超临界流体喷染装置.pdf

本发明涉及纺织品染色设备领域，尤其是涉及超临界流体喷染装置。由喷嘴组、用后流体回收器、缠绕辊、张紧件构成；主动和从动缠绕辊，分别安装在该装置内由染色工艺流程确定的运行轨迹的两端，缠绕、支撑、驱动被染物；在染色工艺流程运行轨迹的两侧，按照染色工艺顺序分别对应安装喷嘴组和用后流体回收器；并分别与超临界流体产生、染料溶解、超临界流体媒质回收分离和储存机构相连接。在各喷嘴组的间隔位置安装导辊或利用各喷嘴组的喷孔口表面支撑张紧被染物；喷嘴组由萃取喷嘴组、染色喷嘴组、清洗喷嘴组构成。本发明结构简单，操作方便安全、投资低廉，能实现超临界流体常压环境染色，流程合理先进、匀染性和连续性好，染色质量和生产效率高。

1.  超临界流体喷染装置，是由超临界流体产生、染料溶解、超临界流体媒质回收分离和储存机构组成，其特征是由喷嘴组、用后流体回收器、缠绕辊、张紧件构成；缠绕辊分主动缠绕辊和从动缠绕辊，分别安装在该装置内由被染物在实施染色工艺流程中形成的运行轨迹的两端，缠绕、支撑、驱动被染物；在染色工艺流程运行轨迹的两侧，按照染色工艺流程顺序分别对应安装喷嘴组和用后流体回收器；在各喷嘴组的间隔位置安装张紧件，张紧被染物使其沿染色工艺流程轨迹运动；张紧件为导辊或者用各喷嘴组的喷孔口的光滑表面替代；喷嘴组由三组及以上构成，按染色工艺的先后顺序排列，第一喷嘴组为萃取喷嘴组；中间喷嘴组为一组及以上的染色喷嘴组，染色喷嘴组的组数可根据被染物需要上染颜色种类而定，最后一组为清洗喷嘴组；
喷嘴由喷嘴体、喷孔和流体输入口构成；每个喷嘴组由一列一行及以上的喷嘴构成，喷嘴组的横向宽度取决于被染物的宽度，喷嘴组横向宽度内喷嘴的排列数即喷嘴列数、喷嘴组纵向宽度喷嘴的排列数即喷嘴行数由被染物和染料的特性以及染色的工艺条件决定；
萃取喷嘴组和清洗喷嘴组的流体输入口与纯净超临界流体源相连接，染色喷嘴组的流体输入口与含染料超临界流体源相连接；用后流体回收器由正压腔和负压腔构成，正压腔通过用后流体回流管与超临界流体媒质分离回收子系统连通，负压腔通过负压管与真空分离子系统相连接。

2.  根据权利要求1所述的超临界流体喷染装置，其特征为所述的喷嘴组的结构有两种：一种是由独立喷嘴组合构成，另一种是由集成喷嘴构成；独立喷嘴构成的喷嘴组，是在每个独立喷嘴体上加工1个喷孔和流体输入口，按照被染物和染料的特性以及染色工艺条件确定的喷嘴数，将独立的喷嘴组合成喷嘴组；集成喷嘴构成的喷嘴组，是在一个完整的喷嘴体上加工喷孔和流体输入口，按照被染物和染料的特性以及染色工艺条件确定喷嘴的喷孔和流体输入口的加工数量构成的喷嘴组。

超临界流体喷染装置
一、技术领域
本发明涉及纺织品染色设备领域，尤其是涉及超临界流体喷染装置。
二、背景技术
传统染色设备的加工工艺存在耗水多、耗能高、工序长、污水处理难和费用高等严重的问题。超临界流体染色，特别是超临界二氧化碳染色，它利用超临界流体代替水作为染料的载体进行染色，实现了无水染色，从而从根本上解决了染色工业水污染的难题。超临界流体染色技术具有超临界流体循环利用、无污染排放，被染物无需烘干、纤维受损小、操作简便快捷、染色效率高和能耗低等优点，有着良好的开发应用前景。
目前，国内外超临界流体染色装置都属于浸染装置，即将纱或布被染物静止或动态地置入高压染色器中，然后通入载有染料的超临界流体进行染色。这些装置从结构上虽然可以通过各种措施来提高生产效率和被染物的染色效果，但由于超临界流体操作属于高压操作，必须使用高压设备，同时这些装置对于染色器的密封性要求很高，还要求有很好的快开或换向结构，增加了装置结构的复杂性和投资成本，严重制约了这项新技术的推广应用。利用浸染装置所染的材料匀染性较差。
三、发明内容
本发明的目的是克服现有超临界流体染色装置存在的缺陷，将超临界流体技术的优点与喷染技术优点的有机整合，提供一种流程便捷、结构简单、匀染性好、可连续生产的，能实现超临界流体常压环境染色的超临界流体喷染装置。
