染色节能减排工艺技术与设备

作者:扑克王app下载官网 发布时间:2020-01-26 17:17

  提要:纺织工业技术进步体现在印染行业主要是节能减排。本文分染色工艺技术和染色所用设备二部分简要介绍了近年来染整行业染色工序节能减排技术进步情况,对于染整行业正确贯彻国家节能减排基本国策,采用先进的工艺和设备,节约资源、降低成本,减少污染、保护环境,可持续发展具有一定的参考价值。

  全球工业化的高速发展带来了人类社会文明进步和生活水平的提高,但也同时在不断地消耗有限的自然资源和污染着自然环境。这种后果将导致自然资源的日趋枯竭,自然环境日益恶化,威胁着人类和自然界其他生命的生存。为此,人们寻求各种方式,最大限度地控制不可再生资源的消耗,减少生产过程的排放。节能减排将成为今后生产和技术发展的主要目标。

  近年来我国染整行业发展很快,产能增加,品种繁多,质量提高。根据中国印染行业协会统计报告,仅2007年1-11月印染布产量就达到437.40亿米,其中染色布在整个印染布的产量中占到60%以上,一般售价也比漂布和花布高。如出口纯棉染色布每米平均单价比纯棉花布高0.5美圆左右,出口棉混纺染色布每米平均单价比棉混纺花布高0.6美圆左右。效益好,产品质量要求也高,如在服装裁剪中要求染色布色差不能超过半级,甚至要求不能有丝毫色差。当今各种新型化纤、非棉纤维以及各种再生纤维的混纺、交并、交织品种繁多,也给染色工序不断提出新的工艺技术要求,大大增加了生产难度。染色布不仅对在制品坯布质量要求高,染色工艺技术也要求精粹,设备状态要求良好,现场管理要求严格。因此提高染色布的质量和增加品种是染色工序的重要课题。同时由于印染行业一直是高耗能、高污染行业。国家节能减排基本国策的实行,降低能源消耗,减少环境污染,要求染色生产在确保质量的前提下所采用的工艺技术及设备必须是节能减排的。下面仅就织物染色工序先进的节能减排工艺技术和设备做一简要阐述。

  染色加工需要耗费大量的水、电、汽、化学品,并造成大量的污水排放,如不加以限制,印染工业将不可能持续发展。因此,染色工艺技术必须向着工艺流程短、节约资源和对环境污染少的方向发展,不少印染厂和染料公司与染整设备制造厂共同研究开发染色工艺,以适应现代染色品种的需要。

  随着全球气候变暖,休闲服装大量流行,对天然纤维棉和棉混纺及再生纤维的产品产量要求不断增加,染制这些产品所需要的染料也大量增加,其中活性染料是各种染料中应用面最广、用量最大的染料,在国产染料中发展最快,也是进口数量最多的。但是,活性染料存在着固色率低、色牢度中等、污水色度浓三大问题。短流程湿蒸轧染(简称:湿短蒸)工艺技术恰好有利于解决这些问题,活性染料湿蒸工艺,是织物经浸轧染液后不经烘干干燥,直接湿态汽蒸,因没有烘干,染料不会泳移,故染品色泽均匀。缺点是如固色碱剂选择不当,湿态汽蒸的固色率不高,染料损失高达30-50%。为此,国外开发了名为Eco-steam的短流程湿蒸工艺。它是在蒸箱入口处加装电红外加热器,对浸渍过的湿织物进行加热,织物迅速升温后再进入蒸箱,蒸箱内的载热体是少量蒸汽和热空气的混合气体,籍干湿球温度计自动调节反应温度及相对湿度。固色1min活性染料即固着于纤维,提高了给色量,并具有渗透充分、色泽均匀的优点。

  采用短流程湿蒸轧染工艺技术耗盐少,甚至不耗盐;由于轧染液后不经烘干而直接进入还原蒸箱,缩短了固色时间;蒸箱温度高湿度大不仅提高了固色率,而且减少了排污。短流程湿蒸工艺技术在国内虽然推广没有几年,但由于节能减排效果显著,物耗小,成本低,工艺技术已日臻成熟。

  活性染料短流程工艺技术可以提高染料固着率和织物的表观给色量以及鲜艳度;符合小批量多品种的要求,工艺流程短和固色时间短,提高生产率;节约能源和染化料成本,减少环境污染。需注意之处是:轧液要均匀,最好使用计量泵给液,蒸箱要严格控制温湿度。

  现在许多染整设备制造商和染料生产商联合开发新工艺。其中值得一提的是由门富士(Monforts)和捷利康(Zeneca)联合开发的“Econtrol”染色工艺技术。该工艺用于纤维素纤维的活性染料连续染色,它无需使用尿素、水玻璃、烧碱、盐等助剂,在此工艺中利用二氯均三嗪类染料的高反应性与织物在干燥中保持一致的湿度的特性一起开发,结果获得最高得色量且可以不用大量的碱剂,只要10g/L碳酸氢钠和1-2g/L润湿剂即可,以前使用的助剂被烘干时可控制的蒸汽含量所代替。其烘干条件为110130℃停留2min。烘箱内气体中蒸汽体积占25%,此时,烘干织物温度可达68℃(湿球温度)。这样活性染料可在织物上达到高的固色率。门富士(Monforts)的“Thermex”热风烘燥机带有湿度监控装置,用于监测控制在热风中循环空气的蒸汽含量,具有很低的能源消耗。

