一种利用二氧化碳气体调节织物pH的系统和方法与流程

一种利用二氧化碳气体调节织物ph的系统和方法
技术领域
1.本发明涉及染整技术领域，具体涉及一种利用二氧化碳气体调节织物ph的系统和方法。


背景技术：

2.在染整工艺中会采用大量的碱，用以去除杂质、退浆、提高织物性能等。与碱液充分反应后，织物表面ph会大幅升高；而经碱处理后的大部分工序，对织物表面ph的要求为中性偏酸性，传统工艺往往采用有机酸或无机强酸中和织物残碱，控制织物表面ph为中性。无机强酸存在过度调节导致废水ph过低不利于后续处理的弊端，而有机酸存在给生产废水引入大量有机污染物的污染问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种利用二氧化碳气体调节织物ph的系统和方法。本发明的系统有效利用二氧化碳实现中和织物表面残碱的效果，不仅能有效调节并稳定织物ph在5.0-7.5的范围之间，且能有效解决传统酸洗过程中采用的有机酸作为中和剂导致的高浓度有机物污染，以及无机强酸ph调节过度造成的后续污水处理压力大的问题，大大降低生产成本和运行风险。
4.为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
5.本发明一方面提供一种利用二氧化碳气体调节织物ph的系统，该系统包括：二氧化碳存储单元和面料放置单元；
6.所述二氧化碳存储单元与面料放置单元之间设置有备水缸注气通路(通路1)和/或管道注气通路(通路2)、面料放置单元注气通路(通路3)、循环管道注气通路(通路4)和加压通路(通路5)；其中的“备水缸注气通路(通路1)和/或管道注气通路(通路2)”指：通路1和通路2可以二选一设置，也可以同时设置。
7.所述二氧化碳存储单元的出口与备水缸底部设置的第一曝气装置连接，所述备水缸的液体入口连接进水管道，出口经过第一增压水泵与所述面料放置单元的液体入口连接，形成所述备水缸注气通路(通路1)；
8.所述二氧化碳存储单元的出口与第一管道二氧化碳注入装置的气体入口连接，所述第一管道二氧化碳注入装置的液体入口连接进水管道，出口经过第二增压水泵与所述面料放置单元的液体入口连接，形成所述管道注气通路(通路2)；
9.所述二氧化碳存储单元出口与所述面料放置单元底部设置的第二曝气装置连接，形成所述面料放置单元注气通路(通路3)；
10.所述二氧化碳存储单元的出口与第二管道二氧化碳注入装置的气体入口连接，循环主泵的入口与所述面料放置单元下部连接，出口与所述第二管道二氧化碳注入装置的液体入口连接，所述第二管道二氧化碳注入装置的出口与所述面料放置单元顶部设置的喷出装置连接，形成所述循环管道注气通路(通路4)；
11.所述二氧化碳存储单元的出口依次连接压力保护开关、气动阀和面料放置单元，形成所述加压通路(通路5)。
12.根据本发明的系统，优选地，所述二氧化碳存储单元的出口设置有进气减压阀。
13.根据本发明的系统，优选地，所述备水缸注气通路(通路1)、管道注气通路(通路2)、面料放置单元注气通路(通路3)和循环管道注气通路(通路4)中，在所述二氧化碳存储单元的出口所述进气减压阀之后依次设置有气动阀、节流阀和二氧化碳质量流量计。
14.根据本发明的系统，优选地，所述面料放置单元连接有压力表。
15.根据本发明的系统，优选地，所述进水管道上设置有进水流量阀。
16.根据本发明的系统，优选地，所述第一增压水泵与所述面料放置单元的连接管道上设置有出水流量阀。
17.根据本发明的系统，优选地，所述第一增压水泵的出口与所述第二增压水泵的出口合并后与所述面料放置单元的液体入口连接。
18.本发明另一方面提供一种利用二氧化碳气体调节织物ph的方法，其使用以上系统进行。
19.在一优选方案a中，所述方法包括以下过程：
20.所述备水缸注气通路(通路1)通过所述第一曝气装置形成co2气泡，溶解于进水形成过饱和碳酸溶液，经加压后输送至面料放置单元；
