筒子紗染色節(jié)能減排功效的優(yōu)化設(shè)計(jì)

劉江堅(jiān)

文章從提高節(jié)能減排功效的角度,分析了筒子紗染色工藝和設(shè)備性能的影響,對其部分主要工藝參數(shù)和設(shè)備結(jié)構(gòu)提出了優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,以實(shí)現(xiàn)在保證紗線染色品質(zhì)的基礎(chǔ)上,提高生產(chǎn)效率、降低能耗和減少污水排放的目的。

The article analyzed the effect of package dyeing process and machinery performance from the viewpoint of energy saving and discharge reduction, put forward the optimized design scheme about some main technological parameters and machine structure, in order to improve the production efficiency, save energy and reduce wastewater on the basis of ensuring the quality of package dyeing.

筒子紗染色與其它高能耗、高污染行業(yè)一樣,也將節(jié)能減排作為未來發(fā)展的主要目標(biāo)。通過染色工藝的改進(jìn)、染色設(shè)備結(jié)構(gòu)性能的提高和設(shè)計(jì)優(yōu)化,降低加工過程中的水、蒸汽、電、染化料消耗,減少污水排放,是一條實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的有效途徑。經(jīng)過長期的實(shí)踐應(yīng)用,人們掌握了一些對染色性能有較大影響的參數(shù),并對其采取相應(yīng)的控制方式,既可滿足染色的質(zhì)量要求,又能在一定程度上達(dá)到節(jié)能減排的效果。例如,小浴比條件下的染色,不僅能夠節(jié)省水和蒸汽、減少排放,而且還可提高活性染料的直接性,減少對鹽類的依存性,降低鹽類的消耗和污水助劑的含量。因此,小浴比是筒子紗染色節(jié)能減排的一個(gè)主要特征。

比流量是影響筒子紗染色質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù),過去一直認(rèn)為取得越大越有利于勻染,但近年來的實(shí)際應(yīng)用表明并非如此。過大的比流量,需要消耗很大的主循環(huán)泵功率,并且會使紗線產(chǎn)生毛羽,甚至將筒子紗沖垮塌,造成染液循環(huán)短路。實(shí)際上,過去提高比流量,很大程度上是為了彌補(bǔ)由于泄漏而造成的染液有效循環(huán)量不足。而現(xiàn)在,人們通過對筒子紗的裝載接口密封性能的提高,減少了染液的泄露量,只要提供筒子紗染色實(shí)際所需的比流量,就完全可以保證染色質(zhì)量。如果采用變頻技術(shù)控制染液有效循環(huán)流量,實(shí)現(xiàn)同步染色,那么將更有利于節(jié)能。

除此之外,采取染液強(qiáng)制對流加熱方式,可提高換熱效率,減少蒸汽的消耗量。將傳統(tǒng)的重力排放改為壓力排放,減少紗線的帶液量,可為水洗和脫水減少能耗。利用間接降溫余熱水進(jìn)行同步水洗,既省水又省蒸汽。這些功能的出現(xiàn),對染色加工的節(jié)能減排起到了不同程度的作用。

筒子紗染色實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的過程,與染色工藝和染色設(shè)備結(jié)構(gòu)性能是分不開的。筒子紗染色在過去十幾年的發(fā)展過程中有了很大技術(shù)進(jìn)步,設(shè)備與染色工藝的密切結(jié)合,除了對部分影響染色工藝的參數(shù),進(jìn)行了深入研究并找出規(guī)律,提出新的要求和控制方法外,還涉及到與節(jié)能減排相關(guān)的其它影響因素。制造商通過染色設(shè)備結(jié)構(gòu)和控制的優(yōu)化設(shè)計(jì),在染色應(yīng)用中已經(jīng)獲得了一定成效,但還不能說達(dá)到了最佳效果,有些功效仍有待于進(jìn)一步探索和改進(jìn)。因此,本文僅就一些最基本的、已經(jīng)得到應(yīng)用或者可能實(shí)現(xiàn)的功效作一簡述。

