先进染整设备评析

在ITMA ASIA + CITME 2010上,染整设备的展况凸显了绿色经济、低碳经济、循环经济模式的产品发展要旨,其国产设备有了重大进步,让人欣慰。

1前处理

染整前处理工序是染整工艺全过程的基础。优良的前处理加工与纺织原料、织物的组织结构、加工工艺路线、化学品助剂及染整装备密切相关。前处理的工艺效果对染整加工最终成品的内在质量及外观起着重要作用,其工艺路线决定了产品的生产周期,并影响着水、电、蒸汽及化学品助剂的消耗。

1.1 烧毛装备的节能调控

烧毛工艺是为了改善织物的最终用途和穿着性能,合成纤维织物经烧毛后会显著降低起球等弊端;良好的烧毛织物是印制精细复杂的花样所不可或缺的;烧毛织物可有效防止深色匹染产品的云斑疵点;未经烧毛的织物比烧毛织物易沾污。

1.1.1德国OSTHOFF SENGE GmbH & Co.KG(奥斯多

夫烧毛机有限公司)

UNIVERSAL是奥斯多夫公司研制的新型系列烧毛机,包括机织、开幅针织、技术纺织品烧毛机,蕴含了多项先进技术成果。

(1)UNIVERSAL的标准配置为 2 个“双喷射”火口,可提供一正一反、或两正、或两反的烧毛方式;提供 1、2或 3 种烧毛位置,应客户要求也可提供 3 或 4 火口烧毛机。“双喷射”烧毛火口,2 条火口比 4 条火口的烧毛机可减少一半能耗,如使用液化气,只需 9 ～ 10 kg/h,火焰温度可达 1 300 ℃,火焰喷射速度 7 ～ 28 m/s。

(2)配备燃气/空气比例混合装置,燃气充分利用。

(3)可调节火焰强度和宽度以及织物与火口之间的 距离。

(4)设有计算机程序化烧毛操作装置,采用织物表面绒毛检测器与Seng matic型程序控制器组合,只要操作工设置坯布纤维的成分和组织结构、质量,该系统就可提供一个相应的烧毛程序。对火焰温度、布面温度、烧毛均匀度、烧毛位置及布速等参数进行程控,排除了人为的随意性,屏幕显示,人机操作界面良好。烧毛效果的重现性好,火口调幅节能明显。

(5)无粉尘环保设计,包括烧毛前后刷毛箱、气旋式过滤器及水洗式过滤器。

(6)设有安全气囊,若工厂突然断电、突然中断压缩空气供应或紧急停车时,安全气囊迅速切断燃烧气体主阀门,自动关闭火口,并使之远离织物,以防火灾发生。

1.1.2扬州光感纺织机械有限公司

该公司提供了节能Y型多混聚喷燃烧器(火口)。燃气充分混合是完全燃烧的充分条件,从而可使燃气释放出最大能量,同时也是火焰温度最高的必要条件。Y型多混聚喷燃烧器的主要特点包括:

(1)混合充分,3 次压缩、3 次膨胀、4 次混合,压力均分;

(2)燃烧完全,燃烧室中聚焦燃烧形成高 50 ～ 60 mm、宽 5 ～ 6 mm、齐整、均匀的带状火焰;

(3)能量集中在最窄的火焰带中,火焰温度高达 1 300 ℃,腔内压力 ≥ 3 kPa,火焰动能大,穿透力更强,达到最佳烧毛效果;

(4)架空安装在主体上的火口砖形成燃烧室,与主体间加垫隔热材料,减少传导热损失,提高火口体的稳定性,火口砖收集散失的热量对喷出的燃气预热,提高燃烧温度;

(5)在火口两端装有调幅气体进口,火口轨上设有调幅气道,单边调幅长度为 200 ～ 400 mm,根据织物幅宽的不同调节气流压力,消除无效火焰,可节能 10% ～ 20%;

(6)机械幅宽为 2 m的节能Y型多混聚喷燃烧器燃气消耗:天然气 10 ～ 12 m3/(h・条),液化石油气 4.0 ～ 4.5 kg/(h・条),比其它火口单条节能 20% 以上,减少温室气体排放,符合节能、低碳经济要求;

