[发明专利]用于在超临界流体或准临界流体中溶解固体颗粒的溶解装置和方法,及染色装置

说明书

本发明涉及一种在超临界流体或准临界流体物流中溶解固体颗粒的溶解装置。

这种类型的溶解装置是已知的，例如国际专利申请WO97/14843就描述了一种在超临界流体(如二氧化碳)中为纺织物基质染色的方法，染料在超临界流体中被溶解。为了在流体中溶解某种染料颗粒，这种染料被放置在染料容器(例如位于孔板之间的固定床或流化床)中，超临界流体从该容器中通过。以这种方式形成的染料和超临界流体的溶液之后，使该溶液通过要被染色的纺织物基质，染料就会沉积在基质上。放置基质的压力容器和染料容器以及其它必需的设备(如循环泵)一起被装配在一循环管线上。

然而，实际上，发现采用这种设计的染料容器和所采用的压力和温度会使染料绕结，从而，降低了染料在超临界流体中的溶解性。此外，还要防止流体含有大尺寸的染料颗粒(如30微米或更大的颗粒)，因为这些染料颗粒会沉积在基质上，从而降低了基质染色的均匀度，并在基质上会出现色斑。最后，上面所提到的孔板还要承担过滤器的功能。

此外，传统的染色容器具有明显的缺点，流体流过这些容器时会产生高压降。该压降限制了泵送超临界流体通过染色容器的量。然而，特别是，由于按照单位时间内超临界流体的量来确定溶解速度和染色工艺速度，因而，这显然是不利的。实际上，通过安装一个具有高工作压头的泵可以消除该不利因素。另一个消除该不利因素的方法是用一个大容积的染色容器。然而，上面所描述的两种方案都会增加额外的费用。

本发明的一个目的是提供一种在超临界流体或准临界流体中溶解固体颗粒的溶解装置，通过该溶解装置的压降是低的并且很少有任何不溶固体颗粒夹带在流体中。

根据本发明，该溶解装置包括一个循环回路，包括一个用于输入超临界流体或准临界流体的进料物流的进料管，一个与进料管相连的旋风分离器，该旋风分离器具有一个主排出口用于排除溶解在超临界或准临界流体中的固体溶液的主排出物流，并具有一个辅助排出口用于排除其中分散有固体颗粒的超临界或准临界流体中辅助物流，辅助排出口与所说的进料管相连。

在本发明所述的溶解装置中，要溶解的固体颗粒导入一个其中连有旋风分离器的循环回路。在旋风分离器的涡流中，固体颗粒和超临界流体或准临界流体充分接触。在旋风分离器中，未溶解的固体颗粒在离心力的作用下冲向四周并在旋风分离器的底部通过辅助排出口排出(众所周知，颗粒在旋风分离器中聚结而被分离)。从旋风分离器顶部排出的主排出物流包括溶解在超临界流体或准临界流体中的固体颗粒溶液。含有分散的固体颗粒的超临界或准临界流体的辅助物流回流循环导入旋风分离器的进料物流中，使固体颗粒可以继续循环直到它们被充分地溶解。当使用旋风分离器在超临界或准临界流体中溶解固体颗粒时，其压降相对于现有技术中用于溶解染料颗粒的容器(染色)会低一些。当在一种染色方法中使用本发明所述的溶解装置用溶解在超临界或准临界流体中的染料的溶液进行染色工艺时，其工艺过程会快一些。此外，节省了因使用高扬程泵和/或大容积染色容器而增加的额外投资，因而降低了费用。

根据本发明的溶解装置不需要另加过滤器，因为旋风分离器本身可按要分离的目标颗粒的尺寸/在其中发生的颗粒聚结而进行设计和操作。这样便可避免在现有技术中的装置由于过滤器(如上面所描述的孔板)而产生额外的压降。

象上面已经指出的，固体颗粒一直保持在超临界或准临界流体的循环物流中直到被溶解到所期望的程度。为了使通过旋风分离器的循环物流以简单的方式产生并保持下去，在循环回路中配备泵装置(如机械泵)，泵装置使循环回路中含有分散的固体颗粒的流体循环流动。然而，泵装置优选为包括一个与辅助排出口和进料管相连的文丘里管连接。在这种连接方式中，分散在其中的固体颗粒的超临界或准临界流体的辅助物流被进料流排入旋风分离器，所以在循环回路中不需要另加泵。这使得旋风分离器可通过自身调节进料。此外，旋风分离器和循环回路中的流动力可防止固体颗粒聚结，聚结固体由于尺寸大因而溶解速度较低。

本发明还涉及到一种用溶解在超临界或准临界流体的染料对基质进行染色的染色装置，该染色装置包括一个主管道系统，该管道系统带有用于盛放要被染色基质的染色容器，还包括一个根据本发明用于溶解染料颗粒的溶解装置，染色容器的入口和旋风分离器的主排出口相连，染色容器的出口和溶解装置的进料管相连。根据本发明的染色装置，上述的本发明的溶解装置的优点，还防止了由于在主排出物流中存在过大的染料颗粒而使染料色斑出现在基质上。