1 染色工藝參數(shù)優(yōu)化

在筒子紗染色技術(shù)的發(fā)展過程中,染色工藝參數(shù)和設(shè)備結(jié)構(gòu)性能的改進(jìn)始終起著重要作用。在能夠滿足紗線染色質(zhì)量的基礎(chǔ)上,不斷對染色工藝參數(shù)和設(shè)備結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行優(yōu)化,很大程度上提高了節(jié)能減排的功效,其中有 2 個(gè)最重要的參數(shù),即浴比和比流量,是染色工作者多年來一直研究的對象。

1.1小浴比染色

傳統(tǒng)的小浴比概念是:筒子紗染色浴比小于 1∶4 時(shí)就稱為小浴比,它必須在一定的工藝和設(shè)備條件下才能夠?qū)崿F(xiàn)。在以水作為染色介質(zhì)的筒子紗染色工藝中,采用小浴比是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排最直接也是最有效的手段,它不僅是在染色工藝的時(shí)間(最明顯是升溫時(shí)間)上,還是在能耗(水、蒸汽、染化料等)和排污上,都大為縮短和降低。因此,筒子紗實(shí)現(xiàn)小浴比染色具有十分重要的意義。

1.1.1小浴比的作用

實(shí)現(xiàn)小浴比染色,必須了解它對整個(gè)染色工藝產(chǎn)生的作用和影響,并采取相應(yīng)的措施來保證。從實(shí)際應(yīng)用來看,染料和助劑、染液與紗線的交換頻率是產(chǎn)生最明顯效果的部分。

(1)染料和助劑減少

等量的同種染料在不同浴比染浴中的濃度是不一樣的。浴比高的顏色淺一些,浴比低的顏色要深一些。如果是濃度相等的不同浴比,那么,浴比高的染浴所含染料要多一些,而浴比低的染浴所含染料則要少一些,這是客觀存在的事實(shí)。這里除了與染料的結(jié)構(gòu)特性有關(guān)外,主要是與染料在不同浴比條件下所表現(xiàn)出的直接性有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明,活性染料在低浴比條件下,直接性就會提高,也就是上染率會提高。而活性染料的直接性提高,就意味著對促染劑(如鹽)依存性的降低,這不僅有利于提升活性染料的上染率,同時(shí)還減少了鹽對環(huán)境所造成的污染。

許多染料需在一定的堿性條件下與織物纖維發(fā)生反應(yīng),如活性染料在堿性條件下與織物纖維形成化學(xué)鍵而固著,還原染料在堿性浴中進(jìn)行還原。堿將染浴的pH值控制在一定的范圍內(nèi),高浴比要消耗大量的堿,而像活性染料類的直接性又低,在堿性濃度較高的染浴中,會產(chǎn)生大量的染料水解,染深色困難。相比之下,小浴比提高了染料的直接性,在相同堿性濃度下所消耗的堿量也小,染料的水解程度下降,有利于染深色,節(jié)省染料。

(2)染液與紗線的交換頻率

通常染色工藝都是以時(shí)間來控制染色過程的每個(gè)工序,在一定染色工藝條件下所需的時(shí)間,實(shí)際上是完成染料上染和固色過程所需的時(shí)間。實(shí)踐表明,溫度、浴比、染液和紗線的相對運(yùn)動,對完成上染和固色過程所需的時(shí)間是有影響的,其中影響最大的是染液與紗線的交換頻率,而它又體現(xiàn)在二者的相對運(yùn)動程度上。如果說染料上染和固色過程需要一定的染液和紗線的交換次數(shù)來實(shí)現(xiàn),那么,完成一定交換次數(shù)所需的時(shí)間就反映出了染色時(shí)間的長短。

由此可見,要完成一定的染液和紗線的交換次數(shù),交換頻率高的比交換頻率低的所需的時(shí)間肯定要短。因此,小浴比染色過程應(yīng)通過染液與紗線交換次數(shù)來確定每個(gè)過程所需的時(shí)間,而不應(yīng)套用大浴比的過程時(shí)間,否則,超出的時(shí)間里,只能做無用的運(yùn)行,不僅紗線的表面容易產(chǎn)生毛羽,而且造成設(shè)備能力的浪費(fèi)。