21.所述面料放置单元注气通路(通路3)通过所述第二曝气装置形成co2气泡，与所述面料放置单元内的碱性液体(染浴)反应，去碱后的液体与织物接触，进一步稀释织物表面残碱；
22.所述循环管道注气通路(通路4)通过所述循环主泵将所述面料放置单元内的碱性液体抽出进行循环，并通过所述第二管道二氧化碳注入装置将co2与碱性循环液混合，使其与碱性循环液内的碱性物质发生中和反应，降低循环液中的碱含量，最后循环液通过所述喷出装置喷淋作用在织物上，中和织物表面残碱，从而降低和稳定所述面料放置单元内织物的ph；
23.所述加压通路(通路5)通过所述二氧化碳存储单元提供co2，控制所述面料放置单元压力范围在0.01-0.6mpa，运行压力超过0.6mpa时，所述压力保护开关打开进行排压，保证面料放置单元的运行安全。
24.在该优选方案a中，更优选地，所述方法还包括以下过程：所述管道注气通路(通路2)通过所述第一管道二氧化碳注入装置将co2溶解于进水形成过饱和碳酸溶，经加压后与所述备水缸注气通路(通路1)中的加压过饱和碳酸溶液合并输送至所述面料放置单元。
25.在另一优选方案b中，所述方法包括以下过程：
26.所述管道注气通路(通路2)通过所述第一管道二氧化碳注入装置将co2溶解于进水形成过饱和碳酸溶，经加压后输送至所述面料放置单元。
27.所述面料放置单元注气通路(通路3)通过所述第二曝气装置形成co2气泡，与所述面料放置单元内的碱性液体反应，去碱后的液体与织物接触，进一步稀释织物表面残碱；
28.所述循环管道注气通路(通路4)通过所述循环主泵将所述面料放置单元内的碱性液体抽出进行循环，并通过所述第二管道二氧化碳注入装置将co2与碱性循环液混合，使其与碱性循环液内的碱性物质发生中和反应，降低循环液中的碱含量，最后循环液通过所述
喷出装置喷淋作用在织物上，中和织物表面残碱，从而降低和稳定所述面料放置单元内织物的ph；
29.所述加压通路(通路5)通过所述二氧化碳存储单元提供co2，控制所述面料放置单元压力范围在0.01-0.6mpa，运行压力超过0.6mpa时，所述压力保护开关打开进行排压，保证面料放置单元的运行安全。
30.在该优选方案b中，更优选地，所述方法还包括以下过程：所述备水缸注气通路(通路1)通过所述第一曝气装置形成co2气泡，溶解于进水形成过饱和碳酸溶液，经加压后与所述管道注气通路(通路2)中的加压过饱和碳酸溶液合并输送至所述面料放置单元。
31.在本发明的系统和方法中，通路1和通路2在不同使用情景中，可以二选一使用，也可以协同使用。
32.情景1：为现有的染缸增设本发明系统
33.通路1为备水缸处设计曝气装置，制备过饱和碳酸溶液；通路2为染缸(织物放置单元)进水管处设计co2注入装置，补充二氧化碳，制备过饱和碳酸溶液。由于co2在常温常压下的自来水中溶解度较低，备水缸与染缸主缸存在运输距离，管道运输压力对co2溶解影响大，通路1进气后co2会逸散，过程中可利用通路2补充二氧化碳，最终两路协同形成过饱和碳酸溶液，达到的中和效果更佳。
34.情景2：基于本发明系统的新型染缸
35.新型染缸的备水缸为密闭压力容器，管道亦可承受0.1-1mpa的压力，因此根据进水量的大小，对通路1与通路2进行二选一：通路1可制备更多碳酸溶液，通路2利用进水管道水力协同的作用，制备碳酸溶液能耗更低。进水量大时，若进水超过通路1备水缸的最大进水，则由通路2协同进水。
36.通路5的设计还能有效确保形成的过饱和碳酸溶液输送至染缸后不会因为缸内co2气体分压的剧烈变化而引起大量的co2从碳酸溶液中逸散，可有效确保发生中和反应时的碳酸溶液为饱和状态，有利于酸碱中和反应，缩短中和残碱的时间以及水耗。
37.本发明的系统通过多路设计，将co2充分溶解于染浴(面料放置单元内的液体)，使染浴显酸性，达到调节织物表面ph值的目的。
