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超临界CO_2印染技术的开发与研究

作　者: 周占坡
导　师: 潘家祯
学　校: 华东理工大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 超临界二氧化碳印染分散染料聚酯纤维多孔介质
分类号: TS193.638
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

超临界流体染色是近年提出的一种以超临界流体代替水作为染色介质的新工艺。本文在国内外现有技术基础上,开发了一套超临界CO2无水印染动态工艺流程,克服了传统水染工艺的资源浪费与环境污染的缺点。新工艺在染色过程中对未固着的染料回收,并将作为染色介质的二氧化碳重新回收利用,从而节约染料和水资源,减少环境污染。本文归纳并分析了超临界CO：的密度、粘度、比热容、导热系数等热力学性质,同时研究了分散染料在超临界CO2中的溶解度等性质,以及以涤纶为代表的织物纤维在超临界CO2中的染色机理,为超临界CO2印染工艺的开发奠定了理论基础。在理论分析基础上,研究并开发了一套超临界CO2无水印染动态工艺,该工艺流程包括CO2存储单元、加压加热单元、循环印染单元、分离回收等四个相对独立单元。根据工艺流程确定了工艺步骤及工艺参数,绘制工艺流程图及设备设计流程图,进而对设备装置进行设计或选型。对高压染色釜及纱锭建立流体计算模型,利用Fluent软件多孔介质模型对其进行数值模拟,观察其流场分布情况,防止流体产生短路,优化染色釜结构。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-20
  1.1 课题背景和研究意义  10
  1.2 超临界流体染色技术综述与研究现状  10-16
    1.2.1 超临界流体技术  10-12
    1.2.2 超临界CO_2的性质  12-13
    1.2.3 超临界染色基本原理  13
    1.2.4 超临界染色设备和工艺  13-16
  1.3 研究思路与内容  16-20
    1.3.1 染色机理研究  16-17
    1.3.2 染色工艺开发  17
    1.3.3 染色设备开发  17-19
    1.3.4 染色釜及纱锭内部流场模拟  19-20
第2章超临界CO_2流体热力学性质研究  20-24
  2.1 超临界CO_2密度  20-21
  2.2 超临界CO_2粘度  21-22
  2.3 超临界CO_2定压比热容  22-23
  2.4 超临界CO_2导热系数  23
  2.5 超临界CO_2的焓  23-24
第3章超临界CO_2无水印染工艺设计  24-38
  3.1 染料概述  24-27
    3.1.1 分散染料简介  25-26
    3.1.2 分散染料在超临界CO_2的溶解度  26-27
  3.2 涤纶纤维概述及染色机理  27-29
    3.2.1 涤纶纤维  27
    3.2.2 染色机理研究  27-29
  3.3 工艺研究  29-32
  3.4 工艺设计  32-38
    3.4.1 纱锭  32-33
    3.4.2 染料选择  33-34
    3.4.3 工艺介绍  34-36
    3.4.4 操作步骤  36-38
第4章超临界CO_2无水印染装置设计  38-56
  4.1 设计条件与参数  38-43
    4.1.1 设计流程与设计参数  38-40
    4.1.2 筒管  40-41
    4.1.3 布液管  41-43
  4.2 染色釜设计  43-44
  4.3 管道设计  44
  4.4 染料罐设计  44-45
  4.5 二氧化碳用量计算  45-47
    4.5.1 染色系统体积计算  45-46
    4.5.2 二氧化碳用量计算  46-47
    4.5.3 循环印染时CO_2状态计算  47
  4.6 二氧化碳钢瓶选型  47-49
  4.7 真空泵选型  49
  4.9 加热装置设计  49-50
    4.9.1 热量衡算  49
    4.9.2 电加热棒选型  49-50
  4.10 冷却器设计  50-51
    4.10.1 设计参数  50
    4.10.2 热量衡算  50-51
    4.10.3 夹套式换热器设计  51
  4.11 分离器设计  51-53
  4.12 增压泵选型  53-54
  4.13 循环泵选型  54-56
第5章染色釜及纱锭流场数值模拟与优化  56-65
  5.1 引言  56-57
    5.1.1 计算流体动力学概述  56
    5.1.2 软件介绍  56
    5.1.3 数值模拟一般步骤  56-57
  5.2 染色釜及纱锭流场FLUENT数值模拟  57-65
    5.2.1 建立几何模型  57-58
    5.2.2 网格划分  58-60
    5.2.3 边界条件  60
    5.2.4 模型求解与分析  60-65
第6章结论与展望  65-66
  6.1 结论  65
  6.2 展望  65-66
附录  66
附录1 设备明细一览表  66-68
附录2 系统压力降计算  68-71
  附录2.1 纱锭纤维压力降计算  68-70
  附录2.2 管路压力降计算  70
  附录2.3 染料釜压力降计算  70
  附录2.4 换热器压力降计算  70-71
附录3 CO_2液化曲线温度压力对照表  71-72
附录4 分散染料在超临界CO_2的溶解度  72-74
参考文献  74-78
致谢  78

超临界CO_2印染技术的开发与研究

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