本发明的基本构思是在已有的超临界流体产生、染料溶解、超临界流体媒质回收分离和储存技术基础上构思设计的，是由喷嘴组、用后流体回收器、缠绕辊、张紧件构成；缠绕辊分主动缠绕辊和从动缠绕辊，分别安装在该装置内由被染物在实施染色工艺流程中形成的运行轨迹的两端，缠绕、支撑、驱动被染物；在染色工艺流程运行轨迹的两侧，按照染色工艺流程顺序分别对应安装喷嘴组和用后流体回收器；在各喷嘴组的间隔位置安装张紧件，张紧被染物使其沿染色工艺流程轨迹运动；张紧件为导辊或者用各喷嘴组的喷孔口的光滑表面替代；喷嘴组由三组及以上构成，按染色工艺的先后顺序排列，第一喷嘴组为萃取喷嘴组；中间喷嘴组为一组及以上的染色喷嘴组，染色喷嘴组的组数可根据被染物需要上染颜色种类而定，最后一组为清洗喷嘴组。
喷嘴由喷嘴体、喷孔和流体输入口构成；每个喷嘴组由一列一行及以上的喷嘴构成，喷嘴组的横向宽度取决于被染物的宽度，喷嘴组横向宽度内喷嘴的排列数即喷嘴列数、喷嘴组纵向宽度喷嘴的排列数即喷嘴行数由被染物和染料的特性以及染色的工艺条件决定。
萃取喷嘴组和清洗喷嘴组的流体输入口与纯净超临界流体源相连接，染色喷嘴组的流体输入口与含染料超临界流体源相连接；用后流体回收器由正压腔和负压腔构成，正压腔通过用后流体回流管与超临界流体媒质分离回收子系统连通，负压腔通过负压管与真空分离子系统相连接。
喷嘴组的结构有两种：一种是由独立喷嘴组合构成，另一种是由集成喷嘴构成，供设计喷染装置时选用；独立喷嘴构成的喷嘴组，是在每个独立喷嘴体上加工1个喷孔和流体输入口，按照被染物和染料的特性以及染色工艺条件确定的喷嘴数，将独立的喷嘴组合成喷嘴组。集成喷嘴构成的喷嘴组，是在一个完整的喷嘴体上加工喷孔和流体输入口，按照被染物和染料的特性以及染色工艺条件确定喷嘴的喷孔和流体输入口的加工数量构成的喷嘴组。
被染物为纱或布，由缠绕辊和导辊导向、支撑、张紧，均匀置于喷嘴组和用后流体回收器之间。纱或布在缠绕辊的驱动下穿行于喷嘴组和用后流体回收器之间，从喷嘴喷出的含染料的超临界流体穿过纱或布时完成对其上染。完成上染的超临界流体媒质经用后流体回收器回收后，进一步分离、储存、增压和溶解染料，继续循环使用。
萃取喷嘴组和清洗喷嘴组通过纯净超临界流体管与超临界流体增压子系统相连接，获得纯净的超临界流体，对被染物染前的污物进行清理和染后的多余浮色的处理。染色喷嘴组通过含染料超临界流体管与对应超临界流体染料溶解子系统相连接，获得溶有各种染料的超临界流体，对被染物进行染色。
用后流体回收器由正压腔和负压腔构成。用后流体回收器正压腔通过用后流体回流管与超临界流体媒质回收分离子系统相连接，形成高于大气压力的正压空间，超临界流体喷染时穿过被染物的超临界流体媒质和未能上染的剩余染料进入用后流体回收器正压腔，通过用后流体回流管返回超临界流体媒质分离回收子系统，经分离处理后循环利用。用后流体回收器正压腔的外围腔体为负压腔，负压腔通过负压管与真空分离子系统相连接形成低于大气压力的负压空间，将从正压腔外泄的用后流体及四周空气吸入负压腔，并随之进入真空分离子系统，将超临界流体媒质中的染料分离后排空，染料回收利用。
本发明结构简单，操作方便安全，流程简捷、匀染性和连续性好，应用本发明能实现超临界流体常压环境染色，工艺流程合理先进，染色质量和生产效率高，投资费用低。
四、附图说明
图1为导辊导向超临界流体单面喷染装置的结构示意图；
图2为导辊导向超临界流体双面喷染装置的结构示意图；
图3为自导向超临界流体双面喷染装置的结构示意图；
图4为用独立喷嘴组合的喷嘴组的结构示意图；
图5为图4中A-A剖视图；
图6为集成喷嘴构成的喷嘴组结构示意图；
图7为图6中B-B剖视图。
附图标记：