1.1.2染液單向循環(huán)

筒子紗為了保證紗層內(nèi)中外的染料上染和固色達(dá)到均勻一致,染液循環(huán)通常都是采用內(nèi)向外和外向內(nèi)交替進(jìn)行。染液雙向循環(huán)要求主缸內(nèi)的所有筒子紗必須被浸在染液之中,如果沒有設(shè)備結(jié)構(gòu)上的措施可以減少染液循環(huán)系統(tǒng)中的儲液量,那么浴比至少要在 1∶8 以上才能滿足染液雙向循環(huán)的要求,否則,主缸內(nèi)頂層筒子紗就會露出液面。染液單向循環(huán)只有內(nèi)向外,而沒有外向內(nèi)的循環(huán),因此,可以將筒子紗露出染液,這就意味著浴比可以大為降低。

采用染液單向循環(huán)時(shí),必須保證筒子紗之間、頂鎖等接口的密封性,同時(shí),對染色工藝、筒子紗的密度、比流量以及主循環(huán)泵特性等方面都有一定要求。在設(shè)備結(jié)構(gòu)上,采用高效離心泵可以提供穩(wěn)定的比流量,每根筒子紗柱上加一個(gè)外套管,染液內(nèi)向外穿過紗層后在筒子紗外部形成一定的靜壓腔,有利于外層紗的勻染性。染色工藝上,要注意溫度和加料的控制。有了染色工藝和設(shè)備結(jié)構(gòu)性能的保障,完全可以進(jìn)行染液單向循環(huán)染色。

1.2比流量的分析與選擇

在筒子紗染色技術(shù)中,涉及到一個(gè)非常重要的技術(shù)參數(shù) — 比流量。它的基本概念是:每千克紗線在單位時(shí)間內(nèi)所穿過的染液量,其單位是L/(kg?min)。完成染色工藝過程的目的就是在設(shè)定的時(shí)間內(nèi),讓染料在紗線纖維上達(dá)到均勻的上染并固著在紗線纖維上。按照間歇式染色原理,被染物(這里指紗線)與染料必須在一定的接觸次數(shù)中,才能完成上染的 3 個(gè)基本過程:吸附、擴(kuò)散和固著。在這個(gè)過程中,除了以溫度來控制上染速率的快慢外,主要是通過染液的循環(huán),保證整個(gè)被染物(紗線)的溫度均勻性和與染料接觸均勻性等。

因此,比流量在筒子紗染色中起著非常重要的作用,設(shè)備主泵流量選取的主要依據(jù)就是比流量。傳統(tǒng)的觀念認(rèn)為,選擇較大的比流量可以提高染液(確切地講是染料)與紗線的交換次數(shù),有利于紗線的勻染性。同時(shí)還認(rèn)為,單個(gè)筒子紗的內(nèi)、中、外色差,或者層與層之間的色差與比流量過小有關(guān)系。實(shí)踐證明,過去主要考慮的是理想中紗線與染液的交換頻率,也就是染液的循環(huán)頻率(因?yàn)榧喚€是靜止的),而忽略了染液循環(huán)流量受循環(huán)系統(tǒng)(包括紗線的穿透)阻力的影響而發(fā)生的變化。正是由于這種變化影響的存在,使得實(shí)際上的染液循環(huán)流量并不是當(dāng)初設(shè)置的數(shù)值,而是減去泄漏(占的比例較大)和克服阻力損失后所剩余的那部分流量。如果在這種流量條件下能夠?qū)⒓喚€染好,那么,假設(shè)將泄漏(通過結(jié)構(gòu)的改進(jìn))降低到最低限度,并適當(dāng)提高主泵揚(yáng)程來克服阻力損失,是否可以降低當(dāng)初設(shè)置的比流量呢?下面對此進(jìn)行討論。

1.2.1實(shí)際染液循環(huán)

