專利名稱：基于多總線、多改性釜并行的天然纖維晶變改性氣相介質回收系統與方法
技術領域：
本發明涉及一種天然纖維晶變改性氣相介質的回收系統與方法，尤其涉及一種基于多總線、多改性釜并行的天然纖維晶變改性氣相介質回收系統與方法，屬于高端紡織裝備領域。
背景技術：
天然纖維是重要的紡織原料，具有吸濕散熱、仰菌防蟲、抗輻射等優越特質，但也存在堅硬、發皺、縮水、難紡、難織、難染等缺陷。利用晶變改性技術對天然纖維進行改性處理，使其在保留優點的同時，性能顯著改善，達到易紡、易織、易染效果，不僅提高了天然纖維的附加值，而且滿足了高檔面料對原料的需求。
天然纖維晶變改性技術是指利用分子量小、粘性小、表面張力小、易相變的液態介質，通過改性裝備使其滲透到纖維晶格結構中，調控其壓力、溫度、流量、相變狀態等參數， 在介質溶脹、高壓膨化的綜合作用下，使纖維素晶格結構發生變化。
在天然纖維晶變改性中，液態介質蒸發氣化后的氣相介質和被改性纖維中殘留介質的回收，是耗能最多、工藝最復雜的關鍵環節。發明內容
本發明的目的是提供一種天然纖維晶變改性氣相介質回收系統與方法，以使改性介質充分回收、高效冷凝并循環利用，實現改性過程無污染、零排放，并節能降耗。
為了達到上述目的，本發明的技術方案是提供了一種基于多總線、多改性釜并行的天然纖維晶變改性氣相介質回收系統，其特征在于，包括抽真空總線和氣相介質壓縮總線；n個改性釜并聯在抽真空總線和氣相介質壓縮總線上，η > I ;抽真空支路接入抽真空總線，一級壓縮支路和二級壓縮支路接入氣相介質壓縮總線，一級壓縮支路還串接在抽真空支路的后端，二級壓縮支路還串接在一級壓縮支路的后端。
優選地，所述改性釜內設有加熱系統和傳感器系統，天然纖維晶變改性在改性釜內進行，各所述改性釜并發運行、同時工作在不同的工藝段；所述抽真空支路包括與所述抽真空總線并聯的真空泵組和與真空泵組串聯的緩存器一；所述一級壓縮支路包括與所述氣相介質壓縮總線并聯的氣液分離器一和 與氣液分離器一串聯的一級壓縮機組；所述二級壓縮支路包括與所述一級壓縮支路依次串聯的冷卻器、緩存器二、氣液分離器二、二級壓縮機組和冷凝器；所述氣液分離器一還與所述緩存器一相連接；所述冷卻器還并聯在所述氣相介質壓縮總線上。
優選地，所述緩存器一的容積遠遠大于所述改性釜的容積；所述緩存器一內存儲的由所述真空泵組回收的氣相介質經所述氣液分離器一、所述一級壓縮機組和所述冷卻器壓縮回收至所述緩存器二 ；所述緩存器一的最大極限壓力、最小極限壓力與所述一級壓縮機組相匹配。
優選地，所述緩存器ニ的容積遠遠大于所述改性釜的容積；所述緩存器ニ內存儲的自然回收和由一級壓縮機組壓縮回收的氣相介質經所述氣液分離器ニ和所述ニ級壓縮機組壓縮回收至所述冷凝器后冷凝為液態介質，以循環利用；所述緩存器ニ的最大極限壓力、最小極限壓力與所述ニ級壓縮機組、所述冷凝器相匹配，且所述緩存器ニ的最大極限壓力小于所述改性釜內壓力。優選地，所述ー級壓縮機組為小功率壓縮機組；所述ニ級壓縮機組為大功率壓縮機組。本發明還提供了一種基于多總線、多改性釜并行的天然纖維晶變改性氣相介質回收方法，其特征在于，包括依次進行的自然回收、一級壓縮回收、介質抽真空加一級壓縮回收、ニ級壓縮回收。優選地，所述自然回收過程為改性釜內的氣相介質在壓力能作用下經氣相介質壓縮總線自然回收至ニ級壓縮支路的緩存器ニ，直到改性釜與緩存器ニ達氣壓平衡。優選地，所述ー級壓縮回收過程為改性釜內的氣相介質經氣相介質壓縮總線進入一級壓縮支路，經ー級·壓縮支路的氣液分離器ー后，由一級壓縮支路的ー級壓縮機組壓縮回收至ニ級壓縮支路，經ニ級壓縮支路的冷卻器后壓縮回收至ニ級壓縮支路的緩存器ニ，直到改性爸內約為大氣壓力。