第二节 短流程前处理设备
前处理工艺与设备是密切相关的。工艺流程简单、高效节能、产品质量稳定以及加工成本低，是高效短流程工艺对设备的基本要求。前处理工艺装备必须具有柔性、通用性和快速反应能力，才能够适应高效短流程前处理的工艺。其中的浸轧、汽蒸和水洗三个阶段，对整个前处理的效率和品质起到了很重要的作用，而织物带液量、预热时间，对前处理高效短流程工艺具有非常重要的作用。高给液和透芯给液是高效短流程中浸轧部分的关键，并以透芯给液效果为佳。采用复合蒸箱和条栅式汽蒸箱，在充分保湿汽蒸的同时更节汽节水。水洗单元采用逐格逆流水洗方式，既加大了水洗浓度梯度，又提高了水利用率。在前处理设备中采用真空抽吸和均匀轧辊技术，具有显著的节能和节省染化料效果。
本节介绍短流程中浸轧、汽蒸、真空抽吸以及设备流程，水洗部分放在第十章中介绍。
一、高给液装置
高效短流程和冷轧堆前处理中，织物的带液率对短时间的织物渗透和助剂的均匀反应，都具有非常重要的作用。棉织物坯布在初次遇水时，因纤维存在果胶质、蜡质和浆料等杂物，具有拒水性，需加入适量具有耐碱和稳定性的渗透剂，加快织物纤维的湿润。采取高给液和透芯给液装置，可加快织物纤维的“透芯”。为了排出织物纤维内部空气，还需通过轧车的浸轧作用，促使处理液迅速渗透到织物纤维内部。目前主要有轧辊加压法、真空加压法、蒸汽加热驱赶空气法，其中真空加压法效果较好。如德国寇斯特公司的Flex-Nip高给液装置，德国高乐公司的Dip-Sat-Plus装置，德国门泽尔公司的Optimax高给液装置等。织物卷绕过程中，为了保证织物均匀带液，应始终处于恒张力状态，故一般采用主驱动辊进行卷装。
传统前处理设备大多采用普通浸渍槽给液，织物的带液量很低，而且只是对织物表面给液。国外较先进的高给液装置大致可分为三种结构形式：刮刀式给液装置、轧液式装置和溢流槽+“S”穿布轧车。刮刀式给液装置由于给液时间短，刮刀对织物施加的压力有限，所以给液难以渗透到织物内部。经测定，渗透到织物内部的化学品溶液仅有10%左右，其带液量约90%。若增加刮刀对织物的压力，虽可增加织物的带液量，但同时也有可能对织物造成撕裂。
轧液式给液装置虽然增大了化学品溶液进入织物内部的压力，但由于一次轧液时间太短，织物内部渗透的化学品溶液仍然较少。经测定，渗透到织物内部的化学品溶液约为40%，带液量为80%左右。溢流槽+“S”穿布轧车实际上就是通过中小辊轧车，先将浸渍工作液前的织物内部空气挤压排除，然后经过三次浸渍，并加大容布量和延长渗透时间，以达到较好的织物渗透。经测定，采用该方法进入织物内部的化学品溶液可达80%左右，带液量在130%左右。
1.德国高乐（Goller）公司Dip-Sat-Plus高给液装置 该装置采用的是溢流槽+“S”穿布轧车结构形式。其工作原理是，织物在进入高给液槽之前，先经过中小辊轧车，轧液率控制在60%。织物在不受到损伤的同时，其内部的空气被充分排除，紧接着进入高给液槽，织物在高给液槽中，受到化学品溶液的反复穿透，并且不断占据原被空气所占据的织物内部空间。织物经过三个浸渍槽的反复浸渍，有19m长的容布量受到长时间的渗透，化学品可均匀地渗透到纱线芯部，达到“透芯”效果。所谓的“透芯”指的是给液透入到经纬纱之间及纱线纤维之间的空间。经过给液“透芯”的织物，再经过“S”轧车，将浮在织物表面的部分给液轧去，然后再次实施“透芯”，将织物的轧液率控制到120%，从而达到带液量大且均匀的效果。图2-1为Dip-Sat-Plus高给液装置。
图2-1 Dip-Sat-Plus高给液装置
