industrial processes because it has diffusibility and viscosity similar to gas, but has a density property close to that of liquid.
예를 들어 초임계 이산화탄소 염색기의 경우 초임계 이산화탄소의 특성을 적절하게 이용하는 것으로, 염료를 초임계 이산화탄소에 혼합하여 섬유에 침투시키는 새로운 염색방법을 사용하며, 이는 종래 주로 물을 이용하는 수계 염색기와는 다른 염색방법이다.For example, in the case of a supercritical carbon dioxide dyeing machine, the characteristics of supercritical carbon dioxide are appropriately used, and a new dyeing method is used in which a dye is mixed with supercritical carbon dioxide and penetrated into the fiber, which is different from the conventional water-based dyeing machine using mainly water. It is a dyeing method.
초임계 이산화탄소 염색기는 초임계 상태의 이산화탄소를 운반유체(Carrier fluid)로 하여 염료를 용해시킨 후 섬유 내부로 침투시키는 새로운 형태의 염색법을 이용하는 것으로, 종래의 수계염색(Dyeing based on water)에서 대량으로 사용되었던 물을 전혀 사용하지 않아, 오염수 배출 등의 관점에서 매우 유리한 친환경적 방법으로 최근 들어 각광을 받고 있는 신기술 중의 하나이다. Supercritical carbon dioxide dyeing machine uses a new type of dyeing method in which supercritical carbon dioxide is used as a carrier fluid to dissolve the dye and then penetrate into the fiber. As it does not use used water at all, it is one of the new technologies that have recently been spotlighted as an eco-friendly method that is very advantageous in terms of discharge of polluted water.
일반적으로 수계 염색의 경우 염료를 물에 혼합하여 섬유에 침투시키는 방법으로, 물과 같은 액체는 확산성이 우수하지 못하여 염색에 상당한 시간이 소요될 뿐만 아니라 염색 후 섬유의 건조과정, 염색과정에서 발생하는 폐수 처리 문제, 그리고 염색한 섬유를 물세탁하는 경우에 장기간 동안 발생하는 염료 탈착 등의 문제가 있다.In general, in the case of water-based dyeing, a dye is mixed with water and penetrated into the fiber. Liquids such as water do not have excellent diffusivity, so it takes a considerable amount of time for dyeing. There are problems such as wastewater treatment and dye desorption that occurs over a long period of time when the dyed fibers are washed in water.
수계 염색과 비교할 때에 초임계 이산화탄소 염색의 경우 물을 전혀 사용하지 않고, 초임계 이산화탄소의 열물성적 특성을 이용하여 섬유조직의 내부까지 염료를 침투시킬 수 있는 장점이 있어 염색 견뢰도(Color Fastness)가 우수할 뿐만 아니라 염색공정에서 물을 사용하지 않으므로 건조공정이나 세탁시 발생하는 염료 탈착의 우려가 없다.Compared to water-based dyeing, supercritical carbon dioxide dyeing does not use water at all, and has the advantage of penetrating the dye to the inside of the fibrous tissue by using the thermophysical properties of supercritical carbon dioxide, so it has excellent color fastness. In addition, since water is not used in the dyeing process, there is no risk of dye desorption that occurs during the drying process or washing.
하기의 특허문헌 1에는 산업용 초임계 유체염색기가 제시되어 있다.The following Patent Document 1 proposes an industrial supercritical fluid dyeing machine.
특허문헌 1의 산업용 초임계 유체염색기는 소수성 섬유를 감을 수 있는 스핀들이 고정되는 염색조수단, 감겨진 섬유에 초임계유체의 흐름을 변환하여 균일하고 신속한 염색이 되게 하는 흐름변환수단, 염료가 투입되는 염료조수단, 초임계 이산화탄소에 용해된 염료와 섬유 간의 접촉빈도를 높이기 위한 초임계 유체 순환용 순환펌프수단, 초임계 유체를 가열하거나 냉각시키는 열교환기수단, 저장탱크에 저장된 이산화탄소를 냉각하여 염색장치에 가압펌프로 공급하는 이산화탄소 공급수단, 염색공정이 종료된 이산화탄소를 감압하고 냉각하여 회수펌프로 저장탱크에 회수하는 이산화탄소 회수수단 등이 고압배관으로 연결된 고압염색수단을 포함한다.The industrial supercritical fluid dyeing machine of Patent Document 1 includes a dyeing tank means in which a spindle for winding hydrophobic fibers is fixed, a flow conversion means for converting the flow of supercritical fluid to the wound fibers to make uniform and rapid dyeing, and a dye input dye tank means, circulating pump means for circulating supercritical fluid for increasing the contact frequency between dye dissolved in supercritical carbon dioxide and fibers, heat exchanger means for heating or cooling supercritical fluid, dyeing device by cooling carbon dioxide stored in a storage tank The carbon dioxide supply means for supplying the carbon dioxide to the pressurized pump, the carbon dioxide recovery means for depressurizing and cooling the carbon dioxide after the dyeing process has been completed, and recovering the carbon dioxide recovery means to the storage tank with a recovery pump includes a high-pressure dyeing means connected by a high-pressure pipe.
