【集萃网观察】引言

　　筒子纱染色与其它高能耗、高污染行业一样，将节能减排作为未来发展的主要目标。通过染色工艺的改进、染色设备结构性能的提高和设计优化，降低加工过程中的水、蒸汽、电、染化料消耗，减少污水排放，是一条实现节能减排的有效途径。经过长期的实践应用，人们掌握了一些对染色性能有较大影响的参数，并对其采取相应的控制方式，既可满足染色的质量要求，又能在一定程度上达到节能减排的效果。例如，小浴比条件下的染色，不仅能够节省水和蒸汽、减少排放，而且还可提高活性染料的直接性，减少对盐类的依存性，降低盐类的消耗和污水助剂的含量。因此，小浴比是筒子纱染色节能减排的一个主要特征。

　　比流量是影响筒子纱染色质量的一个重要参数，过去一直认为取得越大越有利于匀染，但近年来的实际应用表明并非如此。过大的比流量，需要消耗很大的主循环泵功率，并且会使纱线产生毛羽，甚至将筒子纱冲垮塌，造成染液循环短路。实际上过去提高比流量，很大程度上是为了弥补由于泄漏而造成的染液有效循环量不足。而现在，人们通过对筒子纱的装载接口密封性能的提高，减少了染液的泄露量，只要提供筒子纱染色实际所需的比流量，就完全可以保证染色质量。如果采用变频技术控制染液有效循环流量，实现同步染色，那么将更有利于节能。

　　除此之外，采取染液强制对流加热方式，可提高换热效率，减少蒸汽的消耗量。将传统的重力排放改为压力排放，减少纱线的带液量，可为水洗和脱水减少能耗。利用间接降温余热水进行同步水洗，既省水又省蒸汽。这些功能的出现，对染色加工的节能减排起到了不同程度的作用。

　　筒子纱染色实现节能减排的过程，与染色工艺和染色设备结构性能是分不开的。筒子纱染色在过去十几年的发展过程中有了很大技术进步，设备与染色工艺的密切结合，除了对部分影响染色工艺的参数，进行了深入研究并找出规律，提出新的要求和控制方法外，还涉及到与节能减排相关的其它影响因素。制造商通过染色设备结构和控制的优化设计，在染色应用中已经获得了一定成效，但还不能说达到了最佳效果，有些功效仍有待进一步探索和改进。因此，本文仅就一些最基本的、已经得到应用或者可能实现的功效作一简述。

　　1、染色工艺参数优化

　　筒子染色技术的发展过程中，染色工艺参数和设备结构性能的改进始终起着重要作用。在能够满足纱线染色质量的基础上，不断对染色工艺参数和设备结构性能进行优化，很大程度上提高了节能减排的功效，其中两个最重要的参数：浴比和比流量，是染色工作者多年来一直研究的对象。

　　1.1 小浴比染色

　　传统的小浴比概念是：筒子纱染色浴比在1：6就称为小浴比。它必须在一定的工艺和设备条件下才能够实现。在以水作为染色介质的筒子纱染色工艺中，采用小浴比是实现节能减排最直接也是最有效的手段。它不仅是在染色工艺的时间（最明显是升温时间）上，还是在能耗（水、蒸汽、染化料等） 和排污上，都大为缩短和降低。因此，筒子纱实现小浴比染色具有十分重要的意义。

　　1.1.1 小浴比的作用

　　实现小浴比染色，必须了解它对整个染色工艺产生的作用和影响，并采取相应的措施来保证。从实际应用来看，染料和助剂、染液与纱线的交换频率是产生最明显效果的部分。

　　（1）染料和助剂减少。等量的同种染料，在不同浴比染浴中的浓度是不一样的。浴比高的颜色浅一些，浴比低的颜色要深一些。如果是要染成同样的深浅，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则要少一些。这是客观存在的事实。这里除了与染料的结构特性有关外，主要是与染料在不同浴比条件下所表现出的直接性有关。实验表明，活性染料在低浴比条件下，上染率会提高。而促染剂（如盐）的用量与其体积浓度（g/L）有关，溶剂（水）量的减少，也就减少了用盐的总量，减少了盐对环境所造成的污染。

　　许多染料需在一定的碱性条件下与织物纤维发生反应，如活性染料在碱性条件下与织物纤维形成化学键而固着，还原染料在碱性浴中进行还原。碱将染浴的PH值控制在一定的范围内，高浴比要消耗大量的碱，相比之下，小浴比提高了染料的上染率，在相同碱性浓度F所消耗的碱量也小，染料的水解程度下降，有利于染深色，节省染料。

　　（2）染液与纱线的交换频率。通常染色工艺都是以时间来控制染色过程的每个工序，在一定染色工艺条件下所需的时间，实际上是完成染料上染和固色过程所需的时间。实践表明，温度、浴比、染液和纱线的相对运动，对完成上染和固色过程所需的时间是有影响的，其中影响最大的是染液与纱线的交换频率，而它又体现在二者的相对运动程度上。如果说染料上染和固色过程需要一定的染液和纱线的交换次数来实现，那么，完成一定交换次数所需的时间就反映出了染色时间的长短。