(7)两条节能Y型多混聚喷燃烧器达到普通 4 条火口的功效,车速达 150 m/min,烧毛等级 ≥ 4 级。

国内烧毛机火口的研究已达到国际先进水平,火焰调幅业已由志诚公司填补了空白,提高机电一体化水平、研发实用的在线工艺参数监控是我国节能型烧毛机进一步发展的方向。

图 1 是英国ACE公司自动控制火焰高度及幅宽的启动流程。

1.2 高给液冷轧堆、轧蒸工艺、丝光透芯轧碱

染整企业水、电、汽的高消耗使成本飙升,迫使传统的退浆、煮练、漂白等冗长复杂的前处理工艺流程进行更新。短流程必然导致化学品浓度的增加,并进而易引起浓液发生沉淀和分解,不利于工艺液在织物上渗透和扩散,给织物、机器和操作者本身带来或多或少的危险。因此,在化学品总量不变的前提下降低浓度,必须提高织物的带液量,而透芯高给液就成为前处理短流程工艺的关键工艺条件了。

1.2.1江苏新联印染机械有限公司

该公司展出了 1 台XLP 665 W型浸轧透芯高给液机(专利号:ZL200420027792.3)。织物进入预浸渍槽后,经液下重轧,织物出轧点后进入增效槽,在液下形成“微真空区”,在大气压力下工作液瞬间逼迫进入纤维内部,达到真正透芯给液的目的。增效槽提供逼迫渗透时间,后经均匀轻轧,控制工艺带液量 100% ～ 120%,表面不淌水、不挂液。由于工艺液透芯参加萃取反应充分,因此节省了化学品助剂,改善了工艺品质,据佛山市三水昊通印染有限公司介绍,用于退煮漂联合机进蒸箱前的轧液每年可节省 60 万元以上,且消除了条花痕、横档印及煮练不透等缺点,减排效果显著。其化学品用量与退煮漂三步法及传统冷轧的对比结果如表 1 所示。

1.2.2山东源丰印染机械有限公司

该公司展示的YF1098松堆丝光机轧压烧碱亦采用了上述专利技术,有效地解决了烧碱不易渗透,因透芯差影响棉纤维改性等弊端。织物经透芯高给液后,通过松堆令织物充分膨化、湿润。纤维素 I 改性成纤维素 II 时,织物经纬向收缩后,第 2 台轧碱单元采用低轧余率轧车,尽量将织物上未结合的碱液挤压脱离,有利后续工艺的进行。

1.3 针织物连续前处理装备的节能

节能减排促成了针织物剖幅连续工艺的开发,其优点包括:①无绳状加工造成的皱印、擦伤等疵点;②毛羽减少,无微小起球,织物表面更光滑;③无湿剖幅切口缺陷引起的织物损失;④有效控制了人造纤维的收缩,工艺具有高度重现性;⑤可实施冷轧堆短流程工艺;⑥耗水、耗汽量节省一半;⑦可节省各种加工成本 15% ～ 30%;⑧减少污水排放量,减轻无水处理负荷。

图 2 是BENNINGER(贝宁格)公司提供的针织物平幅加工路线图。

1.3.1平幅去油水洗机

不少经编布在生产过程中为了利于织造和消除静电,纱线上往往施加大量油剂,油剂的存在不但降低了织物的匀度,沾污织物,而且会严重影响织物的染色等后道工序,故其前处理主要针对如何去除这些油剂。传统的去油加工在溢流染色机上进行,耗时长,用水量大,而平幅去油水洗机极符合节能减排的要求。

(1)GOLLER(高乐)公司除油水洗机的工艺流程为:干进布 对中 Unirelax加料堆置 Vacuset真空抽吸 Sintensa水洗(按不同织物设置数个单元) 湿落布。

堆置箱适合紧式和松式穿布路线,堆置时间通过电脑设置,生产效率高。真空抽吸装置具有强力除油剂和水份的作用,对于化纤织物其带液率可低至 20%。水洗单元的高效水洗箱采用振荡水洗、液下浸泡水洗与喷淋冲洗三合一的设计,转鼓低张力独立变频驱动,设有张力控制系统以确保最小程度的拉伸。

以加工 1 t规格为 250 g/m2的织物为例,用高乐公司的平幅除油水洗机水洗全程约耗水 6 650 L。而溢流机除油用水,如浴比为 1∶10,则用水量就是 1 万L(生产补充用水不计)。

(2)江阴福达染整联合机械有限公司的LMH 210 220型平幅去油、湿热松弛、预缩水洗联合机,设备工艺流程为:平幅进布架(附对中装置) 双振荡水洗箱(4 组) 单转鼓轮水洗机(2 组) 两辊重轧车(8 t) 平幅摆幅落布。

