推广采用节能降耗减排的科技成果yd10212
徐谷仓 江苏省纺织工程学会印染专业委员会,江苏昆山215300
收稿日期:2008-05-14
作者简介:徐谷仓,男,教授级高工,主编,长期从事染整加工应用技术研究和学术交流工作
原载:染整技术2008/7;21-25
【摘要】分析了目前印染行业的能耗和污染现状,提出要想完成“十一五”节能减排任务,必须积极推广采用染整新工艺、新技术和新设备。为此介绍了松堆丝光工艺、涂料染色新工艺、微正压汽封汽蒸箱、高温高压气流染色机和低温练漂助剂等节能减排新成果的概况。
【关键词】节能降耗;丝光;涂料染色;汽蒸箱;染色机;练漂工艺
【中图分类号】TSl98文献标识码:B文章编号:1005-9350(2008)07-0021-05
l 印染行业的能耗和污染现状
今年5月国务院下发的《第一次全国污染源普查方案》明确宣布纺织行业被列为重点污染行业;同时纺织工业协会又明确宣布印染行业是纺织行业中重点污染行业。这从下面的调查数据可证实:由于印染企业的污水处理问题长期以来一直未能很好解决,其中80%的用水量来自印染行业。据国家环保总局统计.印染行业污水排放总量居全国制造业排放量的第5位.60%的污水排放量也来自印染行业,且污染严重、处理难度高。更为突出的是废水的回用率很低.印染行业只有7%的回用率(纺织行业整体为10%).是纺织所有行业中最低的行业。污水处理后其COD的含量还高达200mg/L以上,达标的很少。所以造成这样的局面,笔者认为,除国家宏观控制不严、印染企业发展速度太快、有关领导对节能减排工作不重视外,还由于企业生产的品种主要为中低档产品.采用的工艺相对落后.对印染废水处理的投入较低,加上环境管理又十分落后。据统计,我围印染行业染化料助剂用量要比发达国家多耗用20%-30%。再从地区角度来分析.纺织工业的重点地区主要在江浙二省,其节能减排的任务尤为突出,江苏、浙江二省规模以上纺织企业产值要占全国规模以上纺织企业的48.7%.几乎占一半.其能耗也要占全国纺织企业的一半.其用水量及污水排放量要占全国纺织企业的60%以上。其中印染企业又是江浙二省节能降耗减排的重点.如二省印染企业节能降耗减排任务完不成.也必然影响全国纺织行业节能减排任务的完成。这说明二省印染行业节能减排任务的艰巨。要达到和完成“十一五”纺织工业节能降耗减排指标(吨纤维耗电量比2005年降低10%,单位产值纤维、蒸汽耗用量比2005年降低20%.吨纤维耗水量比2005年降低20%,单位产值的污水排放量比2005年降低22%),决非易事。综上所述.如印染行业再不重视和认真抓好:节能减排的工作.则要完成纺织工业和江苏省节能降耗减排任务只能是一句空话。笔者所以撰写这篇文章的目的.主要是呼吁印染行业和相关行业(助剂和印机行业)的有关领导必须重视和认真对待影响行业能否持续发展的严重问题,认真抓好这一环节,否则您的企业只好被淘汰。而要想完成“十一五”节能减排任务.就必须积极推广采用染整新工艺、新技术和新设备,这是唯一的出路。
2 推广节能降耗减排的科技成果
2.1 松堆丝光工艺
由已故著名印染专家陶乃杰教授研发的松堆丝光工艺.解决了传统紧式丝光不透不匀和成品门幅、缩水率不稳定的缺陷。其效果和机理如下:
