專利名稱：超臨界二氧化碳染色裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種紡織、染整行業(yè)中用的染色裝置，更具體地說，涉及一種利用超臨界流體二氧化碳實現染色的裝置。
背景技術：
傳統(tǒng)紡織染整行業(yè)水污染嚴重，對資源環(huán)境破壞的問題突出。目前各企業(yè)雖然采取了相應的污水處理方法，但印染污水處理的實際效果仍然不夠理想，嚴重污染了水資源環(huán)境，危害到人們的生命健康。近年來，世界各國都在致力于無水染色技術的研究。隨著現代科學技術的快速發(fā)展，超臨界流體技術日益受到世界許多國家的重視，并逐漸應用到化工、生物、醫(yī)藥、環(huán)保、化妝品、衛(wèi)生、食品、印染、新材料等眾多行業(yè)中。
1991年，德國Jasper公司與德國西北紡織研究中心合作，制造首臺半工業(yè)規(guī)模的染色機，該設備不具有使二氧化碳循環(huán)的功能。1994年，Jasper公司的其中一臺二氧化碳染色機，用于聚酯縫紉線染色，但是在使用階段這臺機器暴露出許多問題，該設備不能使染液循環(huán)，染色效率低。1995年初，德國西北紡織研究中心建造了一臺新的二氧化碳染色實驗設備，可以在染色過程中分離并出去多余染料及紡絲油劑，并配有二氧化碳循環(huán)使用系統(tǒng)。但是，它對過剩染料及紡絲油劑的萃取不夠徹底。自1995年，國際上對這一技術的興趣越來越濃厚，最初在美國和亞洲，以后又在歐洲。我國在超臨界二氧化碳技術研究方面起步較晚。

發(fā)明內容
本實用新型針對上述問題，提供了一種超臨界二氧化碳染色裝置，通過利用超臨界流體二氧化碳實現染色，并在染色之后設置對超臨界二氧化碳的氣化，回收染料，并同時回收二氧化碳用于再次紡織品染色的設備，實現了超臨界二氧化碳染色的循環(huán)作業(yè)，解決了目前紡織染整行業(yè)水污染嚴重的問題。
本實用新型為了解決上述問題，構造了一種超臨界二氧化碳染色裝置，包括二氧化碳貯罐H01、染料釜H06、染色釜H07，以及連接管道、輔助閥體和指示儀表，所述二氧化碳貯罐H01通過冷凝系統(tǒng)連接于二氧化碳高壓泵H04；所述二氧化碳高壓泵H04連接于將二氧化碳轉變成超臨界狀態(tài)的預熱器H05；所述預熱器H05通過管道與用于溶解染料的染料釜H06相連接；所述染料釜H06將溶解染料的超臨界二氧化碳送至與所述染料釜H06相連接實現染色的染色釜H07中；所述染色釜H07中染色后融有染料的二氧化碳液體依次通過連接的分離器H08、第二冷凝器H09送回至與所述第二冷凝器H09連接的所述二氧化碳貯罐H01中。
本實用新型一種超臨界二氧化碳染色裝置，其進一步改進在于，所述分離器H08連接有用于二氧化碳氣化的第三換熱器。
本實用新型一種超臨界二氧化碳染色裝置，其進一步改進還在于，所述冷凝系統(tǒng)包括第一冷凝器H02以及與所述第一冷凝器H02相連接的冷劑罐H03；所述冷劑罐H03連接有制冷機組；所述第一冷凝器H02還連接有溶劑罐。
本實用新型一種超臨界二氧化碳染色裝置，其進一步改進還在于，還包括通過所述第二冷凝器H09連接于所述二氧化碳貯罐H01的二氧化碳鋼瓶H10。
本實用新型一種超臨界二氧化碳染色裝置，其進一步改進還在于，所述染色釜分別連接有用于染色過程中提供熱量的第一換熱器以及用于染色完成后快速降溫的第二換熱器；所述分離器H08以及二氧化碳鋼瓶H10通過同一管道依次連接干燥器、流量器，所述流量器連接于所述第二冷凝器H09；所述裝置還包括與控制電路系統(tǒng)連接的泵體及電葫蘆。
通過上述技術方案，本實用新型的超臨界二氧化碳染色裝置能夠在染色過程中對未固著的染料100％的回收，并同時將作為染色介質的二氧化碳重新回收利用，同時本裝置可以利用超臨界二氧化碳對染色后織物進行浮色的清洗。綜上所述，本超臨界二氧化碳染色裝置能夠節(jié)約水及染料資源，減少環(huán)境污染，具有高效、環(huán)保的特點。