  “Econtrol”染色工艺技术是一种新的染色方法,只用染料、碳酸氢钠、润湿剂,其浴比为1:0.7;不需要汽蒸工序;利用热空气固着法,日晒牢度不会降低;而染色时间仅为2分钟。利用该工艺技术染色染料很少泳移,织物手感柔软,绒类织物不会被压坏,紧密织物透芯好,毛巾布上不会有“条纹”,死棉能较好地盖住,粘胶织物上无“霜花效应”。由于该工艺技术简便、高效、节能且易控制,还可减轻环境负担。“Econtrol”染色工艺技术所使用的设备无红外线预烘,无汽蒸箱,也不用二组分的计量泵,只需要一个热风烘干机,占地面积相对较小。由于避免用强碱、尿素和盐,不仅降低了消耗,而且减少了环境污染。

  “Econtrol”染色工艺技术给染色提供了一个简单、经济、有效、保护环境和生态的、节能的和易控制的工艺选择。但目前在我国由于设备、染料和技术掌握等原因,应用并不普遍。

  冷轧堆染色工艺技术和设备具有节能、高固色率、污水排放量少等特点。据报道,欧洲活性染料染色有三分之一是采用冷轧堆染色工艺技术加工。近年我国能源成本增加以及染料品质改进、新品种面市,印染厂采用冷轧堆染色工艺技术也越来越多。不过冷轧堆工艺技术对使用者需要具有一定的管理和技术水平。其主要特点是:①染液中同时有一定比例的染料和碱剂,在室温条件下经过长时间的堆置,使染料在布面上吸附、扩散和固着三个阶段同时缓慢进行作用,可以提高染料固色率达90%以上,因此可以节约染料约10-20%;②和连续染色的轧、烘、轧、蒸工艺技术相比,可节省水、电、汽等资源在20%左右;③染液中电解质用量少,染料利用率高,环境污染少;④由于作用时间长,染料对织物的纤维渗透优良,可大大改善染色织物纤维的“环染”现象,特别是灯芯绒织物可以改善露底现象;⑤冷轧堆染色工艺技术适应面广,可广泛适用于各种厚、薄型织物,也可用于毛巾或针织物等的染色。很多印染厂应用活性染料冷轧堆染色工艺技术已取得了很好的经验。

  活性染料的特点是染浴中盐量越高固着率越高,浴比越大固着率越低。冷轧堆染色工艺是各种工艺中浴比最小的,因此有利于高比例固着。最适用于此工艺的是乙烯砜型活性染料。

  冷轧堆染色法有长时间堆放法(一浴轧堆法)和短时间堆放法(简称KKV法),以短时间堆放法应用最广。具体做法是将染液与碱剂分别配置,浸轧时染液与碱剂按比例在料缸内混匀后注入轧槽进行轧染;也可将染液与碱剂以计量泵按比例注入轧槽进行轧染。这种方法既保证了染液的稳定性,又有适量的碱剂进行固着,因此堆置2~3个小时即能达到固着牢度,而延长堆置时间只会加大渗透度,不会影响色光。为使渗透、牢度和染料利用率都高,故大多采用堆置12~24小时。一般工艺流程为坯布退煮漂浸轧染液打卷堆置水洗皂煮水洗烘干。该工艺中的碱剂可使用硅酸钠(50mL/L)+38B烧碱(20-35mL/L)或38B烧碱(10-20mL/L)+盐(38g/L),温度20-25℃。

  冷轧堆染色技术目前接头印是影响产品质量的主要疵点,因此要使用二线或三线包缝机接头。染液一定用软水,洗水也最好用软水,因硅酸钠与硬水中的钙镁离子反应形成不溶物,易造成手感不良及浮色沾污。若水质不好可使用助剂进行软化。

  冷轧堆染色工艺流程短、使用设备少且设备结构简单,投资相对也少;室温上染能耗小;染色浴比小,上染率高,废水排放少,自然污染也就小;而且成本低且质量好,尤其适宜小批量多品种的染色加工。

  微胶囊新技术在20世纪已广泛应用于医学、农药、石油等领域,如今国际上已把该项技术列为21世纪重点研究和开发的高新技术,而染整行业对此还是近年开始研发的新技术。由于分散染料是一种疏水性强而水溶性小的非离子型染料,在制备和使用中都要加入多种助剂,如分散剂、匀染剂、增溶剂等,才能进行染色,但因此却增加了染色废水的色度以及COD、BOD等的负荷,增加了污水处理的难度。