(1)可大大提高纤维素纤维的溶胀程度。纤维素纤维在未经烧碱处理前,主要是纤维素I型,经碱处理后纤维结晶、C轴和A轴的晶胞参数及β角发生变化.部分纤维素I型转变成纤维素Ⅱ 型。从I型转变为Ⅱ型的多少,可显示出溶胀程度的高低。从测试的图谱和数据充分说明松堆丝光工艺的溶胀效果明显比紧式工艺为好,经纱“松堆”比“紧式”可提高25%、纬纱可提高54%。在紧式丝光中,棉织物经纱和纬纱的丝光效果区别不大,这是由于经纱在紧式丝光中受到强烈拉伸.使经纱伸直紧贴在纬纱上.这就对纬纱施加了纬向张力,因而紧贴着的经纬交织点碱液就难于透入。这在经密度较高的棉织物上影响更大.而松堆丝光就不会发生这种问题.所以纬纱的丝光效果明显较经纱好。另外,经试验.松堆丝光特适合对苎麻织物的加工。由于苎麻的结晶度高、纤维壁较厚,含杂又高,要取得好的丝光效果必须让苎麻纤维要有好的溶胀效果.所以苎麻织物更应采用松堆丝光工艺。
(2)可提高纤维素纤维对染料助剂的吸附力。经碱处理后.其纤维的微细结构如结晶度、密度等均有降低.这就是无定形区增加,原来的无定形区也变得较为疏松.可供吸附的位置也增多.这就提高了对染料助剂的吸附和吸湿能力,从试验数据也证明这一点.即使碱浓降低20%的苎麻织物的染色,其得色率仍提高了20%以上。
(3)可提高染色均匀度并减轻染色条花。由于松堆丝光工艺碱液易透入纤维.织物表层和里层的纤维均能均匀地溶胀并溶胀充分.达到“透而均”的效果.这就可提高染色均匀度和缩小由于纤维成熟度不同而导致染色性能的差异。
(4)可降低缩水率,采用紧式工艺,由于经向张力过大.使布铗拉幅时门幅不易伸展.因而半制品门幅往往不能符合要求。另外,纤维分子间形成的氢键使纤维间产生内应力,而影响织物的伸展。如采用松堆丝光工艺,其透而匀的溶胀使纤维分子间的氢键容易解键,而使内应力相应消失,并增加了可塑性,所以门幅容易拉伸,织物经充分拉伸经洗碱和烘干后,纤维分子间在新的位置上有规则地重新建成氢键,相对稳定了尺寸,就容易控制缩水率。
(5)可大大节约用碱、减少能耗,有利于丝光废碱的回收。根据实践碱浓可自240-260g/L降低至160~180g/L,其补给液也可自350g/L降至240g/L。每制备1 L补给液,自回收碱50g/L蒸浓至240g/L,较之蒸浓到350g/L,所蒸发的水分.前者不到后者的2/3.这就大大节约了蒸汽和能源,烧碱回收设备也可选用投资较的扩容设备。
为此.八五期间湖南汩罗纺织印染厂为解决苎麻织物的上染率、尺寸稳定性,提高产品质量、降低缩水率.也采用推广了陶教授研发的松堆丝光工艺.并根据松堆丝光理论与黄石纺机厂合作,开发出适用于苎麻织物及棉织物的松堆丝光联合机(作为八五攻关项目).取得了成效。其上染率超过攻关目标15%-20%,实际达到提高22.14%。虽通过了国家鉴定.但由于轧碱后在松堆过程中经向每米约收缩7%~17%的事实.造成短码缺布的弊端未得到解决.成为这个重大节能项目实现产业化的挚肘,因而十多年来此项新工艺一直未能推广应用。其根本原因是开发的松堆丝光机其设计思想是按照“七四型”染整设备多单元“恒张力同步传动”及“恒堆置时间”来考虑的.直到2006年.在中国纺织工程学会染整专业委员会有关同志.特别是机电学组组长陈立秋高工的全力帮助和山东源丰印染机械有限公司的合作下.采用了陈立秋高工研制的“定长控制装置”.终于解决了这个短码缺布的难题,同时又采用了陈工研制的高给液装置和变频调速真空吸液装置及滚动真空吸水盘,提高了纤维的透芯效果,解决了织物的凹纬和极光疵病。开发的YFl098—180型高效布铗松堆丝光联合机全程逆流水洗,中途无排放,其节能、节碱、减排效果显著,使松堆丝光工艺进入实用阶段.实现了产业化,并于2007年8月通过国家鉴定.为染整行业提供了一台创新的高效节能减排的具有自主知识产权的松堆丝光联合机。该设备为国际首创,综合技术水平达国际先进。