圖1是本實用新型超臨界二氧化碳染色裝置染色工藝流程示意圖。
圖中，H01貯罐，H02過濾器，H03冷劑罐，H04 CO2泵，H05預熱器，H06染料釜，H07染色釜，H08分離器，H09冷凝器，H10 CO2鋼瓶，E1 E2 E3 E4為安全膜；V01 V02 V03 V04 V05 V08 V09 V10 V19為截止閥；V06 V07為微調閥具體實施方式
本實用新型染色裝置的原理基礎在于，超臨界狀態(tài)下，二氧化碳具有較好的傳質性能和溶解性能，對于非極性類的物質有良好的溶解能力，而在臨界點以下的二氧化碳則沒有這種能力。所謂二氧化碳的超臨界態(tài)是指二氧化碳在臨界點壓力7.3MPa、臨界點溫度31.1℃下的工作狀態(tài)。
根據上述超臨界二氧化碳的特性開發(fā)的本實用新型染色裝置的結構及工作原理如下本實用新型裝置整體安功能分類共包括如下系統(tǒng)1、染色系統(tǒng)這是超臨界二氧化碳染色裝置的主體部分，其它子系統(tǒng)都是為此系統(tǒng)服務的。主要設備包括染色釜、染料釜、染料泵、循環(huán)泵等。
2、制冷系統(tǒng)由制冷機組、冷劑泵、冷劑罐組成。主要向染色系統(tǒng)各工藝段提供所需冷量。
3、熱系統(tǒng)由換熱器、熱油泵、熱水泵組成。主要向二氧化碳染色系統(tǒng)各工藝段提供所需熱量。
4、儀表系統(tǒng)置配有完整的壓力、溫度、流量、液位等檢測控制系統(tǒng)一套，主要組成壓力測量及控制；溫度測量及控制；流量測量；液位測量；高壓泵、染料泵、冷劑泵、熱水泵等開關控制；計算機控制系統(tǒng)5、二氧化碳存貯系統(tǒng)包括二氧化碳貯罐、干燥器、充氣軟管、鋼并卡子等。
6、二氧化碳分離回收系統(tǒng)包括分離器、冷凝器、過濾器等。
7、加壓系統(tǒng)主要由高壓泵組成。
8、安全保護系統(tǒng)有兩套安全保護設計，一個是高壓泵出口壓力超壓自動連鎖停機保護，另一個為安全防爆器。此兩套保護系統(tǒng)在操作人員操作失誤的情況下為系統(tǒng)的安全及操作人員的人身安全提供了最大保障。
9、輔助系統(tǒng)包括連接管道、輔助閥體和指示儀表，以及電動葫蘆等，電動葫蘆用于裝卸萃取器封頭，可省時省力。如圖1所示E1、E2、E3、E4為安全膜；V01、V02、V03、V04、V05、V08、V09、V10、V19為截止閥；V06、V07為微調閥，這些閥體和指示儀表以及控制裝置根據需要設置，與具體使用的工藝參數相關。
為了更好的說明本實用新型超臨界二氧化碳染色裝置的情況，
以下結合附圖1、安工作流程說明各個組成情況。
首先，二氧化碳貯罐H01提供的二氧化碳在冷凝系統(tǒng)冷卻成為液態(tài)之后通過二氧化碳高壓泵H04送至將二氧化碳轉變成超臨界狀態(tài)的預熱器H05；其中，冷凝系統(tǒng)包括第一冷凝器H02以及與第一冷凝器H02相連接的冷劑罐H03；冷劑罐H03連接有制冷機組；第一冷凝器H02連接的輸入端連接有溶劑罐。
而后，預熱器H05通過管道與用于溶解染料的染料釜H06相連接；染料釜H06將溶解染料的超臨界二氧化碳送至實現染色的染色釜H07中。為了實現染色功能，染色釜連接有用于染色過程中提供熱量的第一換熱器以及用于染色完成后快速降溫的第二換熱器。
其后，染色釜中染色后融有染料的二氧化碳液體依次通過分離器H08、第二冷凝器H09送回至所述二氧化碳貯罐H01中。其中，分離器(H08)連接有用于二氧化碳氣化的第三換熱器。