하기의 특허문헌 2에는 염색빔을 통해 분사되는 염료를 포함한 초임계 이산화탄소의 유동을 균일하게 할 수 있게 되어 직물의 전체 부위를 균일하게 염색할 수 있도록 하는 균염 향상을 위한 초임계 이산화탄소 염색조가 개시되어 있다.The following Patent Document 2 discloses a supercritical carbon dioxide dyeing tank for improving the leveling dye that allows the flow of supercritical carbon dioxide including the dye sprayed through the dyeing beam to be uniform, so that the entire area of the fabric can be uniformly dyed. have.
초임계 이산화탄소 염색기는 기체 상태의 이산화탄소를 가압/가온하여 초임계 상태를 만든 후, 염색조 내부의 염료와 혼합을 통하여 염료를 용해하며, 초임계 이산화탄소와 염료의 혼합류는 염색조 내부에서 피염물인 섬유 내부로 침투하는 과정을 거치게 된다. 그 후 혼합류는 순환펌프로 염색조 내부를 순환하게 되며, 염색을 종료한다. The supercritical carbon dioxide dyeing machine pressurizes/heats gaseous carbon dioxide to create a supercritical state, then dissolves the dye by mixing it with the dye inside the dyeing tank. It goes through the process of penetrating into the fiber. After that, the mixed flow circulates inside the dyeing tank with a circulation pump, and the dyeing is finished.
도 1은 본 발명이 관계하는 초임계 이산화탄소 염색기의 구성도이다.1 is a block diagram of a supercritical carbon dioxide dyeing machine according to the present invention.
본 발명이 관계하는 초임계 이산화탄소 염색기는 도 1과 같이 액체 이산화탄소 저장탱크(11), 이산화탄소 냉각기(12), 고압 이산화탄소 펌프(13), 예비 가열히터(14), 염료조(15), 염색조(16), 세퍼레이터(17), 기체 이산화탄소 저장조(18) 등을 포함한다.As shown in FIG. 1, the supercritical carbon dioxide dyeing machine to which the present invention relates is a liquid carbon
본 발명이 관계하는 초임계 이산화탄소 염색기에서 액체 이산화탄소 저장탱크(11)로부터 공급되는 액체 이산화탄소는 이산화탄소 냉각기(12)와 고압 이산화탄소 펌프(13)를 통해 예비 가열히터(14)로 공급된다.In the supercritical carbon dioxide dyeing machine according to the present invention, liquid carbon dioxide supplied from the liquid carbon
예비 가열히터(14)는 액체 상태의 이산화탄소를 가열하여 원하는 운전 온도와 압력의 초임계 이산화탄소를 만들어 염료조(15)로 공급하고, 염료조(15)는 초임계 상태의 이산화탄소에 염료를 혼합하여 염색조(16)로 공급한다.The
염색조(16)에서는 초임계 이산화탄소와 염료의 혼합물을 직물에 공급하고, 이때 초임계 이산화탄소는 염료를 직물 내부로 침투시키게 된다.In the
염색조(16)에서 사용된 초임계 이산화탄소는 세퍼레이터(17)로 공급되고, 세퍼레이터(17)는 이산화탄소를 증발시켜 과량의 염료와 잔사물을 제거한다.The supercritical carbon dioxide used in the
세퍼레이터(17)에서 분리된 기체 상태의 이산화탄소는 기체 이산화탄소 저장조(18)에 저장되어 재사용된다.The gaseous carbon dioxide separated by the
도 1에서 미설명부호 19는 순환펌프이다.In FIG. 1, the
이와 같이 초임계 이산화탄소 염색기는 염료조(15)에서 초임계 상태의 이산화탄소에 염료를 혼합하여 염색조(16)의 내부 중앙에 설치되는 염색빔에 공급하게 되고, 염색빔에 형성된 다수의 염료 분사구멍을 통해 초임계 이산화탄소에 의해 용해된 염료를 염색빔의 외부 둘레에 감긴 직물에 공급하게 된다.As such, the supercritical carbon dioxide dyeing machine mixes the dye with the supercritical carbon dioxide in the
즉, 염료를 포함하는 초임계 이산화탄소는 염색빔의 입구로 공급되어 다수의 분사구멍을 통해 직물로 유동하게 되고, 그 과정에서 초임계 이산화탄소에 용해된 염료가 섬유로 침투하게 된다. That is, the supercritical carbon dioxide containing the dye is supplied to the inlet of the dyeing beam and flows into the fabric through a plurality of injection holes, and in the process, the dye dissolved in the supercritical carbon dioxide penetrates into the fiber.
한편, 초임계 이산화탄소 염색기는 염색과정 및 종료를 검지할 수 있는 기능이 필요하지만, 염색조의 내부가 고압고온 상태이고, 또 운반 유체가 초임계 상태이어서 간단한 방법으로 염색 상태를 검지하는 것이 쉽지 않다.On the other hand, the supercritical carbon dioxide dyeing machine needs a function to detect the dyeing process and the end, but it is not easy to detect the dyeing state by a simple method because the inside of the dyeing tank is in a high pressure and high temperature state and the carrier fluid is in a supercritical state.