Dip-Sat-Plus装置还配置了一套物料循环系统，采用定量加料控制。织物在浸渍过程中可始终保持一定的浓度，在不损伤纤维的同时，可获得均匀一致的处理效果。通过该系统，还可有效控制化学品的反应速率，避免过量施加化学品造成的浪费，减少水洗负担。此外，化学品可稳定地渗透到织物中，生产中无需滴定，进一步提高了生产过程的可靠性，并减少操作难度。该系统中过滤器内的化学助剂和液位可自动控制。
2.德国门泽尔公司Optimax高给液装置 该装置利用真空吸液原理。主要由上下两套轧车、织物狭缝通道以及输液管等组成，如图2-2所示。工作原理是，被浸湿的织物由下进入轧车，出轧点之后进入由两个导布辊和轧辊构成的楔形溶液沟槽。
图2-2 Optimax高给液装置
在该处产生强烈的气液交换，工作液在负压的作用下渗透到织物纤维内。织物出楔形沟槽后向上穿过密封的狭缝通道进入上轧车。在该轧车的作用下，织物上多余的液体被轧去，获得工艺所需的轧液率。装置中有一收集管，可将轧车所轧出的工作液收集起来，织物经过时受到负压作用得到进一步渗透。
二、汽蒸箱
汽蒸箱在织物退煮漂前处理的浸轧、反应和洗涤过程中，主要用于反应段控制温度、湿度和织物的输送方式。其中织物的输送方式，对织物能否获得均匀受热和湿度影响较大。提供均匀、充分的温度和湿度，织物可获得良好的去杂效果。为此，汽蒸箱要求预蒸区的预热时间要长，以保证织物能够充分均匀受热，尽量避免堆置后再受热。
汽蒸箱分为绳状汽蒸箱和平幅汽蒸箱两种。绳状汽蒸箱生产效率高、成本低，能够满足印花织物对前处理的质量要求，但对稀薄织物容易产生纬斜、位移和擦破等问题。平幅汽蒸箱的生产效率、成本及能耗相对较差，但可满足高档织物的质量要求。汽蒸箱按照输送织物方式分为平板履带式、网带式、导辊床式、条栅式、R-box和环形分格式等，每种结构形式都有其自身的一些特点，现分别介绍如下。
1.平板履带式汽蒸箱 履带由不锈钢板冲孔制成，温度较高的金属容易蒸发与履带接触织物中的溶液。预蒸区的容布量较小，若预热不充分，织物表面温度低于履带温度时，堆置汽蒸中织物会产生风干印或折痕。
2.网带式汽蒸箱 是在平板履带式汽蒸箱基础上发展起来的，钢丝网与织物的接触面小，受金属的热影响较小。由于网带部分堆布量较少，即使采用双层结构也难以获得较大的容布量，因而不适于厚织物的煮练汽蒸。
3.导辊床式汽蒸箱 通过辊床的导辊转动来输送织物，织物与金属的接触位置不断在改变，可有效改善织物的烫伤印。但堆置部分的导辊间距较小，对蒸汽渗入织物内部有一定影响，也会产生风干印或折痕，并且容易沾污导辊。对此，有制造商采用多孔辊作为辊床，兼有网带和条栅优点，织物与蒸汽可获得较大的交换空间，并且增加了输送织物的摩擦力。
4.条栅式蒸箱 条栅可分为活栅和固栅两种。活栅通过偏心轮作圆周运动，每一次向前运动输送织物的位移量取决于偏心轮的偏心距大小。该蒸箱预蒸区的容布量较大（约40m），导辊直径为150mm，上导辊分为四组，分别由交流电机拖动，并可变频调速。蒸箱每组第一根下导辊的下面装有一个小浸渍槽，可以补充水或工作液。还有的条栅式蒸箱设计成上、下两层，分别由交流电机、减速箱偏心轮带动活动条栅作往复起伏摆动。织物在被向前输送的同时，还可不断得到松动，使蒸汽渗入到织物内部。当织物自上层转入下层时，织物上、下面可作180°的调换，使织物的堆蒸更匀透，并可避免织物产生风干印和烫伤印。
5.R-box汽蒸箱 是由直径为1800mm的大网辊和网带组成“U”形堆置通道夹持织物进行液下处理，可避免织物漂浮后紊乱，但出布较困难。其煮漂汽蒸效果较好，可达到绳状水平。该结构的预蒸区的容布量较小，折叠于网辊及网带中间时，因液面在网辊的1/4以下，大部分织物长时间暴露在蒸汽中，故容易产生压皱印和风干印。此外，该形式汽蒸箱的液下浴比较大，经过一段时间后，工作液中所沉积的浆料及杂质，不仅会引起浓度的变化，而且还会对织物造成沾污。
