专利名称：基于多总线、多改性釜并行的天然纤维晶变改性气相介质回收系统与方法
技术领域：
本发明涉及一种天然纤维晶变改性气相介质的回收系统与方法，尤其涉及一种基于多总线、多改性釜并行的天然纤维晶变改性气相介质回收系统与方法，属于高端纺织装备领域。
背景技术：
天然纤维是重要的纺织原料，具有吸湿散热、仰菌防虫、抗辐射等优越特质，但也存在坚硬、发皱、缩水、难纺、难织、难染等缺陷。利用晶变改性技术对天然纤维进行改性处理，使其在保留优点的同时，性能显著改善，达到易纺、易织、易染效果，不仅提高了天然纤维的附加值，而且满足了高档面料对原料的需求。
天然纤维晶变改性技术是指利用分子量小、粘性小、表面张力小、易相变的液态介质，通过改性装备使其渗透到纤维晶格结构中，调控其压力、温度、流量、相变状态等参数， 在介质溶胀、高压膨化的综合作用下，使纤维素晶格结构发生变化。
在天然纤维晶变改性中，液态介质蒸发气化后的气相介质和被改性纤维中残留介质的回收，是耗能最多、工艺最复杂的关键环节。发明内容
本发明的目的是提供一种天然纤维晶变改性气相介质回收系统与方法，以使改性介质充分回收、高效冷凝并循环利用，实现改性过程无污染、零排放，并节能降耗。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种基于多总线、多改性釜并行的天然纤维晶变改性气相介质回收系统，其特征在于，包括抽真空总线和气相介质压缩总线；n个改性釜并联在抽真空总线和气相介质压缩总线上，η > I ;抽真空支路接入抽真空总线，一级压缩支路和二级压缩支路接入气相介质压缩总线，一级压缩支路还串接在抽真空支路的后端，二级压缩支路还串接在一级压缩支路的后端。
优选地，所述改性釜内设有加热系统和传感器系统，天然纤维晶变改性在改性釜内进行，各所述改性釜并发运行、同时工作在不同的工艺段；所述抽真空支路包括与所述抽真空总线并联的真空泵组和与真空泵组串联的缓存器一；所述一级压缩支路包括与所述气相介质压缩总线并联的气液分离器一和 与气液分离器一串联的一级压缩机组；所述二级压缩支路包括与所述一级压缩支路依次串联的冷却器、缓存器二、气液分离器二、二级压缩机组和冷凝器；所述气液分离器一还与所述缓存器一相连接；所述冷却器还并联在所述气相介质压缩总线上。
优选地，所述缓存器一的容积远远大于所述改性釜的容积；所述缓存器一内存储的由所述真空泵组回收的气相介质经所述气液分离器一、所述一级压缩机组和所述冷却器压缩回收至所述缓存器二 ；所述缓存器一的最大极限压力、最小极限压力与所述一级压缩机组相匹配。
优选地，所述缓存器ニ的容积远远大于所述改性釜的容积；所述缓存器ニ内存储的自然回收和由一级压缩机组压缩回收的气相介质经所述气液分离器ニ和所述ニ级压缩机组压缩回收至所述冷凝器后冷凝为液态介质，以循环利用；所述缓存器ニ的最大极限压力、最小极限压力与所述ニ级压缩机组、所述冷凝器相匹配，且所述缓存器ニ的最大极限压力小于所述改性釜内压力。优选地，所述ー级压缩机组为小功率压缩机组；所述ニ级压缩机组为大功率压缩机组。本发明还提供了一种基于多总线、多改性釜并行的天然纤维晶变改性气相介质回收方法，其特征在于，包括依次进行的自然回收、一级压缩回收、介质抽真空加一级压缩回收、ニ级压缩回收。优选地，所述自然回收过程为改性釜内的气相介质在压力能作用下经气相介质压缩总线自然回收至ニ级压缩支路的缓存器ニ，直到改性釜与缓存器ニ达气压平衡。优选地，所述ー级压缩回收过程为改性釜内的气相介质经气相介质压缩总线进入一级压缩支路，经ー级·压缩支路的气液分离器ー后，由一级压缩支路的ー级压缩机组压缩回收至ニ级压缩支路，经ニ级压缩支路的冷却器后压缩回收至ニ级压缩支路的缓存器ニ，直到改性爸内约为大气压力。