  目前国内研发的分散染料微胶囊,主要是利用微胶囊的缓释功能,由于微胶囊的有效隔离性能和控释性能,使染色速度减缓,不仅可以达到匀染目的,而且可以省略许多助剂。

  由于分散染料微胶囊染色技术在国内属于初始阶段,染色和制备机理大致如下:是以高分子成膜材料做为微胶囊的壁材,将分散均匀的染料细小液滴或固体颗粒包覆,形成微小的颗粒,我们称为微胶囊。在染色时微胶囊内部的染料向壁外扩散,壁外的水向内渗透,形成交换直至内外达到平衡,使分散染料在纤维表面吸收而达到完全上染。

  分散染料微胶囊染色新技术无需新的染整设备,利用原有的高温高压溢流染色机、高温高压卷染机及热熔染色机即可进行。

  人类在很久以前就开始使用天然染料,这是人类文明的标志。我国是应用天然染料最早的国家,据考证远在旧石器时代的山顶洞人时期,已经开始使用氧化铁作为红色颜料为装饰品着色。植物染料染色在春秋战国以前就开始应用,至明请两代染料植物的种植、制备工艺,印染技术等方面均到鼎盛时期。印染艺人通过大量的实践和不断摸索,创造并积累了天然染料提取、染色、印花一套完整的技术。但随着现代工业革命的兴起,合成染料以其丰富多彩的颜色、低廉的价格以及优良的色牢度得到广泛的应用。天然染料在迅速崛起的合成染料面前逐渐失去了昔日的辉煌,提取天然染料染色、印花的古老技术也被慢慢摈弃,几近绝迹。染料应用的历史长河缓缓流到今天,人们才逐渐注意到合成染料除色谱齐全、生产和印染工艺可工业化、标准化外,同时也导致了严重的环境污染、能源和资源不可逆转性消耗,以及影响人类健康的问题。逼迫人们又重新审视天然染料印染的问题,特别是天然植物染料染色的问题。

  天然植物染料是以植物为原料,从植物中萃取。植物染料来源于植物,它具有再生性。植物染料直接取自于大自然,它本身结构的形成完全是自然形成的结果,期间不会涉及任何化学原料。植物染料原料均是来自绿色可再生资源,受污染少,安全性好,不含有任何有害元素,并且经过严格的筛选,不仅无毒无害,而且还有医疗和保健作用,对人类的健康和延续具有深远的意义,这是合成染料难以比拟的。天然植物染料在印染生产整个过程中,对生产环境无污染,不会对人体健康产生任何伤害,排污也不会对人类生存环境产生不良影响。印染加工工艺生态化,染色固色过程无需任何人工合成化学品,只在弱酸浴中进行,达到现代生态纺织品的要求。

  目前,由陕西盛唐植物染料公司在国外开发生产的天然植物染料已达红、黄、绿、黑、蓝五大系列,20多个品种,印染颜色1000多种,可染棉、麻、毛、丝等多种纤维,产品达到了欧盟Oko-Tex100的质量标准。在我国山西彩佳等部分印染厂试染结果,染色织物的色牢度可以和现用的活性染料媲美,可天然植物染料所赋予纺织品的抗紫外线等一些特殊性能是合成染料所不能达到的。

  天然植物的可再生性及植物染料优良的染色和保健性能,弥补了合成染料原料的短缺和不足,染色过程环保,节约资源,不危害环境,且染色纺织品对人体无害。所以,天然植物染料染色符合国家节能减排基本国策,可保证印染行业可持续发展,值得推广应用。

  超临界流体拥有各种特出的性能,当温度和压力超过液态和气态的临界点时,物体就会进入超临界区,我们利用这种超临界状态,能轻易地对纱线和织物进行染色,染色后纱线和织物的色牢度非常良好,手感非常柔软,且色泽均匀。鉴于人们对环保意识的日益增强,提出了超临界无水染色技术。由于二氧化碳(CO2)临界温度为31.1℃,临界压力73.8Pa,拥有良好的稳定性和易操作性,因而这种技术利用二氧化碳(CO2)超临界流体作为染色介质。

  现代的研究表明:聚酯(包括超细)、聚酰胺、三醋酸等纤维均可使用该工艺染色。超临界CO2染色的最大优点是不用水、不用助剂、无需烘干,染色时间短,也无需后处理,在色牢度、手感和外观等方面的染色质量非常优秀,所使用的CO2无毒且能循环使用。目前德国西北纺织研究中心、香港生产力促进局和我国东华大学国家染整试验中心及有些厂家都在开展这方面的研究,探讨亲水性纤维如棉、麻及粘胶等在超临界CO2中的染色以及开发相应的染料系统。超临界CO2在纺织工业中的应用将不局限于染色工序,也许对整个染整工程技术发挥创新作用。