1、喷嘴组  1-1、喷孔  1-2、流体输入口  1-3、独立喷嘴体  1-4、集成喷嘴体  1-E、萃取喷嘴组  1-D-A、染料甲染色喷嘴组  1-D-B、染料乙染色喷嘴组  1-D-C、染料丙染色喷嘴组  1-W、清洗喷嘴组  2、纯净超临界流体管  3-A、染料甲超临界流体管  3-B、染料乙超临界流体管  3-C、染料丙超临界流体管  4、用后流体回收器  4-1、正压腔  4-2、负压腔  5、用后流体回流管  6、负压管  7、导辊  8、被染物  9、主动缠绕辊  10、从动缠绕辊
五、具体实施方式
结合附图，详细叙述本发明的具体实施过程。
实施例一，如图1所示：
被染物8两端由主动缠绕辊9和从动缠绕辊10缠绕、张紧，并带动被染物8运行，沿染色工艺流程运行轨迹的同一侧，依次排列安装萃取喷嘴组1-E、染料甲染色喷嘴组1-D-A、染料乙染色喷嘴组1-D-B、染料丙染色喷嘴组1-D-C和清洗喷嘴组1-W，在各个喷嘴组的对应位置安装用后流体回收器4，构成超临界流体对被染物8的单面喷染流程。超临界纯净流体管2将萃取喷嘴组1-E和清洗喷嘴组1-W与纯净超临界流体源相连接；含染料甲超临界流体管3-A、含染料乙超临界流体管3-B和含染料丙超临界流体管3-C分别将染料甲染色喷嘴组1-D-A、染料乙染色喷嘴组1-D-B和染料丙染色喷嘴组1-D-C与含染料超临界流体源相连接；用后流体回流管5和负压管6则分别与各用后流体回收器4的正压腔4-1和负压腔4-2连接。在各喷嘴组的间隔位置安装一对导辊7，导辊7对被染物8起张紧和导向作用。
染色过程中：
首先，被染物8在主动缠绕辊9的带动和从动缠绕辊10、导辊7的张紧与导向下，沿染色工艺流程轨迹运行穿过萃取喷嘴组1-E、染料甲染色喷嘴组1-D-A、染料乙染色喷嘴组1-D-B、染料丙染色喷嘴组1-D-C和清洗喷嘴组1-W。
第二，纯净超临界流体经纯净超临界流体管2从萃取喷嘴组1-E的喷孔1-1喷出，在其快速降压或膨胀区内穿过被染物8，萃取并带走被染物8上的油脂、粉尘等污物后，与污物一同进入对应的用后流体回收器4的正压腔4-1，并继续经用后流体回流管5回流到超临界流体媒质分离回收子系统，分离出污物后的纯净超临界流体继续循环使用，向外泄漏的用后超临界流体夹带着空气一并进入用后流体回收器5的负压腔4-2，经负压管6进入真空分离子系统，分离出污物后排空。
第三，含染料甲超临界流体经含染料甲超临界流体管3-A从染料甲染色喷嘴组1-D-A的喷孔1-1喷出，在其快速降压或膨胀区内穿过被染物8，上染被染物8后，与剩余染料甲一同进入对应的用后流体回收器4的正压腔4-1，并继续经用后流体回流管5回流到超临界流体媒质分离回收子系统，分离出剩余染料甲后继续循环使用，向外泄漏的用后流体夹带着空气一并进入用后流体回收器4的负压腔4-2，经负压管6进入真空分离子系统，分离出夹带染料甲后排空。
第四，含染料乙超临界流体经含染料乙超临界流体管3-B从染料乙染色喷嘴组1-D-B的喷孔1-1喷出，在其快速降压或膨胀区内穿过被染物8，再次上染被染物8后，与剩余染料乙一同进入对应的用后流体回收器4的正压腔4-1，并继续经用后流体回流管5回流到超临界流体媒质分离回收子系统，分离出剩余染料乙后继续循环使用，向外泄漏的用后流体夹带着空气一并进入用后流体回收器4的负压腔4-2，经负压管6进入真空分离子系统，分离出夹带染料乙后排空。
第五，含染料丙超临界流体经含染料丙超临界流体管3-C从染料丙染色喷嘴组1-D-C的喷孔1-1喷出，在其快速降压或膨胀区内穿过被染物8，第3次上染被染物8后，与剩余染料丙一同进入对应的用后流体回收器4的正压腔4-1，并继续经用后流体回流管5回流到超临界流体媒质分离回收子系统，分离出剩余染料丙后继续循环使用，向外泄漏的用后流体夹带着空气一并进入用后流体回收器4的负压腔4-2，经负压管6进入真空分离子系统，分离出夹带染料丙后排空。
