【集萃網(wǎng)觀察】引言
筒子紗染色與其它高能耗、高污染行業(yè)一樣，將節(jié)能減排作為未來(lái)發(fā)展的主要目標(biāo)。通過(guò)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(guò)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(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐應(yīng)用，人們掌握了一些對(duì)染色性能有較大影響的參數(shù)，并對(duì)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(duì)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(guò)去一直認(rèn)為取得越大越有利于勻染，但近年來(lái)的實(shí)際應(yīng)用表明并非如此。過(guò)大的比流量，需要消耗很大的主循環(huán)泵功率，并且會(huì)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(guò)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(guò)對(duì)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(duì)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(duì)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(guò)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(guò)去十幾年的發(fā)展過(guò)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(duì)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(guò)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(shuō)達(dá)到了最佳效果，有些功效仍有待進(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(jiǎn)述。
1、染色工藝參數(shù)優(yōu)化
筒子染色技術(shù)的發(fā)展過(guò)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(duì)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，其中兩個(gè)最重要的參數(shù)：浴比和比流量，是染色工作者多年來(lái)一直研究的對(duì)象。
1.1 小浴比染色
傳統(tǒng)的小浴比概念是：筒子紗染色浴比在1：6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(duì)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(lái)保證。從實(shí)際應(yīng)用來(lái)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。如果是要染成同樣的深淺，那么，浴比高的所用的染料要多一些，而浴比低的染浴所用染料則要少一些。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，上染率會(huì)提高。而促染劑（如鹽）的用量與其體積濃度（g/L）有關(guān)，溶劑（水）量的減少，也就減少了用鹽的總量，減少了鹽對(duì)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，相比之下，小浴比提高了染料的上染率，在相同堿性濃度F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(lái)控制染色過(guò)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(guò)程所需的時(shí)間。實(shí)踐表明，溫度、浴比、染液和紗線的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，對(duì)完成上染和固色過(guò)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(duì)運(yùn)動(dòng)程度上。如果說(shuō)染料上染和固色過(guò)程需要一定的染液和紗線的交換次數(shù)來(lái)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(zhǎng)短。
由此可見(jiàn)，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(guò)程應(yīng)通過(guò)染液與紗線交換次數(shù)來(lái)確定每個(gè)過(guò)程所需的時(shí)間，而不應(yīng)套用大浴比的過(guò)程時(shí)間，否則，超出的時(shí)間里，只能做無(wú)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?jiǎn)蜗蜓h(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(méi)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(chǔ)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(huì)露出液面。染液?jiǎn)蜗蜓h(huán)只有內(nèi)向外，而沒(méi)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?jiǎn)蜗蜓h(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(duì)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(guò)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?jiǎn)蜗蜓h(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：每公斤紗線在單位時(shí)間內(nèi)所穿過(guò)的染液量，其單位是：升染液/公斤紗線·分鐘（L/kg·min）。完成染色工藝過(guò)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，才能完成上染的三個(gè)基本過(guò)程：吸附、擴(kuò)散和固著。在這個(gè)過(guò)程中，除了以溫度來(lái)控制上染速率的快慢外，主要是通過(guò)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(guò)小有關(guān)系。實(shí)踐證明，過(guò)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。正由丁這種變化影響的存在，使得實(shí)際上的染液循環(huán)流量并不是我們當(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，我們假設(shè)將泄漏（通過(guò)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(lái)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(duì)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)生揚(yáng)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(duì)流體（即染液）產(chǎn)生強(qiáng)制循環(huán)的動(dòng)力源一主循環(huán)泵的揚(yáng)程來(lái)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(guò)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(lái)考慮，對(duì)勻染性是有利的，但對(duì)密度較大的紗層（如經(jīng)軸紗的密度一般在0.40～O.45g/cm3），或者吸水后具有較大溶脹的紗線（如粘膠），則會(huì)因?yàn)樽枇υ龃蠖a(chǎn)生很大壓力降。這種壓力降必然會(huì)使主循泵特性曲線的工作點(diǎn)向較高揚(yáng)程方向移動(dòng)，流量也隨之下降，也就是說(shuō)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(méi)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，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。
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