优选地，所述介质抽真空加ー级压缩回收过程为改性釜内的气相介质经抽真空总线进入抽真空支路，由抽真空支路的真空泵组回收至缓存器一，直到改性釜内满足压力要求；当缓存器一内压カ达设定的上极限压カ时，缓存器一内的气相介质进入一级压缩支路，经ー级压缩支路的气液分离器ー后由一级压缩机组压缩回收至缓存器ニ；当缓存器一内压カ为设定的下极限压カ时，停止一级压缩回收。优选地，所述ニ级压缩回收过程为当缓存器ニ内压カ达设定的上极限压カ时，缓存器ニ内的气相介质经ニ级压缩支路的气液分离器ニ后由ニ级压缩机组压缩回收至冷凝器冷凝为液态介质；当缓存器ニ内压カ为设定的下极限压カ时，停止ニ级压缩回收。本发明基于多总线、多改性釜并行的天然纤维晶变改性气相介质回收系统与方法使一套介质回收设备为多个改性釜服务，多改性釜并发运行，同时工作在天然纤维晶变改性的不同エ艺段。在气相介质回收过程中可插入等待时间，从而在时序上保证了多改性釜并发运行时抽真空总线与气相介质压缩总线互不干渉,与系统其他总线也互不干渉,各改性釜的エ艺流程按时序并发运行。本发明采用以上技术方案的优点如下1、一套介质回收设备为多个改性釜服务，多改性釜并发运行，提高了设备利用率和生产效率,降低了设备成本和生产成本。2、缓存器ニ的容积远远大于改性釜的容积，使改性过程中液态介质回收后改性釜内压カ高于缓存器ニ内压力，气相介质在压力能作用下自然回收，节能效果显著；当改性釜与缓存器ニ压カ平衡后，启动ー级压缩机组压缩回收，避免了改性釜内高压气相介质对ー级压缩机组的冲击，改善了其运行エ况，有利于提高设备的使用寿命。3、采用大、小功率两级压缩方式，小功率压缩机组与真空泵组匹配，将改性釜内和缓存器一内的气相介质压缩回收至缓存器ニ，完成一级压缩；缓存器ニ内达一定压カ后，启动大功率压缩机组，进行ニ级压縮。保证了大功率压缩机组获得较长的连续稳定运行时间和最佳进出口压差，优化了运行エ况，避免了频繁启停对其性能和寿命的影响，并节能降耗。4、采用自然回收、分级压缩、介质抽真空相结合的方法，使真空泵、压缩机组、冷凝器具有良好的运行エ况，降低了系统能耗，使改性介质充分回收、高效冷凝并循环利用，实现了改性过程无污染、零排放。5、在气相介质回收过程中可插入等待时间，在时序上保证了多改性釜并发运行时抽真空总线与气相介质压缩总线互不干渉，与系统其他总线也互不干渉，各改性釜的エ艺流程按时序并发运行。
图1为本发明基于多总线、多改性釜并行的天然纤维晶变改性气相介质回收系统原理图；图2为本发明基于多总线、多改性釜并行的天然纤维晶变改性气相介质回收方法エ艺流程图；图3为本发明基于多总线、多改性釜并行的天然纤维晶变改性气相介质回收系统与方法中改性釜的工作压カー时序图。
具体实施例方式为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。本实施例所用改性介质为液态氨。本发明提供的基于多总线、多改性釜并行的天然纤维晶变改性气相介质回收系统如图1所示，包括抽真 空总线和气相介质压缩总线；并联在抽真空总线和气相介质压缩总线上的n个改性釜，n > I ;并联在抽真空总线上的抽真空支路、并联在气相介质压缩总线上的ー级压缩支路、与一级压缩支路串联的ニ级压缩支路；若干阀门。改性爸i (i = I, 2, . . . , n)内压カ为 Pi (i = I, 2, . . . , n),容积相等为 Vi (i = I,2，. . .，n)，其内设有加热系统和传感器系统，天然纤维晶变改性在改性釜内进行，各改性釜并发运行、同时工作在不同的エ艺段。改性过程中液态氨回收后，改性釜内充满蒸发气化的氨气,压カ为PtliQ = 1,2，. . .，n)。加热系统促进被改性天然纤维中残留液态氨蒸发气化。传感器系统包括压カ传感器、温度传感器和液位传感器等，用于实时测控改性釜内压力、温度和液位。抽真空支路包括与抽真空总线并联的真空泵组1、与真空泵组I串联的缓存器ー