따라서 현재 시판되고 있는 상용의 초임계 이산화탄소 염색기는 경험에 의한 염색시간을 미리 설정하여, 일정 시간을 경과한 경우에 염색을 종료하는 주로 시행착오 방법을 채택하는 실정에 있다.Therefore, the commercial supercritical carbon dioxide dyeing machine currently on the market is in a situation that mainly adopts a trial and error method of setting the dyeing time by experience in advance and ending the dyeing when a certain time has elapsed.
즉, 염색하고자 하는 섬유의 질량 대비 염료의 질량(예를 들면 섬유 질량 0.5%의 염료를 적용)을 경험 값으로 미리 설정하여, 일정 시간 염색을 수행하게 된다.That is, the mass of the dye relative to the mass of the fiber to be dyed (for example, a dye of 0.5% of the fiber mass is applied) is preset as an empirical value, and dyeing is performed for a certain period of time.
이 경우, 염료의 일부는 실제 염색에 가담하지 않은 채, 염색조 내부나 배관 및 밸브 등에 석출될 수 있으며, 더욱이 적정 염료의 량은 섬유의 특성, 압력 및 온도의 운전 조건에도 영향을 받을 수 있어, 최적량의 염료를 사전에 결정하는 것은 매우 어렵다.In this case, a part of the dye may be deposited inside the dyeing tank, in pipes and valves without participating in the actual dyeing. , it is very difficult to determine in advance the optimal amount of dye.
현재 초임계 이산화탄소 염색기의 운전에서는 염색 대상인 섬유질량에 대비한 염료의 량을 염색조에 투입하여, 초임계 이산화탄소로 용해한 후에 염색을 하게 되지만, 염색이 종료 여부를 검지할 수 없을 뿐만 아니라 최초에 투입한 염료의 량이 과다한지 또는 부족한지를 용이하게 판단할 수 없는 문제점이 있다.In the current operation of the supercritical carbon dioxide dyeing machine, the amount of dye compared to the mass of the fiber to be dyed is put into the dyeing tank and dyed after dissolving it with supercritical carbon dioxide. There is a problem in that it cannot be easily determined whether the amount of the dye is excessive or insufficient.
더욱이 경험적으로 설정한 염색시간을 경과한 후에 염색을 종료한 것으로 판단하게 됨에 따라 초임계 이산화탄소 염색기의 운전을 최적화하기가 곤란한 실정에 있다.Moreover, as it is determined that the dyeing has been completed after the empirically set dyeing time has elapsed, it is difficult to optimize the operation of the supercritical carbon dioxide dyeing machine.
초임계 이산화탄소를 운반유체로 하는 PET 계열의 염색인 경우, 최종 염색 성능을 파악하기 위해서는 견뢰도(fastness)를 측정하거나, 기타 광센서 계열을 이용할 수 있다.In the case of PET-based dyeing using supercritical carbon dioxide as a carrier fluid, fastness may be measured or other optical sensor series may be used to determine the final dyeing performance.
그러나 이 방법은 염색조에서 섬유를 취출한 후에야 가능하므로, 염색 도중에 염색 종료를 검지하는 것은 불가능하다.However, since this method is possible only after taking out the fibers from the dyeing tank, it is impossible to detect the end of dyeing during dyeing.
본 발명은 종래 기술에 따른 초임계 이산화탄소 염색 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적이 초임계 이산화탄소 염색이 진행되는 과정에서 염색조 또는 순환배관상의 초임계 이산화탄소의 밀도 또는 점도를 실시간으로 모니터링함으로써 정상적으로 염색이 진행되는 지의 여부를 판단할 수 있도록 하는 초임계 이산화탄소 염색기의 염색 공정 모니터링 장치 및 그를 이용한 정상 염색 판단 방법을 제공하는 데에 있는 것이다.The present invention is to solve the problems of the supercritical carbon dioxide dyeing technique according to the prior art, and its purpose is to monitor the density or viscosity of supercritical carbon dioxide in a dyeing tank or circulation pipe in real time in the process of supercritical carbon dioxide dyeing. An object of the present invention is to provide an apparatus for monitoring a dyeing process of a supercritical carbon dioxide dyeing machine capable of determining whether or not dyeing proceeds normally, and a method for determining normal dyeing using the same.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 염색기의 염색 공정 모니터링 장치는 염색빔의 둘레에 감긴 원단에 대한 초임계 이산화탄소 염색이 진행되는 공간인 염색조와 염색에 필요한 초임계 이산화탄소와 염료가 순환되는 순환배관이 마련되는 초임계 이산화탄소 염색기의 염색 공정 모니터링 장치에 있어서, 상기 염색조 또는 순환배관 사이에 초임계 이산화탄소와 염료의 혼합물의 농도를 측정하는 농도감지수단을 설치하고, 상기 농도감지수단을 제어유니트와 접속하여 농도감지수단을 통해 측정되는 혼합물의 농도를 실시간으로 모니터링할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the apparatus for monitoring the dyeing process of the supercritical carbon dioxide dyeing machine according to the present invention includes a dyeing tank, which is a space in which supercritical carbon dioxide dyeing of the fabric wound around a dyeing beam is performed, and supercritical carbon dioxide required for dyeing. In the dyeing process monitoring apparatus of the supercritical carbon dioxide dyeing machine provided with a circulation pipe through which and the dye is circulated, a concentration sensing means for measuring the concentration of a mixture of supercritical carbon dioxide and dye is installed between the dyeing tank or the circulation pipe, and the It is characterized in that the concentration detecting means is connected to the control unit so that the concentration of the mixture measured through the concentration detecting means can be monitored in real time.