2,2 涂料染色新工艺
涂料染色因其节能节水、无或极少污染等特点,在当前能源十分紧张、环境污染十分严重的情况下,倍受业界和人们的关注。目前发达国家的涂料染色技术的应用已具有一定的规模和较高的质量水平,很多公司推出了一系列涂料染色色浆及其配套助剂和超柔软粘合剂、色牢度提高剂等,染色设备也在不断升级,如门富士开发的工hermex连续染色机适用于涂料连续染色工艺,此外国外还研发了阳离子涂料色浆,对纤维具有亲和力,染色时无需对纤维进行阳离子预处理,从而简化了染色工艺。与发达国家相比,我国涂料染色技术的推广与应用水平尚存在较大差距,还未能满足国内外市场需求及中高档产品的标准,涂料染色潜在的优势还远未能发挥出来。
目前我国传统的涂料染色均采用粘合剂工艺,工艺较简单,使用面不广,主要存在染料提升性差、色牢度低、手感硬、粘辊等问题。经常州森容纺织品有限公司总经理徐三兴高工和上海长申化工有限公司总经理吴庆源高工十多年的辛勤研究,开发了《涂料连续染色新工艺》和《色织产品涂料染色新工艺》。系利用纤维改性技术通过染化料助剂的优选、专门设备的研制及产品系列的开发,解决了传统涂料染色存在的诸多问题。“色织产品涂料生产新工艺”采用了环状涂料染纱线进行纤维改性的工艺路线,并研制了相关专用设备,其批量生产的牛津纺、青年布等产品的质量明显优于传统工艺生产的产品,受到广大客户的好评。该工艺生产效率提高lO%以上,能耗降低了30%以上,综合成本下降了20%,节能减排成效显著,并于2007年7月通过国家鉴定。特别是色织产品涂料染色新工艺及研制的专用设备,为国际首创,达国际先进的具有自主知识产权的节能减排重点项目。目前在常州东高染整有限公司生产的涂料连续染色新工艺这条生产线已被国家批准为中国新型涂料染色研发的生产基地。而色织产品涂料染色新工艺及研制的专用设备已获得国家发改委首选的节能减排推广项目,要求迅速建立生产专用设备基地,树立色织产品涂料染色新工艺的样版厂,来迅速推广这项节能减排的新技术。
2,3 微正压汽封固色汽蒸箱
长期以来印染行业使用的固色汽蒸箱均采用液封口进布,普遍存在固色率低、固色不稳定、固色液温度变动大,造成液封口染料脱落集聚而影响到颜色变化,不仅造成头尾色差严重,且染料浪费严重,而固色剂的消耗量也大。另外由于汽蒸箱内导辊排列不合理,导致固色液随冷凝水在布面上作不规则流淌,而造成条花严重和布面易起皱疵病。同时环境污染和水处理成本举高不下。上述问题长期以来得不到彻底解决。为解决现有汽蒸箱存在的上述问题,张家港市江海机械有限公司有关科技人员总结了液封口进布存在的问题及其原冈,并成立了专题研制小组,对汽蒸箱作了如下创造性的改进:
(1)改液封口为汽封口进布结构,并采用光电检测技术,使织物进入箱内时可有效阻止箱内蒸汽外泄,以实现箱内98~490 Pa正压,饱和蒸汽温度可稳定在100~102℃。
(2)采用了新的导布辊结构布置,布面由垂直运行改变为水平运行,由卧式箱体结构改为立式结构的箱体,并在二组导布辊之间设置了蒸汽导流板,这样可避免布面产生条花,使固色均匀。箱体这样改进后减小了体积,节约了铜封20%,不仅减少了散热,节约了蒸汽,还可减少50%的占地面积。同时便于操作便于做清洁工作。