2。真空泵组I回收改性釜内的氨气。缓存器一 2内压カ为P1、容积为VpV1 >> Vi (i = 1，2，. . .，n)，存储真空泵组I回收的氨气，缓存器一 2内的氨气经气液分离器ー 3、一级压缩机组4、冷却器压缩回收至缓存器ニ 5，设定与ー级压缩机组4匹配的P1的极限压力为P1Hiax和 P1Hiin0ー级压缩支路包括与气相介质压缩总线并联的气液分离器ー 3、与气液分离器ー3串联的ー级压缩机组4。气液分离器ー 3分离缓存器一 2内氨气中含有的少量液态氨，以保证进入ー级压缩机组4的工作气体为纯氨气。ー级压缩机组4为小功率压缩机组，压缩回收改性釜内的氨气和缓存器一 2内的氨气。
ニ级压缩支路包括与一级压缩支路依次串联的冷却器、缓存器ニ 5、气液分离器ニ6、ニ级压缩机组7和冷凝器。冷却器冷却ー级压缩机组4压缩回收的氨气，以降低进入缓存器ニ 5的氨气的温度。缓存器ニ 5内压カ为P2、容积为V2，存储自然回收的氨气和ー级压缩机组4压缩回收的氨气，缓存器ニ 5内的氨气经气液分离器ニ 6、ニ级压缩机组7压缩回收至冷凝器，设定与ニ级压缩机组7、冷凝器匹配的P2的极限压力为P2Hiax和P2min，且P2Hiax< P0i (i = 1，2， ，n)、V2 >> ViQ = 1,2, , n)。气液分离器ニ 6 分离缓存器ニ 5 内氨气中含有的少量液态氨，以保证进入ニ级压缩机组7的工作气体为纯氨气。ニ级压缩机组7为大功率压缩机组，压缩回收缓存器ニ 5内的氨气。冷凝器将ニ级压缩机组7压缩回收的氨气冷凝为液态氨，以循环利用。若干阀门控制介质通断和流向。当改性过程中液态氨回收后，开始本发明基于多总线、多改性釜并行的天然纤维晶变改性气相介质回收方法的エ艺过程，如图2所示，包括自然回收、一级压缩回收、介质抽真空加ー级压缩回收、ニ级压缩回收。在介质抽真空过程中，改性釜的加热系统间歇运行，根据改性釜内的温度控制加热系统的开启和关断。自然回收过程为开启电动球阀Q-1、电动球阀Q_b和电动球阀Q_f，由于Ptli >P2max(i = 1,2, , n)、Vi << V2(i = 1,2, , n),第一个改性爸内的氨气在压カ能作用下通过气相介质压缩总线经冷却器自然回收至缓存器ニ 5，当P1 = P2吋，关闭电动球阀Q_b o ー级压缩回收过程为开启电动球阀Q_a，第一个改性釜内的氨气通过气相介质压缩总线经气液分离器ー 3、ー级压缩机组4和冷却器压缩回收至缓存器ニ 5，当P1约为大气压カ时，关闭电动球阀Q_a和电动球阀Q-1。开启电动球阀Q-2和电动球阀Q-b，第二个开始改性釜的自然回收过程，对其他改性釜亦相同。介质抽真空加ー级压缩回收过程为开启电动球阀Q-1'和电动球阀Q-C，第一个改性釜内的氨气通过抽真空总线经真空泵组I回收至缓存器ー 2，当P1约为130Pa并稳定At时间后，关闭电动球阀Q-1'，对第一个改性釜进行气压平衡。开启电动球阀Q-2'，开始第二个改性爸的介质抽真空过程，对其他改性爸亦相同。当缓存器一 2内压カP1 = P1Hiax吋，开启电动球阀Q_d，缓存器一 2内的氨气经气液分离器ー 3、ー级压缩机组4和冷却器压缩回收至缓存器ニ 5 ;当缓存器一 2内压カP1 = P1Hiin吋，关闭电动球阀Q-d。