在染液實(shí)際循環(huán)系統(tǒng)中,由于設(shè)備結(jié)構(gòu)的影響,染液循環(huán)時(shí)不可避免地產(chǎn)生沿程和局部阻力損失,而克服這些損失必須消耗一定能量。同時(shí),系統(tǒng)中還存在一個(gè)非常大的阻力損失,那就是穿透筒子紗層的阻力損失。這些阻力損失統(tǒng)稱為壓力降損失,都是由對流體(即染液)產(chǎn)生強(qiáng)制循環(huán)的動力源 — 主循環(huán)泵的揚(yáng)程來提供的。由流體力學(xué)原理得知:系統(tǒng)中壓力降與流體流速的平方成正比,也就是與流量的平方成正比(流量=過流面積×流速)。如果實(shí)際中能夠?qū)崿F(xiàn)較大的比流量,單從染色這方面來考慮,對勻染性是有利的,但對密度較大的紗層(如經(jīng)軸紗的密度一般在 0.40 ～ 0.45 g/cm3),或者吸水后具有較大溶脹的紗線(如粘膠纖維),則會因?yàn)樽枇υ龃蠖a(chǎn)生很大壓力降。這種壓力降必然會使主循泵特性曲線的工作點(diǎn)向較高揚(yáng)程方向移動,流量也隨之下降,也就是說實(shí)際產(chǎn)生的流量已經(jīng)發(fā)生變化,并不是原設(shè)定的流量了,而且主泵有可能沒有工作在特性曲線上的經(jīng)濟(jì)效率范圍內(nèi)(通常認(rèn)為主泵在不低于最高效率的 7% 范圍內(nèi)工作是經(jīng)濟(jì)的)。出現(xiàn)這種情況時(shí),紗線中的染液循環(huán)流量下降,整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)壓力增高,相當(dāng)一部分染液可能從密封較差的接口泄漏,造成染液短路。因此,實(shí)際染液的循環(huán)是受到整個(gè)系統(tǒng)影響的。

1.2.2比流量的選擇

傳統(tǒng)筒子染色機(jī)的設(shè)計(jì)中普遍認(rèn)為:紗線與染液的交換頻率,主要取決于染液的循環(huán)流量,因此比流量的選取都比較大,而對揚(yáng)程的選取并不看得那么重要。按照這個(gè)要求,一般都是選擇混流泵,其特點(diǎn)就是大流量,低揚(yáng)程。事實(shí)上,由于過去的設(shè)備結(jié)構(gòu)上存在較大的缺陷,如頂鎖、換向裝置等容易產(chǎn)生很大的泄漏,造成染液循環(huán)短路,而為了保證一定的染液量必須穿過紗層,所以不得不將總流量的30% ～ 40% 用于補(bǔ)充這部分泄漏。從這一點(diǎn)可以說明,傳統(tǒng)的比流量僅僅是一個(gè)名義值,并沒有反映出紗線染色實(shí)際需要的比流量。

筒子染色機(jī)可以通過結(jié)構(gòu)的改進(jìn),提高循環(huán)染液的利用率,省去曾經(jīng)作為補(bǔ)償泄漏的那部分流量,適當(dāng)提高系統(tǒng)總體所需的揚(yáng)程。這樣不僅可以滿足紗線密度或者容量增加而產(chǎn)生紗層阻力所需的能耗,而且還可以減少管路循環(huán)系統(tǒng)空間,提高主循環(huán)泵的使用效率。實(shí)踐證明,在保證循環(huán)系統(tǒng)有效染液循環(huán)率 90% 以上筒子染色機(jī)的比流量,可以選擇 20 L/(kg?min)(傳統(tǒng)設(shè)計(jì)至少在 35 L/(kg?min)以上)。由于按此比流量所選取主泵的比轉(zhuǎn)數(shù)小于 300,屬于高比轉(zhuǎn)數(shù)的離心泵,因此可以減小主泵進(jìn)、出口管徑,減少管路中的儲水量,降低染液浴比。

