预处理中的浸渍系统及其响应时间<br/>——以mL/kg为单位表征剂量

预处理中的浸渍系统及其响应时间
——以mL/kg为单位表征剂量

2019-11-14Janssen德国

国际纺织导报 2019年5期

L. J. Janssen(德国)

对于所有体积小、化学品添加量大的浸渍系统而言，在其典型的应用中，化学品添加量(剂量)与处理的织物量相关，即浸渍系统的应用基于以mL/kg为单位的剂量。目前，尽管浸渍系统的体积很小，但仍需一定的时间才能使体系达到所需的平衡。大多数情况下，浓度的微小变化可忽略不计，但在某些情况下，浓度的变化可能会使预处理结果出现相当大的差异。基于浸渍单元会努力寻找一个新的设置、新的平衡这一特性，本文引入“响应时间”术语。在更换织物情况下或在生产处理的起始阶段，响应时间主要取决于浸渍系统的液体体积、水挤压器参数、化学品挤压器(或应用系统)参数及交换系数4个因素。

1 参数和单位

预处理浸渍系统的相关参数及单位如下：

R——配方确定的H2O2的用量，mL/kg；

Q1——进入浸渍系统前织物上的含水量，L/kg；

Q2——离开浸渍系统时织物上的含液量，L/kg；

ΔQ——应用浸渍系统前后织物上的含液量差异(ΔQ=Q2-Q1)，L/kg；

f——交换系数，取值为0.0～1.0；

V——浸渍单元的液体体积(液体体积总量包括混合容器和管道中的液体量)，L；

Epu——有效吸液量(Epu=Q1·f+ΔQ)，L/kg；

m——处理织物速度(织物实时通过量)，kg/min；

cF——供液中化学品用量(供液量为ΔQ·m)，mL/L。

R指配方确定的H2O2的用量，根据所采用的配方，浸渍系统中其他所有化学品的用量与H2O2用量成比例。

本文假设已知浸渍系统体积与挤压参数值，尤其是交换系数的准确计算方法。

2 依赖于时间的剂量

在预处理加工过程中，所有参数都保持为一个恒定值，则可定义浸渍单元中化学品的实际浓度ct随时间而变化。

浸渍系统中化学品用量等于液体体积与浓度的乘积，即t时刻浸渍系统中的化学品总量

∑化学品=V·ct

浸渍单元的液体体积V通过液位系统保持恒定，仅化学品用量发生变化。在很短的时间(Δt)内，化学品的输入与输出量如图1所示。

图1 化学品的输入和输出量

Δt时间内化学品的输入量(添加以保持浸渍单元的液体体积恒定)为

ΔQ·m·cF·Δt

Δt时间内化学品的输出量为

(Q1·f+ΔQ)·m·ct·Δt或Epu·m·ct·Δt

化学品总量在Δt时间内的变化为

V·ct+(ΔQ·m·cF·Δt)-
(Q1·f+ΔQ)·m·ct·Δt

由于浸渍单元的体积恒定，Δt时间内化学品的浓度变化为

则有

令

则有

进一步可得微分方程

对微分方程求解可得

(1)

由式(1)可得

由cF=R/ΔQ可得ΔQ·cF=R，则有

当t0=0，可得式(2)。

(2)

3 平衡状态下浸渍单元的化学品量

式(2)定义了浸渍单元的化学品量随时间的变化。每个浸渍单元都在力争达平衡状态，假设t=∞时达平衡，此时的化学品剂量为

当Epu>0，V>0且m>0时， e-∞=0

4 达到平衡剂量所需的时间

通常，采用滴定法监测预处理加工，并允许实测剂量高于或低于一定滴定值的±5%或±10%。滴定法在监测预处理纱线和结构类似的织物时毫无问题。如前文所述，每种织物都将根据c∞=R/Epu在浸渍单元中达到平衡状态。纱线材料和结构类似的织物，其具有类似的交换系数和挤压参数。因此，c∞=R/Epu中的Epu几乎保持不变，并且可忽略预期平衡的影响。

当预处理的织物具有很大的差异时，这种方法面临问题。由强捻纱制成的致密的机织物的Epu与采用弱捻纱制成的开幅织物的Epu相比，存在较大的差异。可观察到浸渍单元的化学品用量出现相当大的波动，且这一波动无法预测。确切而言，这也是以mL/kg为单位表征剂量这一方法最大的不足。除非已对织物进行了预处理加工和监测，否则织物的参数是未知的且无法准确解释滴定结果。为得到浸渍系统达到规定剂量所需的时间t，可通过求解方程获得

由ln en=n，可将方程改写为

则可得

由于c∞=R/Epu，可得

式中：t——供液中化学品剂量从c0变为ct所需的时间；

c0——供液中化学品的初始用量；

ct——t时刻供液中化学品的用量。

据此，可很容易地计算浸渍单元的“响应时间”，以实现与预期平衡剂量的±5%或±10%相匹配。

若化学品的初始用量低于预期平衡，则c5=0.95c∞，c10=0.90c∞；

若化学品的初始用量高于预期平衡，则c5=1.05c∞，c10=1.10c∞。