38.根据本发明的方法，针对不同工艺的二氧化碳投量范围：漂白后以及染色后织物酸洗，二氧化碳溶解系统(通路1-4)投加二氧化碳浓度范围0.5-1g/l；皂洗后织物酸洗，二氧化碳溶解系统投加二氧化碳浓度范围0.2-0.5g/l，能有效调节并稳定织物ph在5.0-7.5的范围之间。
39.根据本发明的方法，更具体的，针对以下两种情况，通过二氧化碳加压系统(通路5)控制面料放置单元的压力在不同范围内：
40.1)当织物克重＞200g/m2时，控制面料放置单元的压力p1为0.05＜p1≤0.6mpa；
41.2)当织物克重在50-200g/m2之间时，控制面料放置单元的压力p2为0.01＜p1≤0.05mpa。
42.本发明的有益效果包括：
43.1)本发明的系统循环利用工业生产废气尾气分离出的二氧化碳气体参与织物的酸碱中和反应，装置采用二氧化碳气体通过曝气、加压、循环的方式增大二氧化碳的利用效率。二氧化碳进入了水体中相当于进行了碳固化过程，消耗的二氧化碳可相应减少其带来
的温室效应等环境污染风险。
44.2)本发明的系统采用的调酸介质为二氧化碳，利用二氧化碳在非碱性溶液中溶解度低的特点，可有效避免过度调节带来的织物ph过低以及给水体引入有机碳污染的问题。通过多路设计，使二氧化碳快速形成腐蚀性小、挥发性小的碳酸溶液，调节过程安全且方便。并且废液通过简单处理即可回收未反应的二氧化碳，整个系统具有安全性高、使用方便和环保的特点。
45.3)对于表面带碱量较高的织物，本发明系统可相应调节通路5增大染缸内二氧化碳分压，以提高二氧化碳溶解度，实现更快的织物表面ph调节过程，过程中无需实时监测染浴ph，具有便于操作的特点。
46.4)使用本发明提供的方法分别对是天蓝色以及玫红色的布面进行ph调节，布面的色光更鲜艳。
附图说明
47.图1为本发明一优选方案中利用二氧化碳气体调节织物ph的系统示意图。
48.附图标记说明：
49.100、二氧化碳存储单元；
50.101、备(储)水缸；
51.102、第一曝气装置；
52.103、第一增压水泵；
53.104、第一管道二氧化碳注入装置；
54.105、第二增压水泵；
55.106、出水流量阀；
56.107、第二管道二氧化碳注入装置；
57.108、循环主泵；
58.109、压力保护开关；
59.110、第一气动阀；
60.111、进气减压阀；
61.112、第二气动阀；
62.113、节流阀；
63.114、二氧化碳质量流量计；
64.115、进水流量阀；
65.200、面料放置单元；
66.201、第二曝气装置；
67.202、喷出装置；
68.203、压力表。
具体实施方式
69.为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本
发明的保护范围。
70.本发明在此提供一优选方案，如图1所示，一种利用二氧化碳气体调节织物ph的系统，包括：二氧化碳存储单元100和面料放置单元200。
71.所述二氧化碳存储单元100与面料放置单元200之间设置有备水缸注气通路(通路1)、管道注气通路(通路2)、面料放置单元注气通路(通路3)、循环管道注气通路(通路4)和加压通路(通路5)。
72.所述二氧化碳存储单元100的出口与备水缸101底部设置的第一曝气装置102连接，所述备水缸101的液体入口连接进水管道，出口经过第一增压水泵103与所述面料放置单元200的液体入口连接，形成所述备水缸注气通路(通路1)。
73.所述二氧化碳存储单元100的出口与第一管道二氧化碳注入装置104的气体入口连接，所述第一管道二氧化碳注入装置104的液体入口连接进水管道，出口经过第二增压水泵105与所述面料放置单元200的液体入口连接，形成所述管道注气通路(通路2)；并且在此优选方案中，通路2与通路1均在加压水泵后合并，之后通过出水流量阀106与所述面料放置单元200的液体入口连接。
74.所述二氧化碳存储单元100的出口与所述面料放置单元200底部设置的第二曝气装置201连接，形成所述面料放置单元注气通路(通路3)。