1.2.3低比流量的功效

通過上述分析可以看出,采用低比流量,只要染色機(jī)的結(jié)構(gòu)性能能夠得到保證,不僅可以滿足染色質(zhì)量要求,而且還可帶來節(jié)能減排的功效。具體有如下幾方面。

(1)主泵工作效率。選擇低比流量和較高揚(yáng)程后,可以將過去采用的混流泵改為高比轉(zhuǎn)數(shù)(ns = 200 ～ 300)離心泵,隨之而來的特性曲線也發(fā)生了變化。根據(jù)葉片離心泵設(shè)計(jì)理論,在流量 – 功率特性曲線上,離心泵的功率變化隨流量變化比混流泵快。由于現(xiàn)在筒子染色機(jī)主循環(huán)泵電機(jī)都采用了交流變頻技術(shù),在保證主泵效率不變的條件下,可通過轉(zhuǎn)速變化給出不同的流量和揚(yáng)程,所以基于離心泵的流量 – 功率變化特點(diǎn),能夠在不同流量下減少功率消耗。

離心泵與混流泵相比,其流量 – 效率特性曲線也比較平緩,在流量變化的范圍內(nèi),偏離最高效率點(diǎn)的范圍也不會太大。這對筒子紗在裝載變化或者對遇水容易發(fā)生溶脹的纖維(如粘膠纖維)來說,流量在變化過程中,始終具有較高的工作效率。

(2)主循環(huán)系統(tǒng)容積。采用低比流量,主泵在相同總功率條件下,相對提高揚(yáng)程可以增大克服紗層穿透阻力的能力。這樣不僅能夠充分保證被染物獲得均等的上染機(jī)率,還可以減少循環(huán)管路系統(tǒng)的容積,因?yàn)橄嗤β实碾x心泵進(jìn)出口管徑一般比混流泵小。如果再通過結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì),又可達(dá)到進(jìn)一步降低浴比的目的。

(3)筒子紗的勻染性。采用低比流量、高揚(yáng)程后,密度較大的單個(gè)筒子紗(有經(jīng)驗(yàn)表明,純棉單個(gè)筒子密度可達(dá)0.45 g/cm3),由于染液主要從紗線纖維之間穿過,而不是從紗線之間穿過,所以可獲得較好的勻染性和透染性。主泵的揚(yáng)程相對提高,還可將紗桿的染液過流口面積相對減少,增加筒子紗層(在實(shí)際應(yīng)用中最高可達(dá) 17 層紗),并能使上下層筒子紗獲得均等流量。這對于大容量筒子紗染色來說,能夠更好地保證上下層筒子紗的勻染性。因此,低比流量提高了筒子紗的染色質(zhì)量,減少了因染色質(zhì)量問題而返修所造成的能源和時(shí)間浪費(fèi)。

2設(shè)備結(jié)構(gòu)優(yōu)化

筒子染色設(shè)備的結(jié)構(gòu)性能,是染色工藝的根本保證。小浴比在滿足染色工藝的條件下,主要是對染液循環(huán)系統(tǒng)空間盡可能縮小來降低浴比,近年來這方面也有了較大進(jìn)步,主要體現(xiàn)在設(shè)備主結(jié)構(gòu)和輔助功能的優(yōu)化設(shè)計(jì)方面。

2.1設(shè)備主結(jié)構(gòu)

筒子染色機(jī)主結(jié)構(gòu)對整機(jī)性能起到至關(guān)重要的作用,長期以來,人們始終致力于染色質(zhì)量和節(jié)能減排性能方面的改進(jìn)和技術(shù)發(fā)展,并取得了一定成效。歸納起來有以下幾種設(shè)備主結(jié)構(gòu)形式。

(1)將換熱器與主循環(huán)泵設(shè)計(jì)為一體并直聯(lián)于換向裝置,省去了相當(dāng)一部分主循環(huán)管路,減少染液的儲存量。這樣即使不采用染液單向循環(huán)也可以降低浴比,并且具有較好的工藝操作性。目前,已經(jīng)有越來越多的筒子染色機(jī)采用這種形式。