6.环形分格式汽蒸箱 该结构由日本和歌山铁工厂设计。依靠液下煮练可部分弥补设备预蒸部分的容布量。对椭圆形分格输送，不能有紊乱现象，否则会影响出布，甚至起皱。与R-box汽蒸箱类似，也存在因液下浴比大，造成易沾污和工作液浓度变化等问题。
对一般汽蒸箱的出布来说，都会产生织物皱印现象，尤其是水封出布带有压辊形式的汽蒸箱更是如此。主要原因是织物松堆后转为紧式平幅运行时不能快速展平，并马上经过水洗和轧点，继而产生皱印。如果采用先展平后浸轧的汽封结构，并且提高出布速度，则此现象会得到有效改善。
三、真空抽吸装置
为了进一步降低织物的轧液率，除了提高轧车轧点线压力之外，还可设置真空抽吸装置。这里介绍两款真空抽吸装置。
（1）德国欧宝泰克（Erbatech）公司的真空吸水装置（图2-3）。主要是针对一些高密织物在前处理水洗轧压时杂质的去除问题。该装置可设置在两个水洗槽之间（图2-4），与轧车可交替设置。针织物的吸水栅条采用了鱼骨式结构，并设有自动封口装置。使用旋涡式气/水分离器进行脱水，另外配备过滤器分隔尘埃和碎散纤维等。真空泵采用变频驱动控制，并有隔音和排风装置。
图2-3 真空吸水装置
图2-4 真空吸水装置设置位置示意图
（2）瑞士贝宁格（Benninger）公司的Hydrovac真空脱水装置（图2-5）。主要用于液体分离。在去水、飞絮、乳化和分散污物的同时，还可去除水溶性染料和浆料。通过该装置去除浓度高的污物，可显著降低后续水洗的能耗。该装置主要由抽吸管、预分离器、分水器、隔膜泵及旋转泵等组成。抽吸管采用锥形结构，可防止污物聚集，并且对经过抽吸口的织物产生的摩擦力小。抽吸口可调整，容易从其上方触及。
图2-5 Hydrovac真空脱水装置
1—抽吸管 2—预分离器 3—分水器 4—隔膜泵 5—旋转泵
四、短流程前处理设备流程
短流程前处理工艺主要通过提高轧、洗、烘、蒸通用单元效率，并对其进行优化组合来实现。瑞士贝宁格（Benninger）退煮漂设备的节水节能技术，主要是提高水洗槽温度，使织物在水洗过程中达到既蒸又洗的效果。同时为确保洗液能在最短的时间内最大限度地穿透织物，采取翅片辊、网孔辊、多角辊等不同形式的导布辊，通过冲淋、多进多轧等方式来达到溶液快速交换的目的，提高水洗效率。意大利美赛拉（Mezzera）的HWT高温水洗机、泰克赛尔（Texcel）的Roller Steamer水洗机，是将120℃的高温水从管子中喷向翅片辊上运行的织物，高温水一旦遇到空气就变成105℃的蒸汽，通过翅片间的缝隙对织物进行强力渗透，从而使得织物在高湿、高热状态下获得优良的水洗效果。短流程前处理可根据不同前处理工艺要求，配置高给液装置组成不同的联合机。
这里介绍几家欧洲短流程前处理工艺设备流程。
1.瑞士贝宁格（Benninger）公司Ben-Bleach煮漂联合机（图2-6） 该机具有低张力和高效洗涤效果，为针织物由绳状向平幅加工转化提供了有效方法。将堆置反应箱、前处理蒸箱和液下堆置水洗单元，与Trikoflex高效水洗单元组合在一起，可以满足针织物平幅处理的所有工艺。不仅具有灵活的工艺性，而且还可以提高生产效率，降低能耗。
图2-6 Ben-Bleach煮漂设备流程示意图
设备流程：
进布架→储布水洗装置→汽蒸箱→高效水洗装置→出布架
联合机主要单元结构特性如下：
（1）Trikoflex LT-V型储布及水洗组合单元（图2-7）。该单元可根据工艺要求提供一个反应区域，并对时间和温度进行控制，进行去碱还原水洗、氧化酸碱度平衡水洗以及固色水洗等。织物经过喷淋区冲洗后进入辊床区，在不同的工艺条件下用清水或化学洗液不断冲洗。在预设的反应时间内，织物纤维被膨润后以短流程送入后段漂洗或清洗。具体应用中，可根据需要选择一个或两个洗液循环。对于反应过程，可在进布单元上配置一个浸渍槽和轧车进行织物堆置反应。织物堆置时间可在0.5～4min内进行灵活调整，织物堆置和水洗可形成各自独立的循环洗液，并且织物处于无张力状态。
