阅读说明：本技术 一种超临界二氧化碳印染工艺及其印染系统 (Supercritical carbon dioxide printing and dyeing process and printing and dyeing system thereof ) 是由 杨景峰 于 2019-10-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种超临界二氧化碳印染工艺及其印染系统,包括步骤：(1)将液态二氧化碳转换为超临界二氧化碳；(2)将超临界二氧化碳与染料混合形成染液；(3)将染液通入染色釜中,并在超声波和双向循环的作用下对来自进锭端的纱锭进行染色；(4)收集染色后的剩余染液并进行减压、分离处理,分离后的染料和超临界二氧化碳分别经净化、干燥后进行循环利用。本发明的印染工艺及其印染系统,无染色废水及其它废弃物产生,可实现绿色环保、清洁生产,经济效益好、环境效益显著的特点,可实现循环利用、流水生产、提高产量、降低工业成本的目的。(The invention discloses a supercritical carbon dioxide printing and dyeing process and a printing and dyeing system thereof, comprising the following steps: (1) converting the liquid carbon dioxide to supercritical carbon dioxide; (2) mixing supercritical carbon dioxide and a dye to form a dye solution; (3) introducing the dye solution into a dyeing kettle, and dyeing the spindle from the spindle feeding end under the action of ultrasonic waves and bidirectional circulation; (4) collecting the residual dye liquor after dyeing, decompressing and separating, and respectively purifying and drying the separated dye and supercritical carbon dioxide for recycling. The printing and dyeing process and the printing and dyeing system thereof have the advantages of no generation of dyeing wastewater and other wastes, realization of green environmental protection and clean production, good economic benefit and remarkable environmental benefit, and can realize the purposes of cyclic utilization and flow production, yield improvement and industrial cost reduction.)

一种超临界二氧化碳印染工艺及其印染系统

技术领域

本发明涉及印染技术领域，尤其涉及一种超临界二氧化碳印染工艺及其印染系统。

背景技术

现有的超临界二氧化碳印染工艺只是实现半连续化，染色釜没有保温隔热措施，导致在工艺流程中损失大量的热量；在染色过程中只是配置单向循环泵，导致产品染色的均匀性存在一定的问题；现有的染色助剂并没有达到最佳助染效果；现有的超临界二氧化碳印染的工艺还未与超声的作用有效结合起来；对剩余染液没有实现可连续循环生产的回收利用，这些因素导致目前的超临界二氧化碳印染的工艺处于低效率，大能耗，高成本，低效益的状态，存在产品的均匀性不达标以及设备冗长的问题。

因此，开发一种可实现绿色环保、清洁生产、循环利用、高产量、低成本的工艺是十分必要的。

发明内容

本发明为解决现有技术中的上述问题，提出一种超临界二氧化碳印染工艺及其印染系统。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的第一个方面是提供一种超临界二氧化碳印染工艺，包括如下步骤：

(1)将液态二氧化碳经增压、加热处理后，转换为超临界二氧化碳；

(2)将超临界二氧化碳与染料混合形成染液；

(3)将染液通入染色釜中，并在超声波和双向循环的作用下对来自进锭端的纱锭进行染色，纱锭染色成熟后，纱锭从出锭端送出进入下一工艺；

(4)收集染色后的剩余染液并进行减压、分离处理，分离后的染料和超临界二氧化碳分别经净化、干燥后作为步骤(1)的所述液态二氧化碳原料和步骤(3)的所述染料原料进行循环利用。

进一步地，步骤(1)中采用加压单元将二氧化碳压力增压至16MPa以上；采用加热单元需将二氧化碳温度加热至80℃以上。

进一步地，步骤(2)中还包括向所述染液中加入助染剂。

进一步地，步骤(3)中采用工作功率为600W的超声波发生单元对所述染色釜内的染液和纱锭进行超声处理；采用双向循环泵将染液以2.4m/min的速度在所述染色釜内循环，纱锭以1.2m/min的幅度在染色釜内前进并进行染色。

进一步地，步骤(3)中还包括在染色过程中对所述染色釜进行保温隔热处理。

本发明的第二个方面是提供一种如所述工艺的超临界二氧化碳印染系统，其包括：CO₂储存罐、染料罐、染色釜、染料收集罐、减压冷却单元和萃取分离单元，其中：

所述CO₂储存罐依次通过管道经过滤单元、干燥单元、加热单元和加压单元连接所述染料罐，以将所述CO₂储存罐内的二氧化碳经增压、加热处理后转换为超临界二氧化碳，并将超临界二氧化碳通入所述染料罐内与染料混合形成染液；