(2)對于容量不大(500 kg以下)筒子染色機(jī),采用小螺旋管的盤管式換熱器,并設(shè)置在主缸體下部封頭內(nèi)。小螺旋管具有強(qiáng)化傳熱的效果,并且占用空間不大。主循環(huán)泵為多級軸流泵(增加揚(yáng)程),可正反轉(zhuǎn)進(jìn)行換向。不需要換向器,省去了所有的主循環(huán)管路。

(3)采用(臥式)管式筒體,每根筒子紗柱都有各自的管式筒體,通過一定的方式并聯(lián)起來,形成不同容量的并聯(lián)組合。這種形式的主循環(huán)系統(tǒng)容積大概是目前筒子染色機(jī)中最小的,因此浴比很小(據(jù)介紹最低浴比可達(dá) 1∶3)。這種形式的染色機(jī)需要配置一些自動裝卸的輔助設(shè)備,否則,裝卸的勞動強(qiáng)度大。這樣一來,設(shè)備的總體投入成本提高,但從節(jié)能減排、提高生產(chǎn)效率(可采用自動裝卸紗)方面來講,是值得推廣應(yīng)用的。

(4)染籠紗桿采用非等同心圓分布,可在容積相等的條件下增加容紗量,減少筒子紗柱之間的空間,降低浴比。這實(shí)際上是染籠紗桿的優(yōu)化排列。

2.2輔助功能

以上是對筒子紗染色的工藝或者設(shè)備結(jié)構(gòu)性能的參數(shù)(浴比和比流量)提出的優(yōu)化設(shè)計(jì),在節(jié)能減排方面能夠起到非常重要的作用,許多技術(shù)性能先進(jìn)的設(shè)備已經(jīng)得到了應(yīng)用,并且也產(chǎn)生了明顯效果。然而,一些輔助功能對節(jié)能減排產(chǎn)生的作用和影響,往往被人們所忽視。實(shí)際上,這一部分仍然可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)和功能上的優(yōu)化設(shè)計(jì),達(dá)到節(jié)能減排的功效。

2.2.1高效換熱

目前比較先進(jìn)的筒子染色機(jī)都是采用外置管殼式換熱器,其主要目的是為了提高換熱效率。從傳熱學(xué)來講,高溫流體(如蒸汽)走殼程,而低溫流體(被加熱的染液)走管程,并且將換熱器設(shè)置在主循環(huán)管路中,加快管程中低溫流體的流速,非常有利于換熱效率的提高和減少蒸汽的浪費(fèi)。當(dāng)然,這種結(jié)構(gòu)形式會提高設(shè)備的制造成本,使用者一次性設(shè)備成本投入可能較高,但能夠獲得長久經(jīng)濟(jì)效益。

小浴比筒子染色機(jī)所采用的管殼式換熱器,還可考慮縮小換熱列管的通徑,以獲得較高的主循環(huán)染液在列管中的流速,這樣做將有利于傳熱的強(qiáng)化,提高換熱效率;甚至有可能將殼程外表面(與大氣接觸散熱)再增加一夾層,利用這部分換熱面積來加熱染液,減少熱量的損失。

2.2.2水洗受控

水洗效果是小浴比染色的關(guān)鍵技術(shù),水洗是否充分關(guān)系到色牢度的好壞。傳統(tǒng)的溢流水洗方式是通過溢流稀釋殘留染液來達(dá)到要求的,往往耗水量非常大。小浴比如果采用傳統(tǒng)的稀釋水洗,不但耗水量更大,而且水洗的效果也很差,失去了小浴比節(jié)水的意義。因此,小浴比的水洗應(yīng)采用連續(xù)式水洗,將水洗過程分階段,分別以水流速度、溫度變化的不同組合進(jìn)行控制,以最少的耗水和最短的時(shí)間達(dá)到最佳的水洗效果,實(shí)際上是對水洗進(jìn)行受控。