图2-7 储布及水洗组合
图2-8 Reacta模块化汽蒸箱
（2）Reacta模块化汽蒸箱（图2-8）。该蒸箱采用模块化设计，可根据不同织物或不同工艺要求进行组合使用。进口采用气封口，出口采用水封口。织物进入蒸箱穿过三个大直径传动辊，进入导辊床堆置区，堆置反应时间3～30min，织物处于松弛无张力状态。汽蒸箱内上部可配置喷淋，喷化学助剂进行脱矿，或者喷洗液进行洗涤或中和。进布段有一个对织物进行直接蒸汽加热的加热区，可立即升至反应温度。在蒸箱内织物穿过一段很短的距离被牵引到专用单元，经开幅和对中后送至蒸箱出口。
该单元配置了一套化学助剂计量系统，由进料泵、电感流量计和控制阀等组成，可保证化学助剂计量的重现性。以每千克进布量为基准计量化学助剂，具有较高的精确度。浸渍进料系统为自动控制，一旦织物带进来的水过多，液位控制即可自动减少注水量。
此外，该机还可显示织物克重、开车进水量（总体积以升为单位）以及追加液配方（mL/kg）等数据。
（3）Trikoflex LT-V型储布水洗单元（图2-9）。为了减少含水针织物张力和被拉长的可能，该机将浸没辊直径设计得尽可能大，转鼓之间的距离尽可能小。将织物在辊之间转移放在液面以下，并通过该结构产生波形水流来提高洗涤效果。该水洗系统的核心部件是沟槽型转鼓（图2-10），主要由沟槽体和网眼罩构成。其工作原理是：织物包覆在转鼓外表面，具有较大的接触面，使得织物在一段较长的接触过程中保持平整和低张力。转鼓表面的沟槽包覆了一层网眼罩，上方设置四个喷淋管，可形成强大的循环水流喷淋区。织物通过喷淋区时由转鼓支撑，强烈水流穿过织物。洗液穿过织物时，在其正反面形成一个液膜，可以很快清除两面的杂物，同时也清洗了网眼罩。比传统的网式转鼓水洗效果更佳。喷淋管可调整喷射角度，以达到最佳的水洗效果。此外，织物除了在沟槽型转鼓表面受到洗液穿过外，还在水槽中受到循环洗液的交换作用。所以在织物正反面产生了交叉水流和强流液膜，具有强烈的去污效果。
图2-9 Trikoflex LT-V型储布水洗单元
图2-10 沟槽型转鼓结构示意图
1—织物 2—外层液膜 3—沟槽体 4—喷淋管 5—封闭式辊体 6—网眼罩
2.德国高乐（Goller）针织物连续式漂白水洗联合机（图2-11） 该机可用于针织物除油、预缩或机织物退浆处理。主要由低张力水洗单元、松弛水洗单元和堆置蒸箱单元组成。与目前间歇式溢喷染色机前处理相比，可节省水50%、蒸汽70%、助剂35%。经平幅处理后的针织物，布面光洁，不起皱，不卷边。
设备流程：
进布架→堆置单元→轧车→单转鼓水洗箱→轧车→施加助剂装置→轧车→蒸箱→单转鼓水洗箱→双转鼓水洗箱→轧车→出布架
图2-11 德国高乐（Goller）针织物连续式漂白水洗联合机示意图
（1）堆置单元（图2-12）。该单元配有高液位和低液位，液位可灵活调节，与过滤器相连，可有效地去除织物中的杂质和毛羽。有紧式和松式两种穿布形式，无须改变穿布路线。辊床采用单独传动，可控制堆置时间。具有强力喷淋作用，可使织物上的糊料充分膨化。堆置的时间、温度及与其他单元的同步可通过电脑设定和修改。
（2）施加助剂装置（图2-13）。织物处于松弛堆置状态，通过足够的浸渍时间和洗液的强力循环作用，可对织物进行充分浸渍渗透。采用“S”形轧车，可有效提高织物的带液率。
图2-12 堆置单元示意图
图2-13 施加助剂装置
（3）汽蒸箱（图2-14）。可提供102℃的工艺条件，在化学助剂和机械的共同作用下，织物纤维中的蜡质、棉子壳以及其他杂质可获得充分的膨润分解，有利于去除织物中的各种杂质。采用蒸箱底槽加热方式，可充分确保饱和蒸汽量及稳定性。可监控织物的堆放量和堆置时间，通过传感导辊精确提升织物，以保证其在无折皱条件下进入水洗单元。
