筒子紗染色節能減排功效的優化設計初探

吳建中

摘要：本文針對如何提高筒子紗染色節能減排的功效進行分析和探究，從筒子紗的染色工藝參數、優化設備結構、染色同步，筒子紗絡筒密度和質量上的影響，對其中的主要染色工藝參數和設備結構提出了優化改革方案，實現了在保障筒子紗染色品質不變的條件下，既能提高生產效率、降低能耗，又能減少污水的排放的目的。

關鍵詞：筒子紗；染色；節能減排；優化設計

0.前言

筒子紗染色是高污染和高耗能的產業之一，所以節能減排必須作為未來發展的重要目標。通過優化染色工藝參數和設備結構，減少加工過程中產生的水、蒸氣、電和染料的消耗，降低污水的排放是一條可持續發展的途徑。

1.優化染色參數

1.1小浴比染色

（一）小浴比的概念

筒子紗染色浴比小于1：4稱為小浴比。小浴比的實現必須在一定的工藝和設備的條件下。筒子紗染色是以水作為染色介質，小浴比意味著染色過程中用更少的水，再結合特殊的筒子紗染色工藝，小浴比的確是實現節能減排最重要的方法；同時小浴比在染色工藝的升溫時間上、能耗和排污上都起到到了立竿見影的作用。

（二）小浴比的作用

小浴比染色的實現，必須充分了解水介質在整個染色工藝中起到的作用：首先，小浴比可以降低助劑用量，一般助劑都是按克/升計算，在活性染料染色過程中，也可以適當降低活性染料的用量，因為水解減少，同時浴比降低，染料的直接性也提高了，得色率、固色率也會相對提高；其次，小浴比快速染色還減少了蒸汽用量，因為水少了，升溫到同樣溫度，熱量也相應減少；再次，浴比小排污也少了，染色重現性也會提高。

（1）減少染料、助劑的使用

在相同數量的同種染料情況下，隨著染浴中水的重量的不同，染液的濃度是有較大差別，顏色深的染液浴比低，顏色淺的染液浴比高。如果保持染浴中燃料濃度相等的前提條件下，比如，1000KG缸染黑色，隨著浴比的不同，浴比大的所需染料就多，相反，如果小浴比，所需染料就少，這是必然存在的情況。在不同浴比的情況下，與染料的直接性存在必然直接的聯系，同時還與染料的結構特性有關。通過實驗得知，在低浴比的條件下，活性染料的直接性就會有所升高，就意味著上染率也會跟著升高。

在堿性環境的前提下，活性染料和織物纖維發生化學反應并形成固定的化學鍵。染料水解也在此堿性條件下。同時染浴PH值的控制也是由堿來完成，堿對浴比的提高有著直接的影響，染浴中堿的濃度比較高而活性染料直接性又比較低，這樣會產生非常多的染料被水解，想要染上色彩比較深的是非常不容易。實驗表明，在堿性濃度相同的條件下，小浴比將染料的直接性提高，同時還使堿的消耗量和水解程度都得到下降，因此，在節省染料的同時提高深色的上染。

（2）染液和紗線頻率交換

實驗表明，染液、紗線、溫度、浴比等因素的變化，對染色、固色所用時間都是有影響。其中主要影響因素是染液和紗線的頻率交換，二者是建立在相對運動上。一般來說染液與紗線互換次數的呈現，直接影響著染料的上料和固定色澤，因此，一次的交換頻率所用時間就是染色和固色的用時。由此可見，交換頻率高的比低的用時要短很多。根據染液與紗線互換次數，知道每個環節所用的時間，這就是小浴比的染色過程得以實現，并且節約設備能力。

1.2比流量的選取

相對于傳統的筒子染色機設計，染液流量循環和比流量選擇相對較大的、并不看重揚程的選擇，是直接影響紗線和染液的互換頻率原因。依據傳統互換頻率的選擇要求，一般情況下都會選擇流量多，且揚程低的混流泵。但實質上，傳統設備都會存在一定的弊病，如頂鎖和換向裝置等問題，都會產生大量泄漏的情況，從而造成染液在循環過程中會出現局部筒子被阻塞的情況，所以每次都要將總流量的30%-40%的流量填補被阻塞的流量，保證染液滲透紗層。筒子染色機改造結構提高染液循環的利用率，提高系統所需要的揚程，這樣可以減少管路循環空間，保證循環系統有效率的染液循環。