所述染料罐通过管道依次经助剂罐和流量计连接所述染色釜，用于将所述染液送入所述染色釜内对来自进锭端的纱锭进行染色，且所述染色釜上设置有至少一个双核超声波发生装置和至少一个双向循环泵；

所述染色釜的底部通过管道经所述染料收集罐连接所述减压冷却单元，以将所述染色釜内染色后的剩余染液收集于所述染料收集罐内，并通过所述减压冷却单元对所述剩余染液进行减压、分离处理；

所述减压冷却单元的顶端通过管道依次经净化单元、过滤单元和干燥单元连接所述CO₂储存罐，以将分离后的二氧化碳气体送入所述CO₂储存罐进行循环再利用；以及

所述减压冷却单元的底端通过管道连接萃取分离单元，以将分离后的染液进行萃取处理，萃取后的染料送入所述染料罐进行循环再利用，和/或萃取后的助剂送入所述助剂罐进行循环再利用。

进一步地，所述染色釜由24-25米的管道构成，其上装设有保温隔热层、四台所述超声波发生单元和四台所述双向循环泵。

进一步地，在距所述染色釜的出锭端1000mm、3000mm、5000mm、6000mm处分别开设有进液孔，所述进液孔通过管道连接所述染料罐。

进一步地，在距所述染色釜的出锭端375mm、625mm、875mm、1125mm处分别开设有排液孔，所述排液孔通过管道连接所述染料收集罐。

进一步优选地，所述排液孔和进液孔呈大小头结构，其均由上部孔和下部孔构成，所述上部孔的高度为20-30mm，直径为25-30mm；所述下部孔的高度为8-12mm，直径为3-8mm。

本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：

(1)通过配置4台双向循环泵，以4-5分钟为单位完成一组顺、逆循环，提高产品染色的均匀性；同时增设4台同频超声波，提高染料分子和助染分子的活跃度，加快染料分子的扩散和被吸附过程，提高染色效率；

(2)通过向溶解后的染液中加入助剂，可以使染色过程更快，纱锭对染料的吸附性更强；可在30min内成功染色一个纱锭，纱锭以18秒左右的时间间隔从出锭端进入产品收集小车；

(3)通过在出锭端增设剩余染液收集器，在距离出锭端375mm、625mm、875mm、1125mm处分别开孔连接剩余染液收集器收集剩余染液，通过减压分离装置将超临界二氧化碳和染料、助剂分离，通过萃取方式将染料和助剂分离，再将超临界二氧化碳、染料、助剂分别进行净化、干燥后，循环至原料仓；可实现绿色环保、清洁生产、循环利用、高产量、低成本的使用超临界二氧化碳进行印染的工艺；

(4)本发明超临界二氧化碳印染工艺及系统所承受的压力降低了30％～46％，相较于普通设备印染温度降低了25％～33％，大大降低了设备成本和供热成本；且相较于现有工艺设备的印染效率提高了16％～33％；此外，由于双核超声波的配置能使染色更加的均匀，极大地降低了内外层线圈的色差，同时还提高了织物的色牢度最高可达5级。

附图说明

图1为本发明一种超临界二氧化碳印染系统的结构示意图；

图2为本发明一种超临界二氧化碳印染系统中染色釜的结构示意图；

图3为图2所示染色釜的局部放大结构示意图；

图4为本发明一种超临界二氧化碳印染系统中染色釜出锭端的结构示意图；

图5为图4所示染色釜出锭端上排液孔的局部放大结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。

实施例1

请参与图1所示，提供一种超临界二氧化碳印染工艺，包括如下步骤：

(1)将液态二氧化碳经增压、加热处理后，转换为超临界二氧化碳；

(2)将超临界二氧化碳与染料混合形成染液；

(3)将染液通入染色釜中，并在超声波和双向循环的作用下对来自进锭端的纱锭进行染色，纱锭染色成熟后，纱锭从出锭端送出进入下一工艺；

(4)收集染色后的剩余染液并进行减压、分离处理，分离后的染料和超临界二氧化碳分别经净化、干燥后作为步骤(1)的所述液态二氧化碳原料和步骤(3)的所述染料原料进行循环利用。

在本实施例中，步骤(1)中采用增加压单元将二氧化碳压力增压至16MPa以上；采用加热单元需将二氧化碳温度加热至80℃以上。即通过加压单元和加热单元将二氧化碳转换为超临界态二氧化碳，加压单元采用增压泵，加热单元可采用加热器。