最后，纯净超临界流体经纯净超临界流体管2从清洗喷嘴组1-W的喷孔1-1喷出，在其快速降压或膨胀区内穿过被染物8，带走被染物8上的多余浮色后，与浮色染料一同进入对应的用后流体回收器4的正压腔4-1，并继续经用后流体回流管5回流到超临界流体媒质分离回收子系统，分离出浮色染料后继续循环使用，向外泄漏的用后流体夹带着空气一并进入用后流体回收器4的负压腔4-2，经负压管6进入真空分离子系统，分离出夹带浮色染料后排空。至此，完成了染色的连续过程。
染料甲、染料乙和染料丙为三种不同颜色的染料，可以通过不同组配，获得不同颜色的复合色。自然，根据染色工艺的需要，可以只启动一组染色喷嘴组，此时只有含染料甲超临界流体、含染料甲超临界流体管3-A和染料甲染色喷嘴组1-D-A以及对应的用后流体回收器4在运行；也可以启动两组染色喷嘴组，采用两种染料染色，此时则有含染料甲超临界流体、含染料甲超临界流体管3-A、染料甲染色喷嘴组1-D-A以及含染料乙超临界流体、含染料乙超临界流体管3-B、染料乙染色喷嘴组1-D-B和它们各自所对应的用后流体回收器4在运行；当然还可以根据染色工艺的需要在用更多的染料染色时，启用更多的含染料超临界流体、含染料超临界流体管、不同染料染色喷嘴组以及所对应的用后流体回收器。
除此而外，该装置还可以按照图案的设计，通过采用计算机软件控制主动缠绕辊9的转动速度及喷嘴组的喷染动态组合，即被染物8的运行速度，以及每个喷嘴所喷出染料的颜色种类和喷染节拍，实现喷染印花工艺。
实施例二，如图2所示：
其喷染原理与装置流程与实施例一相同，不同之处在于，该装置的各喷嘴组1-E～1-W和各自对应的用后流体回收器4的对应方向，被交替变换安装在染色工艺流程运行轨迹的两侧，故可实现超临界流体对被染物8的双面喷染流程工艺。
实施例三，如图3所示：
其喷染原理与装置流程与实施例二相同，不同之处在于，该装置的各喷嘴组1-E～1-W和各自对应的用后流体回收器4面向被染物8的喷孔口表面被做成圆弧状，被染物8沿染色工艺流程轨迹运行时在各个喷嘴组1-E～1-W的喷孔口表面上滑过，在喷孔口光滑表面的导向和张紧下完成染色工艺，从而实现被染物8的自行导向、张紧，省去实施例二中的导辊7，以达到简化结构的目的，从而实现超临界流体对被染物8的双面喷染流程。
实施例四，如图4、图5所示：
由独立喷嘴组合构成的喷嘴组，是在每个独立喷嘴体1-3上加工1个喷孔1-1和流体输入口1-2，按照被染物和染料的特性以及染色工艺条件确定的喷嘴数，将独立的喷嘴组成喷嘴组。组合时沿被染物8宽度方向即喷嘴组横向宽度排列的喷嘴数为喷嘴列数，沿染色工艺流程轨迹的前进方向即喷嘴组纵向宽度排列的喷嘴数为喷嘴行数，前后两行喷嘴交错排列。喷嘴组的横向宽度由被染物8的宽度确定，喷嘴组中喷嘴的行数和每行喷嘴的密度即列数由染料甲、乙或丙在超临界流体中的溶解度、上染率这些染料特性，被染物8的纤维类型如天然纤维的棉、麻、毛和丝以及合成纤维如锦纶、涤纶、腈纶、氨纶、维纶和丙纶，被染物8的厚度这些被染物特性，以及染色工艺条件如喷嘴直径，含染料超临界流体喷嘴出口压力、速度和温度，被染物8运行速度等来确定。一般情况下，喷嘴横向宽度确定后，喷嘴的列数和行数随染料在超临界流体中溶解度或上染率的降低、被染物8厚度的增加、含染料超临界流体自喷孔喷出压力的降低或者温度或速度的提高、被染物8运行速度的提高而增加。与喷孔1-1的同心位置加工流体输入口1-2，通过螺纹或者焊接或者法兰方式，分别与染料甲超临界流体管3-A、染料乙超临界流体管3-B和染料丙超临界流体管3-C相连接。
实施例五，如图6、图7所示：
集成喷嘴构成的喷嘴组，是在一个完整的喷嘴体1-4上，按染色工艺要求的数量加工喷孔1-1和流体输入口1-2。集成喷嘴组1的排列方式与实施例四相同，但所有喷孔1-1均加工在一块集成喷嘴体1-4上，在喷孔1-1的同心位置加工流体输入口1-2，形成由集成喷嘴体1-4构成的喷嘴组1，极大地简化了了结构、缩小了体积。
本发明装置结构简单，操作方便、投资低廉，应用本发明能实现常压环境的超临界流体染色，流程简捷、匀染性好、连续性好，极大提高了染色质量，缩短了染色时间、提高了生产效率。