(3)采用了内箱体与外部机架脱开的技术,可避免如内箱体受热变形而引起的导布辊变形和位移,因而减少了织物在运行中出现起皱和跑偏现象
(4)采用了光、电、机一体化控制技术。如汽封进布口的打开和闭合密封控制、织物张力控制、箱内工艺温度的控制等都由光电探测器检测,其自动化、智能化水平较高。
该科技成果节能减排成效显著,可节约染料20%以上,节约固色剂40%以上。由于节水、节汽、节料,其废水排放量也相对减少,既保护了环境,又降低了污水处理费用。该成果于2007年8月通过国家鉴定,在同机种的固色汽蒸箱中领先的多项发明专利、实用新型专利技术的应用为染整行业提供了一台先进的、高效节能降耗减排的具有多项自主知识产权的创新型微正压汽封固色汽蒸箱,其综合技术水平达到国际先进。
2,4 高温高压气流染色机
高温高压气流染色机与溢流喷射染色机相比,可节省染料lO%、节省助剂60%、节水60%-70%,可大大减少环境污染,且染色时间可缩短40%。开发高温高压气流染色机是新一代染色设备的发展方向,并能顺应当今世界绿色环保主题。为此,湖南邵阳纺织机械有限公司决定组成高温高压气流染色机研制小组,并成立染色机研究所,专门负责气流染色机的开发。
目前气流染色机的原理主要有二种:一种是德国Then公司采用的气流雾化原理;还有一种是德国Thies公司采用的气压渗透原理。从调查资料和用户使用效果及市场占有率来看,Then公司的气流染色机的技术水平处于国际领先地位。该机种经过20多年的不断试验和改进,已完全可适用于各类纤维织物的染色工艺,达到很好的效果。另外从近几年国防纺机展及有关报导中可看出,气流染色机除染色工艺外,又趋于向多功能和人工智能化方向发展。如柔软处理、松式烘干、生物酶抛光、彩虹染色等功能的扩展;在控制方面可实现人机对话、受控染色及中央集中控制,以保证染色工艺的重演性。经过大量市场调研和对国内引进机型的分析研究,邵阳纺机公司决定开发根据气流雾化原理的高温高压气流染色机,并列入公司“十五”及十一五”期间的主导产品。要求研发的高温高压气流染色机达到国外21世纪初同类机型的先进水平,在消化吸收的基础上,经几年的努力,在五个方面进行了创新:①研发了适用于我围气流染色机的染液气流雾化喷嘴;②设计加装了效果更佳的储布机槽装置(已申请国家专利);③设计开发了专用变频高速风机,降低了制造成本;④研制了新型的提布辊;⑤研发了先进的全机控制系统。终于在2004年中期成功研制了一台新颖的高温高压气流染色机,经过一年多的生产实践,进行了十多个机织物、针织物的染色工艺验证,基本能满足工艺要求,取得了阶段性成果,在节能降耗减排方面取得重大突破。与溢喷染色机相比,平均节水、节汽、节省助剂均在50%以上。2005年,在此基础上,又成功开发了一管、二管新型高温高压气流染色机;2006年10月完成了高速风机、储布槽、喷嘴、提布辊、全机控制系统等的优化设计;2006年12月又完成了三管、四管等多管气流染色机的图纸、工艺、工装等技术资料的设计工作。该机已销售9台(销往天津、南通、绍兴、山东、广东等省市的印染企业和土耳其的印染厂),并于2007年8月通过国家鉴定,认为该机跟踪国外先进技术独立研制成功。各项技术指标达到设计要求,整机技术性能填补了国内空白,达到同类设备的国际先进。该机研制成功,为印染行业提供了高效、节能、低污染、自动化程度较高的先进可靠的新型设备,可替代进口,为印染企业技术改造、设备更新、投资的降低、节约外汇、节能减排、提供了保证。