缓存器一 2出ロ处设有单向阀Q-z，防止一级压缩支路上氨气压力高于缓存器一 2内氨气压力P1时，一级压缩支路上的氨气反充至缓存器ー2内。ニ级压缩回收过程为当缓存器ニ 5内压カP2 = P2max时，开启电动球阀Q_e,启动ニ级压缩机组，缓存器ニ 5内的氨气经气液分离器ニ 6、ニ级压缩机组7压缩回收至冷凝器冷凝为液态氨；当缓存器ニ 5内压カP2 = P2min时，停止ニ级压缩机组7，关闭电动球阀Q_e o至此完成一个氨气回收过程。当下ー个改性过程中液态氨回收后，继续按上述自然回收、一级压缩回收、介质抽真空加ー级压缩回收、ニ级压缩回收的エ艺过程开始新ー个氨气回收过程，而同一时刻，其他改性釜并发运行在其他不同的エ艺过程中。本发明提供的基于多总线、多改性釜并行的天然纤维晶变改性气相介质回收系统与方法中改性釜的工作压カー时序如图3所示，包括tl-t7共7个工作时间节点tl为改性过程中液态氨回收后的时刻，工作压カ为Ptli ；t2为自然回收、改性釜与缓存器ニ 5压カ平衡的时刻，工作压カ为P2 ;t3为ー级压缩、改性釜内为大气压カP。的时刻；t4为氨气抽真空、改性釜内压カ为130Pa的时刻；t5为氨气抽真空、改性釜内压カ稳定的时刻，工作压カ为130Pa ；t6为改性釜气压平衡后的时刻，工作压カ为大气压力Ptl ;t7为晶变改性其他过程结束的时刻，工作压カ为P0i。基于多总线、多改性釜并行的天然纤维晶变改性气相介质回收系统与方法使ー套介质回收设备为多个改性釜服务，多改性釜并发运行，同时工作在天然纤维晶变改性的不同エ艺段。在氨气回收过程中可插入等待时间，从而在时序上保证了多改性釜并发运行时抽真空总线与气 相介质压缩总线互不干渉，与系统其他总线也互不干渉，各改性釜的エ艺流程按时序并发运行。
权利要求
1.一种基于多总线、多改性釜并行的天然纤维晶变改性气相介质回收系统，其特征在于，包括抽真空总线和气相介质压缩总线；n个改性釜并联在抽真空总线和气相介质压缩总线上，n ^ I ;抽真空支路接入抽真空总线，一级压缩支路和二级压缩支路接入气相介质压缩总线，一级压缩支路还串接在抽真空支路的后端，二级压缩支路还串接在一级压缩支路的后端。
2.如权利要求1所述的一种基于多总线、多改性釜并行的天然纤维晶变改性气相介质回收系统，其特征在于，所述改性釜内设有加热系统和传感器系统，天然纤维晶变改性在改性釜内进行，各所述改性釜并发运行、同时工作在不同的工艺段；所述抽真空支路包括与所述抽真空总线并联的真空泵组(I)和与真空泵组(I)串联的缓存器一(2);所述一级压缩支路包括与所述气相介质压缩总线并联的气液分离器一(3)和与气液分离器一(3)串联的一级压缩机组(4);所述二级压缩支路包括与所述一级压缩支路依次串联的冷却器、缓存器二(5)、气液分离器二(6)、二级压缩机组(7)和冷凝器；所述气液分离器一(3)还与所述缓存器一(2)相连接；所述冷却器还并联在所述气相介质压缩总线上。
3.如权利要求1所述的一种基于多总线、多改性釜并行的天然纤维晶变改性气相介质回收系统，其特征在于，所述缓存器一(2)的容积远远大于所述改性釜的容积；所述缓存器一 (2)内存储的由所述真空泵组回收的气相介质经所述气液分离器一(3)、所述一级压缩机组(4)和所述冷却器压缩回收至所述缓存器二(5);所述缓存器一(2)的最大极限压力、最小极限压力与所述一级压缩机组(4)相匹配。