  泡沫整理技术用于染色是近几年的事,首先用在牛仔布涂料加色上取得了很好的效果。活性染料和涂料的染色也在不断的完善之中。与常规的浸轧法相比较,泡沫染色更节能。它的主要特点是:①染液施加均匀。泡沫染色技术首先用泡沫发生器将染液泡沫化,然后通过施泡机的施加棒施加于织物表面。只要织物平整,施加于织物表面的染料就一定是均匀的。可是在浸轧法染色中,染色是否均匀和织物幅宽有很大关系。幅宽越宽,要作到均匀上染困难就越大。泡沫染色与幅宽没有太大关系。在这一点上,其他染色方法显然都不能与之相比。②避免染料泳移。泡沫染色织物带液率很低,最高也不会超过40%,所以在后续烘干过程中,由于烘干不均匀产生染料泳移的现象就不会发生,也就不会产生边中色差。而常规浸轧法,由于织物带液率高,那些对纤维亲和力低的染料,极易在烘干过程中产生泳移,造成边中色差。③染液浓度一致。由于染料对纤维亲和力不同,浸轧法中浸轧槽内的染料浓度会随着染色的进行而不断发生变化,往往产生前后色差。到目前为止,这个问题基本还是靠技术人员的经验来解决。而泡沫染色则完全不存在这样的问题,整个染色过程中染液已泡沫化,各种化学品的浓度始终是不会改变的。再加上精确的泡沫施加量的控制,使织物染色前后得色一致,颜色稳定应该是比较容易作到的。④泡沫染色由于是把起泡后的染料溶液均匀地施加于织物表面后,再通过轧车挤压,可以使染料在织物中很好渗透,因此,染色牢度和浸轧法一样,不存在什么问题。⑤可以实现污水的零排放。泡沫染色,残留的仅仅是少量的泡沫,而且这些泡沫破泡以后得到的染液浓度与配方浓度完全一样,多数情况下可以回用,避免了常规浸轧法轧槽中剩余的染液必须放掉的问题。

  泡沫染色可以显著地降低能耗,提高生产效率,提高产品质量,促进新产品开发。节省染化料,降低生产成本,可以作到污水的零排放。在节能减排、保护环境的今天,泡沫染色技术必将得到迅速发展。

  近年来,随着小批量多品种的纺织品市场需求,以及人们环保意识的日益增强,现代的染整设备的开发也更注重经济性和生态性。一个非常明显的趋势是:在2008年7月上海“中国国际纺机暨ITMA亚洲纺机展”中染整设备厂商在口头介绍或书面材料中都强调自己开发或改进的一系列装置,都是为了节省能源、降低耗水和减少染色时间。就染色设备来说其发展特点可以总结为:①开发特别设计的染色设备以适应新型纤维及类别品种的特殊需要。②以经济和生态为目标,注重能源的节约与利用。③提高自动化水平,广泛采用计算机控制。④强调生产柔性,以适应小批量多品种、小浴比、快速、低张力和柔和处理的生产工艺。总之,染色设备近几年技术进步瞄准了染色产品的质量和经济性的最佳化,“为了更少,必须更多”即为了减少消耗,降低环境污染,在设备上设计和采用了更多性能优良的自动化在线检测和控制仪器仪表,水及热能回收利用装置。

  卷染机虽是古老的染色机之一,但随着染色批量的不断变小,它却成为一种理想的代替连续染色机的设备。发展到今天,卷染机有了很的很大的变化,特别表现在灵活性、小浴比和对织物张力的准确控制。现代卷染机都带有电脑控制系统,多采用了液压比例控制、变量液位控制、变频通信控制等现代科技成果。籍此可根据工艺要求的不同进行工作程序的选择,能准确地控制织物速度和张力,较好地解决了前后、边中色差等问题。就附加设备而言,现代高技术装置的卷染机与传统卷染机相比有以下几个方面的差别:现代卷染机用泵进行染液循环;液槽隔开;由刮液刀片将液体分离,进行织物液体交换;液槽中间装有轧液或抽吸装置;自动往复装置;并安装有补偿装置,用于防止在机器停车时因染液集中在槽中而使在制品色泽不稳定。用于监测和重现工艺顺序的程序储存控制器也是现代卷染机的主要组成部分。

  德国Thies的HT-Jigger(如图一)和NT-Jigger(如图二)充分运用现代先进的处理技术。变频控制带有制动电流回馈系统,直接驱动主罗拉(节能)的三相电机;经济节约型双染槽的设计确保了超小的浴比,实际工作容量为标准容量的55-100%时,浴比可达1:2;织物绳状监控系统用于精确计算和控制织物速度和张力,张力大小可选,从10公斤100公斤,这是目前同类产品中张力极小的卷染机;染缸中统一的染色条件,与批次尺寸无关;用水表控制水洗;染料助剂的加料由通过染液的织物长度而定;附加的压力泵用于色光校正和加料,HT-Jigger的加料能在压力下进行;外置的液泵热交换器保证了一致的染液加热和循环;主批次罗拉的侧向位移;染缸模拟液位控制系统等先进技术的采用确保了小浴比条件下均匀染色,能处理所有市场上出现的现代纤维及混纺织物。

  丹麦Henriksen的VacuJigger装有两个内吸棒和两个附加的喷管,能达到较好的水洗效果,并能改善染料的渗透。该机还有一个带真空狭缝的双浴结构,织物从第一浴进入到第二浴时需经过该狭缝。有利于染料渗透,而且两浴染液互不沾污。