图2-14 汽蒸箱
（4）高效水洗单元。该单元将振荡水洗、液下浸洗和喷淋水洗进行三合一组合，并对耗水量进行控制，以最少的水量达到最佳的水洗效果。它将水洗槽液位设置得很低，以加快水流循环。特殊设计的转鼓表面可产生正压和负压，去污能力强。洗液往返穿透织物的频率很高，加速污物去除。采用独立变频传动的牵引转鼓，对织物产生的张力很低。每个水洗箱体配置两个张力传感器和两个扩幅辊，减小了针织物的张力和卷边。
3.德国欧宝泰克（Erbatech）公司斯考特（Scout）针织物平幅湿处理机 对于针织物的连续式加工，德国欧宝泰克（Erbatech）始终是积极倡导者，几乎涵盖了织物的染色前、后处理及印花后处理的所有设备。每种处理工艺可以按照用户的要求进行不同的设备工艺流程组合，从提高产品质量和节能减排方面，提供了最佳方案。
（1）预处理（预洗）设备结构特征及设备流程。设备主要单元有松弛堆置槽、堆置/水洗单元、转鼓式水洗箱和轧车等。松弛堆置槽内采用摆动式导布辊，可使织物获得较长时间的浸渍，保证织物的充分渗透，并可得到松弛（收缩）效果。堆置/水洗单元主要是为织物提供一定的堆置时间，使织物纤维浸渍的助剂能在其内部进行充分化学反应，堆置的时间为0～5min。对于敏感性织物（易起皱）可提供紧式模式。织物包覆在转鼓上，强大的水流循环穿过，并加充分的喷淋，使织物能获得良好的渗透和清洗。为了避免对织物产生过大拉伸，采用了连续张力控制。轧车采用中固结构，可减少水洗后的轧液率。设备流程如图2-15所示。
设备流程：
进布架→松弛堆置槽→水洗单元（堆置）→转鼓水洗单元（乳化、清洗）→轧车→出布架
图2-15 预处理（预洗）设备流程示意图
（2）漂白设备结构特征及设备流程。设备主要单元有织物储存箱、堆置/水洗单元、浸渍槽和双转鼓水洗箱等。织物储存箱的弧形底衬有聚四氟乙烯条板，用作不间断退卷时的储存和松弛织物。浸渍槽采用小容积高深度结构，可保持漂白剂的新鲜度，使织物的浸渍充分而均匀。蒸箱内的织物处于饱和蒸汽中，并以波浪形在条状方形管上运行，完成织物的漂白过程。该机的水洗箱采用了双转鼓结构，加大了水洗效果，并且可减少对织物的张力。设备流程如图2-16所示。
图2-16 漂白设备流程示意图
设备流程：
进布架→织物存储箱→双转鼓水洗单元→堆置水洗单元→轧车→单转鼓水洗单元→轧车→浸渍槽→轧车→蒸箱→双转鼓水洗单元→轧车→堆置水洗单元→轧车→双转鼓水洗单元→轧车→单转鼓水洗单元→轧车→出布架
五、短流程前处理设备的控制
除了机械单元结构形式满足高效短流程外，设备的控制也是保证各项功能的关键部分。目前国外先进的前处理设备自动化程度比较高，其控制系统可归纳为三个层次。
（1）基础自动化控制系统。最基础的控制系统具备了屏幕图像显示和操作面板，可用于输入各种工艺参数，但没有工艺处方储存功能。工艺参数控制包括：蒸汽量、水量、化学助剂量、洗液循环、轧辊压力、反应时间、汽蒸温度和湿度、进水量以及织物张力等。
（2）高层次自动化系统。相对基础控制而言，可通过更高一层的控制系统实现所有工艺助剂和设备工艺条件参数化，从电脑中随时读取、设定和控制机台运转等功能。操作面板具有图形显示功能，工艺参数控制与基础自动化控制系统相同。
（3）可进行数据登录的全工艺流程自动化系统。该控制系统除了具有高层次自动化系统的功能外，还增加一些参数记录，如耗电量、生产工艺参数、故障信息、设定值与实际值的偏差、统计报表等。对工艺流程数据中的工艺类型、化学剂、水、温度和设备运行状态等参数，均可进行设定、输入和储存，并可透过屏幕的操作，更加快捷和简便的进行更改。对设备运转过程中出现的故障，如突然停电或水量不足等，均可显示或打印出来，并显示出故障的种类、发生的位置以及排除故障的方法。