優選地，所述介質抽真空加ー級壓縮回收過程為改性釜內的氣相介質經抽真空總線進入抽真空支路，由抽真空支路的真空泵組回收至緩存器一，直到改性釜內滿足壓力要求；當緩存器一內壓カ達設定的上極限壓カ時，緩存器一內的氣相介質進入一級壓縮支路，經ー級壓縮支路的氣液分離器ー后由一級壓縮機組壓縮回收至緩存器ニ；當緩存器一內壓カ為設定的下極限壓カ時，停止一級壓縮回收。優選地，所述ニ級壓縮回收過程為當緩存器ニ內壓カ達設定的上極限壓カ時，緩存器ニ內的氣相介質經ニ級壓縮支路的氣液分離器ニ后由ニ級壓縮機組壓縮回收至冷凝器冷凝為液態介質；當緩存器ニ內壓カ為設定的下極限壓カ時，停止ニ級壓縮回收。本發明基于多總線、多改性釜并行的天然纖維晶變改性氣相介質回收系統與方法使一套介質回收設備為多個改性釜服務，多改性釜并發運行，同時工作在天然纖維晶變改性的不同エ藝段。在氣相介質回收過程中可插入等待時間，從而在時序上保證了多改性釜并發運行時抽真空總線與氣相介質壓縮總線互不干渉,與系統其他總線也互不干渉,各改性釜的エ藝流程按時序并發運行。本發明采用以上技術方案的優點如下1、一套介質回收設備為多個改性釜服務，多改性釜并發運行，提高了設備利用率和生產效率,降低了設備成本和生產成本。2、緩存器ニ的容積遠遠大于改性釜的容積，使改性過程中液態介質回收后改性釜內壓カ高于緩存器ニ內壓力，氣相介質在壓力能作用下自然回收，節能效果顯著；當改性釜與緩存器ニ壓カ平衡后，啟動ー級壓縮機組壓縮回收，避免了改性釜內高壓氣相介質對ー級壓縮機組的沖擊，改善了其運行エ況，有利于提高設備的使用壽命。3、采用大、小功率兩級壓縮方式，小功率壓縮機組與真空泵組匹配，將改性釜內和緩存器一內的氣相介質壓縮回收至緩存器ニ，完成一級壓縮；緩存器ニ內達一定壓カ后，啟動大功率壓縮機組，進行ニ級壓縮。保證了大功率壓縮機組獲得較長的連續穩定運行時間和最佳進出口壓差，優化了運行エ況，避免了頻繁啟停對其性能和壽命的影響，并節能降耗。4、采用自然回收、分級壓縮、介質抽真空相結合的方法，使真空泵、壓縮機組、冷凝器具有良好的運行エ況，降低了系統能耗，使改性介質充分回收、高效冷凝并循環利用，實現了改性過程無污染、零排放。5、在氣相介質回收過程中可插入等待時間，在時序上保證了多改性釜并發運行時抽真空總線與氣相介質壓縮總線互不干渉，與系統其他總線也互不干渉，各改性釜的エ藝流程按時序并發運行。


圖1為本發明基于多總線、多改性釜并行的天然纖維晶變改性氣相介質回收系統原理圖；圖2為本發明基于多總線、多改性釜并行的天然纖維晶變改性氣相介質回收方法エ藝流程圖；圖3為本發明基于多總線、多改性釜并行的天然纖維晶變改性氣相介質回收系統與方法中改性釜的工作壓カー時序圖。
具體實施例方式為使本發明更明顯易懂，茲以優選實施例，并配合附圖作詳細說明如下。本實施例所用改性介質為液態氨。本發明提供的基于多總線、多改性釜并行的天然纖維晶變改性氣相介質回收系統如圖1所示，包括抽真 空總線和氣相介質壓縮總線；并聯在抽真空總線和氣相介質壓縮總線上的n個改性釜，n > I ;并聯在抽真空總線上的抽真空支路、并聯在氣相介質壓縮總線上的ー級壓縮支路、與一級壓縮支路串聯的ニ級壓縮支路；若干閥門。改性爸i (i = I, 2, . . . , n)內壓カ為 Pi (i = I, 2, . . . , n),容積相等為 Vi (i = I,2，. . .，n)，其內設有加熱系統和傳感器系統，天然纖維晶變改性在改性釜內進行，各改性釜并發運行、同時工作在不同的エ藝段。改性過程中液態氨回收后，改性釜內充滿蒸發氣化的氨氣,壓カ為PtliQ = 1,2，. . .，n)。加熱系統促進被改性天然纖維中殘留液態氨蒸發氣化。傳感器系統包括壓カ傳感器、溫度傳感器和液位傳感器等，用于實時測控改性釜內壓力、溫度和液位。抽真空支路包括與抽真空總線并聯的真空泵組1、與真空泵組I串聯的緩存器ー