본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 염색기의 염색 공정 모니터링 장치의 상기 농도감지수단(20)에 검출된 농도는 밀도인 것을 특징으로 한다.The concentration detected by the concentration detecting means 20 of the dyeing process monitoring device of the supercritical carbon dioxide dyeing machine according to the present invention is characterized in that it is a density.
본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 염색기의 염색 공정 모니터링 장치의 농도감지수단(20)은 튜브 내부를 흐르는 유체에서 발생하는 코리올리힘을 이용하여 밀도를 측정하는 밀도계인 것을 특징으로 한다.The concentration sensing means 20 of the apparatus for monitoring the dyeing process of the supercritical carbon dioxide dyeing machine according to the present invention is a density meter for measuring the density by using the Coriolis force generated in the fluid flowing inside the tube.
본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 염색기의 염색 공정 모니터링 장치의 상기 농도감지수단(20)에 검출된 농도는 점도인 것을 특징으로 한다.The concentration detected by the concentration detecting means 20 of the dyeing process monitoring device of the supercritical carbon dioxide dyeing machine according to the present invention is characterized in that the viscosity.
본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 염색기의 염색 공정 모니터링 장치의 농도감지수단(20)은 고주파를 이용한 인라인 점도계인 것을 특징으로 한다.The concentration sensing means 20 of the device for monitoring the dyeing process of the supercritical carbon dioxide dyeing machine according to the present invention is characterized in that it is an in-line viscometer using a high frequency.
본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 염색기의 염색 공정 모니터링 장치를 이용한 정상 염색 판단방법은 초임계 이산화탄소 염색기의 염색 공정 모니터링 장치를 이용하여 운전중인 초임계 이산화탄소 염색기의 초임계 이산화탄소 염색이 정상적으로 진행되고 있는 지를 판단하는 방법으로, 초임계 이산화탄소 염색기의 염색 공정 모니터링 장치의 염색조 또는 순환배관에 설치된 농도감지수단을 통해 염료와 초임계 이산화탄소의 혼합물의 농도를 실시간으로 측정하는 단계; 측정된 농도가 설정값 범위인지를 판단하는 단계; 상기 판단결과 혼합물의 농도가 설정값 범위이면 정상 염색으로 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The method for determining normal dyeing using the dyeing process monitoring device of the supercritical carbon dioxide dyeing machine according to the present invention uses the dyeing process monitoring device of the supercritical carbon dioxide dyeing machine to determine whether the supercritical carbon dioxide dyeing of the supercritical carbon dioxide dyeing machine in operation is proceeding normally A method comprising: measuring the concentration of a mixture of dye and supercritical carbon dioxide in real time through a concentration sensing means installed in a dyeing tank or a circulation pipe of a dyeing process monitoring device of a supercritical carbon dioxide dyeing machine; determining whether the measured concentration is within a set value range; It characterized in that it comprises; if the determination result that the concentration of the mixture is within the set value range, determining that the dye is normal.
본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 염색기의 염색 공정 모니터링 장치를 이용한 정상 염색 판단방법은 상기 판단결과 혼합물의 농도는 밀도 또는 점도인 것을 특징으로 한다.The normal dyeing determination method using the dyeing process monitoring device of the supercritical carbon dioxide dyeing machine according to the present invention is characterized in that the concentration of the mixture is a density or a viscosity as a result of the determination.
본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 염색기의 염색 공정 모니터링 장치를 이용한 정상 염색 판단방법은 상기 판단결과 혼합물의 밀도 또는 점도가 설정값 범위가 아니면 비정상 염색으로 판단하는 단계; 염색 운전을 정지하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The method for determining normal dyeing using the dyeing process monitoring device of the supercritical carbon dioxide dyeing machine according to the present invention comprises: judging as abnormal dyeing if the density or viscosity of the mixture is not within the set value range as a result of the determination; Stopping the dyeing operation; characterized in that it includes.
