筒子纱染色节能减排功效的优化设计初探
吴建中
摘要：本文针对如何提高筒子纱染色节能减排的功效进行分析和探究，从筒子纱的染色工艺参数、优化设备结构、染色同步，筒子纱络筒密度和質量上的影响，对其中的主要染色工艺参数和设备结构提出了优化改革方案，实现了在保障筒子纱染色品质不变的条件下，既能提高生产效率、降低能耗，又能减少污水的排放的目的。
关键词：筒子纱；染色；节能减排；优化设计
0.前言
筒子纱染色是高污染和高耗能的产业之一，所以节能减排必须作为未来发展的重要目标。通过优化染色工艺参数和设备结构，减少加工过程中产生的水、蒸气、电和染料的消耗，降低污水的排放是一条可持续发展的途径。
1.优化染色参数
1.1小浴比染色
（一）小浴比的概念
筒子纱染色浴比小于1：4称为小浴比。小浴比的实现必须在一定的工艺和设备的条件下。筒子纱染色是以水作为染色介质，小浴比意味着染色过程中用更少的水，再结合特殊的筒子纱染色工艺，小浴比的确是实现节能减排最重要的方法；同时小浴比在染色工艺的升温时间上、能耗和排污上都起到到了立竿见影的作用。
（二）小浴比的作用
小浴比染色的实现，必须充分了解水介质在整个染色工艺中起到的作用：首先，小浴比可以降低助剂用量，一般助剂都是按克/升计算，在活性染料染色过程中，也可以适当降低活性染料的用量，因为水解减少，同时浴比降低，染料的直接性也提高了，得色率、固色率也会相对提高；其次，小浴比快速染色还减少了蒸汽用量，因为水少了，升温到同样温度，热量也相应减少；再次，浴比小排污也少了，染色重现性也会提高。
（1）减少染料、助剂的使用
在相同数量的同种染料情况下，随着染浴中水的重量的不同，染液的浓度是有较大差别，颜色深的染液浴比低，颜色浅的染液浴比高。如果保持染浴中燃料浓度相等的前提条件下，比如，1000KG缸染黑色，随着浴比的不同，浴比大的所需染料就多，相反，如果小浴比，所需染料就少，这是必然存在的情况。在不同浴比的情况下，与染料的直接性存在必然直接的联系，同时还与染料的结构特性有关。通过实验得知，在低浴比的条件下，活性染料的直接性就会有所升高，就意味着上染率也会跟着升高。
在碱性环境的前提下，活性染料和织物纤维发生化学反应并形成固定的化学键。染料水解也在此碱性条件下。同时染浴PH值的控制也是由碱来完成，碱对浴比的提高有着直接的影响，染浴中碱的浓度比较高而活性染料直接性又比较低，这样会产生非常多的染料被水解，想要染上色彩比较深的是非常不容易。实验表明，在碱性浓度相同的条件下，小浴比将染料的直接性提高，同时还使碱的消耗量和水解程度都得到下降，因此，在节省染料的同时提高深色的上染。
（2）染液和纱线频率交换
实验表明，染液、纱线、温度、浴比等因素的变化，对染色、固色所用时间都是有影响。其中主要影响因素是染液和纱线的频率交换，二者是建立在相对运动上。一般来说染液与纱线互换次数的呈现，直接影响着染料的上料和固定色泽，因此，一次的交换频率所用时间就是染色和固色的用时。由此可见，交换频率高的比低的用时要短很多。根据染液与纱线互换次数，知道每个环节所用的时间，这就是小浴比的染色过程得以实现，并且节约设备能力。
1.2比流量的选取
相对于传统的筒子染色机设计，染液流量循环和比流量选择相对较大的、并不看重扬程的选择，是直接影响纱线和染液的互换频率原因。依据传统互换频率的选择要求，一般情况下都会选择流量多，且扬程低的混流泵。但实质上，传统设备都会存在一定的弊病，如顶锁和换向装置等问题，都会产生大量泄漏的情况，从而造成染液在循环过程中会出现局部筒子被阻塞的情况，所以每次都要将总流量的30%-40%的流量填补被阻塞的流量，保证染液渗透纱层。筒子染色机改造结构提高染液循环的利用率，提高系统所需要的扬程，这样可以减少管路循环空间，保证循环系统有效率的染液循环。
