采用高压超临界流体技术对纱锭进行连续式无水染色的装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及高压超临界流体技术对纱锭进行连续式无水染色的装置。
【背景技术】
[0002] 我国是世界上最大的纺织服装产品的生产国和出口国。但是纺织业对我国环境造 成了极大污染是众所周知的。纺织业对生态环境造成的影响主要在于废水的排放。纺织废 水最主要来源于印染废水。各种印染污染物质混杂在一起，使得染色废水的构成极为复杂， 也使废水的治理更为困难。
[0003] 目前世界各国都相继开发了超临界流体染色技术，用以取代用水进行染色的方 法。
[0004] 超临界流体染色（SupercriticalFluidDyeing简称SFD)是指采用超临界流体 (通常是超临界二氧化碳）作为染料染色的介质的工艺，因为不再使用水作介质，因此它从 根本上解决了水污染问题。
[0005] 因为二氧化碳不助燃、无毒、无腐蚀性、性质安全，二氧化碳在超临界状态是一个 很好的溶剂，并且二氧化碳的超临界温度和压力较低（温度为31. 1°C，压力为7. 4MPa)的特 点，从众多超临界流体中脱颖而出。综合考虑了超临界流体使用的安全性、稳定性、制造的 容易程度等特点，二氧化碳超临界流体成为应用最为广泛的超临界介质。
[0006] 根据众多的研究得知，超临界流体染色需要在120°C工作温度和30MPa的工作压 力下进行。
[0007] 目前关于超临界流体染色的研究大多是实验室规模的研究。间歇式的染色是把待 染色的纱锭全部装入染色釜内，如果放大到工业化的规模，势必将高压染色釜的尺寸放大。
[0008] 从压力容器技术我们知道，高压设备的直径放大一倍，面积则放大四倍，容器的壁 厚将相应放大很多。随着容器直径的放大，高压罐盖上承担压紧、密封作用的螺栓数量与螺 栓直径也将放大很多，其操作的不安全程度与投资的成本也将增加更多。其装拆的费事、费 力不仅使得生产效率极其低下，而且带来众多不安全的隐患。而且反复高强度的加载、卸载 将会产生严重的疲劳问题，使得花费昂贵代价制造的高压设备及其容易产生疲劳事故。
[0009] 所以，高压设备的放大最好是直径不放大，而将长度增加。直径不放大，则染色釜 的壁厚不必增加。而长度增加，则所增加的部分均为工作的容积。两端的密封结构可以不 变，而将中间的工作部分长度增加。工作长度增加一倍，生产能力提高一倍，而成本增加的 仅仅是中间部分的筒体。所以在高压情况下直径不放大，而将长度放大是高压设备最佳的 放大方式。
[0010] 目前实验室的研究均为间歇式操作。放大到工业化的规模如果仍旧采用间歇式操 作，将会带来以下问题：
[0011] (1)罐盖需要经常拆装。采用二氧化碳超临界流体进行纱锭染色的时间为一个小 时。在染色之前，需要打开罐盖，将待染色的纱锭转入，然后关闭罐盖，装好密封垫片，上紧 多个罐盖螺栓。
[0012] (2)完成整个染色系统的密封之后，需要将整个系统抽到真空。因为空气不是超临 界流体，空气如果混入超临界二氧化碳流体中去，将会降低二氧化碳流体的超临界工作特 性。而且混入空气的超临界流体分离困难，无法重复循环使用。
[0013] (3)在完成纱锭的染色之后，还需要将罐内的二氧化碳全部抽到储罐内循环使用， 也避免排放到空气中，造成新的污染。
[0014] (4)尽管染色仅需一个小时，但是高压系统的拆装、密封检漏、染色前空气的抽除， 以及染色后二氧化碳的抽除，都是极其耗时的工作。间歇式操作造成了效率低下，难以满足 工业生产的需求。
[0015] (5)而且频繁的加载、卸载，造成频繁的疲劳载荷，会极大地影响设备的安全。
[0016] 所以，根据高压超临界流体染色工艺的特点，本发明提出了连续式超临界流体染 色的方法。
[0017] 要实现高压下超临界流体连续式染色的方法，需要解决下列一些问题：
[0018] (1)纱锭必须悬空装载在纱锭小车上，以防止纱锭在移动过程中被磨坏。纱锭小车 同时起了高压密封的作用。
[0019] (2)必须解决纱锭小车在进出高压管道时的可靠的动密封问题。