  德国Kusters的TwinJigger用两个小型单槽代替一个大浴槽,能维持最小的浴比,并能分别施加染化助剂,降低了染化助剂的用量。具有高效和对环境污染少的优点。

  意大利IN.TES最新设计制造了一台名为Quicker的新型卷染机,它将卷染机、轧染机和连续水洗机的功能结合在一起,被誉为“第三代”卷染机。它在生产效率和产品质量等方面都有很大改进。它除具有一般卷染机的结构和典型的循环功能外,还有一个带恒压轧辊的双浴轧槽系统。织物张力在0-5kg范围内预先设定,并通过程序控制器和载荷传感器的反馈信号保持张力恒定。该机通用性很强,其关键部件是轧水辊,使许多工艺技术可以在该机上实施。在该机染色所使用的染料种类不受限制,并可实施卷染或轧染工艺,也可两者兼用。还可在该机进行前处理的退浆、煮练、漂白以及水洗和汽蒸。该机的特点是减少停机时间、节水、节能。

  连续染色加工的优点是染色重演性好,大批量生产成本低。而现今染整厂所面临的挑战是即要保证质量,又要在小批量加工时更经济。因此,现代轧染机的发展趋势是:符合环保要求;要求小液量浸轧槽;有变换染液时的自动清洗装置;染色重现性好,减少边、中、头捎及批次色差;降低染化料、水和能源消耗;使用微处理器监控装置,提高自动化程度;一定要有在线检测系统,而且要一机多用。基于上述发展趋势,近几年平幅连续轧染机主要技术进步在于:染色均匀轧车和红外线预烘、热风焙烘机、还原汽蒸箱、水洗箱等单元机的改进提高及增加了自动给液、热能回收、废水回用等装置,提高了工艺上车率、节约了能源、降低了消耗、保证了质量。

  例如德国门富士(Monforts)和香港立信(Fongs)公司合资生产的Thermefix-338连续染色机(如图三)。可根据不同的组合,适合于小批量或大批量织物的多种连续染色和焙烘工艺(如图四,图五)。采用了多项先进的控制技术,使织物加工过程中低张力、无褶皱、无泳移,适用于棉、T/C、及纯化纤等含有不同纤维的织物进行高效高质的染色加工。

  轧车是连续染色机的关键单元机,多年来我国印染厂多采用德国库斯特(Kusters)的均匀轧车。但近年来均匀轧车也出现了很多新的型式。立信门富士(M0nforts)采用CVC轧车(如图六),这种轧车属另类轧车,不须要在轧辊内部设置液压系统或气囊系统,称作连续可调式曲线辊轧车。轧车结构简单,是一对表面包覆橡胶的实心钢辊,而辊面并非等直径圆拄面,而是连续变化弧度的曲线型,俗称S辊。主动辊为加压辊,从动辊可以沿轴向两端移动,可调校成不同的轧点线dan/cm,可依据织物加工要求的不同工艺,提供理想的在线变化压力,在处理不稳定织物时仍能达到均匀的浸轧效果,避免了轧辊内设置液压或气压系统泄漏带来的压力不稳而产生的色差。

  再例如日本京都机械新的UP250轧车,由一根直径250mm可调挠度的均匀辊与一根直径300mm的加压辊所组成的卧式两辊轧车。均匀辊结构简单,辊内的油压室由京都专利的特种橡胶材质的油封进行密封,不易产生漏油,同时设有油压表来显示辊子内部的实际油压,最高油压可达0.55Mpa,均匀轧车通过内部油的循环,可使轧辊表面沿幅向保持同样温度且有冷却效果,避免染液温变产生前后色差。

  轧车的液槽也在不断地改进,库斯特(Kusters)的“Flexshaft”设计的新型液槽,在底部有一个起密封作用和含有少量液体的轴,织物从其下方通过。其目的就是在轴内部形成较大的湍流,以保证染液在织物内渗透十分均匀。

  德国门富士(monforts)公司很早提出对湿织物进行在线测色的建议,已取得了湿织物在线测色和控制轧染机轧点压力的欧洲专利。德国玛诺(Mahlo)公司也已取得专有的许可证,在专利保护适用的国家,是唯一被允许在湿态下测色及控制轧点压力的公司。德国(Kusters)公司的“轧卷染色中心”其测量方法有所不同。它的光泽度利用三个不同种类的二极管来测定,含水量用红外光谱中吸收的波长来测定。这两种测定信号用于控制轧染机。关于轧染机后的在线湿度测量,美国Pleva和Mahlo公司推出了微波湿度测量仪,它可在线测量纺织品含水量,属非接触式的,直接准确,不会造成破坏。

  另外,为了实现一机多用,使冷轧堆染色工艺重演性更佳,在均匀轧车部分另附装了保持液体和织物温度的中央冷却系统以及一个全自动的染液分配站。在此,织物张力控制不是用补偿器,而是靠测力传感器来实现的。