双振荡水洗箱由 2 支网辊(内设梅花振荡辊)对织物进行振荡水洗,上方设有直径为 750 mm的网状转鼓,配有表面喷淋管;单转鼓轮水洗机配有直径 1 200 mm的网状转鼓,表面配置喷淋管;全机采用振荡、强喷、低液位、逐格逆流水法。根据针织物克重不同,其去油水洗耗水量为 5 ～ 8 t/t。

振荡水洗的诸多优点使其在针织物连续平幅水洗工艺中得到广泛应用。声波弹性振荡能有效防止水洗过程中产生泡沫;搅拌洗液可提高洗液的利用率,提高水洗的浓度梯度,同时能破坏织物与洗液间的“界面层”,缩短扩散路径,提高传质效果。无效是“棱角”转鼓,还是“花瓣”转鼓的振荡水洗,仅适合具有“水穿布”组织结构的织物,对于某些结构紧密的品种,形不成“水穿布”,则工艺效果很差,不适用。

图 3 是一种“花瓣”转鼓振荡水洗工艺的原理示意图。其中,基于“”型滚筒旋转,在凹凸表面进行排水、吸水,按设计频率反复动态波动,使多孔滚筒中的织物强烈振动,通过水的持续渗透完成清洗工艺。

1.3.2针织物平幅丝光机

丝光处理过的针织物品质好,尺寸稳定性好,光泽更好,且可实现高达 50% 的颜色增深,由此可节省 30% ～ 40% 的染料用量。

(1)贝宁格公司BEN DIMENSA针织物丝光机组

该加工线由DIMENSA丝光与TRIKOFLEX转鼓式水洗机构成。其特点为:①浸渍区由 1 个浸渍档组成,由于浸渍区较短,采用了丝光渗透剂。轧车前,板式扩幅器将布边展平,每千克轧压织物带 220 ～ 240 g纯烧碱,可获得最佳丝光效果;②设有拉幅段,补偿了浸碱区产生的纬向收缩。一个特殊的布边拉伸控制单元置于张力链上,任何发生在布边的增厚都将被校正,并通过喷射稀释烧碱而记忆,这对那些具有高侧向弹性的织物尤其有影响;③工艺重现性好,工艺过程对碱液温度、浓度和反应时间,织物经向和纬向张力等工艺参数进行在线测控,织物尺寸稳定性很高;④热碱丝光使浸浴时间短,投资成本低;丝光过程无需冷却;加速碱液渗透,加速棉膨化,均匀膨化度高,无表面丝光现象;织物外观更光洁,手感更柔和,染色渗透性更佳;⑤转鼓水洗实现针织物低张力加工工艺。

(2)江苏新联印染机械有限公司展示的LME 218 W型针织物平幅丝光、水洗机

该设备的特点主要包括:①采用直辊,大筒饱和轧浓碱,中段不锈钢针板链拉幅,后续高效转鼓淋洗;②水洗每单元 3 只主动转鼓,布经液下交换,水刀式动态循环过滤箱泵大流量可调式淋洗,低张力、无卷边、无折皱进布,工艺车速 30 ～ 50 m/min变频调速,温度、pH值、液位精确自控,高效连续水洗;③针织物丝光、水洗加工比间歇式绳状溢流前处理加工节约近 30% 的生产总成本(数据由广东澳棉印染厂提供)。

1.3.3针织圆筒退捻剖幅轧水机

维骏机械(杭州)有限公司的针织圆筒退捻剖轧水机,将脱水和剖幅两道工序在一台机器上完成,轧水机取代了离心脱水机,这样既提高了生产效率,又解决了因使用离心脱水机带来的问题。其中剖幅线探头是关键。

国家对针织物加工的水、电、蒸汽消耗定额标准的制定,若仍采用绳状间歇加工,达标难度颇大。剖幅平幅连续加工工艺对设备要求较高,表现为:①应具有制边、展幅、居中装置,确保针织物平整运动;②低张力运行,有效防止经伸纬缩变形;③相邻导布构件间“空气道”越短越好,杜绝针织物纬向收缩,若“空气道”较长,应加补偿机构;④纯棉针织物吸水性好,因此必须避免织物悬挂因自重引发的经伸纬缩变形;⑤采用振荡水洗,织物组织结构必须符合“水穿布”的要求;⑥剖幅针织物连续加工时长车可行性差,应尽量采用短流程设备,如冷轧堆前处理短流程。

1.4 水洗机水/水热交换器

染整湿加工应用水洗机的工序很多,连续排出的热污水与新输入档内的冷净水量大致相等,若在热污水及冷净水中间装上一个水/水热交换器,便可将通常随污水排放掉的热量循环使用,而且降低了污水的温度,有利生化污水的低温处理。