75.所述二氧化碳存储单元100的出口与第二管道二氧化碳注入装置107的气体入口连接，循环主泵108的入口与所述面料放置单元200下部连接，出口与所述第二管道二氧化碳注入装置107的液体入口连接，所述第二管道二氧化碳注入装置107的出口与所述面料放置单元200顶部设置的喷出装置202连接，形成所述循环管道注气通路(通路4)。
76.所述二氧化碳存储单元100的出口依次连接压力保护开关109、第一气动阀110和面料放置单元200，形成所述加压通路(通路5)。
77.所述二氧化碳存储单元100的出口设置有进气减压阀111，在进气减压阀111之后引出不同通路。且在通路1、通路2、通路3和通路4中，在进气减压阀111之后依次设置有第二气动阀112、节流阀113和二氧化碳质量流量计114。
78.此外，所述面料放置单元200还连接有压力表203。所述进水管道上设置有进水流量阀115。
79.图1的系统涉及5大通路，可集合设计于新的设备上，亦可增设于现有的染整设备，达到相同的布面ph调节效果。5大通路作用位置分别为进水系统(通路1、2)、染缸反应系统(通路3)、循环系统(通路4)和加压系统(通路5)。根据备水缸的密闭性以及进水管路改造难度，通路1与2可联合使用，亦可二选一作为进水系统中饱和碳酸溶液的进水通路。通路1与2形成的饱和碳酸溶液进入染缸的织物放置单元，与织物表面的残碱充分接触反应。反应过程会消耗碳酸溶液，位于反应系统的通路3可在反应的过程同步形成碳酸溶液，使更多co2充分溶解，参与中和反应，提高中和效果。通路4也可以作为反应时的碳酸溶液补充途径，保证更多的co2充分溶解，有充足的饱和碳酸溶液参与中和反应。饱和的碳酸溶液进入染缸后，由于co2的溶解度极易受温度、压力的影响，导致逸散，通路5作为二氧化碳压缩空气加压通路，有利于降低co2逸散情况，以保证co2充分溶解利用。
80.输送液态二氧化碳的管道应选用耐压、耐低温的材料，因为液态二氧化碳为高压低温的条件下将气态二氧化碳液化贮存于罐体内。使用时，液体转化为气体，温度会发生剧
烈的变化，压力也会大大提高，因此输送管道应能承受1mpa以上的高压，耐受温度范围(-40℃～50℃)。输送端出口应有减压阀(出水流量阀)用以控制进入装置的co2气体压力，以免发生意外。
81.以下是使用图1的系统对碱处理后的织物进行中和处理的具体应用例。
82.应用例1
83.1)对煮炼后的布料进行ph调节
84.布面：纯棉双面织物，面料组织规格为40s面料，面料克重150g/m2；
85.布面颜色：本白；
86.布面煮炼过程：先将布料置于染缸反应区，染缸依次注入热水、精炼剂、液碱、双氧水稳定剂和双氧水，升温至98℃持续保温运行45分钟，降温降压后排水；进一缸常温水进行洗涤后排出；启动本发明系统利用二氧化碳气体高效调节织物ph，由通路1、2投加0.7g/l co2形成饱和碳酸溶液，碳酸在染浴中电离出氢离子，氢离子中和布面残碱，降低布面ph；运行过程由通路5通入co2压缩气体，稳定染缸运行压力在0.05mpa，不作保温处理，运行10分钟。最后进一缸热水进行酶洗。
87.2)如表1所示，运用本发明系统调节布面ph投加0.7g/l co2，酸洗后布面ph值为7.0，符合要求。而以未安装本发明系统的染缸用醋酸作酸洗剂调节布面ph，醋酸投加量为1.0g/l，布面ph值为6.9。
88.表1
89.酸洗剂投加量调节后布面ph醋酸1.0g/l6.9二氧化碳0.7g/l7.0
90.由以上结果可以看出，采用本发明装置利用co2酸洗后织物ph与常规用醋酸酸洗后的织物ph相近，均达到织物酸洗后布面ph在6.5-7.5的要求，说明使用本发明装置可达到传统有机酸同等的酸洗效果，且用量更少，更具经济性。
91.3)另外，以未安装本发明系统的染缸用醋酸作酸洗剂调节煮炼后布面ph为标准，对比采用本发明装置利用co2调节煮炼后布面ph并对织物进行布面ph敏感的染料染色，两者染后进行色光测定，结果如下表2所示。
