超临界二氧化碳染色装置技术研究进展

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1、2014威士邦全国印染行业节能环保年会超临界二氧化碳染色装置技术研究进展张娟，郑环达，郑来久(大连工业大学辽宁省清洁化纺织重点实验室，辽宁大连，116034)摘要：超临界二氧化碳染色作为一种新型无水染色技术，具有高上染率、短流程、零排放、无污染的特性，已经展现出明显的产业化前景。超临界二氧化碳染色采用高温高压设备，具有不同于普通化工装置的特殊结构。因此，超临界流体染色整套装置的研制和创新是该项技术的发展关键，一直是诸多研究机构的研究重点。本文综述了近年来国内外超临界二氧化碳染色装置的最新研究进展。同时，针对待染纤维材料的结构多样性特点，

2、总结了超临界流体专用染色釜体的研发现状。并提出了超临界二氧化碳染色技术产业化进程中应着力解决的几个问题，期望通过多学科协同进一步推进超临界二氧化碳染色技术及装置的研究。关键词：超临界二氧化碳；染色；无水；装置；染色釜体；问题世界经济模式在历经了工业化和信息化之后，正在逐步迈向“低碳化”进程，意味着从现在开始到2050年的未来40年，“低碳经济”将成为国家竞争力和企业竞争力的重要体现。近年来，超临界流体技术作为一种符合清洁生产要求的绿色环保加工技术而备受关注。随着科学技术的不断发展及科学难题的逐步攻关，超临界流体技术从基础理论研究到实际应

3、用方面都得到了显著的提高和拓展，已深入到超临界染色、超临界萃取、超临界化学反应、超临界清洗技术等诸多方面，正在逐步渗透到有关新型材料和生物技术等高新技术领域，并且还将在其他科学技术领域的进步中发挥出更大的作用。1988年，SchoUmeyer等提出了首项纺织物的超临界流体染色专利，从而为解决纺织染整污染问题提出了全新思路。二氧化碳因无毒、不易燃、价廉易得，临界温度和压力较为温和等优点成为最常用的超临界流体。超临界二氧化碳染色技术利用工业排放的二氧化碳废气在超临界状态下溶解染料，并携带染料到达纤维表面，经吸附、固着后，快速、均匀地上染织物

4、；染色结束后经降温减压，二氧化碳汽化与染料充分分离，省去了清洗、烘干工序，剩余染料及二氧化碳可回收循环使用，降低了温室气体的排放。超临界二氧化碳染色技术克服了水介质染色技术的主要缺点，染色过程中不需要水即可完成纤维的上染，充分体现了清洁化、绿色化、环保化的现代加工理念【l‘3】。超临界二氧化碳染色过程采用高温高压设备，不论是中小型设备或是工业化大型装置都具有不同于普通化工装置的特殊结构。超临界流体染整整套装置研制作为超临界流体无水染整技术发展的关键，由于染整过程的高温高压性及纤维材料多样结构特点，在产业化装置上率先实现突破与创新是研究重

5、点。本文总结和评述了近年来国内外超临界二氧化碳染色装置的最新研究进展。同时，针对待染纤维材料的结构多样性特点，总结了超临界流体专用染色釜体的研发现状。并针对改进技术的研发现状，提出了超临界二氧化碳染色技术产业化进程中应着力解决的几个问题。l超临界流体性质及染整工艺·48·2014威士邦全国印染行业节能环保年会1．1超临界流体性质超临界流体的形成过程是指在常温常压状态下，液态和气态共存，两者之间存在一个明显的界面。随着温度升高，压力增大，液态与气态间的界面逐渐模糊。当达到临界温度(Tc)和临界压力(PC)以上时，液态与气态之间的界面彻底消

6、失，以流体状态存在，即为超临界状态。所以当一种物质的温度和压力同时高于其临界温度和临界压力时称其为超临界流体(Supercriticalfluid，简称SCF)。超临界流体相图如图1所示。工业技术中常用的SCF有二氧化碳、氨、乙烯、丙烷、丙烯、水等。超临界流体既不同于气体，也不同于液体，具有许多独特的物理化学性质，将超临界流体和常温下气体、液体的3个基本性质(密度、黏度、扩散系数)对比如表l所示。从表1可以看出，超临界流体具有接近液体的密度，接近气体的黏度和扩散系数，因此具有较高的传质速率。压力PcTc温度图l超临界流体相图超临界流体最

7、重要的性质是具有很大的可压缩性，尤其是在临界点附近，温度和压力较小的变化即可使超临界流体体积发生很大的改变。进一步研究发现，超临界流体的溶解能力主要取决于密度，而其密度对温度和压力变化十分敏感，所以可通过控制温度和压力改变物质的溶解度。表1气体、液体与超临界流体的性能对比物理性能气体超临界流体液体1．01325KPa，15．30℃1℃，Pc15．30℃密度／(∥cm3)(0．6．2)×10’30．2．0．50．6．1．6粘度／(Pa·s)(1-3)×104(1-3)×10。4(0．2．3)×10。2扩散系数(cm2／s)0．1．0．40

8、．7×10‘3(0．2．3)×10-51．2超临界二氧化碳流体染色工艺二氧化碳作为一种无毒、不燃、对环境无害且在多数条件下呈化学惰性的气体，是应用最为广泛的超临界流体，其临界温度和临界压力较低，分别为31．