超臨界CO2 流體工程化染色裝備系統(tǒng)
超臨界 CO2 染色過程中，存儲于氣體貯罐內(nèi)的液態(tài)CO2 首先通過加壓系統(tǒng)升壓至臨界壓力以上，再經(jīng)由供熱系統(tǒng)將高壓CO2 加熱至臨界溫度以上，以將其轉(zhuǎn)變?yōu)槌R界狀態(tài)；超臨界狀態(tài)下，CO2 先
在染料釜內(nèi)溶解染料，隨后攜帶染料大分子在染色釜內(nèi)上染待染纖維材料，實現(xiàn)無水染色；染色結(jié)束后，超臨界CO2 流體經(jīng)減壓、降溫后氣化，使得未上染染料析出并留存在分離釜中；氣態(tài)CO2 通過冷
凝器液化為液態(tài)流體后返回貯罐，完成整個染色過程[6-8]。基于上述染色原理而研發(fā)的超臨界CO2 流體染色裝備主要包括九大系統(tǒng)，分別為氣體存貯系統(tǒng)、加壓系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)、染色循環(huán)系統(tǒng)、

分離回收系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、儀表系統(tǒng)、安全保護(hù)系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)。與傳統(tǒng)水介質(zhì)染色過程相比，超臨界CO2 流體染色裝備為無水閉路循環(huán)式，可實現(xiàn)染料和CO2 的循環(huán)使用，并避免了廢水及廢氣排放。

南京雅瓏石化裝備有限公司經(jīng)過三年的努力已經(jīng)成功的研發(fā)了超臨界二氧化碳（S-CO2）流體循環(huán)增壓泵，設(shè)計溫度150℃，設(shè)計壓力50MPa,；目前已經(jīng)在超臨界CO2無水印染系統(tǒng)和超臨界CO2發(fā)電裝置上成功應(yīng)用十幾套；
2.1 國外超臨界 CO2 流體工程化染色裝備研究德國西北紡織研究中心（DTNW）最早對超臨界CO2 流體染色裝置進(jìn)行了研發(fā)。為了探索滌綸纖維制品超臨界流體無水染色的可行性，1989 年
DTNW研制了首臺靜態(tài)超臨界CO2 流體染色實驗裝置，主要包括一個400 mL 的高壓釜體和一個可攪拌經(jīng)軸。1991 年，DTNW 與德國Jasper 公司合作開發(fā)了配有染液攪拌裝置的超臨界CO2 流體染色樣機，
該裝置的染色釜容積為67 L，可用于筒紗染色實驗[1]。1995 年，DTNW 又和高壓容器生產(chǎn)企業(yè)Uhde 公司合作，開發(fā)了染色釜容積為30 L 的超臨界CO2 流體染色設(shè)備，利用循環(huán)泵帶動染液循環(huán)，實現(xiàn)了動態(tài)
染色；并配備了CO2 回收循環(huán)系統(tǒng)，可以完成氣體回收；采用該裝置進(jìn)行循環(huán)染色獲得了與水介質(zhì)染色相當(dāng)?shù)娜旧Ч纱艘l(fā)了印染行業(yè)的廣泛關(guān)注，世界各國紛紛展開研究以推動超臨界CO2 流體
染色技術(shù)的工程化。
日本在亞洲較早地開展了超臨界CO2 流體染色技術(shù)的探索研究。2001 年，福岡大學(xué)成功開發(fā)了超臨界流體染色設(shè)備（40 L）；隨后，福岡大學(xué)、岡山縣工業(yè)技術(shù)設(shè)計研究所和豊和株式會社又聯(lián)合研制
了400 L 生產(chǎn)型超臨界流體染色設(shè)備[8]。阪上制作所株式會社也先后開發(fā)了染色槽容積為3.3 L 的HVI-SC 型非水染色試驗機與100 L 超臨界流體成衣染色設(shè)備。2004 年，福井大學(xué)在日本政府資金支持
下推進(jìn)超臨界流體商業(yè)化染色裝備（350 L）的研究開發(fā)工作，該裝置最高設(shè)計壓力為30 MPa，最高設(shè)計溫度為180 ℃，但由于染色勻染性和裝備換色清洗等問題有待解決，仍未完全滿足工程化染色加工
需要[9]。
2008 年，荷蘭DyeCoo Textile Systems B.V.成立，專門從事滌綸生產(chǎn)型超臨界染色設(shè)備的生產(chǎn)制造。其推出的Dyeox 2250 系列超臨界CO2 流體染色樣機，具有3 個染色釜體，設(shè)計溫度為–10~130 ℃，
設(shè)計壓力0~30 MPa，裝載量可達(dá)150~180 kg[9]。2010年，泰國Yeh 集團(tuán)公司引進(jìn)了DyeCoo 公司150 磅生產(chǎn)型超臨界CO2 流體染色設(shè)備，并在隨后與Nike的合作中，開發(fā)了奧運會馬拉松比賽服。2013 年，
DyeCoo 公司的染色設(shè)備在臺灣福懋興業(yè)股份有限公司、遠(yuǎn)東新世紀(jì)股份有限公司、儒鴻企業(yè)股份有限公司得到應(yīng)用，主要進(jìn)行成衣面料的無水染色生產(chǎn)。2016 年，新一代DyeOx 超臨界CO2 流體染色
樣機推向市場，見圖1，每個染色釜體裝載量為20~200 kg，日均染色產(chǎn)量可以達(dá)到4000 kg，進(jìn)一步加快了超臨界流體無水染色工程化進(jìn)程。
圖 1 DyeOx 超臨界CO2 流體染色樣機
Fig. 1 DyeOx prototype of supercritical CO2 fluid dyeing