本发明涉及超临界染色技术领域，尤其涉及一种超临界染色染料釜、染色方法及染色设备。
背景技术：
在传统的染色过程中，我们通常采用水作为主要的介质。大量的染料、表面活性剂等化学物质都会对环境的可持续发展造成不良的影响。此外，对染色排出的污水需要进行中和、沉降等处理，都需要花费大量的人力物力。据不完全统计，我国纺织印染行业年耗水量达17亿吨，污水的排放达到16亿吨。而近几年来，我国大部分地区的水资源严重短缺，特别是污水排放等问题严重的制约染整行业的进一步发展。因此，防止污染，开发绿色有效的染色工艺，成为未来染整的正确方向。
近几年来，一种新型的绿色染色方式—超临界CO2无水染色给未来的染整行业带来了新的曙光。该技术由于其具有高效率，无污染，染色时间短等优良的特点，备受青睐。该技术采用超临界CO2作为染色介质，在CO2被加热温度超过31℃，压强超过7.3MPa时，此时变成了一种非气非液的状态—超临界态。然后，由循环泵打压到染料罐和染色罐之间不断的循环，CO2将溶解的染料送到纤维的孔隙，使染料均匀快速的染到织物上面。整个过程不需要清洗、烘干的过程。目前许多国家都在努力的研制这种具有节能减排、适用广泛的新型绿色染整设备，试图将其推向产业化，实用化。
然而，超临界CO2无水染色技术作为一种新型的染色技术已经取得阶段性进展，对其工艺条件、染色机理以及染色设备的综合探索研究已经较为成熟。但如何将这一技术从实验室逐步推向规模化、批量化生产还有很长的路要走。传统的染料釜多是简单的单筒结构，超临界流体进入染料釜内部，由于染料的大量堆积，不能及时溶解于超临界流体而被流体冲刷至染色釜，造成染色不均。此外，染料的大量堆积，致使处于染料堆中间位置的染料由于受到长时间的高温高压作用变为熔融状态，不易于染料的溶解。
针对现有技术的不足，如何对染料釜进行改进，使其能够加快染料的溶解、同时避免未溶解的染料进入到染色釜内而造成织物的染色不均匀，是目前亟待解决的技术问题。
技术实现要素：
本发明为解决上述问题和不足，提供一种超临界染色染料釜、染色方法及染色设备，其能够加快染料的溶解、同时避免未溶解的染料进入到染色釜内而造成织物染色不均匀。
本发明提供的技术方案是，一种超临界染色染料釜，包括染料釜体，所述染料釜体的下端设有进气口，所述染料釜体的侧壁设有出气口，所述染料釜体内设有用于对从所述进气口流入的超临界流体进行分流的流量均布区和用于对染料进行溶解的染料溶解区，所述流量均布区位于所述染料溶解区的下方；从所述进气口流入的超临界流体依次流经所述流量均布区和所述染料溶解区、再从所述出气口流出；所述染料溶解区内设有至少一层子染料溶解层，每层所述子染料溶解层内设有多个用于盛装染料的染料罐，所述染料罐的材质为烧结金属多孔过滤材料。
进一步的，所述染料罐的横截面形状为圆形，其包括染料盛装部和与所述染料盛装部连接的上盖。
进一步的，所述子染料溶解层内可拆卸地设有支撑板，所述支撑板上设有多个通孔，所述染料罐与所述通孔卡接。
进一步的，所述染料罐的外侧壁上设有第一凸起，所述第一凸起与所述通孔密封卡接。
进一步的，所述染料釜体的内侧壁上设有第二凸起，所述第二凸起与所述支撑板密封卡接。
进一步的，所述流量均布区内设有多层孔板，且所述孔板与所述进气口之间具有一定距离。
进一步的，所述染料盛装部与所述上盖的高度比例为4:1。
进一步的，每层所述子染料溶解层内设有3个所述染料罐。
本发明还提出一种利用如上所述的超临界染色染料釜进行超临界染色的方法，包括如下步骤：
（1）将称量好之后用于超临界染色的染料置于所述染料罐内，将所述染料罐置于所述染料溶解区内；
（2）将加压加热到超临界态的流体从所述进气口打入，所述超临界流体先流经所述流量均布区，流量均布后的超临界流体再进入所述染料罐内溶解染料，只有溶解态的染料才能够随超临界流体从所述染料罐流出，再从所述出气口流出用于染色。
本发明还提出一种超临界染色设备，包括染料釜、染色釜、回收釜及连通所述染料釜、染色釜、回收釜的染色循环系统，所述染料釜为如上所述的超临界染色染料釜。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：