根據需要，本裝置還包括通過第二冷凝器H09向二氧化碳貯罐H01提供二氧化碳的二氧化碳鋼瓶01。為了保證二氧化碳的純度，將分離器H08分離的二氧化碳以及二氧化碳鋼瓶提供的二氧化碳先經干燥器干燥、流量計監(jiān)測之后再通過第二冷凝器H09送至二氧化碳貯罐H01中。
此外，各主要設備說明如下染色釜的結構為頂部為全開式螺紋快開結構，采用氟橡膠密封圈密封，染色釜內部配有染色架。染色釜外部有熱油夾套，以滿足染色時的熱量需求，熱量調節(jié)通過DCS控制系統(tǒng)實現。其功能為盛放需染色的紡織物，完成帶有染料的超臨界二氧化碳與紡織物接觸染色的過程。
染料釜的結構頂部為全開式螺紋快開結構，采用氟橡膠密封圈密封，染料釜內部配有染料筒。染色釜外部有熱油夾套，以滿足溶解染料時的熱量需求，熱量調節(jié)通過DCS控制系統(tǒng)實現。功能為用于盛放固體染料，使超臨界二氧化碳與染料充分接觸完成溶解過程。
分離器的結構分離器端部為螺紋密封結構，采用丁睛橡膠圈密封，外部設有熱水夾套，底部設有放料口。功能用于分離及盛放二氧化碳節(jié)流減壓后析出的染料，在分離器的進出口上設有溫度檢測點和壓力檢測點。
二氧化碳冷凝器結構本設備為盤管式換熱器，管程介質為二氧化碳，殼程介質為乙二醇。功能完成分離過程的氣態(tài)二氧化碳壓力約為4-5MPa，溫度約為20-30℃，本設備的功能就是將氣態(tài)的二氧化碳通過熱交換使溫度冷卻到其飽和蒸氣壓溫度以下，從而讓二氧化碳液化流回貯罐。
預熱器的結構本設備為盤管式換熱器，殼程介質為熱油，管程介質為二氧化碳。功能本設備將經高壓泵加壓的液態(tài)二氧化碳加熱至設定的值，使二氧化碳成為符合提取工藝條件的超臨界二氧化碳。
第一換熱器結構是采用電加熱換熱器，加熱功率6Kw，加熱介質為導熱油。功能向染色工藝過程提供熱量，包括預熱器、染料釜、染色釜。
第二換熱器的結構設計有盤管式換熱器，槽內介質為油，管程介質為冷劑乙二醇。功能染色過程完畢后，染料釜、染色釜、預熱器的快速降溫。
第三換熱器的結構采用盤管式換熱器，管外介質為熱水，管內介質為二氧化碳。功能經節(jié)流閥減壓的二氧化碳為汽液兩相流體，同時帶有未完全分離的染料，經換熱器換熱后，使二氧化碳完全氣化與染料完全分離。
二氧化碳高壓泵的功能是將液態(tài)的二氧化碳通過本設備加壓至臨界壓力以上，達到工藝控制壓力上。
二氧化碳貯罐的結構是頂部帶有壓力檢測口、壓力安全閥接口、二氧化碳回液口、平衡口等。一側有二氧化碳出口，底部帶有排污閥。功能是二氧化碳貯存。
制冷機組采用自動組合式制冷機組。功能向二氧化碳萃取分離系統(tǒng)提供所需的冷量。
此外，本裝置的儀表控制結構包括1)壓力測量及控制；包括儲罐壓力、染色釜入口壓力、染色釜出口壓力、分離器壓力等。
2)溫度測量及控制；包括染色釜入口溫度、染色釜出口溫度、染料釜出口溫度、染料釜入口溫度、分離器入口溫度，分離器出口溫度、二氧化碳冷凝溫度、乙二醇冷劑溫度、熱油器溫度、熱水器溫度。其中熱油器溫度、熱水器溫度、乙二醇冷劑溫度為控制顯示溫度。
3)流量及液位測量；分別用于監(jiān)測二氧化碳流量和儲罐液位。
4)控制指示裝置主要設備運行狀態(tài)指示位于儀表盤上方，下方為電源控制及報警指示。
5)安全及聯鎖裝置本系統(tǒng)有一套高壓泵出口壓力超壓連鎖停機安全保護系統(tǒng)。
6)計算機顯示控制系統(tǒng)通過轉換開關可選擇面板儀表或計算機顯示控制，并可方便的保存和打印數據。
本實用新型超臨界二氧化碳染色裝置的工作原理為將液態(tài)二氧化碳貯存在循環(huán)貯罐中，通過二氧化碳高壓泵將液態(tài)二氧化碳加壓至臨界壓力以上，再通過換熱器將高壓液態(tài)二氧化碳加熱至臨界點溫度以上，使二氧化碳轉變成為超臨界狀態(tài)。超臨界的二氧化碳進入預先裝入染料的染料釜中，與染料充分接觸并溶解；帶有染料成份的超臨界二氧化碳通過裝有紡織物的染色釜中，使染料進入紡織物的內部，實現染色過程。完成染色過程的超臨界二氧化碳經節(jié)流閥減壓、換熱器加溫使二氧化碳溶解能力降低，促使未盡染的染料與二氧化碳分離，染料留在分離器中；二氧化碳則完全氣化，通過冷凝器液化成為液態(tài)二氧化碳返回貯罐中參與下一次循環(huán)。