본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 염색기의 염색 공정 모니터링 장치 및 그를 이용한 정상 염색 판단 방법에 의하면, 염색조 또는 순환배관에 설치된 농도감지수단을 통해 순환되는 염료와 초임계 이산화탄소의 혼합물의 밀도 또는 점도를 실시간으로 모니터링할 수 있게 되고, 그 측정값을 통해 초임계 이산화탄소 염색기의 정상 운전 여부를 간편하게 판단할 수 있게 된다.According to the apparatus for monitoring the dyeing process of the supercritical carbon dioxide dyeing machine according to the present invention and the normal dyeing determination method using the same, the density or viscosity of the mixture of the dye and supercritical carbon dioxide circulated through the concentration sensing means installed in the dyeing tank or circulation pipe is measured in real time. can be monitored, and it is possible to easily determine whether the supercritical carbon dioxide dyeing machine is operating normally or not through the measured values.
본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 염색기의 염색 공정 모니터링 장치 및 그를 이용한 정상 염색 판단 방법에 의하면, 염색조를 순환하는 염료와 초임계 이산화탄소의 혼합물 밀도의 시간 변화값을 통해 염색 종료 시간뿐만 아니라 초기에 투입하는 염료의 량의 적정성을 판단할 수 있게 되고, 그에 따라 초임계 이산화탄소 염색기의 운전을 보다 효율적으로 할 수 있게 된다.According to the apparatus for monitoring the dyeing process of the supercritical carbon dioxide dyeing machine and the method for determining normal dyeing using the same according to the present invention, not only the dyeing end time but also the initial input through the time change value of the density of the mixture of the dye circulating in the dyeing tank and the supercritical carbon dioxide It is possible to determine the appropriateness of the amount of dye to be used, and accordingly, it is possible to more efficiently operate the supercritical carbon dioxide dyeing machine.
도 1은 본 발명이 관계하는 초임계 이산화탄소 염색기의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 염색기의 염색 공정 모니터링 장치의 구성도,
도 3은 초임계 염색과정에서 발생하는 이산화탄소의 상태변화를 나타낸 그림,
도 4는 통상적인 초임계 이산화탄소 염색기의 운전 상태와 동일한 온도 조건에서 압력차에 따른 초임계 이산화탄소와 염료의 혼합물의 밀도를 나타낸 그래프,
도 5는 통상적인 초임계 이산화탄소 염색기의 운전 상태와 동일한 온도 조건에서 압력차에 따른 초임계 이산화탄소와 염료의 혼합물의 점도를 나타낸 그래프,
도 6은 초임계 이산화탄소 염색기의 순환배관을 순환하는 혼합물의 밀도변화를 나타낸 그래프,
도 7은 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 염색기의 염색 공정 모니터링 장치를 이용한 정상 염색 판단 방법의 흐름도.1 is a block diagram of a supercritical carbon dioxide dyeing machine according to the present invention;
2 is a block diagram of a device for monitoring the dyeing process of a supercritical carbon dioxide dyeing machine according to the present invention;
3 is a diagram showing the state change of carbon dioxide generated in the supercritical dyeing process;
4 is a graph showing the density of a mixture of supercritical carbon dioxide and dye according to a pressure difference under the same temperature condition as the operating state of a conventional supercritical carbon dioxide dyeing machine;
5 is a graph showing the viscosity of a mixture of supercritical carbon dioxide and dye according to a pressure difference under the same temperature conditions as the operating state of a conventional supercritical carbon dioxide dyeing machine;
6 is a graph showing the change in density of the mixture circulating the circulation pipe of the supercritical carbon dioxide dyeing machine;
7 is a flowchart of a normal dyeing determination method using the dyeing process monitoring device of the supercritical carbon dioxide dyeing machine according to the present invention.
이하 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 염색기의 염색 공정 모니터링 장치및 그를 이용한 정상 염색 판단방법을 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 참고로, 본 발명을 설명하는데 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다. Hereinafter, an apparatus for monitoring a dyeing process of a supercritical carbon dioxide dyeing machine according to the present invention and a method for determining normal dyeing using the same will be described in detail based on the accompanying drawings. For reference, sizes of components, thicknesses of lines, etc. shown in the drawings referenced to describe the present invention may be expressed somewhat exaggeratedly for convenience of understanding.
또, 본 발명의 설명에 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 이 용어에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅하다.In addition, the terms used in the description of the present invention are defined in consideration of the functions in the present invention, and thus may vary according to user, operator intention, custom, and the like. Therefore, the definition of this term should be made based on the content throughout the present specification.
그리고 본 출원에서, '포함하다', '가지다' 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특정의 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지칭하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.And in the present application, terms such as 'comprise' and 'have' refer to the existence of a specific number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other It is to be understood that this does not preclude the possibility of addition or presence of features or numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
또한, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.In addition, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, only this embodiment allows the disclosure of the present invention to be complete, and the scope of the invention to those of ordinary skill in the art It is provided for complete disclosure.
그러므로, 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 구현 예(態樣, aspect)(또는 실시 예)들을 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, 본 명세서에서 사용한 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. Therefore, the present invention can be made various changes and can have various forms, implementation examples (態樣, aspect) (or embodiments) will be described in detail in the specification. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosed form, and it should be understood to include all changes, equivalents or substitutes included in the technical spirit of the present invention, and the expression in the singular used herein is clearly different from the context. Unless otherwise indicated, plural expressions are included.