　　由此可见，要完成一定的染液和纱线的交换次数，交换频率高的比交换频率低的所需的时间肯定要短。因此，小浴比染色过程应通过染液与纱线交换次数来确定每个过程所需的时间，而不应套用大浴比的过程时间，否则，超出的时间里，只能做无用的运行，不仅纱线的表面容易产生毛羽，而且造成设备能力的浪费。

　　1.1.2 染液单向循环

　　筒子纱为了保证纱层内中外的染料上染和固色达到均匀一致，染液循环通常都是采用内向外和外向内交替进行。染液双向循环要求主缸内的所有筒子纱必须被浸在染液之中，如果没有设备结构上的措施可以减少染液循环系统中的储液量，那么浴比至少要在1：8以上才能满足染液双向循环的要求，否则，主缸内顶层筒子纱就会露出液面。染液单向循环只有内向外，而没有外向内的循环，因此，可以将筒子纱露出染液，这就意味着浴比可以大为降低。

　　采用染液单向循环时，必须保证筒子纱之间、顶锁等接口的密封性，同时，对染色工艺、筒子纱的密度、比流量以及主循环泵特性等方面都有一定要求。在设备结构上，采用高效离心泵可以提供稳定的比流量，每根筒子纱柱上加一个外套管，染液内向外穿过纱层后在筒子纱外部形成一定的静压腔，有利于外层纱的匀染性。染色工艺上，要注意温度和加料的控制。有了染色工艺和设备结构性能的保障，完全可以进行染液单向循环染色。

　　1.2 比流量的分析与选择

　　在筒子纱染色技术中，涉及到一个非常重要的技术参数—比流量。它的基本概念是：每公斤纱线在单位时间内所穿过的染液量，其单位是：升染液/公斤纱线·分钟（L/kg·min）。完成染色工艺过程的目的就是在设定的时间内，让染料在纱线纤维上达到均匀的上染并固着在纱线纤维上。按照间歇式染色原理，被染物（这里指纱线）与染料必须在一定的接触次数中，才能完成上染的三个基本过程：吸附、扩散和固着。在这个过程中，除了以温度来控制上染速率的快慢外，主要是通过染液的循环，保证整个被染物（纱线）的温度均匀性和与染料接触均等。

　　因此，比流量在筒子纱染色中起着非常重要的作用，设备主泵流量选取的主要依据就是比流量。传统的观念认为，选择较大的比流量可以提高染液（确切地讲是染料）与纱线的交换次数，有利于纱线的匀染性。同时还认为，单个筒子纱的内、中、外色差，或者层与层之间的色差与比流量过小有关系。实践证明，过去主要考虑的是理想中纱线与染液的交换频率，也就是染液的循环频率（因为纱线是静止的），而忽略了染液循环流量受循环系统（包括纱线的穿透）阻力的影响而发生的变化。正由丁这种变化影响的存在，使得实际上的染液循环流量并不是我们当初设置的数值，而是减去泄漏（占的比例较大）和克服阻力损失后所剩余的那部分流量。如果在这种流量条件下能够将纱线染好，那么，我们假设将泄漏（通过结构的改进）降低到最低限度，并适当提高主泵扬程来克服阻力损失，是否可以降低当初设置的比流量呢?下面对此进行讨论。

　　1.2.1 实际染液循环

　　在染液实际循环系统中，由于设备结构的影响，染液循环时不可避免地产生扬程和局部阻力损失，而克服这些损失必须消耗一定能量。同时，系统中还存在一个非常大的阻力损失，那就是穿透筒子纱层的阻力损失。这些阻力损失统称为压力降损失，都是由对流体（即染液）产生强制循环的动力源一主循环泵的扬程来提供的。由流体力学原理得知：系统中压力降与流体流速的平方成正比，也就是与流量的平方成正比（流量=过流面积×流速）。如果实际中能够实现较大的比流量，单从染色这方面来考虑，对匀染性是有利的，但对密度较大的纱层（如经轴纱的密度一般在0.40～O.45g/cm3），或者吸水后具有较大溶胀的纱线（如粘胶），则会因为阻力增大而产生很大压力降。这种压力降必然会使主循泵特性曲线的工作点向较高扬程方向移动，流量也随之下降，也就是说实际产生的流量已经发生变化，并不是原设定的流量了，而且主泵有可能没有工作在特性曲线上的经济效率范围内（通常认为主泵在不低于最高效率的7%范围内工作是经济的）。出现这种情况，纱线中的染液循环流量下降，整个循环系统压力增高，相当一部分染液可能从密封较差的接口泄漏，造成染液短路。因此，实际染液的循环是受到整个系统影响的。