1.染料罐的材料在本领域首创推出采用烧结金属多孔过滤材料，充分利用多孔金属内部的大量孔隙，在保证超临界流体能够从空隙流入染料罐内部的同时，又能够保证只有溶解态的染料才能够随着超临界流体从染料罐流出，进入到染色釜中参与染色，从而有效避免未溶解的染料进入到染色釜中，有助于提高染色均匀性。
2.染料罐的横截面形状为圆形，即其外部轮廓为弧状，有效增大染料与超临界流体的接触面积，有助于提高染料的溶解速度。
3.染料罐的上下两部分高度比例为1:4，有助于增大染料的装载量。
4.从进气口流入的超临界流体，先经过由多层孔板组成的流量均布层再流入染料罐，由于进气口的口径一般较小，超临界流体从进气口流入时为射流，多层孔板可以将射流状的超临界流体进行流量均布，然后均匀地流入染料罐内，有助于超临界流体充分地与染料接触、提高溶解速度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例超临界染色染料釜的结构示意图一；
图2为本发明实施例超临界染色染料釜的结构示意图二；
图3为本发明实施例染料罐的结构示意图；
图4为本发明实施例支撑板的结构示意图。
其中，100-染料釜体，110-进气口，120-出气口，130-端盖，140-第二凸起，200-流量均布区，210-孔板，300-染料溶解区，310-子染料溶解层，400-染料罐，410-染料盛装部，420-上盖，430-第一凸起，500-支撑板，510-通孔。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开一种用于超临界染色系统的染料釜，尤其指一种应用于超临界CO2无水染色系统的染料釜，参照图1和图2，图1所示的是染料釜具有一层子染料溶解层，图2所示的是染料釜具有两层子染料溶解层。染料釜包括染料釜体100，染料釜体100为筒状结构，其下端设有进气口110，染料釜体100的侧壁设有出气口120，染料釜体100的上端为可打开可闭合的端盖130，用于放置和取出染料罐400。染料釜体100内由下至上依次设有流量均布区200和染料溶解区300，即流量均布区200位于染料溶解区300的下方。流量均布区200用于对从进气口110流入的超临界CO2流体进行分流均布，染料溶解区300用于对放置于其内的染料利用超临界CO2流体进行溶解。从进气口110流入的超临界CO2流体依次流经流量均布区200和染料溶解区300、再从出气口120流出。染料溶解区300内设有至少一层子染料溶解层310，每层子染料溶解层310内设有多个用于盛装染料的染料罐400。
从进气口110流入的超临界CO2流体，由于进气口110的口径一般较小，超临界CO2流体从进气口110流入时为射流，流量均布区200可以将射流状的超临界CO2流体进行流量均布，然后均匀地流入染料罐400内，有助于超临界CO2流体充分地与染料接触、提高溶解速度。
本发明在本领域首创推出将染料罐400的材质采用烧结金属多孔过滤材料，充分利用多孔金属内部的大量孔隙，在保证超临界CO2流体能够从空隙流入染料罐400内部的同时，又能够保证只有溶解态的染料才能够随着超临界CO2流体从染料罐400流出，进入到染色釜中参与染色，从而有效避免未溶解的染料进入到染色釜中，有助于提高染色均匀性。
从进气口110流入的超临界CO2流体，先经过流量均布区200进行分流，被均化后的超临界CO2流体进入染料溶解区300内、透过染料罐400侧壁上的空隙流入染料罐400内部，对放置于染料罐400内部的染料进行溶解。只有溶解态的染料才能够随着超临界CO2流体从染料罐400流出，最后从出气口120流出，以待进入染色釜用以染色。当染料溶解区300内设有多层子染料溶解层310时，位于底层的染料罐400内的染料先充分与超临界CO2流体接触溶解至饱和状态，饱和状态的超临界CO2流体则不能够对位于顶层的染料罐400内的染料进行溶解。设置多层子染料溶解层310，可以增大染料罐400的染料装载量，适用于大批量规模化生产。超临界CO2流体在染料罐400内多次不断循环，直至所有染料都被溶解。