  在红外预烘部分,无论是电加热还是燃气加热的红外预烘装置,都提供了对织物在加工过程中的保护及无接触式烘干。

  为了防止染料泳移及产生褶皱,烘箱温度的控制是至关重要的。各个染整设备制造商在烘箱部分研究开发了新的热空气循环系统,使烘箱的温度均匀度得到很大提高。加装了张力控制装置,加大了辊径,缩短了辊距,增加了废热回收系统,提高了烘箱性能,节约了能源,也减少了废气排放。例如立信门富士(Monfongs)Thermefix-338连续染色机采用相对称的空气循环和加热系统,确保了箱体内循环风和温度的均匀性,有效地阻止了染料的泳移。烘箱均采用独特的链传动或变频导辊驱动系统,保证织物获得低张力和无褶皱的处理效果。

  这部分主要包括均匀轧车、汽蒸箱、水洗机及烘干机。染色水耗高低主要在这部分。

  过去连续染色机的显色皂洗部分汽蒸箱多用于还原染料的还原汽蒸,所以叫还原蒸箱,箱内温度102℃也就可以。但现在很多厂由于成本原因已很少使用连续染色机进行还原染料染色。多用价格低廉、色谱齐全、颜色鲜艳的活性染料染色,而且只利用连续染色机的显色皂洗部分,采用湿短蒸工艺进行染色加工。因此对于汽蒸箱的要求也就更高。现在的汽蒸箱为了减少能耗、节约染化料,提高染色质量,多将液封口改为汽封口。加装了各种形式的蒸汽发生器,使箱内产生微正压,保持箱内102℃以上的温度及湿度,以适应湿短蒸工艺的需要。为了防止起皱,同样加大了辊径,增加了张力调节装置。

  织物染色后的水洗可去除浮色和未固着的染料,以获得最佳的染色效果。现在对水洗设备的要求是高效、节能、松式、缓和、低张力、占地少。

  德国高乐(Goller)公司的Colora显色皂洗机按柔性生产模式进行设计,可用于织物轧蒸染色,因此,也叫轧蒸染色机(如图八)。该机主要性能有:浴比小,水洗箱低液量,耗水量可灵活控制。装配了优于中间轧液单元的喷淋管和加热板间接加热装置,使箱内各处水温均匀一致。具有扁平截面喷嘴的喷淋管可代替中间轧液单元,从而保证各槽间液体的分流。喷淋用水可使用槽内的再循环水或加热的新鲜水。采用洗涤水蛇行逆流系统使得洗涤水无需泵的作用便可以与织物运行相反的方向流动。通过溢流,洗涤水很容易阶梯式地从这槽流向下一槽,这样便保证了良好的水洗效果。本机所用的洗涤水大部分是每槽过滤器过滤分离后的可用再循环水,再补充少量加热后新鲜水即可,耗水量比国产水洗机可节约60%左右。通过真空吸水或高效轧车分隔液槽,在水洗区域的出口处仍保留了高效轧液装置,降低了织物的带液率,提高烘干机的烘干效率。本机也适应多种工艺组合,可进行活性染料湿短蒸染色,也可进行冷堆染色,还可用来进行染色和印花后水洗。

  瑞士benniger公司的平幅水洗机Ben-injecta,也适用于各种类型织物的水洗,其特点是设备单元内洗液呈湍流状,100℃高温,织物在洗涤液中停留时间短;冲洗单元设计新颖,待洗织物通过一条狭缝而分为进布及出布二层通道,使蒸汽、水、和空气能直接喷射到织物的正反面,织物在狭缝通道中始终受高温洗涤液强烈而均匀的湍流作用。

  关于间歇式小浴比染色机本人在《小浴比染色的技术与设备》中已述及:小浴比染色设备全部由电脑控制,自动控制各种工艺参数,自动记录工艺过程,自动处理缠结等常见问题,完全实现了智能化。技术已经发展到相当高的程度。但是,近二年仍有不少改进。这些改进充分反映了当今国际染整新设备和新工艺技术对注重生态平衡、保护环境的设计思想,反映了目前纺织品市场对小批量、多品种、各种纤维及其混纺、交织织物染色的需要。因此,这几年的发展值得一提的是香港立信公司的Jumboflow系列高温染色机。Jumboflow系列染色机集合了多项研究成果,能缩短全程工艺时间,增加产量和节省能源。主要调整VL变载储布槽的形状,储布槽容量可以调节每管达到特大容量280公斤,满足从轻质到重质的织物运行特征。TIT高效热交换器提供最大升温率而降低热损失。MSR多省功能系统令染色工艺同时进行冷却和清洗程序。因此,减少染色时间的同时亦减少水耗量和排放量。为了有效地清洗织物,必须控制洗水用量和清洗时间,为此而开发AIR+先进智能清洗系统。优化的结构设计可以在满载时达到最低行机浴比1:4.5,可以和气流染色机浴比相媲美。染液在运行中对织物的冲击和长时间的反复浸渍,染色匀透,加以在染色过程中染液对织物冲击甚微,不易起毛、起球、缠结褶皱等。研究成果的利用和极大容量的完美结合增加了机器产能,成为行业内极具经济效益的设备。