다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 주지 또는 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.However, in describing the present invention, detailed descriptions of well-known or well-known functions or configurations will be omitted in order to clarify the gist of the present invention.
이하에서, "상방", "하방", "전방" 및 "후방" 및 그 외 다른 방향성 용어들은 도면에 도시된 상태를 기준으로 정의한다.Hereinafter, "upper", "downward", "front" and "rear" and other directional terms are defined based on the state shown in the drawings.
도 2는 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 염색기의 염색 공정 모니터링 장치의 구성도이다.2 is a block diagram of a device for monitoring a dyeing process of a supercritical carbon dioxide dyeing machine according to the present invention.
본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 염색기의 염색 공정 모니터링 장치는 염색빔(16a)의 둘레에 감긴 원단(P)에 대한 초임계 이산화탄소 염색이 진행되는 공간인 염색조(16)와 초임계 이산화탄소 염색에 필요한 염료가 초임계 이산화탄소와 혼합되는 공간인 염료조(15)가 구성되고 순환배관(L)이 마련되는 초임계 이산화탄소 염색기에 있어서, 상기 원단에 대한 초임계 염색이 진행되는 염색조(16) 또는 순환배관(L)에 초임계 이산화탄소와 염료의 혼합물의 밀도 또는 점도를 측정하는 농도감지수단(20)을 설치하고, 상기 농도감지수단(20)을 제어유니트(30)와 접속하여 농도감지수단(20)을 통해 측정되는 초임계 이산화탄소와 염료의 혼합물의 밀도 또는 점도를 실시간으로 모니터링할 수 있다.The apparatus for monitoring the dyeing process of the supercritical carbon dioxide dyeing machine according to the present invention includes the
본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 염색기의 염색 공정 모니터링 장치에서 농도감지수단(20)은 튜브 내부를 흐르는 유체에서 발생하는 코리올리힘을 이용하여 밀도를 측정하는 밀도계나 고주파를 이용한 인라인 점도계 등을 사용할 수 있다.In the device for monitoring the dyeing process of the supercritical carbon dioxide dyeing machine according to the present invention, the concentration sensing means 20 uses a Coriolis force generated in the fluid flowing inside the tube to measure the density or an in-line viscometer using a high frequency It can be used. .
상기 밀도계는 유체 밀도 변화에 따른 튜브 고유 진동수의 변화를 계측하여 밀도를 계산하는 방식으로 초임계 이산화탄소 염색기의 염색조(16)와 같은 고온, 고압 환경에서 사용 가능하다.The density meter can be used in a high-temperature, high-pressure environment, such as the
상기 인라인 점도계는 본 발명에 속하는 기술분야에서 자명한 것으로 0.1~500.000mPas의 측정범위를 갖으며, 최대 측정 압력 및 온도는 -55~220℃, 350bar 정도이다. The in-line viscometer is self-evident in the art to which the present invention pertains, and has a measuring range of 0.1 to 500.000 mPas, and the maximum measuring pressure and temperature is -55 to 220° C., about 350 bar.
초임계 이산화탄소 염색기는 초임계 이산화탄소가 염료조(15)에서 염료를 용해시킨 후 염색조(16)의 염색빔(16a)을 통해 분사되어 염색빔(16a)의 외부 둘레에 감긴 원단(P)과 접촉하면서 염색이 이루어지는데, 이때 염색조(16) 또는 순환배관(L)의 초임계 이산화탄소와 염료의 혼합물의 밀도 또는 점도를 정확하게 실시간으로 측정할 수 있게 되면, 염색 진행과정 및 종료시점 등을 정확하게 알 수 있게 된다.In the supercritical carbon dioxide dyeing machine, supercritical carbon dioxide dissolves the dye in the
도 3은 초임계 염색과정에서 발생하는 이산화탄소의 상태변화를 나타낸 그림이다.3 is a diagram showing a change in the state of carbon dioxide generated in the supercritical dyeing process.
초임계 이산화탄소 염색기에서는 염색빔(16a)이 설치된 염색조(16)에서 초임계 염색이 진행되고, 염색조(16)에는 초임계 이산화탄소와 염료의 혼합물이 염색빔(16a)을 통해 염색빔(16a)의 외부 둘레에 감긴 원단(P)에 분사된 후 순환배관(L)으로 배출된다.In the supercritical carbon dioxide dyeing machine, supercritical dyeing is carried out in the
도 4는 통상적인 초임계 이산화탄소 염색기의 운전 상태와 동일한 온도 조건에서 압력차에 따른 초임계 이산화탄소와 염료의 혼합물의 밀도를 나타낸 그래프이고, 도 5는 통상적인 초임계 이산화탄소 염색기의 운전 상태와 동일한 온도 조건에서 압력차에 따른 초임계 이산화탄소와 염료의 혼합물의 점도를 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing the density of a mixture of supercritical carbon dioxide and dye according to a pressure difference under the same temperature conditions as the operating state of a conventional supercritical carbon dioxide dyeing machine, and FIG. 5 is a temperature same as the operating state of a conventional supercritical carbon dioxide dyeing machine It is a graph showing the viscosity of the mixture of supercritical carbon dioxide and dye according to the pressure difference under the conditions.