2.优化设备结构
2.1主结构设备
目前主结构设备常见以下四种优化设计：第一种是将直联于换向装置的换热器和主循环泵设计成一个整体，减少主循环路和储藏液，同时可以减少浴比，发挥良好的工艺性；第二种是采用小螺旋管的盘管式换热器，将其设备安装在主缸体下部封头内心；第三种是管式筒体，是将各自的简体通过并联的方式，并连成不同容量的组合，促进节能减排，加快生产效率；第四种是染笼纱杆，用分布不等的量的同心圆，在容积相同的条件下，减少纱柱之间的重合，增加容纱量，减少浴比。这四种设计各有优缺点。
2.2辅助功能
目前辅助功能常见以下四种优化设计：一是高效换热，高效换热主要是采用外质管壳式换热器，目的是为了提高换热率。要换热效率快速提高同时减少浪费蒸气，可以把换热器放置主循环管路中通过提高中低温流体的速度实现。要获得比较高的主循环染液在列管中的流速，就利用缩小换热列管的通径，加快传热强化；二是水洗受控，水洗效果是小浴比染色的技术关键，就是通过控制水，进行不间断的冲洗，水洗过程受主要受到水流速度和水流温度影响，通过两者的变化的不同，采取组合控制，在短时间内达到最佳的水洗效果；三是压力脱水，压力脱水就是筒子纱经过压缩空气的数次挤压，分离出所含的液体，脱水效果具有节能减排的效果；四是余热回用，要有效地利用余热，就需要利用相关的辅助装置，例如：利用热交换器的同步降温作用，可以有效地降低保温过后的水和废液的余热互换后用于染色过程中的水冲洗工序，减少了废液降温后排入污水处理池的降温过程。
3.染色的同步
3.1染色过程中流量起到的作用
在同一染色过程中，固定的染液循环流量，会直接影响染色的最佳效果，在聚酯纤维玻璃温度的条件下，分散的染料多数是染不上，染液的剧烈运动会发生凝聚现象，导致色彩浅在保温和固色的时间段内没有多余的染料上染，并且染液总是不变的循环流量在不停的浪费功率。同时，高支纱的过度渗透纱线表面会出现羽毛。另一方面，在染色过程中经轴纱、溶胀性比较大的纤维、收缩性大的长丝因为密度会发生变化，从而影响到染液循环流量，此过程假如出现在上染最快的阶段，会导致上染不均匀的现象，所以同步控制染色是必要。
3.2同步染色的控制
同步染色控制是关于流量对染色过程的影响，可以按照温度和密度都不相同的上染规律进行染色，相对控制染液的循环流量。要节能就必须在既能够保证纱线上色的品质，在染料上染快和慢的时间内，对其进行增加或者减少染液的循环流量。在设备上，主循环泵的交流变频控制循环染液流量实现的就是同步染色，在这个过程中最好有流量计进行记录和检测，并传送给电脑，再由电脑进行控制。就目前状况来看，高比转数的离心泵是最好的选择，可以提高纱层压力稳定。
4.结语
筒子纱染色技术，在染色技术工艺参数上、设备结构性能起到重要作用。但是节能减排是一项比较全面而复杂的工作。我们只有不断改进工艺设备降低耗能，并对污水进行二次利用。由此可见，水作为染色的重要介质，只有将设备结构性能和染色工艺过程完美结合，并将每个环节都进行优化，总结出更好地改善方案，实现节能减排的目标，首先制造商不要生产没有节能减排功能的设备。其次，提高社会节能减排责任感，淘汰高污染、高耗能的设备，采用先进技术工艺。