  气流染色机是应用空气动力学原理,利用压缩空气来优化液流染色机的染色效果。近几年的改进和发展主要体现在:更小的浴比、采用空气动力系统、增加和重新设计设备部件,以减少用水量、改进织物输送机理和储布箱设计、降低喷嘴压力,从而达到缩短染色循环时间、减少水耗和柔和地处理织物的目的。采用自动化设备来控制各种工艺参数,特别是使织物速度、绞盘驱动与喷嘴中液流之间的同步协调,以尽可能实现织物的柔和处理,普遍采用的触摸屏技术使操作更简便。随着国家节能减排政策的实施,环保措施的严格执行,目前大有用气流染色机替代老式溢流染色机的趋势。因此,只在这里扼要介绍几种最新气流染色机机型特点。

  要说气流染色机首先要说德国特恩(Then)公司,它是世界上最早研制气流机的公司,也是真正意义上的气流染色。它是利用专利气体动力系统用气流将染液雾化喷射在织物上达到染色的目的。而不是如其他的气流机将染液喷射和空气注入分开进行。专利气体动力系统是指利用空气使织物运行,是无需染液或水作为媒介输送织物,从装载到程序结束,织物始终在运行,即使在排水和注水过程中也是。Airflow®Synergy气流染色机是融合最先进的Then-AirFlow专利技术及其全部技术特性的成果,所有技术特性及功能相互作用,实现经济及环保优势,时至今日,仍无其它染色技术可与之媲美。设备关键是HighFlow喷嘴提高了染色及水洗效率,高度抛光的双气环喷嘴能减少气流对坯布的冲击力,减少摩擦,保证织物良好的表面质量。两组喷淋管能提供染液充分交换,保证匀染。鼓风机风量精确调节,达到布速恒定运转。漏斗形导布槽设计使织物张开,既消除了织物皱条,又利于染液交换。该机通用性极强,可用于Cupro、Tencel或Lyocell等新型纤维的染色。其控制系统采用的是局部操作网络“TLON”。每一控制单元都配备装有信息的芯片,所有控制单元按总线原理连接在一公共导线上,其接线和安装比用存储程序控制器要简便的多。自调整控制器和遥控传感器是“TLON”的主要部分,它会反映操作中的误差并提出校正建议。气流染色机节能效果显著,见下表:

  德国特恩(Then)公司的气流染色机有资料显示,节水可达50%,节汽可达50%,节助剂可达30%,节时间可超过30%,节能减排效果显著。

  德国第斯(Thies)公司的高温高压染色机,其容布器设计新颖,每缸容布量100~500kg,浴比1:5。其增强液流的Vario-Jet柔和喷嘴,专为保护织物表面设计。其冷却和水洗结合系统(CCR)、水洗控制系统(CR)、同步染色控制系统(SDC)和自动多料配制系统(MPI)等全新的性能,有效地缩短了染色工艺时间,降低了能耗,极大地提高了染色品质。该公司最新的Luft-Roto高温高压喷射/喷气染色机,适用于敏感织物,其设计织物在运行时受到转鼓系统的完全保护,并通过喷射循环系统和鼓风喷嘴供气系统达到高度操作灵活性。

  另外,希腊Sclavos公司的Venus染色机,具有独特的双喷气系统,这样能增强液体和织物的接触。其另一特点是运用AquaChron技术,它提供操作者全盘控制工艺参数和用水。此外,该公司还提出了“水利用率”(waterusageratio)这一概念。他们认为这比“浴比”(Liquorratio)更恰当,它是指包括前处理、染色/印花、后整理全过程总用水量对织物重。

  经轴染色机经过多年无数次的革新改造,尤其在控制器和液流技术方面,已经成为一款经济节能、适应面广、能满足染色高要求的染色机。能处理平幅状态下的所有的织物,特别适合特宽幅经编织物,高弹力织物,医用纱布和任何机织物。

  经轴染色机是织物以平幅卷绕在带孔的芯轴上,染液可正向或反向强行穿透织物层进行染色的机器。以前主要用于色织染经纱轴,现在不仅染纱,也用来染布,以适应小批量的要求。经轴染色机采用模拟量加料系统,即使在高温条件下也可根据时间和曲线程序全自动加入染料和助剂。采用PH值在线测量系统,全自动控制染色过程、自动清洗过程及PH电极的校对。设有染色经轴的旋转装置,避免染色布经轴有气泡,经轴旋转装置还可用于小浴比染色。目前生产经轴染色机的厂家很多,主要有德国特恩(Then)、第斯(Thies)香港立信、台湾东庚等厂家。Then的HST高温经轴染色机,染缸最大直径1800mm,可染最大布卷直径1100mm,最大加工幅宽3600mm,对于染针织物及透水性强的机织物,可配置反向轴流泵,或着配置重型离心泵来处理高密度机织物。机上有取样器可直接从布卷抽取样品,确保样品和布卷染色绝对一致,全机由电脑对染色过程进行全自动控制。