[0020] (3)在进入了高压系统后，进行染色釜清洗的过程中0形圈必须得到有效的保护， 以防止0形圈过度磨损影响其在出料段的密封功能。
[0021] (4)必须解决染料加入到高压系统中的方法。
[0022] (5)必须解决染料有效地溶解的方法。
[0023] (6)必须解决染色液能够将纱锭均匀接触、染色均匀的问题。
[0024] (7)必须解决染色后清洗纱锭的问题。
[0025] (8)必须解决将染色液充分分离回收其中的染料与二氧化碳的问题。
[0026] (9)必须解决纱锭小车安全离开染色系统，仍旧保证整个系统维持高压密封的问 题。
【发明内容】
[0027] 本发明涉及一种高压超临界流体技术对纱锭进行连续式无水染色的装置和应用。
[0028] 本发明的高压超临界流体技术对纱锭进行连续式无水染色的装置的工作情况可 见图1。该装置由纱锭小车1、染色管2、液压推杆3、染色增压系统4、染料配料及溶解系统 5、染料回收与二氧化碳净化系统6、二氧化碳压缩系统7、二氧化碳储存供应系统9、减压系 统9和纱锭小车返回轨道10组成。50-500个纱锭小车依次紧密排列在染色管1和纱锭小 车返回装置10中。被液压推杆3推进染色管内的小车1依次推动前面的小车，直到纱锭小 车出染色管，被取走染好的纱锭后，进入纱锭小车返回轨道回到起点，重新装上纱锭，被液 压推杆再次推进染色管，开始新一轮的循环。
[0029] 所述的染色管2由多节高压管道通过法兰与垫片2-5连接成为一根笔直的水平管 道；该染色管2按照工作状态分为四段。称为：进料段2-1、染色段2-1、清洗段2-3和出料 a2-4〇
[0030]进料段中连接了增压系统4。在该段的各个工位中逐次增压到工作压力。
[0031] 染色段与染料配料与溶解系统5连接。染色液的流向与小车的行进方向相反，呈 逆流流动。即纱锭小车是从左往右移动，而染色液从右往左流动。
[0032] 清洗段与与二氧化碳储罐8相连，从储罐8中取用干净的二氧化碳。清洗后带有 染料的二氧化碳，一部分可以进入染料配料与溶解系统5,多余的清洗液进入染料回收与二 氧化碳净化系统6。降压分离了染料的二氧化碳进入二氧化碳增压系统7,增压后再进入清 洗段重复循环使用。不够的部分再从二氧化碳储罐8中取用。
[0033] 出料段连接了降压系统9,在该段的各个工位中从工作压力逐次降压到常压后出 料。
[0034] 从染色管出来的纱锭小车在取走已经染色的纱锭时，进入纱锭小车返回轨道10。 它们依次都由后面的小车推动前面的小车前进，直到小车返回到进口处。小车推动的动力 是由液压推杆来承担。液压推杆把已经装入纱锭的小车推进染色管，它会依次推动前面的 小车往前移动。
[0035] 所述的纱锭小车1见图2 (a)、图2 (b)、和图2 (c)。它由前后两块法兰盘1-3和1-4， 中间加上圆弧形的连接板1-11组成；连接板1-11采用螺钉1-12固定在两端的法兰盘1-3 和1-4上，构成纱锭小车1的整体。纱锭1-1带有芯管1-2。可以搁在法兰盘1-3和1-4中 的凹槽内、两端法兰1-3和1-4上有0形密封圈1-9与1-10。0形圈1-9与1-10的外端有 保护挡块1-7与1-8。保护挡块1-7与1-8由它们外端的压块1-5与1-6沿锥面抵住。
[0036] 在进料段和出料段里，法兰盘1-3与1-4组成的小车起到类似与液压活塞的作用。 通过法兰盘1-3与1-4,以及法兰上的0形圈1-9与1-10,与染色管2内壁的精密配合，对 系统中的高压起到动密封的作用。
[0037] 在进料段里，装有纱锭的小车1进入了染色管2-1。它由十个工位组成了增压系 统4。它们的工作条件见图3。由于空气不是超临界物质，为了防止系统中混入空气，降低 了超临界流体的性能，真空栗4-1把该工位抽成真空。每个工位都有的高压栗4-2把各个 工位增压到设定的压力，并且在该压力下循环，以维持该工位的稳定。高压阀4-3控制该工 位的工作。详见图3。
[0038] 在进入染色段和清洗段时，染色管2的内径比进料段和出料段扩大了 2-4_。这时 被前后小车推动压紧的压块1-5和1-6,就会把保护挡块