4.如权利要求1所述的一种基于多总线、多改性釜并行的天然纤维晶变改性气相介质回收系统，其特征在于，所述缓存器二(5)的容积远远大于所述改性釜的容积；所述缓存器二(5)内存储的自然回收和由一级压缩机(4)压缩回收的气相介质经所述气液分离器二(6)和所述二级压缩机组压缩(7)压缩回收至所述冷凝器后冷凝为液态介质，以循环利用；所述缓存器二(5)的最大极限压力、最小极限压力与所述二级压缩机组(7)、所述冷凝器相匹配，且所述缓存器二(5)的最大极限压力小于所述改性釜内压力。
5.如权利要求1所述的一种基于多总线、多改性釜并行的天然纤维晶变改性气相介质回收系统，其特征在于，所述一级压缩机组(4)为小功率压缩机组；所述二级压缩机组(7)为大功率压缩机组。
6.一种基于多总线、多改性釜并行的天然纤维晶变改性气相介质回收方法，其特征在于，包括依次进行的自然回收、一级压缩回收、介质抽真空加一级压缩回收、二级压缩回收。
7.如权利要求6所述的一种基于多总线、多改性釜并行的天然纤维晶变改性气相介质回收方法，其特征在于，所述自然回收过程为改性釜内的气相介质在压力能作用下经气相介质压缩总线自然回收至二级压缩支路的缓存器二(5)，直到改性釜与缓存器二(5)达气压平衡。
8.如权利要求6所述的一种基于多总线、多改性釜并行的天然纤维晶变改性气相介质回收方法，其特征在于，所述一级压缩回收过程为改性釜内的气相介质经气相介质压缩总线进入一级压缩支路，经一级压缩支路的气液分离器一(3)后，由一级压缩支路的一级压缩机组(4)压缩回收至二级压缩支路，经二级压缩支路的冷却器后压缩回收至二级压缩支路的缓存器二(5)，直到改性釜内约为大气压力。
9.如权利要求6所述的一种基于多总线、多改性釜并行的天然纤维晶变改性气相介质回收方法,其特征在于,所述介质抽真空加一级压缩回收过程为改性釜内的气相介质经抽真空总线进入抽真空支路，由抽真空支路的真空泵组(I)回收至缓存器一(2)，直到改性釜内满足压力要求；当缓存器一(2)内压力达设定的上极限压力时，缓存器一(2)内的气相介质进入一级压缩支路，经一级压缩支路的气液分离器一(3)后由一级压缩机组(4)压缩回收至缓存器二(5);当缓存器一(2)内压力为设定的下极限压力时，停止一级压缩回收。
10.如权利要求6所述的一种基于多总线、多改性釜并行的天然纤维晶变改性气相介质回收方法，其特征在于，所述二级压缩回收过程为当缓存器二(5)内压力达设定的上极限压力时，缓存器二(5)内的气相介质经二级压缩支路的气液分离器二(6)后由二级压缩机组(7)压缩回收至冷凝器冷凝为液态介质；当缓存器二(5)内压力为设定的下极限压力时，停止二级压缩回收。
全文摘要
本发明提供了一种基于多总线、多改性釜并行的天然纤维晶变改性气相介质回收系统，包括抽真空总线和气相介质压缩总线；并联在抽真空总线和气相介质压缩总线上的n个改性釜，n≥1；并联在抽真空总线上的抽真空支路、并联在气相介质压缩总线上的一级压缩支路、与一级压缩支路串联的二级压缩支路；若干阀门。本发明还提供了一种基于多总线、多改性釜并行的天然纤维晶变改性气相介质回收方法，包括自然回收、一级压缩回收、介质抽真空加一级压缩回收、二级压缩回收。本发明的系统与方法使改性介质充分回收、高效冷凝并循环利用，实现了改性过程无污染、零排放，并节能降耗，其优点是一套介质回收设备为多个改性釜服务，多改性釜并发运行，提高了设备利用率和生产效率，降低了设备成本和生产成本。
文档编号D06B23/20GK103031683SQ201210587898
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者孙以泽, 孟婥, 孙菁菁, 赵博翀 申请人:东华大学, 上海盟津光电科技有限公司