为了增大染料与超临界流体的接触面积、提高染料的溶解速度，设置染料罐400的横截面形状为圆形，即其外部轮廓为类鸡蛋形状的弧状，其包括染料盛装部410和与染料盛装部410连接的上盖420，参照图3。现有技术中染料罐400的形状一般为矩形，矩形状的染料罐会出现死角现象，不利于染料与超临界CO2流体的充分接触。与此同时，类鸡蛋状的染料罐400也有效避免了染料的大量堆积，避免置于中间位置处的染料由于受到长时间的高温高压作用变为熔融状态，不利于染料的溶解。为了便于安装与拆卸，染料盛装部410与上盖420之间采用螺接结构。
子染料溶解层310内可拆卸地设有支撑板500，参照图4，支撑板500上设有多个通孔510，通孔510的数量与子染料溶解层310内的染料罐400的数量相同，用于放置染料罐400。染料罐400与通孔510卡接，以实现染料罐400与支撑板500的连接，且便于安装和拆卸。具体的说，染料罐400的外侧壁上设有第一凸起430，第一凸起430与通孔510密封卡接。
支撑板500与染料釜体100之间的连接结构也为卡接形式，便于安装和拆卸。染料釜体100的内侧壁上设有第二凸起140，第二凸起140与支撑板500密封卡接。
安装时，先在染料盛装部410内放入称量好的用于染色的染料，将染料盛装部410与上盖420螺接，形成染料罐400整体；打开染料釜体100的端盖130，将组装好的染料罐400安装至支撑板500上，第一凸起430与通孔510密封卡接；将安装有染料罐400的支撑板500安装至染料釜体100内，第二凸起140与支撑板500密封卡接；关闭端盖130，等待超临界CO2流体从进气口110流入染料釜体100内对染料进行溶解即可。
染料罐400与通孔510之间的密封及支撑板500与染料釜体100之间的密封，可以保证超临界CO2流体在高速流动下不会泄露出现气流短路的现象，确保染料与超临界CO2流体充分接触，提高染料在超临界CO2流体中的溶解量。
流量均布区200对从进气口110进入的射流状的超临界CO2流体的均布是通过多层孔板210实现的。孔板210为具有多个小孔的板材，多个小孔对超临界CO2流体进行分流，实现均布，使进入染料溶解区300内的超临界CO2流体的流速更加均匀、使染料能够充分地与超临界CO2流体接触，提高溶解速度。孔板210与进气口110之间具有一定距离，避免射流状的超临界CO2流体直接从与进气口110正对的小孔中射出，以提高流量均布的效果。优选地，本实施例孔板210设有三层，且相邻的两层孔板上的小孔交错设置，进一步提高流量均布的效果。
为了适用于大批量规模化生产、增大染料的装载量，染料盛装部410的高度L1与上盖420的高度L2比例为L1:L2=4:1。
在实际应用中，本实施例染料溶解区300内只包括一层子染料溶解层310，该子染料溶解层310内设有3个染料罐400。当然，根据生产的实际需要，子染料溶解层310的数量和染料罐400的数量可以灵活设置。
应用本实施例公开的染料釜进行超临界CO2无水染色时，包括以下步骤：
1.将称量好之后用于超临界CO2无水染色的染料置于染料盛装部410内，将染料盛装部410与上盖420螺接，形成染料罐400整体；打开染料釜体100的端盖130，将组装好的染料罐400安装至支撑板500上，第一凸起430与通孔510密封卡接；将安装有染料罐400的支撑板500安装至染料釜体100内，第二凸起140与支撑板500密封卡接；关闭端盖130。
2.将加压加热到超临界态的CO2流体从进气口110打入，超临界CO2流体先流经孔板210，流量均布后的超临界CO2流体再进入染料罐400内溶解染料，只有溶解态的染料才能够随超临界CO2流体从染料罐400流出，再从出气口120流出用于染色。
提前在染色釜内放置涤纱，将携带有染料的超临界CO2流体打入染色釜内，待循环一段时间后，涤纱均匀上色，没有出现花色现象。
本发明还公开一种超临界染色设备，包括染料釜、染色釜、回收釜及连通染料釜、染色釜、回收釜的染色循环系统，其中染料釜为本实施例公开的超临界染色染料釜。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。