江苏新联印染机械有限公司推出的新型XT 08 6型旋转式水热交换机(专利号:ZL200620069658.9),针对染整前处理热污水中的物化杂质、浆料、纱线、棉绒等易污染、结垢的实情采用图 4 所示的旋转式水热交换机进行处理。净水由旋转接头进入翅片状转鼓1,转鼓转动产生湍流、离心力水流,冲刷热交换器的内腔2,热污水充分搅拌,与翅片状转鼓发生热交换。1 年多时间中 30 多家工厂的应用实践表明,净水逆翅片及热交换器内腔不沾污结垢,热交换效率一直维持在 90% 以上,单台XT 08 6型旋转式热交换机每年可节约蒸汽价值 30 多万元,投资回收期约 2.5 个月。

前处理退煮漂机织物短流程加工中,亟待解决能耗高、水耗高、CODcr排放值高的问题。本届展会的展品中未发现适合处理厚重、紧密且含PVA浆料棉机织物的短流程装备。

创新型高效退煮漂短流程联合机应遵循化学减法、物理加法的理念。在毛效、白度、强度、退浆率、棉籽壳去除达标的前提下,化学萃取应采用无碱氧高效环保助剂。创新的单元机组成的高效联合机,节省蒸汽用量可节省 50% 以上,耗水量可节约 70% 以上,CODcr排放可减半。

2染色

染色工程是一个涉及纤维、纺织品坯布、染色工艺、染化料助剂和设备以及科学生产、能源管理的系统工程。

2.1 小浴比流体浸染设备

2.1.1立信染整机械(深圳)有限公司

该公司展出的Jumboflow HSJ高温染色机是一台布水分离式超低浴比(1∶4 ～ 1∶5)溢流染色机。其特点主要体现在以下几个方面。

(1)储水罐

容积以装满水时保证主泵不抽空为准,液流顺畅、路程短,染液尽快回流到储水罐,达到低浴比,做到布和水分离。织物循环 1 ～ 2 min/圈后就可做到布身染液和储水罐染液的浓度一致,匀染性好。

(2)加料系统

该系统以随动定量控制加料速度,可按经验设置加染料、盐用 0% 直线,固色用碱以 50% 递增曲线加料。第二循环泵在储水罐再次混料后,才经主泵输送到喷嘴喷淋到织物上。此加料系统不但缩短加料时间,且匀染性大幅提高。图 5 是Jumboflow HSJ机总图。

(3)MST多功能预备缸

容积按 1∶5 浴比计算,不但可预先准备好下一缸水,而且能把染料提前加到预备缸中,且可升到工艺目标温度,减少工艺用时。

(4)洗水系统

MSR多省清洗洗水功能专门针对没有回收用水的染厂,在降温的同时把冷却水引到缸内清洗织物,避免直接排放掉,节省用水。

拥有AIR+先进智能洗水功能。以流量计和随动阀控制入水速度,流量越大,越快洗干净,但用水量大。一般情况下,流量与布重按 1∶1 设置(载量 280 kg:280 L/min)。控制水位在布槽以下,布水分离加快洗水效率,同步以水位控制放水速度。在洗水的同时自动在线监测染液中电解质的导电率,以洗到某一特定的TDS值时放水(标准为 2 000 mg/kg = 2 g/L Na2SO4)。

(5)织物循环系统

①多管时每管都由独立电机变频控制,一管出现问题,其它管可正常行机,出布速度快;②不锈钢提升滚筒,摩擦力小;③高喷嘴压力和机速能确保各种织物达到合理的循环时间;④给布槽摇折由变频控制与机速同步,令织物均匀地进入布槽。VL变载布槽可根据织物厚、薄调节大小,储布槽使用高分子物料的特氟隆管。这些都使织物在缸内所受的带动力减至最小,织物规格稳定。

表 2 是立信Jumboflow HSJ快速染色工艺与常规溢流染色工艺的效益成本比较情况。

2.1.2意大利BRAZZOLI(巴佐尼)公司

该公司展出了INNOECOLOGY生态匀染机,其工艺特点包括:①处理全棉织物浴比为 1∶3.7 ～ 1∶1.4;②总工艺时间 4 ～ 6 h;③总耗水量 25 ～ 35 L/kg布;④蒸汽总耗量 1.5 ～ 1.75 kg/kg布;⑤总耗电量 0.09 ～ 0.12 kW・h/kg布;⑥使用范围广,操作简便;⑦运行噪音小;⑧机内易清洗,可保持清洁;⑨占地面积小。图 6 是各种染色机的能耗对比。