2,5 低温环保型练漂剂
上海祺瑞纺织化工有限公司研发的低温环保型练漂剂QR-201l、QR-2010、QR-2020以不同比例进行棉的双氧水煮练、漂白同浴练漂,可使练漂温度降低到80℃以下或冷轧堆练漂的堆置时间缩短到4~6 h。其突出的效果为:
(1)可大大节约能源,使原来1 t棉织物练漂用蒸汽从5~6t降低到1.2~3.5 t,可节约用汽40%多,用低温练漂可使印染厂总用汽量降低20%~25%;
(2)由于洗涤容易使原来1t棉织物练漂用水从60t降低到30t,可降低50%,同时污水排放量也相应减少一半。
(3)由于洗涤容易,洗涤次数减少及升温、降温时间减少,从而节约了加工时间,一般可缩短70%左右。特别是筒子纱练漂,原先用水洗20次,现在只要水洗8次,其效果更为明显。冷轧堆加工时,可把原堆置16~24 h缩短到4~6 h。
(4)采用低温练漂助剂后其加工织物毛效可达10公分以上(老工艺只有3~6 cm),可使染色均匀并减少染花等疵病。特别对筒子纱染色时尤为明显,可使筒子纱内中外层染色均匀一致。另外杜绝了氧漂破洞的产生,主要是改用了别的碱剂,铁离子较少、pH较低。还可减少棉氨混纺织物练漂时造成的死皱印,主要是新工艺处理温度降低,湿热定形作用减少,因而皱印减少甚至消除。
该低温练漂助剂中的QR-20lO是一只含有溶剂的、起煮练作用的助剂。溶剂的存在,有助于及时将水解反应产物萃取去掉,使水解反应加速进行,再在催化剂(碱剂,QR-2011)的作用下,使反应速率大大提高,因此可以实现降低煮练温度的目的。QR-2020是含有复合活化剂的助剂。其作用是与双氧水能生成过羧酸类化合物,从而提高了氧化电位,也提高了双氧水的活化效率。由于祺瑞公司自制了活化剂,同时进行了复配,使活化剂用量大大下降,也使成本大为降低,其低温煮练和氧漂的基本原理,及其应用工艺可参阅2007年第12期《染整技术》低温练漂剂QR-2010、QR-201、QR-2020以不同比例用于棉梭织物、针织物、毛巾、纱、筒子纱和混纺织物的低温练漂,在数十家不同类型的印染厂进行厂大样试验,都取得了很好效果,不但节约蒸汽、节约用水、减少排污、毛效高、时间省,还可减少因高温练漂而产生的织物死皱印,减少超细纤维的微纤化,证明此低温练漂工艺具有较大的生命力。
3 结论
笔者认为,国家宏观调控的重点已明确,纺织印染行业对“十一五”期间节能降耗指标也做出了规划,印染行业节能减排的重点也已锁定。现在的关键是踏踏实实地狠抓、推广已研发的节能、降耗减排的科技成果,特别是目前已通过国家鉴定受到业内专家关注的新工艺、新没备、新染化料,、另外对国家尚处在中试阶段或实验阶段的重大节能科技项日,如低温等离子体新技术、超临界二氧化碳无水处理的新技术、超声波新技术、数码印化新技术等要抓紧开发,及早实现产业化。总之,要想完成“十一五”节能降耗减排任务,就必须积极推广采用染整新工艺、新技术、新设备和新助剂,重视重大科技项目的开发,这是唯一的出路。
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参考文献
[1]有的放矢抓重点[N]中围纺织报,2007-08-09(1)
[2]黄茂福,钱成芳,钱志忠等,棉低温练漂的研发与应用[J]染整技术,2007,(12);16-19
[3]“涂料染色新工艺”鉴定材料;“松堆丝光联合机”鉴定材料;“微正压汽封高效汽蒸箱”鉴定材料;“高温高压气流 染色机”鉴定材料。