초임계 이산화탄소 염색기에서는 초임계 이산화탄소가 염료조(15)를 통과하는 과정에서 염료와 혼합되는데, 초임계 이산화탄소와 염료가 완전히 혼합(염료가 완전히 용해)되었다면 그 혼합물의 밀도 및 점도는 도 4 및 도 5의 오른쪽 부분에 나타낸 바와 같은 크기를 갖는다.In the supercritical carbon dioxide dyeing machine, supercritical carbon dioxide is mixed with the dye in the process of passing through the
도 6은 초임계 이산화탄소 염색기의 염색조를 순환하는 혼합물의 밀도변화를 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing the density change of the mixture circulating the dyeing tank of the supercritical carbon dioxide dyeing machine.
본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 염색기의 염색 공정 모니터링 장치는 염색조(16) 또는 순환배관(L)의 초임계 이산화탄소와 염료의 혼합물의 밀도 또는 점도를 실시간으로 모니터링할 수 있게 되는 것으로, 도 6과 같이 염색조(16) 또는 순환배관(L)을 순환하는 초임계 이산화탄소와 염료의 혼합물의 밀도의 시간 변화값을 모니터링하게 되면 염색 종료 시간뿐만 아니라 초기에 투입하는 염료의 양의 적정성을 판단할 수 있게 되고, 그에 따라 초임계 이산화탄소 염색기의 운전을 효율적으로 할 수 있게 된다.The device for monitoring the dyeing process of the supercritical carbon dioxide dyeing machine according to the present invention is capable of monitoring in real time the density or viscosity of the mixture of supercritical carbon dioxide and the dye in the
본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 염색기의 염색 공정 모니터링 장치를 통해 실시간으로 모니터링되는 염색조(16) 또는 순환배관(L)의 초임계 이산화탄소와 염료의 혼합물의 밀도는 정상운전의 경우 도 6과 같이 염색 운전 초기에 서서히 증가하다가 염색빔(16a)을 통해 원단(P)에 염료가 포함된 초임계 이산화탄소가 분사되어 염색이 진행되는 동안에 가장 높은 수준을 일정시간동안 유지하고, 염색이 종료되는 때에 서서히 감소하는 형태를 가진다.The density of the mixture of supercritical carbon dioxide and dye of the
그러나 염료가 과도한 경우 초임계 이산화탄소와 염료의 혼합물의 밀도가 염색이 종료되는 때에도 적정 염료량 일때의 초임계 이산화탄소와 염료의 혼합물 밀도보다 높게 나타나게 된다.However, if the dye is excessive, the density of the mixture of supercritical carbon dioxide and dye is higher than the density of the mixture of supercritical carbon dioxide and dye at the appropriate amount of dye even when dyeing is finished.
본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 염색기의 염색 공정 모니터링 장치를 이용한 정상 염색 판단 방법은 전술한 초임계 이산화탄소 염색기의 염색 공정 모니터링 장치를 이용하여 운전중인 초임계 이산화탄소 염색기의 초임계 이산화탄소 염색이 정상적으로 진행되고 있는 지를 판단한다.The method for determining normal dyeing using the dyeing process monitoring device of the supercritical carbon dioxide dyeing machine according to the present invention is that supercritical carbon dioxide dyeing of the supercritical carbon dioxide dyeing machine in operation is normally performed using the dyeing process monitoring device of the above-described supercritical carbon dioxide dyeing machine. judge whether
도 7은 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 염색기의 염색 공정 모니터링 장치를 이용한 정상 염색 판단 방법의 흐름도이다.7 is a flowchart of a normal dyeing determination method using the dyeing process monitoring apparatus of the supercritical carbon dioxide dyeing machine according to the present invention.
본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 염색기의 염색 공정 모니터링 장치를 이용한 정상 염색 판단 방법은 도 7과 같이 초임계 이산화탄소 염색기의 염색 공정 모니터링 장치의 염색조(16) 또는 순환배관(L)에 설치된 농도감지수단(20)을 통해 염료와 초임계 이산화탄소의 혼합물의 밀도 또는 점도를 실시간으로 측정하는 단계; 측정된 밀도 또는 점도가 설정값 범위인지를 판단하는 단계; 상기 판단결과 혼합물의 밀도 또는 점도가 설정값 범위이면 정상 염색으로 판단하는 단계;를 포함한다.The normal dyeing determination method using the dyeing process monitoring device of the supercritical carbon dioxide dyeing machine according to the present invention is a concentration sensing means installed in the
그리고 상기 판단결과 혼합물의 밀도 또는 점도가 설정값 범위가 아니면 비정상 염색으로 판단하는 단계; 및 염색 운전을 정지하는 단계;를 포함한다.And determining that the density or viscosity of the mixture is not within the set value range as a result of the determination as abnormal dyeing; and stopping the dyeing operation.