2。真空泵組I回收改性釜內的氨氣。緩存器一 2內壓カ為P1、容積為VpV1 >> Vi (i = 1，2，. . .，n)，存儲真空泵組I回收的氨氣，緩存器一 2內的氨氣經氣液分離器ー 3、一級壓縮機組4、冷卻器壓縮回收至緩存器ニ 5，設定與ー級壓縮機組4匹配的P1的極限壓力為P1Hiax和 P1Hiin0ー級壓縮支路包括與氣相介質壓縮總線并聯的氣液分離器ー 3、與氣液分離器ー3串聯的ー級壓縮機組4。氣液分離器ー 3分離緩存器一 2內氨氣中含有的少量液態氨，以保證進入ー級壓縮機組4的工作氣體為純氨氣。ー級壓縮機組4為小功率壓縮機組，壓縮回收改性釜內的氨氣和緩存器一 2內的氨氣。
ニ級壓縮支路包括與一級壓縮支路依次串聯的冷卻器、緩存器ニ 5、氣液分離器ニ6、ニ級壓縮機組7和冷凝器。冷卻器冷卻ー級壓縮機組4壓縮回收的氨氣，以降低進入緩存器ニ 5的氨氣的溫度。緩存器ニ 5內壓カ為P2、容積為V2，存儲自然回收的氨氣和ー級壓縮機組4壓縮回收的氨氣，緩存器ニ 5內的氨氣經氣液分離器ニ 6、ニ級壓縮機組7壓縮回收至冷凝器，設定與ニ級壓縮機組7、冷凝器匹配的P2的極限壓力為P2Hiax和P2min，且P2Hiax< P0i (i = 1，2， ，n)、V2 >> ViQ = 1,2, , n)。氣液分離器ニ 6 分離緩存器ニ 5 內氨氣中含有的少量液態氨，以保證進入ニ級壓縮機組7的工作氣體為純氨氣。ニ級壓縮機組7為大功率壓縮機組，壓縮回收緩存器ニ 5內的氨氣。冷凝器將ニ級壓縮機組7壓縮回收的氨氣冷凝為液態氨，以循環利用。若干閥門控制介質通斷和流向。當改性過程中液態氨回收后，開始本發明基于多總線、多改性釜并行的天然纖維晶變改性氣相介質回收方法的エ藝過程，如圖2所示，包括自然回收、一級壓縮回收、介質抽真空加ー級壓縮回收、ニ級壓縮回收。在介質抽真空過程中，改性釜的加熱系統間歇運行，根據改性釜內的溫度控制加熱系統的開啟和關斷。自然回收過程為開啟電動球閥Q-1、電動球閥Q_b和電動球閥Q_f，由于Ptli >P2max(i = 1,2, , n)、Vi << V2(i = 1,2, , n),第一個改性爸內的氨氣在壓カ能作用下通過氣相介質壓縮總線經冷卻器自然回收至緩存器ニ 5，當P1 = P2吋，關閉電動球閥Q_b o ー級壓縮回收過程為開啟電動球閥Q_a，第一個改性釜內的氨氣通過氣相介質壓縮總線經氣液分離器ー 3、ー級壓縮機組4和冷卻器壓縮回收至緩存器ニ 5，當P1約為大氣壓カ時，關閉電動球閥Q_a和電動球閥Q-1。開啟電動球閥Q-2和電動球閥Q-b，第二個開始改性釜的自然回收過程，對其他改性釜亦相同。介質抽真空加ー級壓縮回收過程為開啟電動球閥Q-1'和電動球閥Q-C，第一個改性釜內的氨氣通過抽真空總線經真空泵組I回收至緩存器ー 2，當P1約為130Pa并穩定At時間后，關閉電動球閥Q-1'，對第一個改性釜進行氣壓平衡。開啟電動球閥Q-2'，開始第二個改性爸的介質抽真空過程，對其他改性爸亦相同。當緩存器一 2內壓カP1 = P1Hiax吋，開啟電動球閥Q_d，緩存器一 2內的氨氣經氣液分離器ー 3、ー級壓縮機組4和冷卻器壓縮回收至緩存器ニ 5 ;當緩存器一 2內壓カP1 = P1Hiin吋，關閉電動球閥Q-d。