生态匀染机是一种低排放、节能环保型的溢流染色机,其将棉织物的最低浴比降至 1∶3.7 的同时,亦进一步降低了合成纤维的浴比。其技术创新点包括:

(1)采用染液横动系统,织物的运行与液体横动产生双向运动效果,该动作可连续混合与均匀染液,增加同织物的交换次数;

(2)浴液输送系统使设备不受管数多少的制约,可将浴液均匀地输送分配到各喷嘴,消除了各喷嘴间由于优先路径而导致的输液差异;

(3)缓流高压可调喷嘴保证织物手感柔软、平滑,织物表面无起毛或摩擦现象,且织物的运行速度比传统染色机提高 50%,牵引力恒定而喷嘴工作压力减小达 30% ～ 40%;

(4)NBT多功能染液处理缸将预备缸和第二料桶的功能合二为一,节省了占用空间,解决了由于料桶容积小而导致元明粉及硫化物溶解时间长的问题;

(5)自洁过滤器安装在主泵输送侧,由于过滤网筒孔径的急剧缩小,保证过滤效果完美,使织物和设备均免于纤维残留的危害;

(6)W.S.S节水系统在水洗过程中最大限度地节约了水的消耗;

(7)染液纵向运行时的多向抽吸,极大地降低了浴比,且增加了浴液的均匀度;

(8)布环控制系统保证所有布环都拥有相同的运行速度,在不同时间内处理的织物可保证相同的浴液/织物交换次数,从而保证了染色的重现性。

2.1.3台湾东庚实业股份有限公司

该公司展示的ROR快速高温高压超液流低浴比染布机具有独特的自转式“W”型内槽设计,自动回转,布/水分流,浴比 1∶4,可有效降低能耗(节省转动功率 30% 以上),最高布速达 600 m/min,适染各种针织、机织布,棉布、化纤布。该机设有泡沫自然集中至泡沫槽、与布分离的功能,可减少缠车及泡沫污染情况。

2.2 针织物剖幅冷轧堆染色

贝宁格公司提供的冷轧堆染色加工设备的工艺流程如图 7 所示。

国外几家公司展出的针织物冷轧堆染色机的构造基本相同(图 8)。

冷轧堆染色生产线由前处理冷轧堆加转鼓式水洗机及冷轧堆染色加转鼓式水洗机组合而成。图 9 是贝宁格公司TRIKOFLEX转鼓式水洗机的工艺流程示意图。表 3 为贝宁格公司提供的冷轧堆染色与常规溢流染色(浴比 1∶8)的成本效益比较(日产量 10 t)。

德国ERBATECH(欧宝泰克)公司推出的活性染料冷轧堆(CPB)技术是一种活性染料无盐、无尿素(黑色仅用极少量)染色工艺,解决了污水除盐、除尿素的难题。其工艺流程为:开幅后的棉/氨(或Tencel®)针织布 前处理 冷轧堆染色 堆置 皂洗 后处理。

2.3 连续式平幅工艺设备

欧宝泰克公司提供的SCOUT(斯考特)连续式平幅工艺设备主要应用在棉或化纤针织物的前处理、染色和后整理上。其优点包括:(1)模块化的机械单元设计理念,组合灵便,机械设计坚固,使用寿命长;(2)完善的张力控制;(3)特优的产品质量,表面无毛羽效应、折皱痕,大幅减少了卷边的形成;(4)最低的水、电、汽消耗。

连续式染整与传统的批量式染整工艺相比,优点体现在低资源消耗、表面质量及染色均匀度改善等方面(表 4)。

2.4 气流染色机

目前,国内外生产气流染色机的厂家越来越多。本次展会上,THEN(特恩)高温气流染色机SYNERGY G2标志着第二代高温气流染色机在增加载量的情况下也能具有极高的生产效益并广泛适用于不同类型的织物。

THIES(第斯)推出的Luft roto plus SII 22喷嘴(前级液流喷嘴、后吸气喷嘴)气流染色机为双喷嘴机型,可提高各种织物的染色灵活性和加工品质并降低生产成本;其连通管系统系在亚洲市场首次推出,可提供不锈钢连通管道系统,便于与主管系统连接,减少管道的工程量,缩短安装时间,降低安装成本。

针织物圆筒剖幅连续平幅加工是染整工艺的发展趋向,在选择冷轧堆染色工艺时,应将卷装后出现的缝头痕作为重点进行攻克,低微张力、恒定线速度、布卷无挤压收卷也是研究重点。