以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式
，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術范圍內，根據本實用新型的技術方案及其發(fā)明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1.一種超臨界二氧化碳染色裝置，包括二氧化碳貯罐(H01)、染料釜(H06)、染色釜(H07)，以及連接管道、輔助閥體和指示儀表；其特征在于，所述二氧化碳貯罐(H01)通過冷凝系統(tǒng)連接于二氧化碳高壓泵(H04)；所述二氧化碳高壓泵(H04)連接于將二氧化碳轉變成超臨界狀態(tài)的預熱器(H05)；所述預熱器(H05)通過管道與用于溶解染料的染料釜(H06)相連接；所述染料釜(H06)將溶解染料的超臨界二氧化碳送至與所述染料釜(H06)相連接實現染色的染色釜(H07)中；所述染色釜(H07)中染色后融有染料的二氧化碳液體依次通過連接的分離器(H08)、第二冷凝器(H09)送回至與所述第二冷凝器(H09)連接的所述二氧化碳貯罐(H01)中。
2.根據權利要求1所述超臨界二氧化碳染色裝置，其特征在于，所述分離器(H08)連接有用于二氧化碳氣化的第三換熱器。
3.根據權利要求1所述超臨界二氧化碳染色裝置，其特征在于，所述冷凝系統(tǒng)包括第一冷凝器(H02)以及與所述第一冷凝器(H02)相連接的冷劑罐(H03)。
4.根據權利要求3所述超臨界二氧化碳染色裝置，其特征在于，所述冷劑罐(H03)連接有制冷機組。
5.根據權利要求3所述超臨界二氧化碳染色裝置，其特征在于，所述第一冷凝器(H02)連接有溶劑罐。
6.根據權利要求1所述超臨界二氧化碳染色裝置，其特征在于，還包括通過所述第二冷凝器(H09)連接于所述二氧化碳貯罐(H01)的二氧化碳鋼瓶(H10)。
7.根據權利要求1-6任一要求所述超臨界二氧化碳染色裝置，其特征在于，所述染色釜分別連接有用于染色過程中提供熱量的第一換熱器以及用于染色完成后快速降溫的第二換熱器。
8.根據權利要求1-6任一要求所述超臨界二氧化碳染色裝置，其特征在于，所述分離器(H08)以及二氧化碳鋼瓶(H10)通過同一管道依次連接干燥器、流量器，所述流量器連接于所述第二冷凝器(H09)。
9.根據權利要求1-6任一要求所述超臨界二氧化碳染色裝置，其特征在于，所述裝置還包括與控制電路系統(tǒng)連接的泵體及電葫蘆。
專利摘要本實用新型公開了一種紡織、染整使用的超臨界二氧化碳染色裝置，包括二氧化碳貯罐(H01)、染料釜(H06)、染色釜(H07)，二氧化碳貯罐(H01)提供的二氧化碳在冷凝系統(tǒng)冷卻成為液態(tài)之后通過二氧化碳高壓泵(H04)送至預熱器(H05)；預熱器與染料釜(H06)相連接；染料釜(H06)將溶解染料的超臨界二氧化碳送至染色釜(H07)中；染色后融有染料的二氧化碳液體依次通過分離器(H08)、第二冷凝器(H09)送回至所述二氧化碳貯罐中。本裝置能夠在染色過程中對未固著的染料100％的回收，并同時將作為染色介質的二氧化碳重新回收利用，從而達到節(jié)約水和染料資源，減少環(huán)境污染的目的。
文檔編號D06B9/06GK2851312SQ20052009370
公開日2006年12月27日 申請日期2005年11月17日 優(yōu)先權日2005年11月17日
發(fā)明者鄭來久, 郭友才, 姜濤, 李安源 申請人:大連輕工業(yè)學院