緩存器一 2出ロ處設有單向閥Q-z，防止一級壓縮支路上氨氣壓力高于緩存器一 2內氨氣壓力P1時，一級壓縮支路上的氨氣反充至緩存器ー2內。ニ級壓縮回收過程為當緩存器ニ 5內壓カP2 = P2max時，開啟電動球閥Q_e,啟動ニ級壓縮機組，緩存器ニ 5內的氨氣經氣液分離器ニ 6、ニ級壓縮機組7壓縮回收至冷凝器冷凝為液態氨；當緩存器ニ 5內壓カP2 = P2min時，停止ニ級壓縮機組7，關閉電動球閥Q_e o至此完成一個氨氣回收過程。當下ー個改性過程中液態氨回收后，繼續按上述自然回收、一級壓縮回收、介質抽真空加ー級壓縮回收、ニ級壓縮回收的エ藝過程開始新ー個氨氣回收過程，而同一時刻，其他改性釜并發運行在其他不同的エ藝過程中。本發明提供的基于多總線、多改性釜并行的天然纖維晶變改性氣相介質回收系統與方法中改性釜的工作壓カー時序如圖3所示，包括tl-t7共7個工作時間節點tl為改性過程中液態氨回收后的時刻，工作壓カ為Ptli ；t2為自然回收、改性釜與緩存器ニ 5壓カ平衡的時刻，工作壓カ為P2 ;t3為ー級壓縮、改性釜內為大氣壓カP。的時刻；t4為氨氣抽真空、改性釜內壓カ為130Pa的時刻；t5為氨氣抽真空、改性釜內壓カ穩定的時刻，工作壓カ為130Pa ；t6為改性釜氣壓平衡后的時刻，工作壓カ為大氣壓力Ptl ;t7為晶變改性其他過程結束的時刻，工作壓カ為P0i。基于多總線、多改性釜并行的天然纖維晶變改性氣相介質回收系統與方法使ー套介質回收設備為多個改性釜服務，多改性釜并發運行，同時工作在天然纖維晶變改性的不同エ藝段。在氨氣回收過程中可插入等待時間，從而在時序上保證了多改性釜并發運行時抽真空總線與氣 相介質壓縮總線互不干渉，與系統其他總線也互不干渉，各改性釜的エ藝流程按時序并發運行。
權利要求
1.一種基于多總線、多改性釜并行的天然纖維晶變改性氣相介質回收系統，其特征在于，包括抽真空總線和氣相介質壓縮總線；n個改性釜并聯在抽真空總線和氣相介質壓縮總線上，n ^ I ;抽真空支路接入抽真空總線，一級壓縮支路和二級壓縮支路接入氣相介質壓縮總線，一級壓縮支路還串接在抽真空支路的后端，二級壓縮支路還串接在一級壓縮支路的后端。
2.如權利要求1所述的一種基于多總線、多改性釜并行的天然纖維晶變改性氣相介質回收系統，其特征在于，所述改性釜內設有加熱系統和傳感器系統，天然纖維晶變改性在改性釜內進行，各所述改性釜并發運行、同時工作在不同的工藝段；所述抽真空支路包括與所述抽真空總線并聯的真空泵組(I)和與真空泵組(I)串聯的緩存器一(2);所述一級壓縮支路包括與所述氣相介質壓縮總線并聯的氣液分離器一(3)和與氣液分離器一(3)串聯的一級壓縮機組(4);所述二級壓縮支路包括與所述一級壓縮支路依次串聯的冷卻器、緩存器二(5)、氣液分離器二(6)、二級壓縮機組(7)和冷凝器；所述氣液分離器一(3)還與所述緩存器一(2)相連接；所述冷卻器還并聯在所述氣相介質壓縮總線上。
3.如權利要求1所述的一種基于多總線、多改性釜并行的天然纖維晶變改性氣相介質回收系統，其特征在于，所述緩存器一(2)的容積遠遠大于所述改性釜的容積；所述緩存器一 (2)內存儲的由所述真空泵組回收的氣相介質經所述氣液分離器一(3)、所述一級壓縮機組(4)和所述冷卻器壓縮回收至所述緩存器二(5);所述緩存器一(2)的最大極限壓力、最小極限壓力與所述一級壓縮機組(4)相匹配。
