預處理中的浸漬系統及其響應時間
——以mL/kg為單位表征劑量

L. J. Janssen(德國)

對于所有體積小、化學品添加量大的浸漬系統而言，在其典型的應用中，化學品添加量(劑量)與處理的織物量相關，即浸漬系統的應用基于以mL/kg為單位的劑量。目前，盡管浸漬系統的體積很小，但仍需一定的時間才能使體系達到所需的平衡。大多數情況下，濃度的微小變化可忽略不計，但在某些情況下，濃度的變化可能會使預處理結果出現相當大的差異。基于浸漬單元會努力尋找一個新的設置、新的平衡這一特性，本文引入“響應時間”術語。在更換織物情況下或在生產處理的起始階段，響應時間主要取決于浸漬系統的液體體積、水擠壓器參數、化學品擠壓器(或應用系統)參數及交換系數4個因素。

1 參數和單位

預處理浸漬系統的相關參數及單位如下：

R——配方確定的H2O2的用量，mL/kg；

Q1——進入浸漬系統前織物上的含水量，L/kg；

Q2——離開浸漬系統時織物上的含液量，L/kg；

ΔQ——應用浸漬系統前后織物上的含液量差異(ΔQ=Q2-Q1)，L/kg；

f——交換系數，取值為0.0～1.0；

V——浸漬單元的液體體積(液體體積總量包括混合容器和管道中的液體量)，L；

Epu——有效吸液量(Epu=Q1·f+ΔQ)，L/kg；

m——處理織物速度(織物實時通過量)，kg/min；

cF——供液中化學品用量(供液量為ΔQ·m)，mL/L。

R指配方確定的H2O2的用量，根據所采用的配方，浸漬系統中其他所有化學品的用量與H2O2用量成比例。

本文假設已知浸漬系統體積與擠壓參數值，尤其是交換系數的準確計算方法。

2 依賴于時間的劑量

在預處理加工過程中，所有參數都保持為一個恒定值，則可定義浸漬單元中化學品的實際濃度ct隨時間而變化。

浸漬系統中化學品用量等于液體體積與濃度的乘積，即t時刻浸漬系統中的化學品總量

∑化學品=V·ct

浸漬單元的液體體積V通過液位系統保持恒定，僅化學品用量發生變化。在很短的時間(Δt)內，化學品的輸入與輸出量如圖1所示。

圖1 化學品的輸入和輸出量

Δt時間內化學品的輸入量(添加以保持浸漬單元的液體體積恒定)為

ΔQ·m·cF·Δt

Δt時間內化學品的輸出量為

(Q1·f+ΔQ)·m·ct·Δt或Epu·m·ct·Δt

化學品總量在Δt時間內的變化為

V·ct+(ΔQ·m·cF·Δt)-
(Q1·f+ΔQ)·m·ct·Δt

由于浸漬單元的體積恒定，Δt時間內化學品的濃度變化為

則有

令

則有

進一步可得微分方程

對微分方程求解可得

(1)

由式(1)可得

由cF=R/ΔQ可得ΔQ·cF=R，則有

當t0=0，可得式(2)。

(2)

3 平衡狀態下浸漬單元的化學品量

式(2)定義了浸漬單元的化學品量隨時間的變化。每個浸漬單元都在力爭達平衡狀態，假設t=∞時達平衡，此時的化學品劑量為

當Epu>0，V>0且m>0時， e-∞=0

4 達到平衡劑量所需的時間

通常，采用滴定法監測預處理加工，并允許實測劑量高于或低于一定滴定值的±5%或±10%。滴定法在監測預處理紗線和結構類似的織物時毫無問題。如前文所述，每種織物都將根據c∞=R/Epu在浸漬單元中達到平衡狀態。紗線材料和結構類似的織物，其具有類似的交換系數和擠壓參數。因此，c∞=R/Epu中的Epu幾乎保持不變，并且可忽略預期平衡的影響。

當預處理的織物具有很大的差異時，這種方法面臨問題。由強捻紗制成的致密的機織物的Epu與采用弱捻紗制成的開幅織物的Epu相比，存在較大的差異。可觀察到浸漬單元的化學品用量出現相當大的波動，且這一波動無法預測。確切而言，這也是以mL/kg為單位表征劑量這一方法最大的不足。除非已對織物進行了預處理加工和監測，否則織物的參數是未知的且無法準確解釋滴定結果。為得到浸漬系統達到規定劑量所需的時間t，可通過求解方程獲得

由ln en=n，可將方程改寫為

則可得

由于c∞=R/Epu，可得

式中：t——供液中化學品劑量從c0變為ct所需的時間；

c0——供液中化學品的初始用量；

ct——t時刻供液中化學品的用量。

據此，可很容易地計算浸漬單元的“響應時間”，以實現與預期平衡劑量的±5%或±10%相匹配。

若化學品的初始用量低于預期平衡，則c5=0.95c∞，c10=0.90c∞；

若化學品的初始用量高于預期平衡，則c5=1.05c∞，c10=1.10c∞。

5 示例

以先預處理織物A， 200 min后停止處理并開始預處理另一種織物(織物B)，400 min后再預處理織物A為例(圖2)，在兩種織物配方確定的用量R= 35 mL/kg、處理速度m=80 m/min、浸漬單元的液體體積V=250 L下，計算浸漬單元的響應時間t。

圖2 生產過程中的劑量和時間

織物A的參數如下：面密度為275 g/m2，Q1=70%或Q1=0.70 L/kg，Q2=110%或Q2=1.10 L/kg，f=0.55。

織物B的參數如下：面密度為250 g/m2，Q1=65%或Q1=0.65 L/kg，Q2=100%或Q2=1.00 L/kg，f=0.45。

浸漬單元響應時間t5(達預期平衡劑量的±5%所需的時間)的計算過程與結果如表1所示。

6 兩個重要屬性——平衡濃度和響應時間

表1 響應時間t5的計算過程與結果