상기에서 비정상 염색으로 판단되어 염색 운전이 정지되면, 초임계 이산화탄소 염색기의 염료조(15), 염색조(16), 순환배관(L), 순환펌프(19)를 포함한 각 부위를 점검하여 염색 불량의 원인을 파악하고 부품 교환이나 수리 등의 필요한 조치를 취한다.If the dyeing operation is stopped because it is judged to be abnormal dyeing in the above, each part including the
종래에는 초임계 이산화탄소 염색기를 운전할 때, 염색 공정 시간은 경험적으로 판단해 결정했지만 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 염색기의 염색 공정 모니터링 장치의 농도감지수단(20)을 이용하여 염색조(16) 또는 순환배관(L)의 초임계 이산화탄소와 염료의 혼합물 밀도 또는 점도를 측정하고, 측정값의 밀도 또는 점도를 설정값의 밀도 또는 점도와 비교하게 되면 정상 염색 여부를 손쉽게 판단할 수 있게 됨은 물론 염색 공정 시간을 결정하는데 도움이 될 수 있다.Conventionally, when operating a supercritical carbon dioxide dyeing machine, the dyeing process time is determined by empirical judgment, but the
초임계 이산화탄소 염색의 경우 다양한 염료와 섬유마다 염색 시간을 달리 해야 하는데, 각각의 염료와 섬유의 종류, 그리고 염료와 섬유의 양에 따라 공정 시간을 실험적으로 결정하기 위해서는 많은 시간과 노력이 필요하다.In the case of supercritical carbon dioxide dyeing, the dyeing time needs to be different for each dye and fiber, and it takes a lot of time and effort to experimentally determine the process time according to the type of each dye and fiber and the amount of dye and fiber.
이때, 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 염색기의 염색 공정 모니터링 장치 및 그를 이용한 정상 염색 판단 방법을 통해 염색 공정의 종말점을 판단한다면, 실험적으로 얻어야 하는 데이터를 손쉽게 창출해 낼 수 있고 나아가 염색 공정 운전을 개선할 수 있다.At this time, if the end point of the dyeing process is determined through the dyeing process monitoring apparatus of the supercritical carbon dioxide dyeing machine according to the present invention and the normal dyeing determination method using the same, the data to be obtained experimentally can be easily created and further the dyeing process operation is improved can do.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.The invention made by the present inventors has been described in detail according to the above embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
15 : 염료조
16 : 염색조
16a : 염색빔
20 : 농도감지수단
P : 원단
L : 순환배관
30 : 제어유니트15: dye tank
16: dyeing tank
16a: dye beam
20: concentration sensing means
P: fabric
L: circulation pipe
30: control unit
Claims (8)
측정된 농도가 설정값 범위인지를 판단하는 단계;
상기 판단결과 혼합물의 농도가 설정값 범위이면 정상 염색으로 판단하는 단계;를 포함하며,
상기 판단결과 혼합물의 농도는 밀도 및 점도이고,
상기 판단결과 혼합물의 밀도 및 점도가 설정값 범위가 아니면 비정상 염색으로 판단하는 단계;
염색 운전을 정지하는 단계;가 진행되고,
비정상 염색으로 판단되어 염색 운전이 정지되면, 염료조(15), 염색조(16), 순환배관(L), 순환펌프(19)를 포함한 각 부위를 점검하여 염색 불량의 원인을 파악하고 부품 교환이나 수리를 하는 단계;가 순차적으로 진행되되;
측정된 혼합물의 밀도의 시간 변화값을 모니터링하여, 염색 종료 시간 및 초기에 투입하는 염료의 양의 적정성을 판단하는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 염색기의 염색 공정 모니터링 장치를 이용한 정상 염색 판단방법.Measuring the density and viscosity of a mixture of dye and supercritical carbon dioxide in real time through the concentration sensing means 20 installed in the dyeing tank 16 or the circulation pipe (L) of the dyeing process monitoring device of the supercritical carbon dioxide dyeing machine;
determining whether the measured concentration is within a set value range;
Determining normal dyeing if the concentration of the mixture is within the set value range as a result of the determination;
As a result of the determination, the concentration of the mixture is density and viscosity,
judging as abnormal dyeing if the density and viscosity of the mixture are not within the set value ranges as a result of the determination;
Stopping the dyeing operation; proceeds,
If the dyeing operation is stopped because it is judged to be abnormal dyeing, check each part including the dye tank 15, the dye tank 16, the circulation pipe (L), and the circulation pump 19 to determine the cause of the dyeing defect and replace the parts or making repairs; the steps are performed sequentially;
Normal dyeing determination method using a dyeing process monitoring device of a supercritical carbon dioxide dyeing machine, characterized in that by monitoring the time change value of the measured density of the mixture, the dyeing end time and the adequacy of the amount of dye to be input at the beginning is determined.
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2020
- 2020-06-12 KR KR1020200071559A patent/KR102325286B1/en active IP Right Grant
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