4.如權利要求1所述的一種基于多總線、多改性釜并行的天然纖維晶變改性氣相介質回收系統，其特征在于，所述緩存器二(5)的容積遠遠大于所述改性釜的容積；所述緩存器二(5)內存儲的自然回收和由一級壓縮機(4)壓縮回收的氣相介質經所述氣液分離器二(6)和所述二級壓縮機組壓縮(7)壓縮回收至所述冷凝器后冷凝為液態介質，以循環利用；所述緩存器二(5)的最大極限壓力、最小極限壓力與所述二級壓縮機組(7)、所述冷凝器相匹配，且所述緩存器二(5)的最大極限壓力小于所述改性釜內壓力。
5.如權利要求1所述的一種基于多總線、多改性釜并行的天然纖維晶變改性氣相介質回收系統，其特征在于，所述一級壓縮機組(4)為小功率壓縮機組；所述二級壓縮機組(7)為大功率壓縮機組。
6.一種基于多總線、多改性釜并行的天然纖維晶變改性氣相介質回收方法，其特征在于，包括依次進行的自然回收、一級壓縮回收、介質抽真空加一級壓縮回收、二級壓縮回收。
7.如權利要求6所述的一種基于多總線、多改性釜并行的天然纖維晶變改性氣相介質回收方法，其特征在于，所述自然回收過程為改性釜內的氣相介質在壓力能作用下經氣相介質壓縮總線自然回收至二級壓縮支路的緩存器二(5)，直到改性釜與緩存器二(5)達氣壓平衡。
8.如權利要求6所述的一種基于多總線、多改性釜并行的天然纖維晶變改性氣相介質回收方法，其特征在于，所述一級壓縮回收過程為改性釜內的氣相介質經氣相介質壓縮總線進入一級壓縮支路，經一級壓縮支路的氣液分離器一(3)后，由一級壓縮支路的一級壓縮機組(4)壓縮回收至二級壓縮支路，經二級壓縮支路的冷卻器后壓縮回收至二級壓縮支路的緩存器二(5)，直到改性釜內約為大氣壓力。
9.如權利要求6所述的一種基于多總線、多改性釜并行的天然纖維晶變改性氣相介質回收方法,其特征在于,所述介質抽真空加一級壓縮回收過程為改性釜內的氣相介質經抽真空總線進入抽真空支路，由抽真空支路的真空泵組(I)回收至緩存器一(2)，直到改性釜內滿足壓力要求；當緩存器一(2)內壓力達設定的上極限壓力時，緩存器一(2)內的氣相介質進入一級壓縮支路，經一級壓縮支路的氣液分離器一(3)后由一級壓縮機組(4)壓縮回收至緩存器二(5);當緩存器一(2)內壓力為設定的下極限壓力時，停止一級壓縮回收。
10.如權利要求6所述的一種基于多總線、多改性釜并行的天然纖維晶變改性氣相介質回收方法，其特征在于，所述二級壓縮回收過程為當緩存器二(5)內壓力達設定的上極限壓力時，緩存器二(5)內的氣相介質經二級壓縮支路的氣液分離器二(6)后由二級壓縮機組(7)壓縮回收至冷凝器冷凝為液態介質；當緩存器二(5)內壓力為設定的下極限壓力時，停止二級壓縮回收。
全文摘要
本發明提供了一種基于多總線、多改性釜并行的天然纖維晶變改性氣相介質回收系統，包括抽真空總線和氣相介質壓縮總線；并聯在抽真空總線和氣相介質壓縮總線上的n個改性釜，n≥1；并聯在抽真空總線上的抽真空支路、并聯在氣相介質壓縮總線上的一級壓縮支路、與一級壓縮支路串聯的二級壓縮支路；若干閥門。本發明還提供了一種基于多總線、多改性釜并行的天然纖維晶變改性氣相介質回收方法，包括自然回收、一級壓縮回收、介質抽真空加一級壓縮回收、二級壓縮回收。本發明的系統與方法使改性介質充分回收、高效冷凝并循環利用，實現了改性過程無污染、零排放，并節能降耗，其優點是一套介質回收設備為多個改性釜服務，多改性釜并發運行，提高了設備利用率和生產效率，降低了設備成本和生產成本。
文檔編號D06B23/20GK103031683SQ201210587898
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月28日 優先權日2012年12月28日
發明者孫以澤, 孟婥, 孫菁菁, 趙博翀 申請人:東華大學, 上海盟津光電科技有限公司