92.表2
93.dlcmcdadbdhcmcdccmcdecmcmi-(1,2)mi-(1,3)0.210.62-0.30.36-0.160.440.120.12
94.由以上结果可以看出，使用本发明装置调节布面ph后织物去染天蓝色(易受布面ph影响导致染花的敏感染料)，没有出现染花现象，且色泽更亮，鲜艳度、颜色深度更高，布面染色效果更好。
95.应用例2
96.1)对染色处理后的布料进行ph调节
97.布面：纯棉双面织物，面料组织规格为40s坯布，面料克重150g/m2；
98.布面染色过程：织物经前处理后，往染缸通入热水，并通过进料系统依次投加元明粉、染料，染色反应20分钟后，投加纯碱，并在78℃下恒温80分钟，排水，重新通入两缸热水，水洗10分钟两遍，再启动本发明的利用二氧化碳气体高效调节织物ph的系统，由通路1、2进
常温碳酸水溶液；运行过程开启通路3、4按0.5l/min的速度通入co2，并由通路5通入co2压缩气体，稳定染缸运行压力在0.05mpa，不作保温处理，运行10分钟。
99.2)如表3所示，运用本发明系统调节布面ph投加0.4-0.7g/l co2，酸洗后布面ph值在6.5-7.5之间，符合要求。而以未安装本发明系统的染缸用醋酸作酸洗剂调节布面ph，醋酸投加量为0.5-1.0g/l，布面ph值在6.5-7.2。
100.表3
[0101] 投加量调节后布面ph醋酸0.5-1.0g/l6.5-7.2二氧化碳0.4-0.7g/l6.5-7.5
[0102]
由以上结果可以看出，采用本发明装置利用co2酸洗后织物ph与常规用醋酸酸洗后的织物ph相近，均达到织物酸洗后布面ph在6.5-7.5的要求，说明使用本发明装置可达到传统有机酸同等的中和效果，且用量更少，更具经济性。
[0103]
3)另外，以未安装本发明系统的染缸用醋酸作酸洗剂调节煮炼后、染色后布面ph为标准，对比采用本发明装置利用co2调节煮炼后、染色后的布面ph，对两者进行色光对比，结果如下表4所示。
[0104]
表4
[0105]
dlcmcdadbdhcmcdccmcdecmcmi-(1,2)mi-(1,3)0.050.350.18-0.120.130.180.060.11
[0106]
由以上结果可以看出，使用本发明装置调节布面ph后织物去染橙色(浅色)，没有出现染花现象，且色泽更明亮，鲜艳度、颜色深度更高，布面染色效果更好。
[0107]
应用例3
[0108]
1)对皂洗处理后的布料进行ph调节
[0109]
布面：纯棉双面织物，面料组织规格为40s坯布，面料克重150g/m2；
[0110]
布面皂洗过程：织物染色后置于染缸反应区内，往染缸通入热水和皂洗剂，升温至90℃并保温运行10min，重复上述皂洗三次后，排水，重新通入两缸热水，排水，最后再启动本发明装置由通路1或2进常温碳酸水溶液；运行过程开启通路3按0.5l/min的速度通入co2，并由通路5通入co2压缩气体，稳定染缸运行压力在0.03mpa，不作保温处理，运行10分钟，结束皂洗。
[0111]
2)如表5所示，运用本发明系统调节布面ph投加0.4g/l co2，酸洗后布面ph值为6.5，符合要求。而以未安装本发明系统的染缸用醋酸作酸洗剂调节布面ph，醋酸投加量为0.5g/l，布面ph值为6.8。
[0112]
表5
[0113]
[0114]
由以上结果可以看出，采用本发明装置利用co2酸洗后织物ph与常规用醋酸酸洗后的织物ph相近，均达到织物酸洗后布面ph在6.5-7.5的要求，说明使用本发明装置可达到传统有机酸同等的中和效果，且用量更少，更具经济性。另外采用本装置进行酸洗中和后废液中的有机污染物含量更少，更具环保性。
[0115]
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。