2.2.3壓力脫水

壓力脫水是利用壓縮空氣多次擠壓(或稱為壓榨)筒子紗,將所含帶的液體分離出去,具有節(jié)能減排的效果。首先,在染色完畢并排放主體廢液后,紗線中還含帶或吸附大量殘余染液,要通過后續(xù)的水洗進(jìn)行去除。通常是采用溢流式水洗,大量的殘余染液濃度比較高,需要多次進(jìn)行稀釋,耗水耗時(shí)間。其次,水洗完畢排液后出紗,吸附大量水的紗線增加了脫水的能耗。然而,如果在這些后續(xù)工序之前增加一道壓力脫水過程,那么可以排除大量殘余染液或水,提高了水洗效果(增加水洗梯度),降低消耗。目前,比較先進(jìn)的筒子染色機(jī)配置了這項(xiàng)功能,但因密封的原因還沒有達(dá)到最佳效果。

2.2.4余熱回用

染色的加熱過程中,提高換熱效率,減少熱能消耗,是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的一項(xiàng)有效措施,在設(shè)備結(jié)構(gòu)性能和工藝過程中已經(jīng)得到了一定程度的體現(xiàn)。那么,在染色過程中某個(gè)程序(如染色程序結(jié)束)完成之后,既要排放廢液又要加入熱水來進(jìn)行水洗,是怎樣進(jìn)行的呢?若按傳統(tǒng)的做法是:先排放廢液(熱量被浪費(fèi)),然后再需要熱量來加熱冷水,其結(jié)果造成了很大的熱能浪費(fèi)。

如何充分利用廢液(包括間接換熱的冷凝水)中的余熱,已經(jīng)引起了設(shè)備制造商和使用者的高度重視。只要通過設(shè)備的輔助裝置,余熱可以有效地加以利用。例如,熱交換器的同步降溫,就是將保溫后的降溫冷水與廢液的余熱交換后用于水洗,而降溫后廢液還省去了排入污水處理池之前的降溫處理過程。可謂一舉兩得。

3同步染色

同步染色的概念是:根據(jù)染料在被染物上的上染和固色規(guī)律,以及溫度、流量、浴比和助劑產(chǎn)生的影響,給予一個(gè)合理的染液循環(huán)流量,以最少的能耗達(dá)到染色質(zhì)量要求。顯然,采用同步染色能夠有效地利用能源。通過分析染色過程的流量變化規(guī)律,可以設(shè)置同步染色的控制功能。

3.1染色過程的流量作用

固定的染液循環(huán)流量在同一染色過程中,并非總是能夠發(fā)揮最佳效果。分散染料在聚酯纖維的玻璃溫度以下幾乎不上染,劇烈運(yùn)動的染液會使它產(chǎn)生凝聚,染淺色的保溫固色階段幾乎沒有再多的染料上染,都說明始終不變的染液循環(huán)流量只會消耗更多的功率,并且頻繁穿過紗線表面會產(chǎn)生毛羽。此外,經(jīng)軸紗以及在水中溶脹性較大的纖維或收縮性大的長絲,由于紗線密度在染色過程中發(fā)生的變化會對影響到染液循環(huán)流量,如果是發(fā)生在上染最快的時(shí)間段里,就有可能造成動力邊界層內(nèi)染料供應(yīng)不足而出現(xiàn)上染不均勻。由此可見,染液循環(huán)流量作用的效果,對保證紗線質(zhì)量,減少無效染液循環(huán)起著很重要的作用,必須通過同步染色來控制。

3.2同步染色的控制

對于流量的作用和影響,可根據(jù)染料在不同溫度或者不同密度上染的規(guī)律,給予相應(yīng)的染液循環(huán)流量控制,在染料上染快和慢的時(shí)間內(nèi)增減染液循環(huán)流量,就能夠有效地保證紗線染色質(zhì)量,同時(shí)又可節(jié)能。同步染色在設(shè)備上主要是通過主循環(huán)泵的交流變頻控制循環(huán)染液流量來實(shí)現(xiàn)的,循環(huán)染液流量最好是采用流量計(jì)檢測并可反饋信號給電腦,再由PLC實(shí)時(shí)控制主循環(huán)泵轉(zhuǎn)速。不過,目前大部分還是由時(shí)間或者壓差的變化量檢測,效果肯定有差異,其原因可能是成本價(jià)格。主循環(huán)泵應(yīng)充分考慮其特性曲線,從目前的使用效果來看,選擇高比轉(zhuǎn)數(shù)的離心泵比較適合,特性曲線平緩,有利于紗層壓力的穩(wěn)定性。