在本实施例中，步骤(2)中还包括向所述染液中加入助染剂，所采用的助染剂适合于超临界二氧化碳印，并且剩余染液中助染剂可以与超临界二氧化、染料分离，实现回收利用。

在本实施例中，步骤(3)中采用工作功率为600W的超声波发生单元对所述染色釜内的染液和纱锭进行超声处理，超声波发生单元采用双核超声波发生装置；在染色釜上配置超声波发生单元，可提高染料分子和助染分子的活性，加快染料分子的扩散和被吸附过程，提高染色效率。此外，在染色釜上配置双向循环泵，课实现染料在染色釜内顺、逆双向循环，提高产品染色的均匀性，4-5分钟完成一组顺、逆循环过程；且双向循环泵可进行调速，针对不同织物，可调整染液的循环速度。具体地，采用双向循环泵将染液以2.4m/min的速度在所述染色釜内循环，纱锭以1.2m/min的幅度在染色釜内前进并进行染色。

在本实施例中，步骤(3)中待染纱锭在进入染色釜之前，先经过加热、溶胀和干燥处理，以提高在染色釜中染料的上染速度和上染质量。此外，该步骤(3)中还包括在染色过程中对所述染色釜进行保温隔热处理，保温隔热通过在染色釜歪设置保温隔热套实现，保温隔热的设计在印染过程中可以减少热量散失并且提高印染温度的稳定性，提高经济效益，减少能耗。

实施例2

请参阅图1所示，提供一种如所述工艺的超临界二氧化碳印染系统，该超临界二氧化碳印染系统包括：CO₂储存罐、染料罐、染色釜、染料收集罐、减压冷却单元和萃取分离单元，其中：

所述CO₂储存罐依次通过管道经过滤单元、干燥单元、加热单元和加压单元连接所述染料罐，以将所述CO₂储存罐内的二氧化碳经增压、加热处理后转换为超临界二氧化碳，并将超临界二氧化碳通入所述染料罐内与染料混合形成染液；

所述染料罐通过管道依次经助剂罐和流量计连接所述染色釜，用于将所述染液送入所述染色釜内对来自进锭端的纱锭进行染色，且所述染色釜上设置有至少一个双核超声波发生装置和至少一个双向循环泵；

所述染色釜的底部通过管道经所述染料收集罐连接所述减压冷却单元，以将所述染色釜内染色后的剩余染液收集于所述染料收集罐内，并通过所述减压冷却单元对所述剩余染液进行减压、分离处理；

所述减压冷却单元的顶端通过管道依次经净化单元、过滤单元和干燥单元连接所述CO₂储存罐，以将分离后的二氧化碳气体送入所述CO₂储存罐进行循环再利用；以及

所述减压冷却单元的底端通过管道连接萃取分离单元，以将分离后的染液进行萃取处理，萃取后的染料送入所述染料罐进行循环再利用，和/或萃取后的助剂送入所述助剂罐进行循环再利用。

在本实施例中，通过减压冷却单元可以将超临界二氧化碳和染料、助剂分离。萃取分离单元，可以将染料和助剂分离。被减压冷却单分离出来的超临界二氧化碳经过净化、过滤、干燥后，进入CO₂储存罐备用。而被分离出来的染料经过净化、干燥后，进入染料罐备用。被分离出来的助剂经过净化、干燥后，进入助剂罐备用。此外，通过在染色釜后配置产品收集单元对染色后的纱锭进行收集，该产品收集单元为运料小车，优选地，采用3个运料小车，其中两个一直处于工作中，另一个处于待工作状态。

在本实施例中，如图1所示，所述染色釜由24-25米的管道构成，其上装设有保温隔热层、四台所述双核超声波发生装置和四台所述双向循环泵。

在本实施例中，如图2-3所示，在距所述染色釜的出锭端375mm、625mm、875mm、1125mm处分别开设有排液孔，所述排液孔通过管道连接所述染料收集罐。如图4-5所示，在距所述染色釜的出锭端1000mm、3000mm、5000mm、6000mm处分别开设有进液孔，所述进液孔通过管道连接所述染料罐。所述排液孔和进液孔呈大小头结构，其均由上部孔和下部孔构成，所述上部孔的高度为20-30mm，直径为25-30mm；所述下部孔的高度为8-12mm，直径为3-8mm。