2.優化設備結構

2.1主結構設備

目前主結構設備常見以下四種優化設計：第一種是將直聯于換向裝置的換熱器和主循環泵設計成一個整體，減少主循環路和儲藏液，同時可以減少浴比，發揮良好的工藝性；第二種是采用小螺旋管的盤管式換熱器，將其設備安裝在主缸體下部封頭內心；第三種是管式筒體，是將各自的簡體通過并聯的方式，并連成不同容量的組合，促進節能減排，加快生產效率；第四種是染籠紗桿，用分布不等的量的同心圓，在容積相同的條件下，減少紗柱之間的重合，增加容紗量，減少浴比。這四種設計各有優缺點。

2.2輔助功能

目前輔助功能常見以下四種優化設計：一是高效換熱，高效換熱主要是采用外質管殼式換熱器，目的是為了提高換熱率。要換熱效率快速提高同時減少浪費蒸氣，可以把換熱器放置主循環管路中通過提高中低溫流體的速度實現。要獲得比較高的主循環染液在列管中的流速，就利用縮小換熱列管的通徑，加快傳熱強化；二是水洗受控，水洗效果是小浴比染色的技術關鍵，就是通過控制水，進行不間斷的沖洗，水洗過程受主要受到水流速度和水流溫度影響，通過兩者的變化的不同，采取組合控制，在短時間內達到最佳的水洗效果；三是壓力脫水，壓力脫水就是筒子紗經過壓縮空氣的數次擠壓，分離出所含的液體，脫水效果具有節能減排的效果；四是余熱回用，要有效地利用余熱，就需要利用相關的輔助裝置，例如：利用熱交換器的同步降溫作用，可以有效地降低保溫過后的水和廢液的余熱互換后用于染色過程中的水沖洗工序，減少了廢液降溫后排入污水處理池的降溫過程。

3.染色的同步

3.1染色過程中流量起到的作用

在同一染色過程中，固定的染液循環流量，會直接影響染色的最佳效果，在聚酯纖維玻璃溫度的條件下，分散的染料多數是染不上，染液的劇烈運動會發生凝聚現象，導致色彩淺在保溫和固色的時間段內沒有多余的染料上染，并且染液總是不變的循環流量在不停的浪費功率。同時，高支紗的過度滲透紗線表面會出現羽毛。另一方面，在染色過程中經軸紗、溶脹性比較大的纖維、收縮性大的長絲因為密度會發生變化，從而影響到染液循環流量，此過程假如出現在上染最快的階段，會導致上染不均勻的現象，所以同步控制染色是必要。

3.2同步染色的控制

同步染色控制是關于流量對染色過程的影響，可以按照溫度和密度都不相同的上染規律進行染色，相對控制染液的循環流量。要節能就必須在既能夠保證紗線上色的品質，在染料上染快和慢的時間內，對其進行增加或者減少染液的循環流量。在設備上，主循環泵的交流變頻控制循環染液流量實現的就是同步染色，在這個過程中最好有流量計進行記錄和檢測，并傳送給電腦，再由電腦進行控制。就目前狀況來看，高比轉數的離心泵是最好的選擇，可以提高紗層壓力穩定。

4.結語

筒子紗染色技術，在染色技術工藝參數上、設備結構性能起到重要作用。但是節能減排是一項比較全面而復雜的工作。我們只有不斷改進工藝設備降低耗能，并對污水進行二次利用。由此可見，水作為染色的重要介質，只有將設備結構性能和染色工藝過程完美結合，并將每個環節都進行優化，總結出更好地改善方案，實現節能減排的目標，首先制造商不要生產沒有節能減排功能的設備。其次，提高社會節能減排責任感，淘汰高污染、高耗能的設備，采用先進技術工藝。