  没有将染色机械结合在组织完善的网络内,等同送掉宝贵的资源。所以,国外各主要染整设备制造商为了体现染色质量和更佳的重现性均提供染厂网络。一方面向染色机提供快速、准确和定量的染料、助剂及热水。另一方面染厂网络又是一个功能控制系统,通过染厂网络使流程之间相互调节和发挥最佳效能。染厂网络的采用是既节能又环保。

  德国特恩(Then)的TDS染厂网络实现了染厂的管理和组织。系统结合了Then和其它染整设备制造商的产品和计算器控制系统或一般的染厂系统主机计算器,当中包括订单处理、配方系统和优化染色程序的计算程序。染厂内独立组件的连接确保了数据的连续传送,以及清晰的结构化和灵活的生产过程。生产数据的输送由中央开始。TDS根据订单管理把程序传送到染色机的控制单元。生产配方亦相应地传送到秤量装置、ADS溶解站或CHD化学品分配单元。染色机控制单元内记录设定和实际数据以及谬误均能报告到控制台,需要时可显示数据。TDS染厂网络系统充分利用机器的能力,避免停机停产,高度优先的需求会先行处理,系统能根据余下的时间优化处理,直至机器再次要求该物料。通过计算器的操作指导功能,能设定最优化的工作次序。另外一个优点是以同一完整批次文件或批次数据记录评估以及费用分析和错误分析输送到机器。动态编程提高染色程序的使用和重使用。使染色机发挥最大效能,从而缩短了工艺时间,提高了染色的准确率和重显性。

  德国第斯(Thies)的MPS全自动染料助剂与化学品输送系统,可以很精确地对染料助剂等化学品进行非常准确、准时输送到所要求的目的地,减少人为因素造成配料误差,提高染色产品的染色重现性,提高染色机的生产效率,降低复染率高带来的不必要的生产消耗。同时,无人为参与的输送,保证了染色车间的环境清洁,减少了人为输送造成的伤害,也减少了人为输送过程的浪费。MPS全自动染料助剂与化学品输送系统,由四部分组成:MPS-L液态化学品输送系统;MPS-D固态染料溶解输送系统;MPS-S固态盐、固态碱溶解输送系统;Orgatex中央计算机管理系统。各输送单元可以利用T737XL电脑进行半自动操作,也可以与Orgatex连接进行全自动操作。

  这几年虽然业内在节能减排做了一些工作,但是,存在的问题仍然不少,也不小。首先是有些领导和工厂主还没有真正认识到人类赖依生存的资源正在急速减少,而人类生存的环境正在急剧恶化。依然只求眼前的政绩,不管将来子孙发展。只求自己赚钱,不管别人生存。对节能减排工作阳奉阴为,并没有真正落实。其次是自改革开放以来,印染行业虽得到快速发展,但并没有执行污水处理、烟尘排放等环保设施同时设计、同时施工、同时投产的三同时的规定,大部分企业基本没有污水处理等设施,积重难返。再次就是由于上述问题的存在,企业在选用染整设备上,只管能用不能用,而根本不管好不好,更不用谈是否节能减排。所采用的工艺技术只要能生产出产品,而很少关注消耗高低。这样做的结果,是耗费了大量资源,并没有取得理想的经济效益。第四就是我国的染整设备和前述的国外先进的染整设备确实存在不小的差距。主要体现在①我国染整设备市场的恶性竞争,导致设备选材不严谨,制造精度不高,造成染整设备稳定性、可靠性差,跑、冒、滴、漏长期难以解决,生产效率相对比较低。②虽然近几年国产染整设备也采用了一些数字化新技术,但是在工艺参数在线检测、控制系统水平仍然不高。而国外染整设备普遍装有高精度的织物门幅在线检测、无接触布面温度监控、碱度在线监控、剩余含水率检测、张力检测、控制和补偿等一系列染色工艺参数检测和控制装置,大大提高了设备自动化水平,提高了染色一次成功率。③由于国外染整设备自动化水平比我们高,导致设备能耗、水耗及染化料消耗均比我们低的多。④由于国内印染及相关企业大都在做商品,而不是在做产品,染化料的质量比国外也有差距,也造成排污量大,污染环境的问题。⑤这几年虽然我国高等院校培养了不少的染整技术人才,但是由于多种原因,留在染整企业第一线工作的却寥寥无几,造成染整行业高技术人才匮乏。高新技术即使采用,也无人使用的问题越来越突出。印染企业缺乏即懂管理,又懂技术,即懂设备,又懂工艺的人才才是今后推广节能减排技术和设备的关键所在。

  节能降耗减排是中国国情的必然要求,已经成为我国的一项基本国策。印染行业的发展越来越多地面临资源、环境的约束,环保问题不彻底解决,印染企业生存和发展也就成了一句空话,印染行业的可持续发展也就无从谈起。染整企业及染整从业人员只有按照科学发展观和可持续发展的要求,提高质量意识、标准意识,提高自主创新能力,节约能源,降低消耗,保护环境,落实企业社会责任,节能减排的染整设备才得以使用,节能减排的工艺技术才得以推广,除此之外没有捷径可走。

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