超临界CO2相平衡与染色性能研究

论文摘要

超临界CO2染色是利用工业排放CO2废气为介质,超临界状态下染料溶解在CO2中,在封闭状态下进行的无水染色新技术。国内外经过十余年的研究,已取得了阶段性的进展,但染料在超临界CO2中溶解度以及染料在织物上分配系数方面尚未有系统的研究和报道,在一定程度上影响了超临界CO2染色技术的理论基础。因此,本文提出了超临界CO2相平衡与染色性能研究。主要内容有：研究了一种超临界CO2染色与溶解度实验测定装置与方法。在前人研究的基础上,进一步分析了超临界CO2染色的机理,采用连续式直接取样法对分散红127-超临界CO2二元相平衡体系的溶解度进行测定分析。主要测定分析了分散红127在超临界状态下的溶解度,其范围为1.842-3.373 ×10-6mol/mol。结果表明,在相同温度下,当系统压力较低时,溶解度增加的速率较缓,压力较高时,溶解度增加的速率较快；在相同压力下,随着系统温度的升高,溶解度逐渐增加,且增幅较平稳。相对于温度而言,系统的压力对染料的溶解度影响较大。在相同温度下,随着压力的增加,溶解度逐渐增大,在23-24MPa之间,溶解度增加较明显,分散红127的转变压力为23MPa。阐述了分散染料在纤维与超临界CO2之间的分配系数。依据分散红127在超临界CO2中上染涤棉（65/35）纤维织物的染色数据,在温度373.2-388.2K,压力21-25MPa的实验条件下,超临界CO2-染料-织物三元相平衡体系分配系数为1.006-7.178。当温度373.2K,压力23MPa时,分配系数最高,染料在织物上的亲和力好,染料的溶解度较大,传质力较大,上染速度快,从而能得到较好的染色效果。纤维中染料浓度比超临界CO2中染料浓度高1O2-104数量级。由于超临界CO2染色工艺是放热的过程,在等压条件下,升高温度会降低平衡分配系数。建立了分散染料溶解度的计算模型。采用Chrastil缔合模型和立方形状态模型PR方程及Van der Waals混合规则对实验数据进行了关联,其计算值和实验值的平均相对偏差小于10%,经过染色试验验证,所得的计算模型关联度高,误差小。采用连续式直接取样法测试分散染料在超临界CO2中溶解度的方法比较准确,为超临界CO2染色技术的进一步放大提供了理论基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 选题背景及意义
• 2的性质'>1.2 超临界CO₂的性质
• 1.2.1 超临界流体概述
• 2性质'>1.2.2 超临界CO₂性质
• 1.3 超临界流体过程相平衡
• 1.3.1 热力学基础
• 2体系熵的计算公式'>1.3.1.1 SC-CO₂体系熵的计算公式
• 2体系热容的计算公式'>1.3.1.2 SC-CO₂体系热容的计算公式
• 2体系生成焓的计算公式'>1.3.1.3 SC-CO₂体系生成焓的计算公式
• 1.3.1.4 热力学分析
• 1.3.2 超临界流体过程相平衡
• 1.3.2.1 相平衡的分类
• 1.3.2.2 相平衡的模型
• 1.3.2.3 相平衡的计算
• 2染色工艺'>1.4 超临界CO₂染色工艺
• 1.4.1 染色机理
• 1.4.2 染色技术的发展
• 1.4.3 染色装置的研究进展
• 1.5 本文的研究内容及创新点
• 第二章 超临界二氧化碳-染料二元体系相平衡
• 2.1 引言
• 2.2 超临界二氧化碳-染料相平衡实验研究
• 2.2.1 实验主要药品、分析仪器
• 2.2.1.1 染料
• 2.2.1.2 其他试剂
• 2.2.1.3 分析仪器
• 2.2.2 实验装置
• 2.2.3 连续式直接取样法
• 2.2.3.1 染料溶解
• 2.2.3.2 染料测量
• 2.3 实验结果
• 2.3.1 经验公式模拟
• 2.3.2 与文献值的比较
• 2.4 本章小结
• 第三章 超临界二氧化碳-染料-织物三元体系相平衡
• 3.1 引言
• 3.2 实验
• 3.2.1 实验主要药品、仪器
• 3.2.1.1 染料
• 3.2.1.2 其他试剂
• 3.2.1.3 分析仪器
• 3.2.2 实验方法
• 3.3 分析方法
• 3.3.1 超临界二氧化碳中染料浓度
• 3.3.2 织物中染料浓度
• 3.3.3 色牢度测定方法
• 3.3.4 分配系数测定方法
• 3.4 实验结果及讨论
• 3.4.1 色牢度产品检验结果
• 3.4.2 色差及分配系数的计算
• 3.5 本章小结
• 第四章 超临界二氧化碳-染料二元体系相平衡计算模型
• 4.1 引言
• 4.2 立方形状态模型
• 4.2.1 模型的推导
• 4.2.2 参数的估算
• 4.2.2.1 临界参数的估算
• 4.2.2.2 饱和蒸汽压的估算
• 4.2.2.3 偏心因子的估算
• 4.2.2.4 摩尔体积的估算
• 2中溶解度'>4.2.3 立方形状态模型关联分散染料在超临界CO₂中溶解度
• 4.3 Chrasti1分子缔合模型模型
• 4.3.1 模型的推导
• 2密度的计算'>4.3.2 超临界CO₂密度的计算
• 4.3.3 Chrasti1方程经验常数的确定
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附件一
• 附件二
• 附件三
• 附件四
• 附件五