该超临界二氧化碳印染系统的工作原理为：将液态二氧化碳从CO₂储存罐顺序通过加热单元、加压单元、染料罐、助剂罐、送料泵后进入染色釜，在超声波、双向循环和助剂的共同作用对从进锭端的来料进行染色，并且染色釜***套有保温隔热层；纱锭染色成熟后，从出锭端离开，进入产品收集小车托运至下一工序；染料收集器收集剩余染料，通过减压分冷却单元将超临界二氧化碳与染料和助剂分离，然后再通过萃取分离单元采用萃取方式将染料和助剂分离；然后再将超临界二氧化碳、染料、助剂分别进行净化、干燥后，循环至原料仓。该印染工艺无染色废水及其它废弃物产生，可实现绿色环保、清洁生产，经济效益好、环境效益显著的特点，可实现循环利用、流水生产、提高产量、降低工业成本的目的。

应用例1

基于上述实施例1和实施例2所述的印染工艺和印染系统，本实施例提供一种合成纤维(涤纶织物)通过该工艺设备条件下进行染色加工。如图1所示，该工艺由六部分组成一个完整的自动化工艺流程，包括二氧化碳储存仓部分、加压部分、加热部分、染料部分、双循环超声印染部分、分离回收部分。

进行印染加工时，液态二氧化碳从CO₂储存罐顺序通过加压单元、加热单元、染料罐、助剂罐、送料泵、染色釜，在KC-TC01双核超声波、双向循环泵的共同作用下对从进锭端的已经进行预热处理和经过干燥处理的来料进行染。其中，加压单元采用增压泵，需将二氧化碳压力增压至16MPa以上；加热单元采用加热器需将二氧化碳温度加热至100℃以上；超临界二氧化碳通过染料罐溶解染料形成染液；助剂罐无需添加任何助剂，让染液直接通过助剂罐即可；KC-TC01双核超声波工作功率为600W，双向循环泵将染液以2.4m/min的速度在染色釜内循环，提高染料的均匀性，纱锭以1.2m/min的幅度在染色釜内前进并进行染色。待纱锭染色成熟后，从出锭端离开，进入产品收集小车托运至下一工序，染料收集器收集剩余染料，通过减压分离装置将超临界二氧化碳和染料分离，通过萃取方式将染料分离，再将超临界二氧化碳、染料分别进行净化、干燥后，循环至原料仓。

应用例2

基于上述实施例1和实施例2所述的印染工艺和印染系统，本实施例提供一种天然纤维(棉、麻、毛织物)通过该设备以及定制的工艺条件进行染色加工。如图1所示，该工艺由七大部分组成一个完整的自动化流程工艺，包括CO₂储存罐部分、加压部分、加热部分、染料部分、助剂部分、双循环超声印染部分、分离回收部分。

进印染加工时，液态二氧化碳从CO₂储存罐流出，顺序通过增压单元、加热单元、染料罐、助剂罐、送料泵、进入染色釜，在KC-TC01双核超声波、双向循环泵的共同作用对从进锭端的已经进行预热和用无水乙醇溶胀处理并经过干燥处理的来料进行染色，并且染色釜***套有保温层。其中此时增压单元需将二氧化碳压力增压至16MPa以上；加热单元需将二氧化碳温度加热至80℃以上；超临界二氧化碳通过染料罐溶解染料形成染液；助剂罐需添加无水乙醇作为助染剂，让活性染料更充分的溶解在超临界二氧化碳中，使染液更均匀；KC-TC01双核超声波工作功率为600W，双向循环泵将染液以3m/min的速度在染色釜内循环，提高染料的均匀性，纱锭以1.2m/min的幅度在染色釜内前进并进行染色。待纱锭染色成熟后，从出锭端离开，进入产品收集小车托运至下一工序，染料收集器收集剩余染料，通过减压分离装置将超临界二氧化碳和染料、助剂分离，通过萃取方式将染料和助剂分离，再将超临界二氧化碳、染料、助剂分别进行净化、干燥后，循环至原料仓。

采用本发明超临界二氧化碳印染工艺和系统的上述应用例1和应用例2，可在30min内成功染色一个纱锭，纱锭以18秒左右的时间间隔从出锭端出来，设备长度可控制在30m以内；相对于目前工艺，效率至少提高16％左右，设备减小25％左右，成本至少降低10％左右；本专利可实现绿色环保、清洁生产、循环利用、高产量、低成本的使用超临界二氧化碳进行合成纤维和天然纤维印染的工艺，并提高了纱锭内外侧织物染色的均匀性，同时还提高了织物的色牢度最高可达5级。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。