4筒子紗絡(luò)筒密度和重量

筒子紗的松式絡(luò)筒密度和重量對染色質(zhì)量有很大影響,是保證筒子紗染色質(zhì)量的前提。過去的筒子染色機(jī)由于技術(shù)水平和結(jié)構(gòu)性能的限制,設(shè)計(jì)者沒有真正了解和掌握循環(huán)染液在筒子紗中流動規(guī)律,普遍認(rèn)為:筒子紗的松式絡(luò)筒密度不宜過大,否則會影響染液的穿透力,造成單個(gè)筒子紗內(nèi)中外色差。而現(xiàn)在的應(yīng)用表明,在低比流量條件下,由于有較高的染液循環(huán)系統(tǒng)壓力(前面講到的主泵揚(yáng)程),并且染液泄漏很少,染液完全可以穿透密度較大的紗層。筒子紗絡(luò)筒密度的提高,染液是從紗線的纖維之間穿過,并且紗線各點(diǎn)與染液可獲得均等的接觸(尤其是圓柱形兩端最外圈部分),為整體筒子紗纖維提供了均勻上染的條件。因此,只要有設(shè)備性能的保證,純棉筒子紗密度在 0.40 g/cm3以上可得到更好的勻染性。

在筒子紗染色中,單個(gè)筒子紗的紗層厚度通常不大于 50 mm(主要是考慮到染液的穿透能力),絡(luò)筒密度也是有限制的,所以單個(gè)重量在1 kg左右。一般容量大的筒子染色機(jī),筒子紗的數(shù)量也多,形成了很多筒管之間的接口,不僅增加了泄漏口,而且裝卸紗的勞動強(qiáng)度高。如果是長絲類的筒子紗,單個(gè)重量為 1.2 kg,那么紗線接頭增多,會給下游工序帶來了一定的工作量。為此,現(xiàn)在已有向大筒子紗染色發(fā)展的趨勢(單個(gè)重量達(dá)到 2 ～ 5 kg),通過增加長度(紗層厚度基本不變)來加大重量,減少泄漏口和紗線接頭。這樣有利于降低比流量和提高生產(chǎn)效率。當(dāng)然,這對松式絡(luò)筒機(jī)和染色機(jī)的性能有更高的要求。

5結(jié)語

上述筒子紗染色節(jié)能減排的一些功效,僅僅是從優(yōu)化設(shè)計(jì)方面來考慮的。節(jié)能減排是一項(xiàng)涉及面較廣而復(fù)雜的工作,尤其是有水染色過程,不斷將取用的新鮮水(有限的資源)變成被污染的水,就注定了是個(gè)污染工藝。面對這種狀況,只能一方面尋找其他加工途徑(如超臨界CO2染色),另一方面必須對目前的設(shè)備和工藝進(jìn)行不斷改進(jìn),求得能耗和污染的降低,并且對廢水處理后的二次回用。

由此可見,筒子紗染色在沒有徹底擺脫以水作為染色介質(zhì)的工藝階段,設(shè)備結(jié)構(gòu)性能和染色工藝過程起著較大作用,只有將二者密切地結(jié)合起來,對每一個(gè)功能或者過程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),找出具有節(jié)能減排的功效,才能夠達(dá)到節(jié)能減排的最終目的。為此,一方面設(shè)備制造商要不斷設(shè)計(jì)出具有節(jié)能減排功效的機(jī)器,另一方面需要使用者具有高度的節(jié)能減排意識和強(qiáng)烈的社會責(zé)任感,盡快淘汰那些能耗高污染大的工藝設(shè)備,積極采用先進(jìn)的工藝技術(shù)裝備。

參考文獻(xiàn)(略)